## PENENTUAN PENGARUH AIR TERHADAP KOHESI DAN SUDUT GESEK DALAM PADA BATUGAMPING
Oleh: Singgih Saptono, Raden Hariyanto, Hasywir Thaib s dan M. Dadang Wahyudi

## Program Studi Teknik Pertambangan UPN “Veteran” Yogyakarta

## Ringkasan
Keberadaan  air  pada  batuan  dapat  mempengaruhi  sifat  mekanik  batuan seperti  kuat  tekan,  kuat  tarik  dan  karakteristik  kuat  geser  batuan.Pada  operasi penambangan, baik tambang terbuka maupun tambang bawah tanah, hal ini sangat penting  untuk  diperhatikan  karena  perubahan  sifat  mekanik  tersebut  dapat menyebabkan  penurunan  faktor  keamanan  baik  pada  lereng  maupun  terowongan tambang.Penurunan faktor keamanan ini dapat menyebabkan terjadinya longsoran ataupun  runtuhan  yang  mengakibatkan  kerusakan  lingkungan,  terancamnya keselamatan jiwa serta kerugian dari segi ekonomi dan waktu.
Penelitian  ini  dilakukan  untuk  mengetahui  pengaruh  air  terhadap  kohesi dan  sudut  gesek  dalam  yang  berdampak  pada  kekuatan  geser  batuan.Contoh batuan  berupa  batugamping  diambil  dari  lokasi  penambangan  batugamping  di daerah  Dusun  Diran  Desa  Sidorejo  Kecamatan  Lendah  Kabupaten  Kulonprogo Provinsi  Daerah  Istimewa Yogyakarta.Uji  geser langsung dilakukan pada  contoh batugamping  dengan  tiga  kondisi  yaitu  kondisi  jenuh,natural  dan  kering,  pada contoh batugamping yang telah dipatahkan (uji geser sisa).
Berdasarkan  hasil  pengujian  di  laboratorium  menunjukkan  bahwa peningkatan kadar air pada batugamping menyebabkan nilai kohesi sisa dan sudut gesek dalam sisa hasil uji geser langsung mengalami penurunan. Penurunan nilai kohesi sisa dan sudut gesek dalam sisa hasil uji geser langsung disebabkan karena adanya penambahan kandungan air yang menyebabkan ikatan antar partikel pada batugamping  akan  melemah  seiring  dengan  meningkatnya  kadar  air  yang terkandung pada batugamping.
Kata kunci : Kohesi, Sudut Gesek Dalam, Kuat Geser

## 1. PENDAHULUAN
Pada lereng tambang biasanya kelongsoran  terjadi  setelah  hujan, sedangkan pada terowongan keruntuhan atap terjadi karena adanya  aliran  air  pada  rekahan.
Kelongsoran  dan  keruntuhan  pada terowongan  tambang  diakibatkan karena  parameter  kekuatan  geser
batuan  berupa  kohesi  dan  sudut gesek dalam terganggu karena adanya  perubahan  kandungan  air pada batuan tersebut .Untuk mengetahui  penyebab  terganggunya kekuatan geser batuan karena perubahan  kandungan  air,  maka dilakukan penelitian mengenai
penentuan  pengaruh  air  terhadap kohesi  dan  sudut  gesek  dalam. Perubahan  pada  kekuatan  batuan sangat  penting  untuk  diperhatikan karena dapat menyebabkan penurunan  faktor  keamnan  yang berdampak  pada  kelongsoran  dan keruntuhan yang mengakibatkan kerusakan  lingkungan,  terncamnya keselamatana jiwa serta kerugian dari segi ekonomi.

## 2. TUJUAN
Tujuan dari penelitian ini adalah:
a. Membuktikan adanya
pengaruh air terhadap kohesi dan sudut gesek dalam b. Mendapatkan besarnya penurunan  nilai  kohesi  dan sudut  gesek  dalam  akibat peningkatan kadar air.

