## ANALISIS PERUBAHAN KEKUATAN BATUAN AKIBAT BIDANG DISKONTINU DAN SEMEN GROUTING

## Rock strength analysis due to discontinuity and grouting
Nur Alam Syah Rahman 1 , Ganda Marihot Simangunsong 2 , Irwandi Arif 3
1 ,2,3 Institut Teknologi Bandung
Artikel masuk : 02-03-2020 ,Artikel diterima : 22-08-2020
* Nur Alam Syah R: nuralamsyah.nat@gmail.com
Doi : https://doi.org/10.36986/impj.v2i1.20

## ABSTRAK
Ketidakstabilan yang terjadi pada batuan salah satunya diakibatkan oleh kehadiran bidang diskontinu berupa kekar. Kekar dapat menurunkan kekuatan batuan, semakin banyak jumlah kekar yang dimiliki batuan maka kekuatan batuan tersebut semakin lemah. Oleh karena itu salah satu metode perkuatan yang dapat dilakukan adalah grouting.  Penelitian  ini  dilakukan  pada  sampel  batuan  buatan  yang  terbuat  dari Moldano  Tara  yang  diberikan  kekar  buatan  dengan  orientasi  60 o dari  arah  aksial dengan jumlah kekar sebanyak 1 dan 2. Selanjutnya kekar tersebut diinjeksi dengan material grouting berupa semen dengan perbandingan rasio air dan semen sebesar 4C:5W  selama  28  hari.  Uji  triaksial  dilakukan  pada  sampel  batuan  utuh,  sampel batuan berkekar dan sampel batuan yang telah diinjeksikan dengan material grouting dengan  tekanan  pemampatan  yang  berbeda.  Hasil  uji  triaksial  berupa  kekuatan batuan  selanjutnya  dianalisis  dengan  menggunakan  kriteria  keruntuhan  Mohr- Coulomb  dan  Hoek-Brown.  Hasil  penelitian  menunjukan  bahwa  keberadaan  kekar pada  batuan  memberikan  kontribusi  negatif  terhadap  kekuatan  batuan  utuh, penurunan kekuatan geser pada sampel berkekar jumlah 1 dan 2 sebesar 66% dan 73% dari batuan utuh, serta penurunan kuat tekan uniaksial sebesar 47% dan 56%. Sebaliknya injeksi grouting dengan suspensi semen pada komposisi material 4C:5W pada sampel berkekar jumlah 1 dan 2 berhasil meningkatkan nilai kuat geser batuan dari sampel berkekar sebesar 166% dan 188%, serta kuat tekan uniaksial sebesar 47% dan 61% secara berurutan.
Kata kunci: Kekuatan Batuan, Kekar, Grouting,
Kuat geser, UCS
Keywords:
Rock strength, joint, grouting, shear strength, UCS

## ABSTRACT
Instability in rocks can be caused by the presence of joint. Rock  mass  strength  decreases  as  the  number  of  joints increases. Reinforcement technique such as cement grouting can used as an alternative to increase the strength of jointed rock  mass.  This  research  was  carried  out  in  laboratory. Specimens made of Moladano Tara were given artificial joints of one and two with dip direction of 60 o .  Cement grouting with composition of cement to water ratio of 4 to 5 was injected inside the joint and allowed to dry for 28 days. Triaxial tests were performed to all specimens including intact (no joint), jointed  and  grouted.  The  test  results  were  analyzed  with Mohr-Coulomb  and  Hoek  Brown  failure  criteria.  The  test results  revealed  that  the  presence  of  joint  obviously decreases  the  shear  strength  as  well  as  the  uniaxial compressive  strength.  On  the  other  hand,  giving  cement grouting to jointed specimens of 1 and 2 significantly increase the shear strength by 166% and 188%, respectively. The test results  also  show  that  uniaxial  compressive  strength increased by 47% and 61% after injecting cement grouting to jointed specimens of 1 and 2 respectively.

