pengaruh pelapukan terhadap kuat tekan …

PROSIDING TPT XXIX PERHAPI 2020

857

PENGARUH PELAPUKAN TERHADAP KUAT TEKAN UNIAKSIAL PADA BATUAN ANDESIT

1)Listiyawati Nugraha*, 2)Rety Winonazada

1,2) Magister Teknik Pertambangan Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Yogyakarta *Email: [email protected]

ABSTRAK

Proses pelapukan merupakan hal yang umum dijumpai pada batuan. Apalagi di daerah yang beriklim tropis memiliki peran dalam mempengaruhi sifat mekanik batuan, khususnya kekuatan massa batuan tersebut. Beberapa faktor yang dapat mempengaruhi kekuatan batuan, diantaranya adalah faktor pelapukan batuan. Beberapa jenis batuan yang mengalami pelapukan, salah satunya yaitu batuan andesit. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis perbandingan kekuatan batuan andesit fresh dan batuan andesit lapuk di dua lokasi yang berbeda. Dimana lokasi 1 adalah batuan andesit yang masih fresh sedangkan di lokasi ke 2 yaitu batuan andesit yang sudah mengalami pelapukan. Perubahan-perubahan yang terjadi pada proses pelapukan kebanyakan berlangsung secara gradual dan biasanya diikuti oleh pola-pola perubahan yang teratur. Metode yang digunakan pada penelitian ini yaitu dengan pengamatan secara langsung di lapangan dan melakukan uji laboratorium yaitu uji kuat tekan uniaksial (Uniaxial Compressive Strength). Dari hasil pengujian UCS diproleh hasil kuat tekan batuan andesit fresh pada sampel 01.A yaitu sebesar 17,16 Mpa, sampel 01.B sebesar 15,44 Mpa, sedangkan batuan andesit lapuk yaitu, sampel 02.A sebesar 12,34 Mpa dan sampel 02.B sebesar 6,64 MPa. Berdasarkan hasil uji UCS di dua lokasi tersebut, lokasi dua memiliki kekuatan massa batuan yang lebih kecil dari massa batuan di lokasi pertama, karena adanya proses pelapukan. Dari hasil analisis, proses pelapukan batuan pada lokasi pertama tergolong dalam kelas I yaitu batuan fresh sedangkan batuan di lokasi kedua tergolong dalam kelas IV yaitu lapuk kuat. Oleh karena itu di lokasi kedua perlu dilakukan perkuatan lereng, untuk menghindari terjadinya longsor.

Kata kunci: andesit, uji kuat tekan uniaksial, pelapukan

ABSTRACK

The weathering process is common in rocks. Especially in areas with tropical climates, it has a role in influencing the mechanical properties of rocks, especially the strength of the rock mass. Several factors can affect the strength of the rock, including the rock weathering factor. Several types of rock are experiencing weathering, one of which is andesite. This study aims to analyze the strength comparison of fresh andesite rocks and weathered andesite rocks in two different locations. Where location 1 is andesite rock which is still fresh, while in location 2 is andesite rock which has experienced weathering. The changes that occur in the weathering process are mostly gradual and are usually followed by regular patterns of change. The method used in this study is by direct observation in the field and conducting laboratory tests, namely the uniaxial compressive strength test. From the results of the UCS test, the compressive strength of fresh andesite rocks in sample 01.A was 17.16 MPa, sample 01.B was 15.44 MPa, while weathered andesite rocks were sample 02.A was 12.34 MPa and sample 02.B of 6.64 MPa. Based on the results of the UCS test at the two locations, location two has a rock mass strength that is smaller than the rock mass in the first location, due to the weathering process. From the analysis, the rock weathering process in the first location is classified as class I, namely fresh rock, while the rocks in the second location are classified as class IV, which is strong weather. Therefore, at the second location it is necessary to reinforce the slopes, to avoid landslides.

Keywords: andesite, Uniaxial Compressive Strength, weathering


858

A. PENDAHULUAN

Pelapukan merupakan hal yang umum dijumpai pada batuan atau salah satu bagian dari proses eksogenik atau yang pasti terjadi pada batuan. Pelapukan adalah proses alterasi dan pemecahan material tanah dan batuan yang disebabkan oleh proses kimia, fisika dan biologis untuk membentuk tanah liat, oksida besi, dan produk pelapukan lainnya. Pelapukan batuan yang disebabkan oleh hancurnya fisik batuan dan dekomposisi kimiawi mempengaruhi sifat fisik dan mekanik material batuan dan massa batuan. Apalagi di daerah yang beriklim tropis, adanya pelapukan akan terlihat lebih intensif bahkan dapat terjadi secara simultan (Zhao et al., 1994).

