studi karakteristik fisik dan mineralogi batu apung

STUDI KARAKTERISTIK FISIK DAN MINERALOGI BATU APUNG
DAN SCORIA DARI GUNUNG KELUD BLITAR UNTUK
MENGEVALUASI SEBAGAI POTENSINYA MATERIAL
GEOTEKNIK
Usy Andri Raya1, Andre Primantyo Hendrawan2, Heri Suprijanro3
1
Mahasiswa Jurusan Teknik Pengairan, Fakultas Teknik, Universitas Brawijaya
2
Dosen Jurusan Teknik Pengairan, Fakultas Teknik, Universitas Brawijaya
3
Dosen Jurusan Teknik Pengairan, Fakultas Teknik, Universitas Brawijaya
e-mail: [email protected]
ABSTRAK
Studi ini mengidentifikasi Batu Apung dan Scoria sebagai material piroklastik hasil letusan
Gunung Kelud di Sungai Kali Putih, Kabupaten Blitar, provinsi Jawa Timur, untuk mengevaluasi
karakteristik fisik dan mineralogi sebagai bahan Geoteknik. Pada penelitian ini metode yang
digunakan terdiri dari uji fisik berupa uji gradasi butian, specific gravity, kerapatan dan angka pori
dan mineralogi terdiri dari uji X-RF, X-RD dan SEM. Dari hasil penelitian menunjukkan bahwa
Batu Apung dan Scoria yang terlebih dahulu di crushing bahwa uji gradasi butiran Batu Apung
mempunyai bergradasi buruk sedangkan Scoria mempunyai bergradasi baik dan keduanya
termasuk jenis pasir halus. Nilai specivic gravity (Gs) batu apung dan scoria adalah 2,878 dan
2,781. Nilai angka pori Batu Apung lebih tinggi dari Scoria. Hal ini menunjukkan bahwa Batu
Apung memiliki volume yang lebih tinggi dari pori-pori atau rongga dari Scoria. Dari analisis
SEM, terlihat bahwa Batu Apung dan Scoria telah saling terkoneksi bentuk vesikular dengan
ukuran pori bervariasi, namun Batu Scoria memiliki rongga kecil dari Batu Apung. Dari analisis
XRD dan XRF dapat disimpulkan bahwa unsur yang dominan dalam Batu Apung dan Scoria
adalah elemen dari Fe, Ca, Si, dan Al dan persentase silikat (SiO2) yang rendah (kurang dari 45%),
sehingga bahwa Batu Apung dan Scoria dari Gunung Kelud bersifat ultrabasa.
Kata kunci : Batu Apung dan Scoria, gradasi butiran, specific gravity, kerapatan dan angka
pori, X-RF, X-RD, SEM
ABSTRACT
This research was aimed to identify Pumice and Scoria as the piroclastic materials from Mount
Kelud explosion, in Kali Putih River, Blitar Regency, East Java Province, and also to evaluate
physical and mineralogical characteristics of Pumice and Scoria as geotechnical materials. Method
of research involved two tests. Physical test included testing on grain gradation, specific gravity,
relative density and void ratio, whereas mineralogy test involved testing with X-RF, X-RD and
SEM. Result of research provided several findings. Pumice and Scoria were subjected to crushing
before putting them on the tests. On gradation test, Pumice had poor gradation while Scoria had
well gradation. Both were classified as fine-sand type. In relation with specific gravity (Gs),
Pumice had a value of 2.878 while Scoria was 2.781. Void ratio of Pumice was greater than Scoria.
Result of SEM indicated that Pumice and Scoria had some similarities, such as their vesicular form
and various sizes of pore. The only difference was that pore size of Scoria was smaller than
Pumice. Based on results of XRD and XRF tests, it can be concluded that some elements had
dominant proportion within Pumice and Scoria, and these elements were Fe, Ca, Si, and Al. Silicate
(SiO2) had the lowest point of percentage (less than 45%), meaning that both Pumice and Scoria
from Mount Kelud was ultra-basic.
