Analisis Kekuatan Massa Batugamping Dengan Menggunakan Kaidah Hoek-Brown Failure Criterion - Roclab di Daerah Gunung

## Sudo Kabupaten Gunung Kidul Yogyakarta
( Analysis of Limestone Mass Strength Using Hoek-Brown Failure Criterion- Roclab at Gunung Sudo Area, Gunung Kidul Regency, Yogyakarta )
R. Andy Erwin Wijaya 1 , Dianto Isnawan 2
1 Jurusan Teknik Pertambangan, Sekolah Tinggi Teknologi Nasional
2 Jurusan Teknik Geologi, Sekolah Tinggi Teknologi Nasional

## Abstract
The  research  area  is  a  limestone  quarry  region  prospect,  located  in  Gunung  Sudo,  Gunung  Kidul Regency,  Special  Region  of  Yogyakarta  Province.  Safety  factor  of  bench  in  limestone  quarry  is extremely  determined  by  rock  mass  quality.  The  aim  of  this  research  is  analyzing  of  rock  mass strength  of  limestone  in  the quarry  prospect  using  the Hoek-Brown failure  criterion.       The  research used    quantitative    method.    To    obtain    rock    mass    strength    analysis    of    limestone    needs    some parameters.  The  main  parameters  are  uniaxial  compressive  strength  of  intact  rock,  GSI,  lithology, disturbance  factor,  unit weight  and  application  for  slope  (height).  To solve this  analysis  is  assisted  by Roclab  software.  The  Roclab  is  a  software  program  for  determining  rock  mass  strength  parameters based on the generalized Hoek-Brown failure criterion.      Final result of the research will be used for safely mine design of the limestone quarry.
Keywords: Rock mass strength, Limestone, Roclab.

## 1. Pendahuluan
Batugamping merupakan salah satu jenis bahan galian industri yang dapat dimanfaatkan    secara    ekonomis    dalam jumlah  besar  di  Indonesia,      salah  satunya terdapat di daerah Gunung Sudo, Kabupaten Gunung  Kidul,  Propinsi  Daerah  Istimewa Yogyakarta.  Untuk  dapat  memanfaatkan batugamping  secara  optimal,  sangat  perlu memperhatikan  kondisi  lahan  batugamping. Kondisi  lokasi  bahan galian  sangat  beragam pada lokasi yang berbeda. Aktifitas penambangan terbuka (kuari) sangat dipengaruhi  oleh  kondisi  geologi  teknik  dan stabilitas lereng, dimana dapat mengakibatkan  tidak  amannya  suatu  lahan tambang terbuka yang  lazim dikenal sebagai longsoran lereng tambang. Longsoran lereng penambangan  pada  umumnya  disebabkan berbagai  faktor  sifat  fisik  dan  mekanik  dari bahan  galian  tersebut,  geometri  lereng, adanya  bidang  diskontinuitas,  air  tanah  dan gempa bumi/getaran.
*   Korespodensi   Penulis:   ( R.   Andy   Erwin   Wijaya) Jurusan  Teknik  Pertambangan, Sekolah  Tinggi Teknologi Nasional, Yogyakarta. E-mail: andy_sttnas@yahoo.com
Kondisi  lahan  tersebut  harus  dianalisis stabilitas  lerengnya  karena  menyangkut keselamatan  kerja,  keamanan  peralatan  dan kelancaran  produksi  (Amran,  2002).  Kondisi lahan  tambang  kuari  batugamping  tersebut sangat  dipengaruhi  oleh  kualitas  massa batuan.  Kualitas massa  batuan  dapat ditentukan dengan cara menganalisis kekuatan  massa  batuan.  Penelitian  ini bertujuan untuk menganalisis kekuatan massa  batuan  dalam  menggunakan  kaidah Hoek-Brown  failure  criterion yang  dibantu dengan Roclab software . Roclab ini merupakan    program    yang    dapat menentukan    parameter –    parameter kekuatan massa batuan berdasarkan generalized    Hoek-Brown   failure   criterion, 2002 .  Program  ini  merupakan  produksi  dari Rockscience.ltd.

