## Analisis Kestabilan Lereng Berdasarkan Kekuatan Geser Massa Batuan Terhadap Perubahan Kandungan Air Pada Tambang Batubara Di Area

## Blok Menyango
(Slope Stability Analysis Based on Rock Mass Shear Strength on Changes in Water Content in Coal Mining in the Menyango Block Area)
Novandri Kusuma Wardana 1)
1) Program Studi Teknik Pertambangan, Fakultas Teknologi Mineral Institut Teknologi Nasional Yogyakarta (ITNY)

## Abstract
Mining  activities  is  commonly  to  work  with  the  problem  of  stability  of  rock  mass,  then  befor desaining mine’s slope should know rock shear strength parameters, such as cohesion (c) and internal  friction  angle  value  ( .  Beside  those  parameters,  also  needed  to  know  the  impact  of water content to the rocks. The water content will effect rock’s shear strength, proof by the rock condition which is ductile when it is dry and soft when it is wet. Based on test results was done using sandstone with laboratory scale of direct shear test were analyzed using mohr – coulomb and patton criteria (1966). It is known that the cohesion (c) of sandstone decreased from 510,35 kPa at natural condition down to 133,75 kPa at wet condition. The internal friction angle ( ) also decreased from 54,56° at natural condition down to 48,45° at wet condition. The reduction of the shear  strength  is  caused  by  fragments  and  clay  minerals  characteristics  which  are  so  reactive and very easy to absorb water so that the cohesion of the sandstone reduce the active normal stress so  that  working  the  shear  stress
required  to  cause  the  shear  failure  become weaker.  From  the  results,  it  is  also  known  that  the  shear  surface  roughness  had  a  lot  of influence on the shear strength the normal stresses
applied on the direct shear tests were very low under 20% of UCS.
Keywords : Shear strength test, cohesion, internal friction angle, sandstone, failure criteria

## 1. PENDAHULUAN
Lereng  merupakan  permukaan  tanah (material)  terbuka  yang  membentuk  sudut tertentu  dengan  bidang  datar  (horizontal). Lereng  dapat  terjadi  secara  alamiah  atau buatan  yang  direkayasa  oleh  manusia. Deformasi  merupakan  bentuk  perubahan yang diakibatkan proses keseimbangan dalam batuan, sehingga akan menjadi potensi ketidakstabilan baik pengaruh adanya struktur geologi,  pengaruh  air  dan  tekanan  airtanah, dan adanya proses pelapukan ( weathering ).
*  Korespodensi  Penulis:  ( Novandri  Kusuma Wardana)  Program  Studi  Teknik  Pertambangan, Fakultas  Teknologi  Mineral,  Institut  Teknologi Nasional Yogyakarta (ITNY) E-mail  : novandri.kusuma@itny.ac.id
Potensi  ketidakstabilan  yang  terjadi pada  lereng  tambang terbuka biasanya akan selalu  berkaitan  khusus  terutama  atas  dua hal, yaitu batuan utuh ( intact rock ) dan massa batuan ( rock mass ). Disamping itu, akibat dari kondisi  lemah  pada  batuan  yang  diakibatkan adanya  perubahan  kandungan  airtanah  atau resapan  air  limpasan  ( run  off )  menyebabkan batuan  berpotensi  longsor.  Untuk  menjamin lereng  tambang  tetap  dalam  keadaan  stabil, diperlukan suatu analisis yang dapat menangani hal ini. Analisis ini berfungsi untuk menganalisis kekuatan geser (shear strength) dari  massa  batuan  sebagai  bahan  dasar dalam analisis kestabilan lereng selanjutnya.
Sebelum  mendesain  suatu  lereng pada  tambang  terbuka  maupun  tambang bawah  tanah,  sangat  diperlukan  parameter yang mendasarkan pada kekuatan geser yaitu kohesi  (c)  dan  nilai  sudut  gesek  dalam  ( . Parameter –  parameter  ini  diperoleh  dengan melakukan  uji  geser  langsung  (direct  shear test)  di  laboratorium.  Selain  parameter – parameter  diatas,  diperlukan  juga  untuk mengetahui  pengaruh  kandungan  air  pada batuan.