Keywords : Pumice and Scoria, grain gradation, specific gravity, density and void ratio, X-RF,
X-RD, SEM
PENDAHULUAN
Tanah merupakan bagian kerak bumi
yang tersusun atas mineral dan bahan
organik. Tanah mempunyai komponen
penting dalam pembangunan konstruksi
sebuah pekerjaan. Tanah salah satu
material penting sebagai perletakan
konstruksi maupun sebagai material
timbunan dalam bidang ilmu mekanika
tanah dan geoteknik. Dalam suatu
perencanaan konstruksi timbunan seperti
tanggul dan reklamasi seringkali harus
dibangun di atas tanah asli yang memiliki
daya dukung sangat rendah dan tidak
memungkinkan untuk menahan suatu
pembebanan yang sangat berat di atasnya.
Untuk mengatasi hal ini Material Scoria
dan Apung dari Gunung Kelud
Kabupaten Blitar merupakan material
alternatif, karena memiliki berat jenis
yang ringan (light-weight materials).
Material Scoria dan Apung dari Gunung
Kelud Kabupaten Blitar merupakan
pilihan yang perlu dikaji karena
keberadaanya melimpah dan murah,
namun belum diberdayakan secara
maksimal (Suseno, 2013).
Batuan scoria adalah batuan beku luar
(ekstrusif) yang terbentuk dari hasil
pembekuan lava pada saat letusan gunung
berapi di luar perut bumi. Secara fisik
batuan ini berwarna hitam dengan
struktur berongga yang cukup dominan
dan tenggelam dalam air secara langsung.
Struktur berongga atau vesikular ini
disebabkan oleh pelepasan gas-gas yang
terkandung dalam lava akibat penurunan
tekanan selama perjalanan magma
kepermukaan
bumi
sehingga
menghasilkan rongga-rongga berbentuk
bulat, elips, silinder ataupun tak
beraturan. (Doddy Setia Graha, 1987).
METODE PENELITIAN
Gunung Kelud merupakan salah satu
gunung api aktif yang ada di Indonesia.
Gunung Kelud secara geografis terletak
pada 7°56’ LS dan 112°18’30” BT
dengan ketinggian puncak 1.731 m di
atas permukaan laut. Gunung kelud
berada di perbatasan Kabupaten Kediri,
Kabupaten Malang, dan Kabupaten
Blitar, Provinsi Jawa Timur yang terletak
di Kabupaten Blitar di lewati Sungai Kali
Putih sebagai tempat di lewati aliran lahar
untuk pwngambulan sampel Baru Apung
dan Batu Scoria.
Gambar 1. Lokasi Pengambilan Sampel
Setelah
dilakukan
pengambilan
sampel dilapangan selanjutnya dilakukan
pengujian sampel di dua Labratorium.
Untuk pengujian fisik berupa uji gradasi
butian, specific gravity, kerapatan dan
angka pori dilakukan di Labratorium
Tanah dan Air Tanah Jurusan Teknik
Pengairan Fakultas Teknik Universitas
Brawijaya. Dan Untuk pengujian
mineralogi terdiri dari uji X-RF, X-RD
dan SEM dilakukan Labratorium Sentral
FMIPA Universitas Negeri Malang. Uji
gradasi
butiran
digunakan
untuk
mengetahui suatu tanah bergradasi baik,
bergradasi buruk dan bergradasi seragam
serta mengetahui ukuran butiran tanah.
Sedangkan uji specific gravity untuk
menunjukkan
salah
satu
faktor
menentukan kerapatan (density) tanah.
Untuk uji kerapatan relatif (relative
density) dan angka pori (void ratio) untuk
mengetahui derajat pemadatan di
lapangan sebagai bahan timbunan. Uji
XRF untuk mengetahui konsentrasi
unsur-unsur yang terkandung dalam suatu
sampel. Sedangkan uji X-RD untuk
mengetahui analisis komposisi mineral
atau senyawa pada material. Dan uji SEM
untuk mengetahui morfologi dan
topografi
butiran
sampel
dengan
pembesaran.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian Karakteristik Fisik
Dalam penelitian ini pengujian
karakteristik fisik terdiri dari berupa uji
gradasi butian, specific gravity, kerapatan
dan angka pori. Analisis pembagian
gradasi butiran tanah menggunakan
analisis ayakan (sieve analysis). Berikut
adalah hasil analisis pembagian butiran
tanah dapat dilihat pada Gambar 2 di
bawah ini :
Gambar 2. Grafik Analisa Distribusi
Butiran Tanah.