## Lokasi Penelitian
Lokasi  penelitian  ini  terletak  di  daerah prospek    tambang    kuari    batugamping Gunung Sudo, Desa Karangasem, Kecamatan  Ponjong,  Kabupaten  Gunung Kidul, Propinsi  Daerah  Istimewa  Yogyakarta. (Gambar 1).

## Gambar 1. Peta lokasi penelitian

## Tinjauan Pustaka
Geologi Regional
Geomorfologi  regional  bagian  selatan Pulau Jawa merupakan perbukitan – pegunungan,  disebut  Pegunungan  Selatan (Van  Bemmelen,  1949).        Pegunungan Selatan  di  Daerah  Istimewa  Yogyakarta  dan Jawa  Tengah  dirinci  menjadi  empat  zone, yaitu  zone  fisiografi  gawir  Lajur  Baturagung –   Plopoh   ( Baturagung –   Plopoh   Range ) berada    di    utara,    cekungan    antar pegunungan  di  tengah,  plato  karst  ( Gunung Sewu  Karst )  di  selatan,  dan  pantai  selatan menghadap   Samudra   Hindia.   Cekungan antar  pegunungan  di  Pegunungan  Selatan ada    dua,    yaitu    Cekungan    Wonosari ( Wonosari  Basin )  di  barat,  dan  Cekungan Baturetno ( Baturetno Basin ) di timur.
Secara  fisiografi  lokasi  penelitian  dan sekitarnya termasuk dalam jalur Pegunungan  Selatan  yang  terdapat  di Pulau Jawa  bagian  tengah  dengan  bagian  utara yang dibatasi sesar bertingkat (normal) pada jalur Sambipitu-Sambeng. Daerah Kecamatan   Ponjong   dari   sudut   pandang
geomorfologi  termasuk  dalam  bagian  Masif Panggung  (bagian  selatan  Pegunungan Selatan),    Kars    Gunung    Sewu,    dan Cekungan Wonosari. Wilayah Ponjong secara  geomorfologi  merupakan  peralihan antara  Pegunungan  Selatan,      Cekungan Wonosari, dan Karst Gunung Sewu.
Satuan  batuan  di  Daerah  Karangasem, Kecamatan  Ponjong,  Kabupaten  Gunung Kidul  dapat  dibedakan  menjadi  dua  macam satuan  batuan,  yaitu  satuan  batugamping klastik/kristalin (keras) dan satuan batugamping  non  klastik  (lunak).  Satuan batugamping    ini    diperkirakan    termasuk dalam  formasi  Wonosari  yang  berumur Meosen tengah-Meosen akhir.
Stratigrafi regional daerah Ponjong termasuk  dalam  stratigrafi  Pegunungan Selatan   bagian   barat.   Batuan   berumur Tersier  merupakan  penyusun  utama  di daerah  ini,  terdiri  dari  Formasi  Semilir,  Oyo, Wonosari,  dan  penyusun  yang  lain  adalah endapan  aluvium  berumur  Kuarter  (Surono, dkk., 1992,). Menurut van Bemmelen (1949), di  sekitar Ponjong  terbentuk Formasi Kepek. Dan daerah Gunung Sudo tersebut termasuk
 ' 1 3   '  d   . S a
bagian   dari    Formasi   Wonosari   (Tmwl). Batuan  penyusun  formasi  ini  merupakan batugamping,  batugamping  napalan-tufan, batugamping   konglomerat,   batupasir   tufan dan batulanau.
S dan a adalah  konstanta  massa  batuan yang  berhubungan  dengan  besar  nilai GSI dan D ,  sebagaimana  dijabarkan  Persamaan 5  dan 6.
GSI 100  (5)
Pada   sebaran   daerah   Ponjong,   arah tinggian  dan  rendahan  morfologi  bervariasi, yaitu  timurlaut  -  baratdaya,  utara –  selatan,
S exp    9  3 D
dan  barat –  timur.  Pada  bentangalam  non- a 1 1 ( e GSI 15 e 20 3 ) (6)
kars,   kekar   tidak   terekspresikan   kecuali 2     6 sudah  berkembang  menjadi  sesar.  Sesar, secara             konseptual             merupakan perkembangan    dari   kekar.   Dua    struktur Berdasarkan Mohr-Coulomb, besar kekuatan massa batuan adalah : geologi  itu  dibedakan   karena  pada  kekar tidak disertai
perpindahan tempat
( displacement ),  sedangkan  pada  sesar  ada perpindahan    tempat    atas    batuan    yang
' 2 c . cos  cm 1  sin ' (7)
mengalami   pensesaran.   Dengan   demikian Dimana c ' dan ' ditentukan  untuk  kisaran temuan arah-arah sesar identik dangan arah tegangan t < 3 < ci /4,  maka  kekuatan kekar.    Pembentukan    sesar    ditemui    di kompleks  Gunung  Sudo  (wilayah  Ponjong bagian   utara),   dengan   arah   timurlaut – baratdaya,   dan   barat –   timur.   Sebagian massa batuan berdasarkan  hubungan Mohr- Coulomb dan Hoek-Brown :
a 1 daerah    pada    Formasi    Wonosari    yang ' . ( m b 4 s a ( m b 8 s ))( m b / 4 s ) mempunyai  sudut  kemiringan  batuan  antara cm              ci
30 0 –  60 0 ,  dan  juga  terdapat  daerah  yang
2(1 a )(2 a )
mempunyai sudut kemiringan batuan  sekitar Dengan ' dan ' tegasan  efektif  terbesar 70 0 di  sekitar  zone  sesar  yang  membentuk tinggian  morfologi Gunung  Sudo (408 – 451 dan     terkecil, ci uniaxial     compressive m).
strength   of   the   intact   rock   material , c '
'
Kekuatan Massa Batuan
kohesifitas, sudut   friksi   dalam, m i nilai
Kriteria Runtuhan Hoek-Brown dan Mohr- Coulomb,  seperti  pada  Persamaan  1  (Hoek et  al.,  2002).  Besar  nilai  kekuatan  batuan dapat diketahui seperti compressive strength dan tensile strength (Persamaan 2 dan 3) . Hoek-Brown failure criterion :
konstanta    batuan    padu,    dan D faktor gangguan.