## 3. METODE PENELITIAN
3.1.Studi literatur
Studi  literatur  dilakukan  untuk mengumpulkan  bahan-bahan  yang dibutuhkan selama proses  penelitian, misalnya  teori-teori  yang  terkait, pengujian-pengujian  apa  saja  yang harus  dilakukan,  variabel-variabel apa saja yang harus diukur, perhitungan  apa  saja  yang  harus dilakukan dan sebagainnya.
3.2 Tinjauan lokasi Tinjauan  lokasi  dilakukan  untuk menentukan  tempat pengambilan contoh    batuan  yang  akan  diuji  di Laboratorium.  Dalam  penelitian  ini, contoh  batugamping  yang digunakan berasal  dari  lokasi  penambangan batugamping  di  daerah  Dusun  Diran Desa  Sidorejo  Kecamatan  Lendah Kabupaten Kulonprogo Provinsi
Daerah Istimewa Yogyakarta.
3.3.Pengambilan contoh Contoh  batugamping  yang  akan diuji  di  laboratorium  diambil  dalam bentuk bongkahan batugamping yang berasal  dari  lokasi  penambangan batugamping  di  daerah  Dusun  Diran Desa  Sidorejo  Kecamatan  Lendah Kabupaten Kulonprogo Provinsi Daerah Istimewa Yogyakarta. 3.4.Eksperimen Eksperimen dimulai dari pemboran  inti  pada  bongkah  batuan kemudian  dilakukan  preparasi  untuk memperoleh  dimensi  contoh  sesuai dengan  persyaratan  pengujian  di laboratorium.Setelah  itu  dilakukan pengujian di laboratorium. Pengujian-pengujian  yang  dilakukan antara lain : - Pengujian  sifat  fisik,  kuat  tekan uniaksial,  dan  kuat  tarik  di Laboratorium  Mekanika  Batuan Program Studi Teknik Pertambangan  UPN  “Veteran” Yogyakarta - Pengujian kuat geser langsung di Laboratorium  Mekanika  Tanah Program Studi Teknik Pertambangan  UPN  “Veteran” Yogyakarta - Pengujian sayatan tipis di Laboratorium Petrografi Program  Studi  Teknik  Geologi UPN “Veteran” Yogyakarta 3.5.Analisis data Hasil  pengujian  laboratorium dianalisis dengan mengguanakn metode sebagai berikut :
1. Membandingkan hasil pengujian contoh  yang kering, natural,  dan jenuh untuk mengetahui pengaruh air terhadap kohesi dan sudut gesek dalam 2. Mengukur  parameter  sifat-sifat fisik dan mekanik contoh batuan dan melakukan generalisasi
terhadap hasil pengukuran tersebut pada massa batuan
3. Melakukan  studi  kasus  dengan menentukan  faktor  keamanan lereng  tunggal  pada  kondisi jenuh, natural, dan kering.