Dari hasil analisis distribusi butiran
di atas dapat diketahui bahwa material
granular Batu Apung dan Scoria yang
berasal dari proses crushing Batu Apung,
Scoria dan bahan pembanding Pasir
kelud, pasir semeru dapat dilihat dari
hasil rekapitulasi pada Tabel 1
Sumber: Hasil Perhitungan
Dari Tabel 1 dapat ditarik
kesimpulan bahwa Batu Apung memiliki
gradasi butiran yang buruk (poorly
graded). Hal ini mungkin disebabkan
karena sifat rapuhnya batu apung pada
saat mengalami proses crushing, karena
secara visual dapat terlihat bahwa apung
memiliki rongga atau pori yang sangat
besar dan bersifat saling menyambungdan
sedangkan Batu Scoria memiliki gradasi
butiran yang baik (well graded)
disebabkan secara visual rongga yang
terdapat dalam scoria memiliki rongga
yang kecil dan setelah proses crushing
Batu Scoria menjadi bentuk pasir
bersudut. Pasir Kelud dan Pasir Semeru
sebagai bahan pembanding memmpunyai
gradasi yang buruk 1 hal ini disebabkan
butiran Pasir Kelud dan Pasir Semeru
kebanyakan berbutir halus dan seragam.
Untuk hasil pengujian Specific
Gravity (Gs) Batu Apung menunjukkan
harga rata-rata Gs = 2,878 untuk batu
apung dan Gs rata-rata = 2,781 untuk
butiran scoria. Nilai-nilai Specific
Gravity (Gs) Batu Apung dan Scoria
dapat mempunyai nilai yang bervariasi
karena bahan kimia yang berbeda dan
elemen penyusun mineralogi proses
vulkanik dalam pembentukan Batu
Apung dan Scoria. Specific Gravity (Gs)
yang terdapat dari penjuru dunia Batu
Apung dan Scoria dari Tanzania Dan
Kenya memiliki nilai Specific Gravity
(Gs) Batu Apung = 2,5 dan untuk Batu
Scoria = 2,81-3,03. Specific Gravity (Gs)
yang ditemukan dari Pasir Apung sungai
Waikato, Selandia baru mempunyai nilai
sebesar 1.95 hingga 2,38. Dan sedangkan
yang terdapat Batu Scoria dari Gunung
Fuji Jepang mempunyai nilai Specific
Gravity (Gs) sebesar = 2,722.
Hasil dari pengujian kerapatan
(density) dan angka pori (void ratio) Batu
Apung menghasilkan angka pori emax
sebesar 1,537 dan emin sebesar 1,137
sedangkan Batu scoria menghasilkan
angka pori emax sebesar 1,377 dan emin
sebesar 1,150. Nilai angka pori batu
apung lebih tinggi dari scoria, hal ini
menunjukkan bahwa batu apung memiliki
volume yang lebih tinggi dari pori-pori
rongga gigi berlubang dari batu scoria.
Hasil penelitian angka pori (void ratio)
dari penjuru dunia sebagai bahan
pembanding oleh Agustian Dan Goto
menunjukkan bahwa Batu Scoria yang
berasal dari Gunung Fuji memiliki emax
sebesar 0,956 dan emin sebesar 1,407.
Orense melakukan penelitian menemukan
bahwa Pasir Apung dari sungai Waikato,
zeland baru memiliki emax sebesar 1,760
dan emin sebesar 2,584.
