pengaruh pelapukan terhadap sifat mekanik batuan dan tanah

JURNAL HIMASAPTA, Vol. 2, No. 1, April 2017 : 1 - 5
PENGARUH PELAPUKAN TERHADAP SIFAT MEKANIK BATUAN
DAN TANAH RESIDUAL BREKSI VULKANIK FORMASI PITANAK
DI KECAMATAN KARANG INTAN KABUPATEN BANJAR
Adip Mustofa1*, Agus Triantoro2, Irham Nurhafidz2
1
Program Studi Teknik Pertambangan, Fakultas Teknik, Universitas Lambung Mangkurat
2 Mahasiswa Program Studi Teknik Pertambangan, Fakultas Teknik, Universitas Lambung Mangkurat
e-mail: 1*[email protected], [email protected], [email protected],
ABSTRAK
Formasi Pitanak merupakan salah satu Formasi batuan yang tersusun oleh beberapa jenis batuan vulkanik seperti andesit, breksi
vulkanik dan jenis batuan konglomerat. Pada batuan batuan tersebut sering di temukan jebakan mineral logam, sehingga pada Formasi ini
berkemungkinan terbentuk cebakan endapan logam ekonomis untuk dilakukan kegiatan penambangan.
Pada tahapan awal penambangan, prasarana jalan sangat penting dalam kegiatan pembangunan (mine development). Pembuatan
jalan tambang memerlukan perhitungan dan perancangan material perkerasan jalan baik itu subgrade jalan maupun material perlapisannya.
Penelitian perlapisan batuan hasil pelapukan batuan vulkanik di Formasi Pitanak memberikan 6 kelas pelapukan batuan dengan tingkat
kekerasan material rata rata 0.03-0.6 MPa untuk tanah residual dan 2-30 MPa untuk material lapuk hingga batuan. Klaster pelapukan pada
batuan hasil pelapukan batuan vulkanik di Formasi Pitanak diketahui dengan menggolongkannya berdasarkan 3 sistem klasifikasi yaitu
menurut Sadisun dkk. 1998, ISRM 1981 dan NEH 601.03.
Kata Kunci : batuan vulkanik, formasi pitanak, kuat tekan batuan, kelas pelapukan.
PENDAHULUAN
Batuan vulkanik umumnya terbentuk dari
pembekuan magma yang sangat cepat. Kalimantan Selatan
saat ini tidak ada gunung aktif namun hasil pemetaan
geologi regional yang dilakukan oleh Pusat Penelitian dan
Pengembangan Geologi tahun 1994 menyatakan bahwa
aktifitas vulkanik pernah terjadi pada zaman Kapur Akhir
(65-95 juta tahun yang lalu) yang menghasilkan batuan
vulkanik yang dipetakan sebagai Formasi Pitanak. Salah
satu batuan yang terdapat dalam Formasi Pitanak yaitu
batuan breksi vulkanik. Tektonik akhir Miosen (5.3-11 jt
tahun yang lalu) menyebabkan batuan vulkanik Formasi
Pitanak terangkat, terlipatkan dan tererosi sehingga
tersingkap nampak seperti sekarang.
Pelapukan yang berlanjut dalam waktu lama
menyebabkan tanah lapukan menjadi tebal. Pelapukan yang
terjadi ada dua jenis yaitu pelapukan kimiawi dan
pelapukan fisika, jenis pertama adalah penghancuran yang
disebabkan oleh pembahasan dan pengeringan secara terus
menerus. Jenis yang kedua adalah akibat pengikisan, air,
angin, es (gletser). Proses ini menghasilkan butir yang kecil
sampai besar namun komposisinya masih tetap sama
dengan batuan asalnya.
