## Pengaruh Porositas Terhadap Kuat Tekan Uniaksial Pada Batuan Sedimen
(Effect of Porosity on Uniaxial Compressive Strength in Sedimentary Rocks)
Andesta Granitio Irwan 1* , Danu Mirza Rezky 2 , Rety Winonazada 3 1,2,3 Magister Teknik Pertambangan, Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Yogyakarta
* Korespondensi E-mail: anddesta.granitio@gmail.com

## Abstrak
Parameter  kekuatan  batuan  merupakan  faktor  penting  yang  digunakan  dalam  penentuan  desain geoteknik  dalam  menentukan  kestabilan  lereng  atau  tambang  bawah  tanah.  Salah  satu  pengujian kekuatan  batuan  di  laboratorium  ( intact  rock )  yaitu  uji  kuat  tekan  uniaksial (Uniaxial  Compressive Strength) .  Faktor  yang  mempengaruhi  kekuatan  batuan  salah  satunya  yaitu  porositas  batuan  itu sendiri  khususnya  pada  batuan  sedimen.  Pengujian  porositas  batuan  dilakukan  dengan  pengujian sifat  fisik  batuan  yang  kemudian  dilakukan  analisis  regresi  untuk  mendapatkan  korelasi  pengaruh porositas  terhadap  kekuatan  batuan  serta  korelasi  antara  porositas  dan  absorpsi  dipertimbangkan dalam  analisis.  Hasil  regresi  linier  yang  didapat  antara  porositas  dan  kadar  air  jenuh  batuan menunjukkan  korelasi  positif  dimana  semakin  meningkat  porositas  maka  kadar  air  jenuh  juga meningkat.  Korelasi  antara  porositas  dan  kuat  tekan  uniaksial  didapat  korelasi  yang  kuat  dengan model regresi power sebagai model terbaik dibandingkan model regresi lainnya karena memiliki galat terendah  berdasarkan Root  Mean  Square  Error (RMSE). Hasil  akhir  yang  didapat  dengan membandingkan  pengaruh  porositas  terhadap  kekuatan  batuan  diperoleh  peningkatan  porositas batuan akan menyebabkan menurunnya kekuatan batuan.
Kata kunci: Porositas, sedimen, kuat tekan uniaksial, absorpsi, regresi

## Abstract
The  rock  strength  parameter  is  an  important  factor  used  in  determining  the  geotechnical  design  in determining  the  stability  of  the  underground  slope  or  mine.  One  of  the  rock  strength  tests  in  the laboratory (intact rock) is the uniaxial compressive strength test. One of the factors that influence rock strength  is  the  porosity  of  the  rock  itself,  especially  in  sedimentary  rocks.  The  rock  porosity  test  is carried  out  by  testing  the  physical  properties  of the  rock,  then  a  regression  analysis  is  carried  out  to obtain  the  correlation  of  the  effect  of  porosity  on  rock  strength  and  the  correlation  between  porosity and  absorption  considered  in  the  analysis.  The  linear  regression  results  obtained  between  porosity and saturated water content of rocks showed a positive correlation where the increase in porosity, the saturated  water  content  also  increased.  The  correlation  between  porosity  and  uniaxial  compressive strength obtained a strong correlation with the power regression model as the best model compared to other  regression  models  because  it  has  the  lowest  error  based  on  the  Root  Mean  Square  Error (RMSE). The final result obtained by comparing the effect of porosity on the strength of the rock, it is found that an increase in rock porosity will cause a decrease in rock strength.
Keywords: Porosity, sediment, uniaxial compressive strength, absorption, regression