Perubahan-perubahan yang terjadi pada proses pelapukan kebanyakan berlangsung secara gradual dan biasanya diikuti oleh pola-pola perubahan yang teratur. Namun demikian, profil pelapukan yang terbentuk umumnya berkembang tidak seragam sebagai akibat dari adanya pengaruh yang kompleks, baik secara internal dalam batuan itu sendiri atau pengaruh lain yang bersifat eksternal seperti kondisi iklim, topografi/morfologi, air tanah dan aktifitas organisme (Sadisun dan Bandono, 1998).

Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis perbandingan kekuatan batuan andesit fresh dan batuan andesit lapuk di dua lokasi yang berbeda. Dimana lokasi 1 adalah batuan andesit yang masih fresh sedangkan di lokasi ke 2 yaitu batuan andesit yang sudah mengalami pelapukan. Pelapukan yang terbentuk umumnya berkembang tidak seragam sebagai akibat dari adanya pengaruh internal dan eksternal.

Pada penelitian ini, penulis membagi batuan menjadi setiap section untuk dilakukan uji UCS, agar mendapatkan hasil yang lebih maksimal. Jika dilakukan penelitian lebih lanjut bisa didapatkan properties batuan untuk diaplikasikan pada simulasi lereng, tapi pada penelitian ini penulis hanya membatasi pengujian laboratorium uji UCS dan kelas pelapukan, tidak sampai pada simulasi lereng.

B. METODOLOGI PENELITIAN

B.1. Geologi Daerah Penelitian

Pengambilan data dilapangan dilakukan untuk mengambil contoh batuan dan menentukan derajat pelapukan batuan secara visual deskriptif. Lokasi penelitian dilakukan pada dua lokasi, sampel batuan pertama berada di Desa Hargoumulyo dan sampel batuan kedua berada di Desa Ngalang, Kecamatan Gedangsari, Kabupaten Gunung Kidul, Daerah Istimewa Yogyakarta. Geologi daerah pengambilan sampel (Gambar 1) berada pada daerah Formasi Kebo-Butak (Tomk) dan Formasi Semilir (Tms) dimana termasuk dalam rangkaian Pegunungan Selatan.

Formasi Kebo Butak merupakan formasi tertua (berumur Oligosen Akhir) yang tersingkap di Kabupaten Gunung Kidul dan tersusun dari batupasir berlapis, batulanau, batulempung, serpih, tuf, dan aglomerat, dijumpai setempat-setempat retas andesit basalt, di bagian atas dijumpai breksi andesit (Surono dkk., 1992). Formasi Semilir terbentuk pada Miosen Awal, menumpang selaras di atas Formasi Kebo Butak (Gambar 1), terusun dari tuf, batupasir tufan, dan serpih (Surono dkk., 1992).

Pengambilan sampel pada kedua lokasi yaitu lereng breksi andesit alami dengan kondisi dan karakteristik lereng yang berbeda. Pada lokasi 1 kondisi lereng terdiri atas batuan andesit fresh (segar) yang terletak diatas lahan persawahan warga, sedangkan untuk lokasi 2 lereng berada pada tepi jalan desa dengan kondisi lereng mengalami pelapukan dan pada bagian bawah lereng diberikan sistem perkuatan drainase.


859

Gambar 1. Geologi regional daerah penelitian (Surono dkk., 1992)

B.2. Pengujian Laboratotium Kuat Tekan Uniaksial

Kuat tekan adalah kemampuan batuan untuk menerima beban hingga pecah bila diberi beban dan tekanan. Faktor-faktor yang mempengaruhi kuat tekan suatu batuan adalah jenis batuan, tekstur permukaan batuan, komposisi mineral, dan tingkat pelapukan batuan serta peningkatan porositas dan kehadiran struktur aliran (Rai, dkk, 2014).

Gambar 2. Kurva tegangan regangan uji kuat tekan uniaksial (Rai dkk,2014)

Kuat tekan uniaksial adalah gambaran dari nilai tegangan maksimum yang dapat ditanggung sebuah contoh batuan sesaat sebelum contoh batuan tersebut hancur (failure) tanpa adanya pengaruh dari tegangan pemampatan (Rai, dkk, 2014). Tujuan dari uji ini adalah untuk mengklasifikasi kekuatan dan karaktersitik batuan utuh. Hasil uji mendapatkan beberapa informasi yaitu kurva tegangan-regangan (Gambar 2), kuat tekan uniaksial, modulus elastisitas, nisbah poisson, energi fraktur, dan energi fraktur spesifik.