Batuan adalah sekumpulan mineral baik sejenis
maupun tak sejenis yang membentuk massa material yang
terlithifikasi oleh proses alamiah menjadi bersifat padu/
padat dan keras. Batuan yang dikelompokkan dalam 3
kelompok batuan (batuan beku, batuan sedimen, dan batuan
metamorf) umumnya bersifat kompak dan padat, namun
ada beberapa batuan yang tidak kompak. Batuan vulkanik
menjadi bagian dari batuan beku luar bila terdapat sebagai
batuan leleran lava (lava bantal) yang merupakan hasil
pembekuan magma dipermukaan bumi.
Menurut Fisher (1966), endapan gunung api
fragmental tersebut dapat dikelompokkan ke dalam lima
kelas didasarkan atas ukuran dan bentuk butir batuan
penyusunnya.
Batuan Beku vulkanik merupakan batuan beku
yang terbentuk merupakan hasil dari proses cooling down
Magma atau Lava. Jadi pada batuan beku khusus untuk
vulkanik ini bukan hanya hasil pembekuan magma tetapi
juga lava yang berlangsung didalam tubuh gunung api
maupun dipermukaan bumi atau disebut juga intrusi
dangkal.
Dikarenakan proses pembekuanya berada pada
dalam tubuh api ataupun dipermukaan bumi, sehingga
proses pembekuanya berlangsung cepat dikarenakan
langsung kontak dengan udara maupun air yang ada
dipermukaan bumi. Jika proses pembekuaan magma ini
berlangsung secara cepat maka belum sempat mengalami
proses kristalisasi sempurna sehingga hanya terbentuk
kristal yang kecil-kecil ataupun glassy.
Berdasarkan peta geologi yang dikeluarkan oleh
Pusat Pengembangan dan Penelitian Geologi (P3G)
Bandung, daerah penelitian termasuk kedalam Peta Geologi
Lembar Banjarmasin (Sikumbang, 1994). Adapun Formasi
Batuan di daerah penelitian berdasarkan umur yang tertua
sampai termuda adalah sebagai berikut :
1) Gabro (Mgb), Gabro berwarna kelabu hijau berhablur
penuh, hipidiomorf, berbutir seragam, besar butir
antara 1-4,5 mm, tersusun oleh mineral plagioklas dan
piroksen
2) Formasi Pitanak (Kvpi), Lava andesit berwarna kelabu,
coklat bila lapuk, porfiritik dengan fenokris plagioklas,
umumnya berlongsong yang terisi mineral zeolit,
kuarsa dan seladonit. Setempat berstruktur bantal.
Berasosiasi dengan breksi konglomerat vulkanik,
umumnya lapuk berwarna coklat, berkomponen
andesit-basalt porfiri, berukuran beberapa hinngga
puluhan centimeter dengan masadasar batupasir
gunung api, terpilah buruk, bentuk butir menyudut
tanggung. Formasi ini tersingkap di bagian barat laut
Pegununngan Meratus melanjut ke Lembar amuntai
dan dikenal dengan Formasi Haruyan. Tebal formasi
diperkirakan 500 m.
3) Formasi Keramaian (Kak), Perselingan batupasir
(vulkarenite) berwarna kelabu kehitaman sangat padat,
dengan batulanau dan batulempung.
4) Alluvial (Qa), Lempung kaolinit dan lanau bersisipan
pasir, gambut, kerakal dan bongkahan lepas,
1
JURNAL HIMASAPTA, Vol. 2, No. 1, April 2017 : 1 - 5
merupakan endapan sungai dan rawa, berumur
holosen, dan lain-lain.
perbandingan tertentu pada grafis regangan aksial dihitung
pada rata-rata kemiringan kurva dalam kondisi linier, atau
bagian linier yang terbesar di kurva sehingga didapat nilai
modulus young rata-rata (lihat Gambar-4).
Gambar-3. Tegangan Regangan Keelastisan Suatu Bahan
Nisbah
Poisson
didefinisikan
sebagai
perbandingan negatif antara regangan lateral dan regangan
aksial. Nisbah Poisson menunjukkan adanya pemanjangan
ke arah lateral (lateral expansion) akibat adanya tegangan
dalam arah aksial.