Sistem klasifikasi tanah yang
digunakan pada pengujian ini adalah
sistem klasifikasi tanah AASHTO
(American Association Of State Highway
and Transporting Official) dan Unified
Soil Clasification System (USCS). Kedua
sistem ini sama-sama memperhitungkan
distribusi ukuran butir dan batas-batas
Atterberg. Berikut ini merupakan
klasifikasi kedua tanah yang digunakan
seperti Tabel 2. dan Tabel 3. berikut ini :
Perbesaran 100 x
Tabel 2. Klasifikasi tanah menurut
standart USCS
Sumber: Hasil Perhitungan
Tabel 3. Klasifikasi tanah menurut
standart AASHTO
Perbesaran 1000
x
Gambar 4. Hasil Pencitraan SEM Batu
Apung
Sumber: Hasil Perhitungan
Pengujian Karakteristik Mineralogi
Dalam penelitian ini pengujian
karakteristik mineralogi terdiri dari
berupa uji terdiri dari uji Scanning
Electron Microscopy (SEM), X-Ray
Diffraction
(X-RD)
dan
X-Ray
Fluorescence (X-RF). Untuk pengujian
Scanning Electron Microscopy (SEM)
hasil pengujian Data yang diperoleh SEM
menunjukkan pencitraan bentuk visual
dari sampel Batu Apung dan Batu Scoria
yang berasal dari aliran Sungai Kali
Putih, Gunung Kelud. Data pencitraan
SEM pada Gambar 4 untuk Batu Apung
dan Gambar 5 untuk Batu Scoria. Dari
gambar terlihat Batu Apung memiliki
pori-pori atau rongga yang lebih besar
daripada scoria. Pori-pori ini terbentuk
dari proses pendinginan yang sangat
cepat. Hal ini yang menyebabkan Batu
Apung memiliki berat yang lebih rendah
daripada Batu Scoria.
Perbesaran 100 x
Perbesaran 1000
x
Gambar 5. Hasil Pencitraan SEM Batu
Scoria
Dari
hasil
pengujian
XRD,
didapatkan grafik yang menggambarkan
informasi struktur kristal suatu material
seperti pada Gambar 6 (Batu Apung) dan
Gambar 7 (Batu Scoria). Dari grafikgrafik ini maka dapat ditentukan mineral
atau senyawa yang terkandung pada Batu
Apung dan Scoria.
Gambar 6. Hasil analisis X-RD untuk
sampel Batu Apung
Sumber: Hasil analisa uji alat X-RD
Gambar 6. Hasil analisis X-RD untuk
sampel Batu Scoria
Sumber: Hasil analisa uji alat X-RD
Berdasarkan
hasil
uji
X-RD
didapatkan mineral senyawa yang
terdapat dalam Batu Apung dan Batu
Scoria mendominasi yaitu anorthite
Ca(A12Si2O8) sebesar 91% untuk Batu
Apung dan sebesar 90% untuk Batu
Scoria merupakan senyawa
yang
utamanya unsur Si. Dan senyawa lainnya
yang terdapat yaitu maghemite Fe2O3,
sebesar 4% untuk Batu Apung dan 5 %
untuk Batu ScoriA, sedangkan Fayalite
(Fe2SiO4) untuk Batu Apung sebesar 4%
dan untuk Batu Scoria sebesar 7%
Wollastonite CaSiO3.
Dari hasil X-RF menunjukkan 17
unsur yang terdapat Batu Apung yaitu Si,
Fe, Ca, Al, K, Ti, Ni, Sr, Mn, P, Ba, Cu,
Eu, Re, Cr, Zn dan V. Unsur yang
terbesar terdapat dalam Batu Apung yaitu
Si sebesar 37,6% dan Fe sebesar 25,9%.
Sedangkan Batu Scoria menunjukkan 16
unsur yang terdapat yaitu: Si, Fe, Ca, Al,
K, Ni, Ti, Sr, Mn, Ba, Cu, Re, Eu, Cr, V,
dan Zn. Unsur yang terbesar terdapat
dalam Batu Scoria yaitu Si sebesar 35,9%
dan Fe sebesar 27,4%.
5. PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian dan
analisa yang telah dilakukan pada benda
uji Batu Apung dan Batu Scoria, maka
dapat disimpulkan sebagai berikut:
1. Hasil pengujian terhadap Batu Apung
dan Batu Scoria yang berasal dari
aliran sungai kali putih, gunung kelud
yang terlebih dahulu di crushing,
bahwa Batu Apung beradasarkan
analisis pembagian butiran termasuk
tanah gradasi berbutir jelek (poorly
graded) sedangkan Batu Scoria
termasuk tanah gradasi berbutir baik
(well graded). Batu Apung memiliki
nilai specific gravity sebesar 2,878
dan Batu Scoria memiliki nilai
sebesar 2,781. Batu Apung memiliki
nilai angka pori dalam kondisi padat
(dense) sebesar 1,137 dan dalam
kondisi renggang (loose) memiliki
nilai sebesar 1,537, sedangkan Batu
Scoria memiliki nilai angka pori
sebesar 1,150 dalam kondisi padat
(dense) dan memiliki nilai 1,377
dalam kondisi renggang (loose).