## Modulus Deformasi
Penentuan besar modulus deformasi berdasarkan  nilai  GSI  bisa  dilihat  dari Persamaan 9 dan 10.
'             '  ' a 3 1 3 ci m b ci s   (1) Hoek-Brown dalam Hoek et al. (2002).
Besar   nilai uniaxial   compressive   strength ( ) diperoleh saat ' 0 , maka : E ( GPa )   1 D 2 ci .10 ( GSI 10 ) / 40  100 (9)
c 3
Compressive strength : c ci (2)
Persamaan  tersebut  berlaku  jika ci  MPa. 100
Tensile strength  :  S . ci t m (3)
b Untuk ci > 100 MPa, maka :
Dimana m b merupakan penurunan konstanta E    GPa D ( GSI 10 ) / 40  (10)
material m i dengan besar :
GSI 100 
d (        )     1 2 .10 m b m i exp 
(4) 28  14 D
Program Roclab
Roclab ini  merupakan  program  yang dapat  menentukan  parameter –  parameter kekuatan massa batuan berdasarkan generalized   Hoek-Brown   failure   criterion edisi 2002 yang diproduksi oleh Rocscience.ltd.
Beberapa   parameter   utama   sebagai input   data  dalam  mengoperasikan Roclab terdiri  dari  :  uji  kuat  tekan  uniaksial  ( intact
rock ),  nilai  GSI,  konstanta  material  batuan sesuai  litologi,  faktor  gangguan  dan  aplikasi untuk    lereng    (bobot    isi    dan    tinggi keseluruhan  lereng  yang  direncanakan). Program  ini  dapat  digunakan  dengan  cara yang  sangat  mudah  dan  cepat  daripada menggunakan  persamaan  matematis  dan merupakan  program  tidak  berbayar.  Contoh tampilan  analisis Roclab dapat  dilihat  pada
Gambar 2 di bawah ini.
Gambar 2. Contoh l ayout hasil analisis roclab 2. Metode Penelitian

## Objek Penelitian
Beberapa objek penelitian  dalam analisis kekuatan  massa  batuan  pada  batugamping di daerah Gunung Sudo, Kabupaten Gunung Kidul  terdiri  dari  :  kondisi  topografi  dan geomorfologi,    struktur    batuan,    litologi, kondisi  singkapan  permukaan  batuan,  kuat tekan  batuan  utuh  pada  lahan  prospek tambang kuari batugamping.