Gambar-1. Peta Geologi Regional Lokasi Penelitian
METODOLOGI
Sampel yang digunakan dalam penelitian adalah
sampel berbentuk prisma balok berdimensi 50 mm x 50 mm
x 75 mm (Gambar-1). Penentuan jenis dimensi ini adalah
berdasarkan kegunaan dari penelitian, di mensi sampel di
buat prisma persegi panjang agar pembanding antara kontak
area di permukaan yaitu ban alat angkut sesuai dengan
dimensi sampel sebagai daya dukung materialnya. Dasar
penggunaan acuan adalah Standar ASTM C-170.
Model lapisan elastis dapat menghitung tekanan,
lendutan dan regangan pada suatu titik dalam suatu struktur
perkerasan. Model lapisan elastis berasumsi bahwa
masing-masing lapisan perkerasan adalah homogen,
isotropis, dan linier elastik. Dengan kata lain, akan kembali
kebentuk aslinya ketika beban berpindah (Gambar-2).
Gambar-4. Kurva Pengambilan Nilai 𝜎 dan a
HASIL DAN DISKUSI
Objek penelitian di khususkan pada lokasi didalam
Formasi Pitanak (Kvpi) dimana terdapat banyak singkapan
batuannya yaitu di kecamatan Karang Intan Kabupaten
Banjar tepatnya di Desa Mandikapau Timur dan desa
Mandiangin. Titik Koordinat lokasi penelitian berada pada
lokasi observasi representative yaitu pada koordinat S 3
29’ 06.6” dan E 114 57’ 33.3” yaitu di Desa Mandikapau
Timur dan Koordinat S 3 30’ 42.3” dan E 114 55’ 56.4”
yaitu di Desa Mandiangin Timur. Objek penelitian di lokasi
pengamatan berupa daerah yang memiliki bentang alam
perbukitan dengan beberapa gunung yang mengapitnya.
Material yang di teliti berupa batuan breksi vulkanik
dengan tingkat pelapukan yang beragam. Kondisi
lingkungan sekitar daerah penelitian terdapat area
persawahan, perkebunan karet dan tambak ikan.
Untuk mengetahui sifat mekanik batuan breksi
vulkanik khususnya kuat tekan batuan, modulus young ,
Poisson’s Ratio maka dilakukan sampling. Sampling
dilakukan terhadap massa batuan yang mewakili lapisan
baik terhadap massa batuan yang kondisinya segar (belum
terlapukkan) maupun batuan yang telah mengalami
pelapukan. Sampling dilakukan di 2 lokasi yaitu wilayah
Desa Mandikapau Timur dan Desa Mandiangin Kecamatan
Karang Intan. Selanjutnya sample batuan lapisan 1 sampai
lapisan 4 diuji sifat mekanik di laboratorium Mekanika
Batuan. Tanah terdapat pada lapisan 5 dan lapisan 6
pelapukan batuan Breksi vulkanik. Kedua lapisan batuan
yang telah lapuk menjadi tanah tersebut disampling baik
yang terdapat di Mandikapau Timur maupun Mandiangin.
Uji laboratorium dilakukan untuk mengetahui jenis
tanahnya dan beberapa parameter dari sifat mekanik tanah.
Gambar-2. Dimensi Sampel Uji
Koefisien kaku disebut Modulus setelah Thomas
Young yang membuat konsep baru pada tahun 1807.
Modulus Elastisitas (E) dipakai untuk bahan padat dan
membandingkan regangan dan tegangan menggunakan
persamaan (1).
Modulus Young (E) =
𝑇𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 (𝜎)
𝑅𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 (𝜀)
(1)
Bila suatu material mengalami perubahan bentuk
(deformasi) akibat beban yang diberikan dari luar dan
material tersebut akan berubah kembali ke bentuk semula
setelah beban tersebut dihilangkan maka material tersebut
dikatakan bersifat elastis.