Keberadaan air ini sangat berpengaruh terhadap kekuatan geser batuan,  hal  ini  terlihat  sangat  jelas  bahwa batuan  sangat  keras  ketika  kering  dan  lunak ketika mengandung air.
Melakukan  uji  geser  langsung  di laboratorium  pada  dua  kondisi,  yaitu  pada kondisi  natural  dan  jenuh  maka  dapat diketahui  parameter –  parameter  kekuatan geser  batuan  serta  pengaruh  kandungan  air terhadap  kekuatan  geser  batuan.  Diharapkan dengan  pemahaman  yang  baik  terhadap permasalahan  tersebut,  dapat  ditentukan prediksi  pembuatan  lereng.  Batuan  sampel diambil  adalah  batupasir  berbutir  halus  yang diuji  di  Laboratorium  Geomekanika  dan mekanika  batuan  PT.  GEOMINE  BARA STUDIO.

## Lokasi Penelitian
Lokasi  pengambilan  sample  adalah berasal dari PT. MARUNDA GRAHAMINERALS, Kecamatan Laung Tuhup,  Kabupaten  Murung  Raya,  Provinsi Kalimantan Tengah.
Gambar 1. Peta lokasi daerah penelitian PT. MARUNDA GRAHAMINERALS, Kec. Laung Tuhup, Kab. Murung Raya, Provinsi Kalimantan Tengah
Secara  administrasi  wilayah  PKP2B  PT. MARUNDA  GRAHAMINERAL  terletak  pada 0° 17’31  LS  sampai  0°35’12”  LS  dan 114°43’27” BT sampai 114°47’23” BT.
Lokasi  tambang  dapat  ditempuh  dari  kota Palangka Raya menuju Muara Teweh dengan perjalanan  darat  selama  10  jam.  Daerah sungai  Menyango  dan  sekitarnya  termasuk
dalam cekungan Barito Utara bagian tepi dari pengendapan Tersier di Cekungan Barito.
Stratigrafi  regional  daerah  penelitian dan  sekitarnya  terdiri  dari  formasi  batuan sedimen  dan  dua  formasi  batuan  beku, diantaranya  adalah  Formasi  Tanjung  yaitu formasi  batuan  sedimen  tertua  di  cekungan barito  diendapkan  pada  Eosen  Bawah, Formasi  Tanjung  merupakan  persilangan batupasir, batulempung dan batulanau sisipan batubara,  batugamping  dan  konglomerat. Struktur  geologi  yang  dijumpai  di  daerah penelitian berupa sesar dan perlipatan secara umum  arah  Barat  Daya –  Barat  Laut  – Tenggara.  Sesar  terdiri  dari  sesar  normal, sesar  geser  dan  sesar  naik  yang  melibatkan
batuan sedimen. Formasi Batu Ayau
merupakan penyusun utama stratigrafi daerah sungai  Laung  dan  sekitarnya,  dan  juga merupakan  formasi  pembawa  seam  batubara ( coal  bearing  formation ).  Formasi  Batu  Ayau tersusun  oleh  batupasir,  batulempung  dan batulanau,  umumnya  terdapat  sisipan  tufa dan  batubara.  Formasi  Warukin  diendapkan tidak  selaras  di  atas  Formasi  Karamuan  dan Formasi  Purukcahu,  berumur  Miosen  Tengah dan  pada  umumnya  tersebar  di  bagian  timur daerah  penelitian.  Formasi  ini  dicirikan  oleh batupasir  kuarsa  berbutir  halus –  sedang, bersisipan batulempung di atas diterobos oleh intrusi batuan beku andesit – diorit dan batuan gunung api Bondang (Andesit dan basalt).

## 2. METODE
Untuk
mengetahui
perilaku serta
memperkirakan kekuatan massa batuan  yang akan  digunakan  untuk  mendesain  suatu lereng  tambang,  perlu  dilakukan  pengujian terlebih  dahulu  dapat  berupa  pengujian
laboratorium. Pengujian yang dilakukan adalah uji sifat fisik dan uji sifat mekanik, yaitu Kuat  Tekan  Uniaksial  ( UCS )    dan  Uji  Kuat Geser Langsung ( direct shear test ).