## Tahapan Penelitian
Metode  penelitian ini menggunakan metode kuantitatif dengan pendekatan induktif . Penelitian  ini  dilakukan  melalui beberapa  tahapan  yang  meliputi:  persiapan, perijinan, reconnaissance , pengamatan lapangan, pengambilan sampel untuk memperoleh  data –  data  primer,  tahap  olah data dan analisis serta pembahasan. Tahapan  penelitian  secara  rinci  dijelaskan dalam   diagram   alir   penelitian   yang   dapat
dilihat pada Gambar 3. Hasil akhir penelitian ini adalah analisis kekuatan massa batugamping pada tambang kuari batugamping di daerah Gunung Sudo.

## 3. Hasil dan Pembahasan

## Keadaan Lokasi Penelitian
Morfologi   di   daerah   sekitar   penelitian
Secara    umum    perbedaan    ketinggian maupun  kelerengan  di  daerah  penelitian sangat  mencolok.  Jenis  hidrologi  yang berkembang   di   sebagian   daerah  Ponjong dan sekitarnya adalah hidrologi kars.
Kondisi  batugamping  di  tambang  kuari batugamping  dapat  diketahui  dengan  jelas dari beberapa singkapan ( outcrop ) batugamping.        Lapisan         batugamping 0              0 merupakan  perbukitan  sedang  hingga  terjal mempunyai arah umum ( srike ) N 290  - 300  E 0                  0 kemiringan    lereng    sebesar        30 ˚-    80˚ (Gambar   4).   Sehingga   dilihat   dari   aspek
dan   kemiringan   ( dip )   sebesar   32
(Gambar 5). -   38
morfometri  dapat  dikelompokkan  ke  dalam daerah  perbukitan  sedang –  sangat  curam (Zuidam,  1983).  Topografi  lokasi  penelitian di  daerah  Gunung  Sudo  merupakan  daerah perbukitan  dengan  ketinggian  antara  410  m –  451  m  di  atas  permukaan  air  laut  (dpl).
Pengambilan       foto       dan       sampel batugamping  dilakukan  sebanyak  20  (dua puluh)    titik    di  daerah    Gunung    Sudo. Koordinat    dan    peta    pengamatan batugamping  dapat  dilihat pada  Tabel 1  dan Gambar
6.
Gambar 3. Bagan alir penelitian
a. Perbukitan sedang                            b. Perbukitan terjal
Gambar 4. Morfologi Daerah Sekitar Penelitian
32 0
Gambar 5. Singkapan ( outcrop ) batugamping
Tabel 1. Koordinat pengamatan dan pengambilan sampel Batugamping Gunung Sudo
Kode Sampel mE mN OC.1 473170 9116128 OC.2 473128 9116094 OC.3 473128 9116067 OC.4 473093 9116045 OC.5 473095 9116009 OC.6 473132 9115936 OC.7 473131 9115883 OC.8 473151 9115852 OC.9 473163 9115829 OC.10 473265 9115830 OC.11 473253 9115835 OC.12 473255 9115854 OC.13 473279 9115886 OC.14 473287 9115916 OC.15 473285 9115957 OC.16 473243 9116075 OC.17 473223 9116080 OC.18 473190 9116096 OC.19 473196 9115995 OC.20 473203 9115936
Gambar 6. Peta lokasi pengamatan dan pengambilan sampel Batugamping Gunung Sudo
Estimasi  GSI  dan  Hasil  Uji  Laboratorium Mekanika Batuan
Tabel 2. Data nilai GSI, ci , γ, D
Estimasi Geological  Strength  Index yang Kode
Litologi Nilai ci
γ
3 D
Sonmez  dan  Ulusay  1999. Geological Strength  Index (GSI)  merupakan  modifikasi chart dari Geological  Strength  Index (Hoek, 1994)  yang  dapat  mengestimasi volumetric joint  count secara  lebih  detil  pada structure rating (SR)  untuk  jenis  batuan  yang terdisintegrasi seperti pada lapisan batugamping  di  daerah  Gunung  Sudo. Kabupaten  Gunung  Kidul,  Yogyakarta.  Hasil estimasi GSI adalah sekitar 58 – 66. Hasil uji laboratorium  mekanika  batuan  meliputi: ci : 26-30 Mpa dan bobot isi : 2,26 - 2,35 gr/cm 3 .
Faktor gangguan : 0,7
(kegiatan penambangan  berupa  penggalian  batuan dengan  menggunakan  peralatan  mekanis). Hasil secara rinci dapat dilihat pada Tabel 2.