2. Batu Apung dan Batu Scoria yang
telah di crushing berdasarkan
pengeplotan pada grafik klasifikasi
sistem tanah unified maka dapat
diambil kesimpulan bahwa Batu
Apung termasuk dalam kelompok SP
yang berarti pasir bersih dengan
gradasi buruk sedangkan Batu Scoria
termasuk dalam kelompok SW yang
berarti pasir bersih dengan gradasi
baik.
Berdasarkan
pembagian
klasifikasi system tanah menurut
AASTHO Batu Apung dan Batu
Scoria termasuk dalam kelompok A-3
yang berarti pasir halus.
3. Hasil pencitraan Scanning Elektron
Microscopy pada morfologi Batu
Apung dan Batu Scoria terlihat bahwa
Batu Apung memiliki pori-pori yang
cukup dominan tersebar tidak merata
dan memiliki tekstur versikuler
dengan ukuran lubang atau pori yang
bervariasi berhubungan satu sama
lain. Sedangkan Batu Scoria terlihat
bahwa memiliki pori-pori yang tidak
dominan
seperti
Batu
Apung
disebabkan karena saat proses
terbentuk
ketika
batuan
cair
meningkat dalam saluran vulkanik
dan membentuk gelembung besar di
dalam lava dan memadat sebelum
sebelum gas keluar mengakibatkan
gelembung
terperangkap
dan
membentuk lubang-lubang saluran
memanjang (vesicles). Dari hasil XRF unsur-unsur yang terdapat Batu
Apung yaitu Si, Fe, Ca, Al, K, Ti, Ni,
Sr, Mn, P, Ba, Cu, Eu, Re, Cr, Zn dan
V. Unsur yang terbesar terdapat
dalam Batu Apung yaitu Si sebesar
37,6% dan Fe sebesar 25,9%.
Sedangkan Batu Scoria unsur yang
terdapat yaitu: Si, Fe, Ca, Al, K, Ni,
Ti, Sr, Mn, Ba, Cu, Re, Eu, Cr, V, dan
Zn. Unsur yang terbesar terdapat
dalam Batu Scoria yaitu Si sebesar
35,9% dan Fe sebesar 27,4%. Dari
hasil uji X-RD didapatkan mineral
senyawa yang terdapat dalam Batu
Apung dan Batu Scoria mendominasi
yaitu
anorthite
Ca(A12Si2O8)
merupakan senyawa yang utamanya
Si. Dan senyawa lainnya yang
terdapat yaitu maghemite Fe2O3,
Fayalite Fe2SiO4 dan Wollastonite
CaSiO3.
5.2
Saran
Berdasarkan kesimpulan yang ada
maka dapat disarankan agar:
1. Perlu dilakukan penelitian lebih
lanjut dengan bahan Batu Apung dan
Batu Scoria yang berasal dari aliran
sungai Kali Putih, Gunung Kelud
tentang karakteristik fisik dan
mineralogi sebagai bahan Geoteknik.
2. Perlu dilakukan penelitian lebih
lanjut dengan penerapan di lapangan
dengan bahan Batu Apung dan Batu
Scoria yang berasal dari aliran
sungai Kali Putih, Gunung Kelud
sebagai bahan Geoteknik.
DAFTAR PUSTAKA
Agustian, Y. & Goto, S. (2008).
Undrained Cyclic Shear Behavior
Of Reconstituted Scoria Deposit.
Jurnal Soil and Foundations.
Vol. 48, No. 6, 851-857.
Evans et al. (1999). Evaluation Of
Pumice And Scoria Samples From
East Africa As Lightweight
Aggregates. Afrika: McGraw-Hill.
Orense, R., Pender, M. & Liu, L. (2015).
Crushing-induced
liquefaction
characteristics of pumice sand.
Proc.,
Australia-New
Zealand
Conference on Geomechanics.
Setia Graha. Doddy. (1987). Batuan dan
Mineral. Bandung: Nova
Suseno, H. (2003). Penggunaan Batuan
Scoria dari Gunung Kelud Blitar
sebagai Agregat Kasar pada Beton
Ringan Struktural. Jurnal Rekayasa
Sipil. 8 (4): 149 – 156.