a.   Uji Sifat Fisik Uji sifat fisik dilakukan untuk mendapatkan  sifat –  sifat  fisik  batuan  yaitu bobot isi asli ( natural density ), bobot isi kering ( dry  density ),  bobot  isi  jenuh  ( saturated density ),  kandungan  air  asli  ( natural  water content ),  derajat  kejenuhan  ( degree  of saturation ),  porositas  ( porosity )  dan  angka pori ( void ratio ). b.  Uji  Kuat  Tekan  ( Uniaxial  Compressive Strength )
Melalui pengujian kuat tekan uniaksial kita  dapat  memperoleh  nilai  kuat  tekan uniaksial  batuan.  Uji  kuat  tekan  dilakukan pada  contoh  untuk  mengetahui  kuat  tekan ( ,  Modulus  Elastisitas  (E), Poisson’s  ratio
(v)  serta  deformasi  lateral  dan  aksial  hingga mengalami failure. Contoh akan diuji berbentuk tabung dengan perbandingan
panjang  diameternya  adalah  (L/D)  antara  2 –
2,5. c.  Uji Kuat Geser Pengujian Kuat geser langsung dilakukan  untuk  mendapatkan  nilai  kohesi  (c) dan  sudut  gesek  dalam  ( )  batuan  baik puncak maupun sisa, kemudian akan dilakukan  perbandingan  terhadap  kedua parameter  tersebut  pada  kondisi  natural  dan jenuh.  Selain  itu,  parameter –  parameter tersebut  juga  digunakan  dalam  menganalisis kestabilan  lereng  pada  kondisi  masing – masing.  Uji  sample  ini  dilakukan  pada  enam contoh  batuan  masing –  masing  yang  terdiri dari  dua  kondisi  yaitu  natural  dan  jenuh. Pengujian dilakukan dengan tegangan normal ( )  yang  berbeda –  beda  yaitu  0,2  kN  ;  0,4
kN dan 0,6 kN.

## 3. Hasil dan Pembahasan
Kekasaran permukaan bidang
diskontinyu  akan  mempengaruhi  kekuatan geser  batuan  pada  tingkat  tegangan  normal hingga 20 % kuat tekan batuan.
Tetapi  tetap  perlu  diingat  bahwa  tegangan normal  maksimumnya  diusahakan  agar  tidak melebihi batas elastisitas batuannya (Graselli,
2001). Berdasarkan  hasil  pengujian  dari  uji sifat  fisik  batuan  dengan  sample  uji  adalah batupasir, diperoleh hasil uji fisik yaitu :
Tabel 1. Hasil Uji Sifat Fisik
Kode Sampel (gr/cm 3 ) (gr/cm 3 ) (gr/cm 3 ) (%) (%) Sr % n % e SS1 2,15 2,11 2,31 1,68 9,40 17,86 19,86 0,25 SS2 1,95 1,92 2,19 1,82 14,24 12,77 27,33 0,38 SS3 2,29 2,26 2,46 1,51 9,06 16,67 20,43 0,26
Berdasarkan Tabel 1 terlihat bahwa batupasir memiliki  nilai  porositas  antara  19,86 –  27,33 %  dimana  semakin  besar  nilai  porositas, berarti jumlah rongga yang ada dalam batuan akan semakin besar, sehingga porositas akan berpengaruh  pada  kekuatan  batuannya.  Dari tabel tersebut juga dilihat kenaikan rata – rata bobot isi batuan dari kondisi kering ke jenuh
sekitar 0,27  gr/cm 3 . Jika batuan tersusun dari ukuran butiran yang kecil mempunyai kecenderungan  ikatan  antar  butirnya  sangat rapat,  sehingga  nilai  kohesinya  relatif  lebih tinggi  dibanding  butiran  besar.  Hal  ini menyebabkan  batuan  berbutir  relatif  besar adalah  memiliki  sudut  gesek  dalam  besar (Bandis,dkk., 1981).
Tabel 2. Parameter hasil uji kuat tekan uniaksial (UCS)
Parameter Kondisi Natural  (1,51 –  1,82% water content) Jenuh  (9,06 –  14,24  % water content) Kuat tekan ( – MPa 4,84 4,14 Modulus Young (E) – GPa 0,23 0,13 Nisbah Poisson 0,27 0,15
Penurunan  yang  cukup  besar  terhadap  nilai Modulus Young dari kondisi natural ke kondisi jenuh  yang  cukup  besar  yaitu  0,23  GPa menjadi  0,13  GPa  memperlihatkan  turunnya
elastisitas  batuan  karena  pengaruh  air  atau tekanan  pori  dan  menunjukkan  perubahan perilaku  deformasi  yang  cukup  signifikan dimana batuan cenderung brittle ketika natural dan plastis ketika kondisi jenuh.