## 1.  Pendahuluan
Kuat  tekan  uniaksial  umumnya  digunakan untuk  mendapatkan  indeks  propertis  dari  batuan (Li  &  Aubertin,  2003)  dan  merupakan  metode yang  reliabel  dalam  menentukan  kekuatan batuan  (Liang  et  al.,  2015).  Kuat  tekan  uniaksial sangat  umum  digunakan  untuk  mengetahui  kuat tekan  dari  batuan.  Pengujian  ini  secara  luas digunakan  pada  bidang  sipil  dan  pertambangan sebagai  parameter  masukan  desain  teknik (Aladejare.,  2020).  Ada  beberapa  cara  dalam penentuan  kuat  tekan  uniaksial  dengan  standar yang  ditetapkan  oleh International  Society  for Rock  Mechanics (ISRM) dan American  Society for Testing and Materials (ASTM) (Jamshidi et.al., 2018)  dimana  pengujian  dapat  dilakukan  secara langsung (direct test) pada laboratorium atau
secara  tidak  langsung  menggunakan  Point  Load Indeks  dan  persamaan  empiris  lainnya  (Alitalesh et.al., 2015).
Kekuatan  batuan  batuan  sedimen  secara umum  lebih  kecil  dibandingkan  dengan  batuan beku  dan  metamorf,  hal  ini  diakibatkan  oleh adanya  karakteristik  alamiah  batuan  sedimen yang memiliki porositas dalam pembentukannya . Porositas  merupakan  salah  satu  faktor  yang dapat  mempengaruhi  kekuatan  batuan  dimana peningkatan porositas akan menyebabkan peningkatan  regangan  pada  batuan  sehingga akan  menyebabkan  keruntuhan (failure) (Heidari et  al.,  2014)  dimana  pengaruh  adanya  porositas pada  batuan  sedimen  berdampak  pada  kadar jenuh  air  (absorpsi)  pada  batuan  dimana penurunan kekuatan batuan dapat terjadi karena
adanya peningkatan absorpsi pada batuan (Ünal dan Altunok., 2019).
Penelitian  ini  ditujukan  untuk  menganalisis pengaruh  porositas  terhadap  nilai  kuat  tekan batuan sedimen serta hubungan antara porositas dan  kandungan  air  jenuh  pada  batuan  saling bergantung  satu  sama  lain  dan  absorpsi merupakan  faktor  yang  dapat  menurunkan kekuatan dari batuan (Cai et al., 2019).

## 2. Metode
Metode penelitian dilakukan dengan pengujian  laboratorium  untuk  empat  sampel batuan  sedimen.  Pedoman International  Society for  Rock  Mechanics  (ISRM) digunakan  untuk pengujian kuat tekan uniaksial (UCS) dan uji sifat fisik. Sampel yang digunakan merupakan batuan sedimen  dengan  pengambilan  sampel  acak  dari lokasi  berbeda  di  Belitung  Timur  dan  Gunung Kidul  dengan  bentuk  bongkah  yang  kemudian disesuaikan  ukurannya  dengan  pemotongan menjadi  dua  sampel  dengan  dengan  bentuk balok.  Ukuran  yang  direkomendasikan  untuk sampel  uji  yaitu  ±  tinggi  =  2  x  diameter  (untuk bentuk balok diameter = panjang x lebar).
Sampel  batuan  sedimen  yang  digunakan berjumlah  4  sampel  dengan  dimensi  yang berbeda  tetapi  masih  mengikuti  rekomendasi ISRM.  Sampel  yang  digunakan  pada  pengujian dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Sampel pengujian laboratorium
No Nama Batuan Diameter ( mm ) Tinggi ( mm ) 1 Gamping 56,40 100,50 2 Gamping 53,00 105,90 3 Gamping 52,30 105,90 4 Breksi 53,40 104,90
Uji sifat fisik batuan ditujukan untuk mengetahui parameter fisik masing-masing batuan  seperti  porositas  batuan  dan  derajat kejenuhan. Pada pengujiannya, sampel ditimbang untuk mendapatkan berat asli, kemudian dikeringkan selama 24 jam dalam oven dengan  suhu  sekitar  90 o C  dan  ditimbang  untuk mendapatkan berat kering sampel dan kemudian sampel  direndam  pada  air  selama  24  jam  dan ditimbang  untuk  mendapatkan  berat  jenuh.  Hasil penimbangan  pada  sampel  digunakan  untuk mencari parameter sifat fisik seperti porositas (n) dan kadar air jenuh (absorpsi) dengan persamaan (1) dan (2).
n ( W - Wo ) ( W - Ws ) (1)
absorpsi ( W  - Wo ) ( Wo ) (2)
dimana W n W o , W dan W s merupakan  berat sampel  asli,  berat  sampel  kering,  berat  sampel jenuh, dan berat sampel jenuh dalam air berturut- turut.
RMSE (Root  Mean  Square  Error) digunakan untuk  membandingkan  kesalahan  dari  suatu model  regresi  yang  digunakan  (Chae  &  Draxer., 2004) dan digunakan untuk kontrol performa dari suatu  model  regresi  (Minaeian  and  Ahangari., 2017).  Persamaan  yang  digunakan  dalam perhitungan  RMSE (Root  Mean  Square  Error) dapat menggunakan persamaan (3).

