Mekanika batuan

Mekanika batuan adalah salah satu cabang ilmu mekanika yang mempelajari mengenai perilaku dari batuan yang menerima gaya atau tekanan tertentu. Ruang lingkup keilmuan mekanika batuan bersifat teoretis maupun praktis. Mekanika batuan menjadikan batuan utuh dan massa batuan sebagai objek penyelidikannya. Dalam mekanika batuan, karakteristik batuan yang informasinya diperlukan meliputi modulus deformasi, modulus pasca runtuh, elastisitas, kuat tekan, geser dan tarik, sudut geser dalam, daya dukung, dan kohesi. Mekanika batuan merupakan salah satu bidang keilmuan yang berkaitan dengan pekerjaan pada teknik pertambangan. Kondisi mekanika batuan merupakan salah satu parameter yang diperlukan dalam pemilihan dan penentuan metode pertambangan bawah tanah.

Prinsip

Tekanan litostatik 
Tekanan litostatik merupakan tekanan yang sangat besar yang nilainya lebih besar dibandingkan dengan tekanan hidrostatik. Batuan yang mengalami tekanan litostatik adalah batuan yang berada di dalam Bumi. Arah dari tekanan litostatik adalah ke segala arah. Tekanan litostatik semakin besar menekan batuan yang berada pada posisi yang semakin dalam di dalam Bumi.

Tegasan 
Tegasan merupakan gaya yang bekerja pada suatu luas permukaan dari suatu benda. Terkait dengan batuan, tegasan ialah suatu kondisi yang terjadi pada batuan sebagai tanggapan dari gaya-gaya yang berasal dari luar. Besarnya tegasan merupakan perbandingan antara nilai gaya yang bekerja pada luas suatu permukaan dibagi dengan luas permukaan benda tersebut  Tegasan dibedakan menjadi tegasan utama dan tegasan pembeda. Tegasan utama merupakan tegasan yang bekerja pada salah satu permukaan yang mempunyai komponen tegasan prinsipal. Sedangkan tegasan pembeda adalah perbedaan antara tegasan pada nilai maksimal dan tegasan pada nilai minimal. Rekahan atau retakan akan terjadi pada bebatuan ketika nilai tegasan melebihi kekuatan yang tersimpan di dalam batuan.

Gaya tegasan 
Gaya tegasan merupakan gaya yang muncul akibat tegasan. Gaya ini timbul sebagai akibat dari perubahan panjang, perubahan bentuk, dan dilatasi batuan. Gaya tegasan juga dapat timbul akibat ketiga hal tersebut terjadi secara bersamaan. Adanya perubahan tekanan litostatik membuat benda yang homogen mengalami perubahan volume, tetapi tidak mengalami perubahan bentuk. Salah satu contohnya adalah batuan gabro yang mengembang ketika gaya hidrostatiknya berkurang. Perubahan bentuk umumnya terjadi ketik  gaya terpusat pada suatu benda sehingga tiga jenis fasa terlampaui. Fasa-fasa ini  yaitu fasa elastisitas, fasa plastisitas, dan fasa pecah. Fasa plastisitas tidak dicapai oleh bahan yang rapuh karena umumnya pecah terlebih dahulu. Sementara bahan yang memiliki plastisitas akan mempunyai rentang waktu antara fasa elastisitas dan fasa pecah. Di dalam mekanika batuan, hubungan ketiga fasa tersebut ditunjukkan oleh tegasan dan tarikan. Gaya yang diperlukan untuk pecah pada suhu dan tekanan permukaaan tertentu dihitung sebagai kekuatan batuan. Setiap batuan mempunyai kekuatan yang berbeda-beda meskipun jenis batuannya sama. Penyebabnya adalah kondisi pembentukan yang berbeda-beda pula.