Gambar 2. Kurva Fs – u kondisi natural (2,2 – 2,3 % kandungan air; (a) pada sampel batupasir 1; (b) sampel batupasir 2; (c) sampel batupasir 3
(a) (b)
Pergerakan  kurva  tidak  menunjukkan proses  kenaikan  dan  penurunan.  Hal  ini menjelaskan  bahwa  sedikitnya  pengaruh kekasaran permukaan geser terhadap kekuatan geser batuan yang ditunjukkan pada Gambar 2a.
Sedangkan  pergerakan  kurva  puncak  di  awal pergeseran  kurva  naik,  kemudian  turun  lalu naik  lagi  (Gambar  2c).  Hal  ini  menjelaskan pengaruh  kekasaran  sangat  berpengaruh pada kekuatan geser batuan.
.
Gambar 3. Kurva Fs – u kondisi jenuh (12,40 – 16,24 % kandungan air); (a) pada sampel batupasir 1; (b) sampel batupasir 2; (c) sampel batupasir 3
Gaya  geser  batuan  tidak  besar pada  kondisi  natural,  hal  ini  dikarenakan pengaruh  air  dalam  batuan  sehingga  adanya air  menyebabkan  kekuatan  geser  batuan menjadi  jauh  lebih  berkurang  (Gambar  3a). nilai gaya geser sisa lebih besar daripada nilai puncaknya,  hal  ini  disebabkan karena batuan terlalu  cepat  mengalami  patahan.  Sedangkan pada  pergeseran  residual  mungkin  masih terjadi  proses  patahan  berikutnya  (Gambar 3b). Kondisi puncak keadaan kurva mengalami  kenaikan  kemudian  turun  dan selanjutnya  naik  kembali,  hal  ini  menjelaskan
bahwa  banyaknya  bidang  geser  yang  tidak datar  (Gambar  3c).  Uji  geser  langsung dilakukan  terhadap  sampel  batupasir  pada kondisi  natural  dan  jenuh.  Masing –  masing set pengujian dilakukan
dengan menggunakan tiga sampel sample batuan dan penerapan  gaya  normal  masing –  masing adalah 0,2 kN ; 0,4 kN dan 0,6 kN. Berdasarkan  kurva  kekuatan  geser pada  kondisi  natural  dan  jenuh,  diperoleh beberapa  parameter  kuat  geser  batuan seperti pada Tabel 3 berikut.
Tabel 3. Parameter hasil uji kuat geser langsung Parameter Kondisi Natural (2,2 – 2,3 % water content) Saturated (12,40 – 16,24 % water content) Kohesi puncak (kPa) 510,30 133,70 Sudut Gesek dalam Puncak (°) 79,14 73,25 Kohesi sisa (kPa) 174,30 78,50 Sudut Gesek dalam sisa (°) 80,65 72,35 (c)
(a) (b)
Dari  Tabel  3  dapat  dibentuk persamaan  hubungan  tegangan  geser dengan tegangan normal :
Kondisi natural :
Kondisi jenuh : Nilai  sudut  gesek  dalam  yang diperoleh dari hasil pengujian geser langsung  pada  tabel  1.3  merupakan  nilai sudut  geser  dalam  ( dan  dalam  hal ini, i merupakan  nilai  sudut  kemiringan permukaan  geser  dengan  proyeksi  sudut
orde  satu.  Untuk  mendapatkan  nilai  sudut geser dalam batuan yang sebenarnya perlu dilakukan  pengurangan  nilai  rata –  rata sudut  kemiringan geser  ( i ) terhadap masing –masing  nilai  sudut  gesek  dalam yang  diperoleh  hasil  pengujian  geser langsung. Kekuatan geser batuan berdasarkan  kondisi  bidang  diskontinyu yang  mempertimbangkan  kondisi  batuan disturb/undisturb .  Semua  massa  batuan memiliki bidang – bidang diskontinu seperti kekar,  bidang  perlapisan,  dan  sesar.  Pada kedalaman  yang  dangkal  dimana  tegangan –  tegangan  yang  bekerja  sangat  rendah atau dapat diabaikan, runtuhan yang terjadi massa  batuan  lebih  banyak  dikendalikan oleh  luncuran  pada  bidang  diskontinu (Wardana, 2017).