Lokasi Penelitian


860

Uji Uniaxial Compressive Strength (UCS) pada batuan dianggap sebagai parameter penting dalam analisis masalah geotenik. Pengujian ini merupakan salah satu peungujian yang penting dalam mekanika batuan, uji tekan dilakukan untuk mengukur kuat tekan uniaksial dari contoh batuan berbentuk silinder dan satu arah (uniaksial). Uji ini menggunakan mesin tekan (compression machine) dan dalam pembebananya mengikuti standard dari International Society of Rock Mechanis (ISRM, 1981).

B.3. Pelapukan Batuan Andesit

Batuan andesit merupakan jenis batuan beku luar dan terbentuk pada tempratur antara 900 dan 100 derajat celcius. Batuan ini termasuk golongan batuan intermediet dengan kadar silika (SiO3) adalah 57.5 persen. Batuan ini umumnya akan menghasilkan tanah-tanah yang kaya dan subur karena mengandung unsur-unsur basa yang mudah mengalami proses pelapukan sehingga membentuk tanah dengan tekstur yang halus. Andesit dapat dibedakan kedalam beberapa kelompok berdasarkan pada kandungan mineral kelam yang ada yakni : andesit-amfibol, andesitpiroksin, andesit-biotit, andesit-amfibol-biotit (Darmawidjaya, 1990).

Klasifikasi pelapukan batuan untuk tujuan keteknikan didasarkan pada karakteristik batuan yang dapat ditentukan baik dari investigasi lapangan maupun laboratorium. Karakterisasi bertujuan untuk memperoleh karakteristik khusus yang dapat digunakan sebagai acuan dalam menentukan dan menyusun klasifikasi perkembangan derajat pelapukan.

Menurut Zhao dkk (1994), untuk klasifikasi pelapukan batuan dengan tujuan keteknikan, beberapa kriteria yang harus digunakan adalah : a. Deskripsi batuan, meliputi warna, tekstur, dan perbandingan batuan/tanah pada material dan massa

batuan b. Slakebility pada material batuan c. Indeks kekuatan, meliputi indeks Schmidt hammer, indeks point load, uji kuat tekan (uniaxial

compressive strength), dan modulus elastisitas pada material batuan d. Porositas pada material batuan e. Indeks jarak rekahan (fracture spacing index) dan Rock Quality Designation pada massa batuan f. Permeabilitas batuan g. Indeks mikro, meliputi indeks mikropetrografi dan rekahan mikro pada material batuan

Suatu hal penting yang tidak banyak didiskusikan dalam pelapukan atau profil pelapukan adalah penjelasan tentang pelapukan material batuan (weathering of rock material) dan pelapukan massa batuan (weathering of rock mass). Kedua istilah tersebut memiliki arti dan implikasi berbeda pada penyelidikan geologi teknik. Deskripsi material batuan biasanya dilakukan pada contoh berukuran kecil (scale of hand specimen), sedangkan deskripsi massa batuan dilakukan pada skala ukuran yang lebih besar (Goodman, 1976). Perbedaan keduanya menjadi penting dalam karakterisasi profil pelapukan untuk tujuan geologi teknik yaitu sebagai penentu tingkat pekerjaan keteknikan yang memerlukan pengenalan pelapukan material batuan dasar dan pelapukan massa batuan dasar (Dearman, 1974, 1976; Baynes et al., 1978).


861

Tabel 1. Sistem klasifikasi derajat pelapukan Irfan dan Dearman (1978)

Istilah Derajat Penciri Utama Tanah residu Lapuk sempurna Lapuk kuat Lapuk sedang Lapuk ringan Batuan segar

VI

V

IV

III

II

I

Seluruh material batuan telah berubah menjadi tanah. Struktur massa dan kemas (fabric) material telah rusak. Disini terjadi perubahan volume menjadi lebih besar tetapi tanah belum mengalami transportasi.

Seluruh material batuan telah berubah menjadi tanah. Struktur massa dan kemas (fabric) material telah rusak. Disini terjadi perubahan volume menjadi lebih besar tetapi tanah belum mengalami transportasi. Lebih dari 35% material batuan telah terdekomposisi dan/atau terdisintegrasi menjadi tanah. Batuan segar atau perubahan warna pada batuan masih dapat dijumpai sebagai kerangka diskontinuitas atau inti batuan.