## PENDAHULUAN
Ketidakstabilan yang terjadi pada batuan salah satunya diakibatkan  oleh  kehadiran  bidang  diskontinu  berupa kekar.  Semakin  banyak  jumlah  kekar  yang  dimiliki batuan  maka  kekuatan  batuan  tersebut  semakin lemah.
Dalam  industri  pertambangan  kekar  dapat  menjadi masalah  terkait  kestabilan  lereng  maupun  lubang bukaan  terowongan.  Oleh  karenanya  dibutuhkan metode  perkuatan  batuan  salah  satunya  adalah grouting . Grouting merupakan salah satu teknik yang digunakan untuk memperbaiki sifat fisik dan mekanik batuan dengan memasukkan (injeksi) material berupa padatan  dan  cairan  contohnya  semen  kedalam rekahan,  pori  ataupun  bukaan  yang  terdapat  pada batuan.
Grouting dapat  menurunkan  permeabilitas  batuan, meningkatkan  kekuatan  batuan  dan  menurunkan deformasi secara keseluruhan (Nonveiller, 1989).
Salimian.dkk,2017  melakukan  uji  kuat  geser  pada sampel  batuan  Moldano  Tara  yang  terkekarkan kemudian  diberikan  material grouting menggunakan semen, hasil penelitian meningkatkan nilai sudut gesek dalam  batuan  dalam  rentang  36%-48%  dan meningkatkan nilai kohesi dalam rentang 145%-282%.
Pada  penelitian  ini  uji  triaksial  akan  dilakukan  pada sampel batuan buatan yang terbuat dari Moldano Tara untuk  menganalisis  pengaruh  kekar  terhadap  batuan dan pengaruh kekuatan batuan setelah injeksi semen grouting pada kekar tersebut.

## METODE

## Sampel Batuan dan Material Grout
Sampel  batuan  terbuat  dari  material  Moldano  Tara (Dental Plaster tipe 3) dengan komposisi perbandingan antara Moldano Tara dan air adalah 2:1. Sampel batuan dibuat dalam bentuk silinder dengan diameter 54 mm. Setelah  sampel  dilakukan  pencetakan  maka  sampel dikeringkan  selama  7  hari  agar  sampel  mencapai kekuatan  maksimal  sebelum  dilakukan  pengujian sampel utuh dan pembuatan kekar.
Material  grouting  berupa  campuran  semen  PCC (Portland  Composite  Cement)  dan  air  dengan perbandingan rasio semen dan air yaitu 4:5 diinjeksikan pada  sampel  batuan  berkekar,  kemudian  dikeringkan selama 28 hari sebelum dilakukan pengujian.

## Kekar buatan
Sampel buatan berbentuk silinder dengan ukuran tinggi 12 cm dan 5,4 cm akan diberikan kekar buatan dengan orientasi kemiringan 60 o dari arah aksial dengan jumlah kekar yaitu 1 dan 2 buah (lihat Gambar 1). Kemiringan 60 o dipilih  karena  paling  baik  mempertimbangkan dimensi sampel. Bidang kekar mendekati permukaan atas  dan  bawah  sampel  bila  kemiringan  kekar  >60 o . Sebaliknya  bila  kemiringan  kekar  <60 o ,  jarak  antara bidang  kekar  ke  permukaan  atas  dan  bawah  sampel terlalu jauh dibandingkan spasi kekarnya. Pembuatan model kekar ini dilakukan dengan memotong sampel buatan  dengan  menggunakan saw-cut ,  agar permukaannya  bidang  potongan  memiliki  kekasaran permukaan yang halus (JRC 0) dari hasil pemotongan tersebut selanjutnya berikan garis arsir berbentuk kotak dengan  setiap  kotaknya  berukuran  1  x  1  cm  dengan kedalaman  1  mm.  Garis  arsir  ini  dilakukan  untuk memberikan kekuatan bidang geser, sehingga sampel tidak mudah tergelincir ketika diuji tanpa grouting.

## Injeksi Material Grouting
Proses injeksi dilakukan dengan peralatan sederhana berupa spatula dan plastisin sebelum dilakukan injeksi sampel  batuan  diberikan  pin  antara  satu  pecahan dengan pecahan yang lainnya guna mengontrol tebal material  injeksi  yang  diberikan  sebesar  3  mm.  Tebal metarial injeksi 3 mm dipilih berdasarkan pertimbangan praktis kemudahan pembuatan sampel.