OC.1      Batugamping         64        30         2,31       0,7 OC.2      Batugamping         65        30         2,28       0,7 OC.3      Batugamping         59        26         2,19       0,7 OC.4      Batugamping         59        26         2,28       0,7 OC.5      Batugamping         66        30         2,28       0,7 OC.6      Batugamping         65        26         2,29       0,7 OC.7      Batugamping         58        26         2,28       0,7 OC.8      Batugamping         66        28         2,28       0,7 OC.9      Batugamping         66        28         2,22       0,7 OC.10     Batugamping         59        26         2,16       0,7 OC.11     Batugamping         59        26         2,26       0,7 OC.12     Batugamping         64        30         2,27       0,7 OC.13     Batugamping         66        28         2,31       0,7 OC.14     Batugamping         60        26         2,26       0,7 OC.15     Batugamping         59        26         2,19       0,7 OC.16     Batugamping         64        26         2,24       0,7 OC.17     Batugamping         65        28         2,26       0,7 OC.18     Batugamping         66        26         2,20       0,7 OC.19     Batugamping         60        26         2,26       0,7 OC.20      Batugamping          60         28          2,35        0,7
cm
 c t 
Aplikasi Roclab Untuk  Analisis  Kekuatan Massa Batugamping
Berdasarkan  analisis  kekuatan  massa batuan  pada  lapisan  batugamping  di  daerah Gunung    Sudo    dengan    menggunakan bantuan Roclab  software diperoleh  nilai beberapa  parameter  massa  batuan  masing- masing sampel seperti pada gambar lampiran,  meliputi:  kuat  tekan  uniaxial  ( c ),
( ' ).  Hasil analisis  kekuatan  massa  batuan pada     lapisan     batugamping     di     daerah Gunung   Sudo   secara   umum   mempunyai kekuatan  massa  batuan  yang  sedang, sehingga    tidak    berpotensi    terjadi kelongsoran pada dinding lereng penambangan  batugamping.  Secara  rinci hasil  analisis  kekuatan  massa  batuan terdapat pada Tabel 3.
kuat   tarik   ( t ),   kekuatan   massa   batuan
Tabel. 3. Hasil analisis kekuatan massa batuan pada Batugamping Gunung Sudo
No Kode
Litologi Nilai ci D m i m b S             a c
Ø ' 0 cm Sampel                                 GSI (MPa) (MPa)        ( ) (MPa) (MPa) (MPa) 1 0C.1 Batugamping 64 30 0,7 10 1,383 0,0054 0,502 0,477 45,52 2,185 -0,118 4,920 2 0C.2 Batugamping 65 30 0,7 10 1,462 0,0063 0,502 0,498 45,94 2,351 -0,129 5,085 3 0C.3 Batugamping 59 26 0,7 10 1,051 0,0026 0,503 0,350 42,95 1,309 -0,065 3,630 4 0C.4 Batugamping 59 26 0,7 10 1,051 0,0026 0,503 0,356 42,66 1,309 -0,065 3,630 5 0C.5 Batugamping 66 30 0,7 10 1,544 0,0072 0,502 0,522 46,28 2,530 -0,141 5,257 6 0C.6 Batugamping 65 26 0,7 10 1,462 0,0063 0,502 0,455 44,97 2,038 -0,111 4,407 7 0C.7 Batugamping 58 26 0,7 10 0,995 0,0023 0,503 0,343 42,25 1,215 -0,059 3,517 8 0C.8 Batugamping 66 28 0,7 10 1,544 0,0072 0,502 0,499 45,83 2,362 -0,131 4,907 9 0C.9 Batugamping 66 28 0,7 10 1,544 0,0072 0,502 0,493 46,04 2,362 -0,131 4,907 10 0C.10 Batugamping 59 26 0,7 10 1,051 0,0026 0,503 0,347 43,08 1,309 -0,065 3,630 11 0C.11 Batugamping 59 26 0,7 10 1,051 0,0026 0,503 0,355 42,72 1,309 -0,065 3,630 12 0C.12 Batugamping 64 30 0,7 10 1,383 0,0054 0,502 0,475 45,61 2,185 -0,118 4,920 13 0C.13 Batugamping 66 28 0,7 10 1,544 0,0072 0,502 0,501 45,74 2,362 -0,131 4,907 14 0C.14 Batugamping 60 26 0,7 10 1,110 0,0030 0,503 0,368 43,12 1,409 -0,071 3,747 15 0C.15 Batugamping 59 26 0,7 10 1,051 0,0026 0,503 0,350 42,95 1,309 -0,065 3,630 16 0C.16 Batugamping 64 26 0,7 10 1,383 0,0054 0,502 0,432 44,73 1,893 -0,102 4,264 17 0C.17 Batugamping 65 28 0,7 10 1,462 0,0063 0,502 0,475 45,50 2,194 -0,120 4,746 18 0C.18 Batugamping 66 26 0,7 10 1,544 0,0072 0,502 0,454 46,20 2,193 -0,122 4,556 19 0C.19 Batugamping 60 26 0,7 10 1,110 0,0030 0,503 0,368 43,12 1,409 -0,071 3,747 20 0C.20 Batugamping 60 28 0,7 10 1,110 0,0030 0,503 0,391 43,37 1,518 -0,077 4,035