Kurang dari 35% material batuan telah terdekomposisi dan/atau terdisintegrasi menjadi tanah. Batuan segar atau perubahan warna pada batuan masih dapat dijumpai sebagai kerangka diskontinuitas atau inti batuan.

Perubahan warna menunjukan pelapukan pada material batuan dan permukaan diskontinuitas. Tidak ada tanda-tanda material batuan mengalami pelapukan; mungkin terdapat sedikit perubahan warna pada permukaan diskontinuitas utamanya.

C. HASIL DAN PEMBAHASAN

C.1. Pengamatan Lapangan Pelapukan Batuan

Batuan andesit di lokasi penelitian terletak di Desa Hargomulyo dan Desa Ngalang, Kecamatan Gedangsari, Kabupaten Gunung Kidul, Daerah Istimewa Yogykarta. Di jumpai dalam kondisi fresh dan lapuk sempurna. Pengamatan lapangan mengidentifikasi perkembangan derajat pelapukan batuan dari perubahan warna (discoloration) pada material batuan serta bidang diskontinuitas. Pada andesit, gejala awal pelapukan dimulai dari perubahan fisik di permukaan batuan, berupa perubahan warna akibat reaksi kimia antara mineral penyusun batuan dengan air dan oksigen. Gejala ini terjadi pada material batuan dan permukaan bidang diskontinuitas akibat retakan yang berasal dari batuan itu sendiri, seperti kekar berlembar (sheet joint) dan kekar kolom (columnar joint) atau akibat tektonik. Penentuan derajat pelapukan mengacu pada standar yang di berikan oleh Irfan dan Dearman (1978). Perkembangan derajat pelapukan dari bataun segar hingga lapuk kuat dapat diamati pada lereng batuan tersebut. Pada kedua lereng tersebut dapat diamati penampakan perkembangan pelapukan dari derajat pelapukan I hingga IV yang cukup representatif.

Gambar 3. (a) Batuan lokasi 1: fresh; (b). Batuan lokasi 2: lapuk


862

C.2. Hasil Uji Kuat Tekan Uniaksial

Uji kuat tekan secara uniaksial dilakukan untuk mendapatkan kekuatan batuan menahan tekanan satu arah yang diberikan kepadanya. Sampel yang digunakan sebanyak 4 buah, diantaranya 2 batuan andesit fresh dan 2 batuan andesit lapuk. Pengujian kuat tekan uniaksial mengacu pada standar pengujian International Society of Rock Mechanics (ISRM, 1981).

Hasil uji kekuatan batuan dengan Uniaxial Compressive Strength (UCS) pada setiap sampel batuan andesit seperti pada tabel 2. Nilai kuat tekan batuan berdasarkan UCS pada sampel batuan andesit fresh berkisar antara 15,44 Mpa hingga 17,16 Mpa sedangkan batuan lapuk berkisar antara 6.64 Mpa hingga 12,34 Mpa. Nilai kuat tekan batuan andesit secara umum menunjukkan pengaruh pelapukan yang semakin tinggi.

Tabel 2. Hasil uji kuat tekan uniaksial (UCS) dan kelas pelapukan

Sampel Kelas Pelapukan Batuan

UCS (Mpa) Modulus Young (Mpa)

Nisbah Poisson (Mpa)

01.A fresh I 17,16 2600.00 0,05

01.B fresh I 15,44 3676,19 0,14

02.A lapuk IV 12,34 1646,67 0,02

02.B lapuk IV 6,64 1575,00 0,07

Dari hasil pengujian kuat tekan, nilai kuat tekan beraviarasi yaitu nilai kuat tekan pada sampel batuan andesit fresh 01.A yaitu 17,16 Mpa, sampel batuan andesit fresh 01.B dengan nilai 15,44 Mpa. Untuk sampel batuan andesit lapuk 02.A yaitu 12,34 Mpa dan sampel batuan andesit lapuk 02.B dengan nilai 6,64 Mpa. Berdasarkan hasil pengujian tersebut memperlihatkan nilai kuat tekan uniaksial batuan sangat berpengaruh terhadap pelapukan.

Gambar 4. Sampel batuan (01) fresh dan (02) lapuk


863

Gambar 5. Pengujian kuat tekan uniaksial (UCS)

C.3. Analisis Pengaruh Pelapukan Terhadap Kuat Tekan Batuan

Karakterisasi pelapukan andesit berdasarkan pengamatan visual di lapangan mengidentifikasi enam derajat pelapukan batuan andesit berdasarkan karakter fisiknya. Hal yang paling mudah teramati dalam proses pelapukan material batuan adalah meningkatnya unsur besi yang dilepaskan, sehingga menghasilkan perubahan warna menjadi coklat atau kekuningan pada material batuan. Dari hasil pengujian UCS diproleh hasil kuat tekan batuan andesit fresh pada sampel 01.A yaitu sebesar 17,16 Mpa, sampel 01.B sebesar 15,44 Mpa, sedangkan batuan andesit lapuk yaitu, sampel 02.A sebesar 12,34 Mpa dan sampel 02.B sebesar 6,64 MPa.