## Uji Kuat Tekan Uniaksial dan Uji Triaksial
Pengujian kuat tekan uniaksial dilakukan pada sampel batuan  dan  sampel  material  injeksi,    ini      bertujuan untuk      mengetahui      nilai      kuat      tekan,      modulus elastisitas,  dan Poisson  Ratio. Pengujian  dilakukan
pada sampel batuan buatan yang terbuat dari Moldano Tara yang berbentuk silinder utuh.
Pengujian  triaksial  dilakukan  di  Laboratorium Geomekanika  dan    Peralatan    Tambang    Institut Teknologi  Bandung,  alat  uji  triaksial  yang  digunakan merujuk  pada  peralatan  dan  perlengkapan  pengujian triaksial yang dikembangkan oleh Von Karman. Dalam pengujian ini sampel yang berbentuk silinder kemudian dimasukkan  kedalam  sel  triaksial  dengan  5  jenis tekanan  pemampatan (confinement) yang  berbeda. Pada  pengujian  ini  tekanan  pemampatan  yang digunakan adalah 1,5 MPa, 3 MPa, 4,5 MPa, 6 MPa, dan 7,5 MPa.

## Kriteria Keruntuhan Batuan
Kriteria  keruntuhan  Mohr-Coulomb  digunakan  pada penelitian  ini  untuk  mengkuantifikasi  kekuatan  geser batuan ( t )berdasarkan parameter nilai kohesi (c) dan sudut gesek dalam ( f ) sampel batuan pada tegangan normal  ( s n )  tertentu.  Secara  matematis  kriteria keruntuhan Mohr-Coulomb dinyatakan sebagai berikut
.................................................... (1)
Kriteria  Hoek  -  Brown  digunakan  untuk  menentukan perubahan  kekuatan  material  batuan  berupa  nilai konstanta m, s dan a, dan  nilai kuat tekan uniaksial ( s c ), berdasarkan model matematis sebagai berikut,
............................... (2)
Gambar 1
a) Sampel Moldano Tara utuh, b) Sampel berkekar dengan jumlah 1, c) sampel berkekar dengan jumlah kekar 2, d) Permukaan kekar pada sampel yang telah diarsir, e) Sampel berkekar yang telah diinjeksi dengan material grouting, f) Melapisi sampel dengan karet sebelum dimasukkan ke dalam sel triaksial, g) Pengujian triaksial dilakukan

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Sifat Fisik Dan Mekanik
Indratna  dan  Haque  (2000)  menyatakan  bahwa Moldano Tara yang digunakan dalam penelitian dapat diasumsikan mewakili batuan lunak (soft rock) dengan waktu  yang  dibutuhkan  untuk  mencapai  kekuatan maksimum  7  hari.  Hasil  uji  sifat  fisik  dan  mekanik
sampel Moldano Tara dan material grout ditunjukkan pada Tabel 2 & 3.