Harga dari modulus young dapat ditentukan
sebagai perbandingan antara selisih tegangan aksial (τ)
dengan selisih tegangan aksial (o), yang diambil pada
2
JURNAL HIMASAPTA, Vol. 2, No. 1, April 2017 : 1 - 5
Lapisan
4
Tabel-1. Data Pengujian Sampel Mekanika Batuan
Nilai Modulus Young
Kuat Tekan Batuan (MPa)
Poisson’s Rasio
(GPa/cm2)
LPS 01
LPS 02
LPS 01
LPS 02
LPS 01
LPS 02
Titik Titik
Titik
Titik
Titik
Titik Titik Titik Titik Titik Titik Titik
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
4
3.5
2
2.5
5.63
4.33
2.88 3.91
0.3
0.2
0.1
0.5
3
13
6
11
7.5
13.79
6.52
5
7
0.38
0.31
0.45
0.4
2
15
24.25
23.5
18.75
18.75
12.19
14.3
17.9
0.43
0.38
0.47
0.41
1
26
29.25
25.25
26.25
20.27
21.40
18
18.8
0.93
0.97
0.69
0.98
6
Tabel-2. Data Pengujian Sampel Mekanika Tanah
Nilai Modulus Young
Kuat Geser Tanah (MPa)
Poisson’s Rasio
(GPa/cm2)
LPS 01
LPS 02
LPS 01
LPS 02
LPS 01
LPS 02
Titik
Titik
Titik
Titik Titik Titik Titik Titik Titik Titik Titik Titik
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
0.046 0.028 0.037 0.032 0.15 0.16 0.12
0.14
0.45 0.46 0.43
0.44
5
0.673
Lapisan
0.563
0.624
0.583
0.21
0.23
Nilai kuat tekan adalah kekuatan batuan pada saat
dilakukan pembebanan. Dari hasil pengujian sampel batuan
di setiap lapisan didapat data sifat mekanik yaitu nilai kuat
tekan di LPS 01 dan nilai kuat tekan di LPS 02. Dari hasil
analisa yang didapat kemudian dibuat diagram
perbandingan dari lapisan 1 sampai lapisan 6 antara nilai
kuat tekan LPS 01 dan LPS 02. Gambar-5 menunjukan
tingkat keselarasan kuat tekan pada setiap lapisan di kedua
lokasi.
0.25
0.23
0.39
0.4
0.37
0.38
01 lebih rendah dari lokasi LPS 02. Pada lapisan 5 dan 6
yaitu Poisson’s Ratio berupa tanah residual.
Gambar-6. Grafik Perbandingan Modulus Young LPS 01 dan
LPS 02
Gambar-5. Grafik Perbandingan Kuat Tekan Batuan LPS 01 dan
LPS 02
Gambar-6 menunjukkan nilai modulus young pada
LPS 01 lebih tinggi dari pada LPS 02 dikarenakan pada
LPS 01 kuat tekan batuan lebih tinggi. Dari hasil pengujian
dikedua lokasi didapatkan nilai modulus young yang relatif
selaras, namun pada lapisan 2 di lokasi LPS 01 nilai
modulus young lebih rendah dari LPS 02 dikarenakan kuat
tekan batuan yang lebih rendah.
Hasil uji sifat mekanik yaitu kuat tekan tiap
lapisan batuan didapatkan nilai Poisson’s Ratio yang
berbeda-beda disetiap lapisannya. Perbedaan ini kemudian
dibandingkan dengan nilai Poisson’s Ratio di lokasi yang
berbeda, yaitu antara lokasi LPS 01 dan LPS 02 didapatkan
nilai yang memiliki tingkat perbedaan yang kurang lebih
sama untuk setiap lapisan. Nilai Poisson’s Ratio di lokasi
LPS 01 lapisan 1 dan 2 lebih tinggi dari lokasi LPS 02,
sedangkan pada lapisan 3 dan 4 nilai Poisson’s Ratio di LPS
Gambar-7. Grafik Perbandingan Poisson’s Ratio LPS 01 dan
LPS 02
Klaster pelapukan batuan adalah pembagian kelas
pelapukan batuan berdasarkan klasifikasi standar yang telah
di buat oleh peneliti lain, seperti standar katagori kekerasan
NEH 631.03, klasifikasi pelapukan batuan dan tanah (ISRM
1981) dan klasifikasi derajat pelapukan (Sadisun 1998)
3
JURNAL HIMASAPTA, Vol. 2, No. 1, April 2017 : 1 - 5
yang menghasilkan pengkelasan batuan berdasarkan
parameter kuat tekan dari material tersebut.