Jika dilihat dari situasi yang ada di lapangan (daerah penelitian), pelapukan yang terjadi pada daerah penelitian lokasi dua, didominasi oleh pelapukan fisika dan biologi (organik). Hal ini dicirikan dengan

adanya perubahan fisik pada batuan yaitu berupa warna serta perubahan struktur batuan yang disebabkan oleh adanya pengaruh suhu, iklim dan cuaca, serta aktivitas organisme yang ada di sekitar daerah batuan tersebut, serta struktur geologi mulai sulit diidentifikasi karna pelapukan. Oleh sebab itu batuan dilokasi ke dua masuk pada pelapukan tingkat IV yaitu lapuk kuat. Berbeda dengan lokasi pertama dimana batuan andesit masih fresh serta tidak ada potensi longsor pada lereng.


864

Gambar 6. Hubungan antara UCS dan tingkat pelapukan

KESIMPULAN

Kesimpulan yang diproleh dari penelitian ini antara lain:

1. Dari hasil pengujian UCS, diproleh hasil kuat tekan batuan andesit fresh pada sampel 01.A yaitu sebesar 17,16 Mpa, sampel 01.B sebesar 15,44 Mpa, sedangkan batuan andesit lapuk yaitu sampel 02.A sebesar 12,34 Mpa dan sampel 02.B sebesar 6,64 MPa.

2. Berdasarkan hasil uji UCS di dua lokasi tersebut, lokasi dua memiliki kekuatan massa batuan yang lebih kecil dari massa batuan di lokasi pertama, karena adanya proses pelapukan. Dari hasil analisis, proses pelapukan batuan pada lokasi pertama tergolong dalam kelas I yaitu batuan fresh sedangkan batuan di lokasi kedua tergolong dalam kelas IV yaitu lapuk kuat.

UCAPAN TERIMAKASIH

Pada kesempatan ini, penulis mengucap syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa dan juga kepada Laboratorium Asia Rock Test yang sudah membantu dalam melakukan pengujian sampel kuat tekan.

DAFTAR PUSTAKA

Baynes, F.J., Dearman, W.R., dan Irfan, T.Y. (1978): Practical assessment of grade in a weathered granite. Bull. Int. Assoc. Eng. Geol., 18, 101-109.

Darmawidjaya, M.I. (1990): Klasifikasi Tanah. Dasar Teori Bagi Peneliti dan Pelaksana Pertanian di Indonesia. Gadjah Mada University Press, Yogyakarta.

Dearman, W.R. (1974): Weathering classification in the characterization of rock for engineering purposes in British practice. Bull. Int. Assoc. Eng. Geol., 9, 33-42.

Dearman, W.R.. (1976): Weathering classification in the characterization of rock. A revision. Bull. Int. Assoc. Eng. Geol., 13, 123-127.

Goodman, R.E. (1976): Methods of geological engineering in discontinuous rock, West Publishing Co., USA, 472.

Irfan, T.Y. dan Dearman, W.R. (1978): Engineering classification and index properties of a weathered granite. Bull.Int. Assoc. Eng. Geol., 17, 79-90.

Rai, M.A., Kramadibrata, S., Wattimena, R.K. (2014): Mekanika Batuan, Laboratorium Geomekanika dan peralatan tambang, ITB, Bandung.

Sadisun, I.A., dan Bandono. (1998): Pengenalan derajat pelapukan batuan guna menunjang pelaksanaan berbagai pekerjaan sipil dan operasi pertambangan. Gakuryoko, Vol. IV, No. 2, 10-23.

Surono, B., Toha., dan Sudarno, I. (1992): Peta Geologi Lembar Surakarta - Giritontro, Pusat Penelitian dan Pengembangan Geologi, Bandung.

Zhao, J., Broms, B.B., Zhou, Y., dan Choa, V. (1994): A study of the weathering of the Bukit Timah Granit; Part A: review, field observations and geophysical survey. Bull. Int. Assoc. Eng. Geol., 49, 97-106

pengaruh pelapukan terhadap kuat tekan …

Documents