## Parameter Kekuatan Batuan
Dalam  Rai  dkk  (2014),  ekspresi  utama  dari  kriteria runtuh  adalah  memperkirakan  kekuatan  batuan  dan ditentukan  berdasarkan  hasil  percobaan  atau eksperimen.  Ekspresi  tersebut  dinyatakan  dalam
a b c
d
e f
g
Indonesian Mining Professionals Journal Volume 2, Nomor 1 April 2020 : 29-36
parameter  kekuatan  batuan  berdasarakan  kriteria keruntuhan batuan yang digunakan.
Berdasarkan pengolahan data triaksial pada Tabel. 3, parameter kekuatan batuan berdasarkan model kriteria keruntuhan  Mohr-Coulomb  dan  Hoek-Brown  pada sampel batuan dapat dilihat pada Gambar 2 & 3.
Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  batuan  utuh mempunyai kekuatan paling besar dari sampel batuan
lainnya hal ini ditunjukkan dengan parameter kekuatan batuan  yang  direpresentasikan  garis  teratas  pada model  keruntuhan  Mohr-Coulomb  dan  Hoek-Brown (Gambar  2  &  3).  Sebaliknya  pada  sampel  batuan dengan  2  kekar  menunjukkan  kekuatan  batuan terendah.  Hal  ini  mengindikasikan  bahwa  kekar memberikan  pengaruh  yang  sangat  siginifikan terhadap kekuatan batuan.
Tabel. 1 Hasil Pengujian Triaksial pada Sampel
Jenis Sampel Kode Sampel Diameter (mm) Tinggi (mm) (MPa) (MPa) Sampel Utuh TXU1 54 120 1,5 16,84 TXU2 54 120 3 21,06 TXU3 54 120 4,5 27,16 TXU4 54 120 6 29,37 TXU5 54 120 7,5 31,53 Sample Jn 1 TJN11 54 120 1,5 7,86 TJN12 54 120 3 10,48 TJN13 54 120 4,5 13,98 TJN14 54 120 6 14,42 TJN15 54 120 7,5 14,85 Sample Jn 2 TJN21 54 120 1,5 6,99 TJN22 54 120 3 8,74 TJN23 54 120 4,5 10,92 TJN24 54 120 6 12,67 TJN25 54 120 7,5 13,11 Grouted Jn 1 TXG11 54 122 1,5 13,98 TXG12 54 123 3 17,47 TXG13 54 123 4,5 18,35 TXG14 54 124 6 23,59 TXG15 54 122 7,5 27,09 Grouted Jn 2 TXG21 54 124 1,5 12,23 TXG22 54 125 3 14,42 TXG23 54 124 4,5 17,47 TXG24 54 124 6 20,10 TXG25 54 125 7,5 23,59
Indonesian Mining Professionals Journal Volume 2, Nomor 1, April 2020 : 29-36
Keterangan: Jn = Jumlah kekar dalam sampel batuan Tabel.2 Hasil Uji Sifat Fisik Name Moldano Tara 4W:5C Natural density (ton/m 3 ) 1.47 1,5 Dry density (ton/m 3 ) 1.30 1,2 Saturated density (ton/m 3 ) 1.66 1,6 Natural Water Content (%) 13% 17% Saturated Water Content  (%) 27% 31% Degree  of  Saturation (%) 47% 56% Porosity  (%) 16% 40% Void Rasio 0 .204
1,508
Gambar 2. Model Kriteria Keruntuhan Batuan Mohr-Coulomb
Gambar 3. Model Kriteria Keruntuhan Batuan Hoek-Brown
0 5 10 15 20 0 5 10 15 20 25 30 35 40 SH EA R ST RE SS (M Pa ) NORMAL STRESS (MPa) MOHR  CI RCL E  AND  I NT RI NSI C  CURVE 0 5 10 15 20 25 30 35 0 2 4 6 8 s 1 , M Pa s 3 , MPa HOEK BROWN FAILURE CRITERION
intact Joint 1 Joint 2 Grouted 1 Grouted 2
0 2 4 6 8 10 12 Sampel Kekar Jn 1 Sampel
Grout Jn 1 Sampel Kekar Jn 2 Sampel Grout Jn 2

## Kuat Tekan Uniaksial (MPa)
Perubahan Kekuatan Batuan Akibat Adanya Bidang Diskontinu dan Semen Grouting

## Kuat Geser Batuan
Untuk  mempermudah  representasi  penurunan kekuatan geser ketika sampel berkekar atau kenaikan kekauatan  geser  Ketika  sampel  diberikan  grouting. Pada  penelitian  ini,  nilai  kekuatan  geser  dihitung berdasarkan asumsi tegangan normal 20 MPa.
Hasil  pengujian  menunjukan  bahwa  nilai  kuat  geser batuan  utuh  yaitu  14,47  MPa.  Ketika  batuan  ini berkekar  terjadi  penurunan  kekuatan  geser  secara sebesar 66% dan 73% secara berurutan untuk jumlah kekar 1 dan 2 (lihat Gambar 4a).
Gambar  4b  menunjukan  bahwa  pemberian  injeksi grouting berhasil  meningkatkan  kekuatan  geser sebesar  4,95  MPa  menjadi  11,41  MPa  atau peningkatan  sebesar  kekuatan  geser  sebesar  166% pada  sampel  berkekar  dengan  jumlah  kekar  1,
sedangkan  untuk  batuan  berkekar  dengan  jumlah kekar  2  terjadi  kenaikan  kekuatan  geser  senilai  3.84 MPa  menjadi  9,78  MPa  atau  peningkatan  sebesar 188%. Hal ini mengindikasikan bahwa aktifitas grouting meningkatkan kekuatan geser sebesar 166% - 188% namun  belum  mampu  mengembalikan  kekuatan batuan seperti batuan utuh