## √∑ (
̂) (3)
dengan dan ̂ merupakan  nilai  yang  diketahui dan nilai prediksi dari variabel yang digunakan.
Pengujian  Kuat  Tekan  Uniaksial  (UCS) dilakukan  pada  masing-masing  sampel  yang sudah  dipreparasi  dengan  meletakkan  sampel pada  bagian  tengah  alat  dan  sampel  diapit dengan  dua  plat  yang  kemudian  menekan sampel  secara  vertikal  hingga  batuan  pecah. Pada  pengujiannya,  regangan  tiap  sampel diamati  ketika  menerima  penambahan  beban sehingga  hasil  dari  pengujian  ini  didapatkan parameter  nilai  kuat  tekan  uniaksial  (MPa), modulus  elastisitas  (MPa),  dan  nisbah  poisson. Pengujian  kuat  tekan  pada  sampel  dapat  dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Uji kuat tekan uniaksial

## 3.  Hasil dan Pembahasan
Hasil
penelitian meliputi pengujian laboratorium yang dianalisis menggunakan regresi untuk penentuan nilai galat dan
pembahasan hubungan kekuatan batuan dengan porositas dan absorpsi pada batuan.
Hasil pengujian laboratorium untuk mendapatkan  nilai  kuat  tekan  uniaksial  (UCS), porositas,  dan  derajat  kejenuhan  (absorpsi) (Tabel 2) kemudian diolah dengan menggunakan regresi  untuk  mengetahui  hubungan  antar  data (kuat  tekan  uniaksial  &  porositas).  Analisis regresi yang digunakan didasarkan pada validasi dari  kesalahan  yang  dihasilkan,  salah  satunya menggunakan RMSE (Root Mean Square Error).
Tabel 2. Hasil pengujian laboratorium Nama Batuan UCS ( MPa ) Porositas ( % ) Absorpsi (%) Gamping 12.96 5.77 2.33 Gamping 5.71 6.67 2.64 Gamping 5.06 7.97 3.21 Breksi 4.65 8.78 3.54
Kemudian  model  regresi  yang  dibandingkan pada  penelitian  yaitu  eksponensial,  linier,  dan power  (Gambar  2 – 4) dimana hubungan antara kuat  tekan  uniaksial  dan  porositas  untuk  ketiga model  dibandingkan  dengan  RMSE  sehingga didapatkan  hasil  koefisien  determinasi  (R 2 ) (Tabel 3).
Gambar 2. Model regresi linier
Gambar 3. Mode regresi eksponensial
Gambar 4. Model regresi power
Kriteria  penentuan  model  regresi  yang digunakan yaitu  dengan  melihat  koefisien determinasi  (R 2 )  yang  paling  mendekati  1  dan nilai  RMSE  paling  kecil  yang  menandakan  nilai galat  yang  kecil  untuk  model  regresi  pada  data penelitian.
Tabel 3. Nilai RMSE tiap model regresi
Model Regresi R 2 RMSE Linier 0,6855 1,9107 Eksponensial 0,7470 1,7309 Power 0,7894 1,5446
Hasil  Nilai  RMSE  tiap  model  regresi  pada Tabel  3  menunjukkan  bahwa  model  regresi power merupakan model terbaik yang digunakan untuk data penelitian  dengan nilai R 2 dan RMSE yang paling baik.
Hubungan antar kekuatan batuan dan porositas menunjukkan hubungan yang berkebalikan dalam artian semakin tinggi kekuatan  batuan  maka  nilai  porositas  batuan semakin kecil yang ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar 5. Hubungan porositas pada UCS dan absorpsi batuan
Hal ini menunjukkan bahwa pengaruh porositas untuk kekuatan batuan sangat  penting, adanya  porositas  berhubungan  dengan  adanya rongga  pada  batuan  dimana  semakin  banyak
y = -2.4331x + 24.851 R² = 0.6855 0 2 4 6 8 10 12 14 0 2 4 6 8 10 U C S (M Pa) Porositas (%) y = 59.633e -0.305x R² = 0.747 0 2 4 6 8 10 12 14 0 2 4 6 8 10 U CS (MPa) Porositas (%)
y = 544.24x -2.245 R² = 0.7894 0 2 4 6 8 10 12 14 0 2 4 6 8 10 U CS (MPa) Porositas (%) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 0 1 2 3 4 5,77 6,67 7,97 8,78 U CS (MPa)
Ab so rp si (% ) Porositas (%) aborpsi vs porositas UCS vs porositas
rongga pada  batuan maka batuan  akan semakin banyak memiliki bidang lemah.
Banyaknya rongga pada batuan berhubungan dengan kemampuan batuan dalam menyerap air. Batuan  dengan  rongga  (biasanya  terbentuk  dari butiran  penyusun  batuan)  akan  mudah  dalam menyerap  air  sehingga  kadar  air  dengan porositas  akan  cenderung  memiliki  hubungan yang  sama,  yaitu  semakin  tinggi  porositas  maka kandungan air juga ikut meningkat (Gambar 5).
Dengan  meningkatnya  porositas  maka  terjadi peningkatan  kadar  jenuh  air  (absorpsi)  pada batuan sehingga kekuatan batuan akan menurun (Gambar 5) dimana hubungan UCS dan absorpsi menunjukkan  penurunan  nilai  kuat  tekan  ketika adanya  peningkatan  nilai  absorpsi  pada  batuan, hal  ini  sama  seperti  hasil  penelitian  yang ditunjukkan oleh (Wang et al., 2017).