Klaster kuat tekan mateial perlapisan LPS 01 titik
A Mandikapau Timur, dapat diambil kesimpulan bahwa
semakin bawah lapisan tanah residu (lapisan 1) maka nilai
kuat tekan batuannya semakin tinggi, klasifikasi derajat
pelapukannya tergolong batuan segar. Sedangkan pada
lapisan yang tinggi (lapisan 6) nilai kuat tekan batuannya
paling rendah, klasifikasi derajat pelapukannya tergolong
tanah residu.
Pada klasifikasi pelapukan menurut ISRM dapat
disimpulkan bahwa lapisan 1 dan 2 yaitu termasuk pada
klasifikasi batuan segar, lapisan 4 lapuk ringan, lapisan 5
lapuk kuat dan lapisan 6 berupa tanah residual. Sedangkan
untuk katagori kekerasan batuan Menurut NEH 631.03
dapat disimpulkan lapisan 1 dan 2 termasuk Batuan cukup
keras, lapisan 3 batuan cukup lemah, lapisan 4 batuan
lemah, lapisan 5 batuan sangat lemah, lapisan 6 tanah
residual.
Hal ini disebabkan oleh semakin keatas lapisan
batuan maka batuan tersebut akan semakin lapuk sehingga
berpengaruh pada nilai kuat tekan, kategori kekerasan dan
derajat pelapukan. Hal ini dipengaruhi oleh tekanan, sinar
matahari, pengaruh kadar air.
Tabel-3. Klaster Kuat Tekan Material Perlapisan Batuan dan
Tanah Residual LPS 01 Titik A Mandikapau Timur
Lokasi
A
Lapisan
6
Lapisan
5
Lapisan
4
Lapisan
3
Lapisan
2
Lapisan
1
Klasifikasi
Pelapukan
Batuan dan
Tanah
Kuat
Tekan
(Sadisun)
(ISRM)
MPa
(N/mm2)
(MPa)
Tanah
Residu
Lapuk
Sempurna
Tanah Residu
0.046
Tanah Residu
Lapuk Kuat
0.673
Batuan Sangat
Lemah
Lapuk Kuat
Lapuk Ringan
4
Batuan Lemah
Lapuk
Sedang
Lapuk
Ringan
Batuan
Segar
Batuan Segar
13
Batuan Segar
15
Batuan Segar
26
Klasifikasi
Derajat
Pelapukan
Kategori
Kekerasan
NEH 631.03
KESIMPULAN
Berdasarkan dari hasil penelitian dan pembahasan
mengenai pengaruh pelapukan terhadap sifat mekanik
batuan dan tanah residual breksi vulkanik Di Kecamatan
Karang Intan Kabupaten Banjar, maka dapat ditarik
beberapa kesimpulan yakni:
1. Kondisi batuan yang diteliti pada formasi pitanak yaitu
batuan breksi vulkanik yang memiliki 6 profil lapisan
pelapukan, pada lapisan 1 sampai 4 yaitu berupa
batuan sedangkan lapisan 5 dan 6 berupa tanah
residual.
2. Berdasarkan tingkat pelapukan yang telah diuji secara
mekanika batuan bahwa semakin bawah lapisan tanah
residual (lapisan 1) maka nilai kuat tekan batuannya
semakin tinggi yaitu Batuan segar dengan kuat tekan
29,25 MPa dan semakin tinggi (lapisan 6) maka kuat
tekan akan semakin rendah yaitu berupa tanah residual
yang kurang dari 1 MPa.