## 4. Kesimpulan
Kekuatan  massa  batuan  pada  lapisan batugamping di daerah Gunung Sudo secara umum  mempunyai  kekuatan  massa  batuan yang  sedang,  sehingga  tidak  berpotensi terjadi  kelongsoran  pada  dinding  lereng penambangan batugamping.

## Daftar Pustaka
Amran,  A.,  Haswanto,  Sugeng,  M.,  B.,  dan Nelson  R.,  (2002) Analisa  Kestabilan Lereng  di  Lokasi  Blok  Barat  PT.  Inco Soroako  Sulawesi  Selatan, Prosiding Perhapi. Jakarta.
Hoek,  E.  (1994) Strength  of  Rock  and  Rock Masses . News J ISRM 2 (2) : p. 4 –16. Hoek, E.,  Torres,  C.,C.,  and  Corkum,  B.,
( 2002 ) Hoek-Brown    Failure    Criterion , Rockscience Inc., Toronto, Canada.
Hoek, E. (2007) Practical Rock Engineering . Notes,  Evert  Hoek  Consulting  Engineer Inc.,  Canada. http://www.rockscience.com . Sonmez,     H.     and     Ulusay,     R.     1999.
Modifications    to    Geological    Strength Index   (GSI)   and   Their   Applicability   to stability of Slopes. Int. J. Rock Mech. Min. Sci ., Vol. 36, p. 743-760.
Surono,  Toha,  B.,  dan  Sudarno,  I.,  (1992) Peta  Geologi Surakarta – Giritontro  skala 1    :    100.000,    Pusat    Penelitian    dan Pengembangan Geologi (P3G) Bandung. Van Bemmelen, RW., 1949, The Geology of Indonesia,  Vol.  IA,  General  Geology  of Indonesia  And  Adjacent  Archipelagoes , Second  Edition,  Martinus  Nijhoff,  The Hague.
Wijaya,    R.A.E.   (2015)    Model    Klasifikasi Kelayakan      Lahan      Tambang      Kuari Batugamping       Berdasarkan       Kondisi
Geologi  Teknik  dan  Stabilitas  Lereng Sebagai  Dasar  Perencanaan  Tambang,
Laporan Penelitian Hibah Bersaing, Kemenristek Dikti. Zuidam R.A.V., 1983, Guide to Geomorphology Aerial Photographic Interpretation    and    Mapping ,    ITC Enschede, The Netherlands.
Lampiran : Analysis of Rock Strength Using Roclab
Sampel OC.1
Sampel OC.2
Sampel OC.3
Sampel OC.4
Sampel OC.5
Sampel OC.6
Sampel OC.7
Sampel OC.8
Sampel OC.9
Sampel OC.10
Sampel OC.11
Sampel OC.12
Sampel OC.13
Sampel OC.14
Sampel OC.15
Sampel OC.16
Sampel OC.17
Sampel OC.18
Sampel OC.19
Sampel OC.20