Gambar 4. Bentuk patahan yang terjadi setelah mengalami pergeseran
4.  KESIMPULAN Keberadaan air dapat
menyebabkan  penurunan  nilai  kohesi  (c) dari  kondisi  natural  (510,30  kPa)  hingga kondisi  jenuh  133,70  kPa  dan  sudut  geser dalam ( ) dari kondisi natural 54,56° hingga kondisi  jenuh  48,49°.  Hal  ini  dipengaruhi oleh  sifat  fragmen  mineral  pasir  yang sangat  reaktif  dan  mudah  menyerap  air sehingga menyebabkan ikatan antar butiran dalam  batuan  semakin  lemah  ketika  jenuh air.  Dan  berdasarkan  tegangan  normal yang  rendah  (dibawah  20  %  dari  nilai  kuat
tekan uniaksial batuan), kekasaran permukaan  geser  sangat  berpengaruh terhadap  kuat  geser  batuan.  Persentase pengurangan  nilai  kohesi  (c)  dari  kondisi jenuh  ialah  73,25  hingga  72,30  %  dan persentase  nilai  pengurangan  sudut  geser dalam sebesar 11 %.

## DAFTAR PUSTAKA
Barton,  N.R.,  1973,  A Review  of  the  Shear Strength of Filled Discontinities in Rock , Norwegian Geotechnical Institute, Oslo.
Bandis,  S.  (1990): Scale  effects  in  the strength  and  deformability  of rocks  and rock joints , Proc. The 1 st Intl. Workshop on scale effects in Rock masses, Edited by Cunha, P.A. Luen, Norway 59-76.
Bandis, S., Lumsden, A.C. and Barton, N.R. (1981): Experimental  Studies  of  Scale
Effects  on  the  Shear  behavior  of  Rock Joints , International Journal Rock
Mechanics, Mining, Science and
Geomechanics,  Vol.  18.,  Pergamon Press Ltd.,  pp. 1 – 21. Grasselli,  G.  (2001): Shear  Strength  of
Rock  Joints  Based  on  Quantified Surface Description , Geophysical Technology Department, Sandia National  Laboratories,  New  Mexico, USA.
Griffith, A.A. (1925): The Theory of Rupture , Proceeding of 1 st Institutional Congress of  Applied  Mechanics,  Delft.  Biezeno and Burgers ed. Waltman, pp. 55 – 63.
Hoek, E., 2000, Practical Rock Engineering ,
Rockscience , London. ISRM Suggested Methods (1976): Quantative Description of Discontinuities , Int.J. Rock Mech. Sc. &
Geomech. Abstrc. 15. 319 – 368.
Jaeger,  J.C.,  and  Cook,  N.G.W.,  1976,
Fundamentals  of Rock    Mechanics ,  2 nd ed., Chapman and Hall , London. Ladanyi,  B.  and  Archambault,  G.  (1970):
Simulation  of  Shear  Behavior  of  a
Jointed Rock Mass , Proc. 11 th Symposium on Rock Mechanic, Published By AIME, New York. pp. 105
– 125.
----------------  (1980): Direct  and  Indirect Determination  of  Shear  Strength  of Rock  Mass ,  In  Preprint  No.  80-25, A.I.M.E.  Annual  Meeting  (Las  Vegas, Nevada, February, 1980).
Londe,  P.  (1973): The  Role  of  Rock Mechanics  in  The  Reconnaissance  of Rock Foundations , Qly J.  Engng Geol.,
Vol 6/1. Wardana,  N.K.  2017.  Aplikasi  Uji  Kuat Geser Dalam remediasi Lereng Tambang  Aspal  di  PT.  Karunia  Alam Indonesia,  Kec.  Lasalimu,  Kab.  Buton, Provinsi  Sulawesi  Tenggara.  Promine Jurnal. Vol. 5 (1) pg. 20 – 26.