Kebutuhan informasi 
Dalam mekanika batuan, informasi yang paling utama ialah mengenai kekuatan material pada batuan. Informasi ini lebih utama dibandingkan dengan informasi mengenai kekerasan batuan. Pentingnya informasi mengenai kekuatan material pada batuan merupakan akibat dari adanya opini dari para ahli geologis.  Kekuatan batuan diartikan sebagai ketahanan batuan terhadap lekukan dan goresan yang penilaiannya tidak hanya mencakup penilaian secara kuantitatif. Kekuatan batuan dalam kategori lunak dibedakan menjadi batuan lunak dan batuan sangat lunak. Batuan sangat lunak merupakan batuan yang dapat remuk dan dapat dikupas menggunakan pisau. Sedangkan batuan lunak  merupakan material yang dapat dipotong dan dikupas menggunakan pisau. Kemudian kekerasan batuan yang bersifat keras dibedakan menjadi batuan keras sedang, batuan keras dan batuan sangat keras. Batuan keras sedang memiliki material yang tidak dapat dipotong atau dikupas dengan pisau, tetapi dengan satu pukulan kuat menggunakan palu geologi, materialnya dapat pecah. Batuan keras merupakan material yang pecah ketika dipukul dengan palu geologi. Sedangkan batuan sangat keras merupakan material yang hanya dapat pecah setelah dipukul berkali-kali menggunakan palu geologi.

Penerapan teoretis

Kelayakan ekonomi pertambangan 
Mekanika batuan menjadi salah satu parameter masukan yang menjadi referensi bagi perubahan atas penilaian kelayakan operasi dari suatu pertambangan secara ekonomi. Parameter mekanika batuan yang utama dalam hal ini meliputi sistem dan pola urutan dari penyanggah batuan.

Pemahaman struktur geologi 
Suatu struktur geologi dapat dipahami dengan mudah dengan mengenali prinsip-prinsip dasar dari mekanika batuan. Prinsip ini diantaranya meliputi konsep gaya, tekanan, dan tarikan. Prinsip dasar mekanika batuan ini dapat mempermudah pemahaman terhadap asal-usul dan mekanisme terbentuknya suatu struktur geologi.

Penerapan praktis

Pembangunan pembangkit listrik tenaga panas bumi 
Uji seleksi mengenai lokasi pembangunan pembangkit listrik tenaga panas bumi dilakukan ketika pengujian pengeboran sumur eksplorasi telah selesai dilakukan. Setelahnya ditetapkan beberapa tempat yang menjadi kandidat tempat pembangunan pembangkit listrik tenaga panas bumi. Pemilihan tempat ini ditinjau dari tingkat kestabilan secara geologi teknik, keterjangkauan, efisiensi serta peluang pengembangan sumur eksplorasi yang memadai. Pada tahap survei galian, diadakan beberapa jenis survei yang salah satunya yaitu survei keberadaan dan kualitas mekanika batuan.

Pembuatan terowongan 
Pada pembuatan terowongan, pengujian mekanika batuan menjadi salah satu tahap kegiatan di dalam pengujian akhir bagi terowongan yang dapat memperkuat kelayakan pembuatannya. Pengujian mekanika batuan diawali dengan pengambilan contoh batuan melalui pengeboran. Pengujian mekanika batuan pada terowongan secara langsung dapat mempercepat proses evaluasi kebutuhan perkuatan batuan yang bersifat sementara maupun tetap. Tujuan lainnya ialah memperoleh paramater pembebanan yang berguna sebagai informasi dalam merancang dinding terowongan dengan bahan konstruksi berupa material batuan. Pengujian mekanika batuan juga dapat dilakukan guna memperoleh metode panggalian yang tepat.

Lihat juga 
 Geologi rekayasa
 Rekayasa geoteknik
 Analisis kestabilan lereng
 Klasifikasi massa batuan
 Plastisitas massa batuan

Referensi

Catatan kaki

Daftar pustaka

Bacaan lanjutan 
 Rai, M. A., Kramadibrata, S., & Wattimena, R. K. (2014). Mekanika Batuan. Bandung: Penerbit ITB.
 
 Brady, B.H.G., Brown, E.T. (1999), Rock Mechanics For Underground Mining, Kluwer Academic Publishers.
 Edelbro, C. (2004). Evaluation of rock mass strength criteria, Thesis, Lulea University of Technology, Division of Rock Mechanics