## Gambar 6. Hubungan UCS dan absorpsi

## 4.  Kesimpulan
Nilai  kekuatan  batuan  pada  batuan  sedimen mengalami penurunan ketika adanya peningkatan  nilai  porositas  dan  absoprsi  pada batuan  karena  porositas  akan  menghasilkan rongga  sebagai  bidang  lemah  dan  akan meningkatkan  penyerapan  air  yang  merupakan salah  satu  faktor  penyebab  penurunan  kekuatan batuan.  Disamping  itu  juga  parameter  sifat  fisik dan  mekanik  mempengaruhi  kekuatan  batuan yang  harus  diperhatikan  lebih  detail  dalam perancangan suatu desain geoteknik.

## Ucapan Terimakasih
Terimakasih kepada teman-teman MTA angkatan 32  UPN  “Veteran”  Yogyakarta  atas bantuan  dalam  pengambilan  sampel  lapangan dan  Ka.  Laboratorium  Asia  Rock  Test  atas bantuan pengujian sampel yang digunakan.

## Daftar Pustaka
Aladejare,  A.  E.,  2020.  Evaluation  of  empirical estimation of uniaxial compressive strength of rock  using  measurements  from  index  and
physical tests. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. Elsevier Ltd, 12(2), pp. 256 –268.
Alitalesh, M., Mollaali, M. and Yazdani, M., 2015. Correlation  between  uniaxial  strength  and point load index of rocks. 15th Asian Regional Conference on Soil Mechanics and Geotechnical  Engineering,  ARC  2015:  New Innovations and Sustainability, pp. 504 –507. Cai, X., Zhou, Z., Liu, K., Du, X., Zang, H ., 2019. Water-weakening  effects  on  the  mechanical behavior  of  different  rock  types:  Phenomena and mechanisms. Applied Sciences (Switzerland), 9(20), pp. 14 –28.
Chae, T., Draxler, R.R., 2014. Root mean square error (RMSE) or mean  absolute  error (MAE)? –  Arguments  against  avoiding  RMSE  in  the literature.  Geosci.  Model  Dev,  7,  pp.  1247 – 1250, 2014.
Heidari,  M.,  Khanlari,  G.R.,  Torabi-Kaveh,  M., Kargarian,  S.,  Saneie,  S.,  2014.  Effect  of porosity  on  rock  brittleness.  Rock  Mechanics and Rock Engineering, 47(2), pp. 785 –790.
Jamshidi, A., Zamanian, H. and Zarei Sahamieh, R.,  2018.  The  Effect  of  Density  and  Porosity on the Correlation Between Uniaxial Compressive  Strength  and  P-wave  Velocity. Rock  Mechanics  and  Rock  Engineering. Springer Vienna, 51(4), pp. 1279 –1286.
Li,  L.  and  Aubertin,  M.,  2003.  A  general relationship  between  porosity  and  uniaxial strength  of  engineering  materials.  Canadian Journal  of  Civil  Engineering,  30(4),  pp.  644 – 658.
Liang,  M.,  Mohamad,  E.T . ,  Khun,  M.C.,  Alel, M.N.A., 2015. Estimating uniaxial compressive  strength  of  tropically  weathered sedimentary  rock  using  indirect  tests.  Jurnal Teknologi, 72(3), pp. 49 –58.
Minaeian,  B.  and  Ahangari,  K.,  2017.  Prediction of  the  uniaxial  compressive  strength  and Brazilian tensile strength of weak conglomerate.  International  Journal  of  Geo- Engineering. Springer Singapore, 8(1).
Ünal, M. and Altunok, E., 2019. Determination of Water  Absorption  Properties  of  Natural Building  Stones  and  Their  Relation  To Porosity.  E-journal  of  New  World  Sciences Academy, 14(1), pp. 39 –45.
Wang, M., Cao, P., Li, R., Fan, X., 2017. Effect of water  absorption  ratio  on  tensile  strength  of red  sandstone  and  morphological  analysis  of fracture  surfaces.  Journal  of  Central  South University, 24(7), pp. 1647 –1653.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 0 1 2 3 4 U CS (MPa) Absorpsi (%)