3. Dari hasil analisa didapatkan bahwa antara lokasi
penelitian Mandikapau dan Mandiangin memiliki nilai
kuat tekan yang relatif sama.
4. Klaster pelapukan batuan adalah pembagian kelas
pelapukan batuan berdasarkan klasifikasi standar yang
telah di buat oleh peneliti lain, seperti standar NEH
631.03 yaitu (50 MPa – 12.5 MPa) yaitu masuk
kategori batuan cukup keras, (12.5 MPa – 5 MPa)
masuk katagori batuan cukup lemah, (5 MPa-1 MPa)
batuan lemah, (1 MPa- 0.5 MPa) batuan sangat lemah,
dibawah ini yaitu berupa tanah. ISRM 1981 dan
Sadisun 1998 yang menghasilkan pengkelasan batuan
berdasarkan parameter kuat tekan dari material
tersebut.
Batuan Cukup
Keras
Batuan Cukup
Keras
Batuan Cukup
Keras
Pada klasifikasi pelapukan menurut ISRM dapat
disimpulkan bahwa lapisan 1 sampai 3 yaitu termasuk pada
klasifikasi batuan segar, lapisan 4 lapuk ringan, lapisan 5
lapuk kuat dan lapisan 6 berupa tanah residual. Sedangkan
untuk katagori kekerasan batuan Menurut NEH 631.03
dapat disimpulkan lapisan 1 sampai 3 termasuk Batuan
cukup keras, lapisan 4 batuan lemah, lapisan 5 batuan
sangat lemah, lapisan 6 tanah residual.
Tabel-4. Klaster Kuat Tekan Material Perlapisan Batuan
dan Tanah Residual LPS 02 Titik A Mandiangin
Lokasi
A
Lapisan
6
Lapisan
5
Lapisan
4
Lapisan
3
Lapisan
2
Lapisan
1
Klasifikasi
Derajat
Pelapukan
Klasifikasi
Pelapukan
Batuan dan
Tanah
Kuat
Tekan
Kategori
Kekerasan
NEH 631.03
(Sadisun)
(ISRM)
MPa
(N/mm2)
(MPa)
Tanah
Residu
Lapuk
Sempurna
Tanah Residu
0.037
Tanah Residu
Lapuk Kuat
0.624
Batuan Sangat
Lemah
Lapuk Kuat
Lapuk Ringan
2.00
Batuan Lemah
Lapuk
Sedang
Lapuk
Ringan
Batuan Segar
11.00
Batuan Segar
23.50
Batuan Segar
Batuan Segar
25.25
Batuan Cukup
Lemah
Batuan Cukup
Keras
Batuan Cukup
Keras
DAFTAR PUSTAKA
[1] Fisher, R. V. 1966. Rocks Composed of Volcanic
Fragments. Earth Science Reviews. International
Magazine fo Geo-Scientist, Vol 1. page 287-298.
Klaster kuat tekan mateial perlapisan LPS 01
Mandiangin, dapat diambil kesimpulan bahwa semakin
bawah lapisan tanah residu (lapisan 1) maka nilai kuat tekan
batuannya semakin tinggi, klasifikasi derajat pelapukannya
tergolong batuan segar. Sedangkan pada lapisan yang
tinggi (lapisan 6) nilai kuat tekan batuannya paling rendah,
klasifikasi derajat pelapukannya tergolong tanah residu.
[2]
4
Rai, I. M. A. dan Kramadibrata, S. 2009. Mekanika
Batuan. Departemen Teknik Pertambangan Institut
Teknologi Bandung, Bandung.
JURNAL HIMASAPTA, Vol. 2, No. 1, April 2017 : 1 - 5
[3]
Sikumbang, N dan R. Heryanto. 1994. Peta Geologi
Lembar Banjarmasin, Kalimantan. Pusat Penelitian
dan Pengembangan Geologi.
[4]
Wesly, L.D. 1977. Mekanika Tanah. Badan Penerbit
Pekerjaan Umum, Jakarta.
5