## Kuat Tekan Uniaksial
Hasil  pengujian  menunjukan  bahwa  nilai  kuat  tekan uniaksial  sampel  batuan  utuh  yaitu  12,8  MPa. Keberadaan kekar menurunkan kuat tekan uniakasial sebesar  47%  dan  56%  untuk  jumlah  kekar  1  dan  2 secara berurutan (lihat Gambar 4c).
Ketika dilakukan injeksi grouting, terjadi kenaikan nilai kuat tekan uniaksial menjadi 9,97 MPa dan 9,08 MPa secara  berurutan  untuk  kekar  1  dan  2  (lihat  Gambar 4d).  Hasil ini menunjukkan aktivitas grouting berhasil meningkatkan kuat tekan uniaksial sebesar 47% dan 61% secara berurutan untuk kekar 1 dan
Gambar 4.  Grafik perubahan kekuatan batuan meliputi kuat geser dan kuat tekan uniaksial sampel batuan
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 Sampel Utuh Sampel kekar Jn 1 Sampel kekar Jn 2 Kuat Geser (MPa) 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 Sampel kekar Jn 1
Sampel Grout Jn 1 Sampel kekar Jn 2 Sampel Grout Jn 2 Kuat Geser (MPa) b d 0 5 10 15 Sampel Utuh Sampel Kekar Jn 1 Sampel Kekar Jn 2 Kuat Tekan Uniaksial (MPa) c

## a

## KESIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan hasil penelitian dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: 1. Parameter kekuatan batuan dengan menggunakan kriteria Mohr-Coulomb menunjukkan  keberadaan  kekar  dan  aktifitas grouting memberikan  pengaruh  signifikan terhadap  parameter  kohesi  dan  sudut  gesek dalam.
2. Keberadaan  kekar  pada  batuan  memberikan kontribusi  negatif  terhadap  kekuatan  batuan utuh, penurunan kekuatan geser sebesar 66% dan 73% serta penurunan kuat tekan uniaksial sebesar 47% dan 56%.
3. Aktivitas grouting dengan  campuran  semen dan air 4:5 pada sampel berkekar jumlah 1 dan 2  berhasil  meningkatkan  nilai  kuat  geser batuan  sebesar  166%  dan  188%,  serta  kuat tekan uniaksial sebesar 47% dan 61% secara berurutan.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada  Teknisi Laboratorium  Geomekanika  &  Peralatan  Tambang, Fakultas  Teknik  Pertambangan  &  Perminyakan  ITB yang  telah  membantu  selama  pengujian  di laboratorium. .

## DAFTAR PUSTAKA
Indrarata B, Haqua A., 2000  Shear behaviour of rock joints, CRC Press; (ISBN 10:9058093077, ISBN 13: 9789058093073). Nonveiller  E.  1989  Grouting  theory  and  practice,
Academic Press, Elsevier;.
Rai, M.A., Kramadibrata, S., dan Watimena, R.K. 2014.
Mekanika  Batuan .  Bandung:  Institut  Teknologi
Bandung. Salimian  M.H.,  A.  Baghbanan,  H.  Hashemolhosseini, M.  Dehghanipoodeh,  and  S.  Norouzi,  Effect  of grouting  on  shear  behavior  of  rock joint, International  Journal  of  Rock  Mechanics and Mining Sciences, vol. 98, pp. 159–166, 2017.
Zakri R.S, G.M Simangunsong, N.P. Widodo. Effect of Cement Injection on Shear Behaviour of Jointed
Rock  based  on  Mohr-Coulomb  Criterion. International  Symposium  on  Earth  Science  & Technology, 2018.
Indonesian Mining Professionals Journal Volume 2, Nomor 1 April 2020 : 29-36