## 4. HASIL PENGUJIAN DAN
PEMBAHASAN 4.1.Uji Sayatan Tipis Dari analisa sayatan tipis diketahui  batugamping  yang  diuji adalah sandy  limestone (menurut klasifikasi Gilbert, 1982) dan packstone (menurut klasifikasi Dunham, 1962). Tabel 1 Hasil Pengujian Sayatan Tipis Komposisi Mineral Nama Batugamping Bioklastik  Kalsit Mikrit Sparit Opaq Pori Klasifikasi Gilbert, 1982 Klasifikasi Dunham, 1962 65% 8% 10% 6% 1% 10% sandy limestone packstone Berdasarkan  hasil  uji  sayatan tipis pada Tabel 1 dapat disimpulkan bahwa  contoh  batugamping  tersusun dari berbagai fragmen dengan ukuran butiran yang bervariasi.Ukuran butiran  serta  bentuk  yang  variatif memungkinkan  terdapatnya  rongga di antara butiran batugamping.
4.2.Uji Sifat Fisik Data hasil pengujian sifat fisik dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2 Hasil Pengujian Sifat Fisik No Kode Contoh ρ s (gr/cm 3 ) ρ n (gr/cm 3 ) ρ d (gr/cm 3 ) w s % w n % n % 1 Contoh 1 2,22 2,09 2,00 10,98  4,18  22,01 2 Contoh 2 2,38 2,28 2,20 8,02  3,54  17,64 3 Contoh 3 2,32 2,19 2,12 9,49  3,47  20,07 4 Contoh 4 2,33 2,25 2,16 8,09  4,34  17,45 5 Contoh 5 2,34 2,27 2,15 8,96  5,43  19,26 Minimum 2,22 2,09 2,00 8,02  3,47  17,45 Maksimum 2,38 2,28 2,20 10,98  5,43  22,01 Rata-rata 2,31 2,21 2,12 9,11  4,19  19,28
Berdasarkan  hasil  pengujian  uji  sifat fisik,  dapat  dilihat  bahwa  porositas batugamping  cukup  besar  yaitu sekitar  20%  .  Ini  menunjukkan bahwa  sekitar  20%  dari  volume merupakan rongga atau celah – celah kecil  (pre-existing  cracks)  yang
sangat  mempengaruhi  kuat  geser batugamping.
Berdasarkan  hasil  pengujian, juga  dapat  dilihat  bahwa  nilai  rata- rata peningkatan bobot isi batugamping  dari  kondisi  kering  ke jenuh  adalah  sekitar  0,19  gr/cm 3 .
Peningkatan  ini  disebabkan  oleh masuknya  air  ke  dalam  pori-pori batugamping  ketika  jenuh.  Hal  ini dapat menyebabkan peningkatan beban geser akibat berat batugamping  yang  terisi  oleh  air tersebut sehingga lereng lebih mudah longsor  pada  saat  basah  atau  jenuh daripada dalam kondisi kering 4.3.Uji Kuat Tekan Uniaksial Dan Uji Kuat Tarik Tidak Langsung Hasil pengujian kuat tarik dihubungkan  dengan  hasil  uji  kuat tekan  uniaksial  untuk  menentukan harga c p dan ϕ p dengan menggambarkan  lingkaran  Mohr-
Coloumb pada suatu kurva tegangan- regangan.
Tabel 3
Nilai Kohesi Dan Sudut Gesek Dalam Dari Lingkaran Mohr-Coloumb
Nilai  kohesi  puncakdan  sudut  gesek dalam  puncak  yang  diperoleh  dari lingkaran Mohr-Coloumb mengalami penurunan  secara  berurutan  dari kondisi  kering  –  natural  –  jenuh. Penurunan  nilai  c p dan  ϕ p ini disebabkan karena adanya penambahan  kandungan  air  yang menyebabkan  ikatan  antar  partikel pada  batugamping  akan  melemah seiring  dengan  meningkatnya  kadar air yang terkandung pada batugamping. 4.4.Uji Geser Langsung Pengujian  pada  penelitian  ini dilakukan terhadap contoh
batugamping  pada  tiga  kondisi yaitu  natural,  jenuh  dan  kering, serta  contoh  batugamping  dalam keadaan  kondisi  pecah  ( residual ). Masing-masing set pengujian
dilakukan  dengan  menggunakan tiga  contoh  dengan  penerapan gaya  normal  masing-masing  0,2 kN ; 0,4 kN; dan 0,6 kN. Data dari hasil  uji  geser  diplot  menjadi kurva kekuatan geser pada kondisi jenuh, natural, serta kering. KondisiBatugamping Kadar Air (%) Mohr-Coloumb Sudut Gesek Dalam Puncak ϕ p ( 0 ) Kohesi Puncak c p (MPa) Jenuh 9,11 31 2,08 Natural 4,19 33 2,36 Kering 0 37 3,06

## Gambar 1
Kurva Kekuatan Geser Jenuh, Natural, Kering
Berdasarkan  kurva  kekuatan  geser jenuh,  natural,  dan  kering  (Gambar
1)  diperoleh  persamaan  kuat  geser kering  adalah    τ r =  73,74  +  σ n tan 35,56 0 dan korelasi R 2 = 0,972. Kuat geser  Natural    adalahτ r =  60,69  +  σ n tan  32,12 0 dan  korelasi  R 2 =  0,777. Kuat geser Jenuh adalah  τ r = 32,51 + σ n tan  10,64 0 dan  korelasi  R 2 = 0,996.Jadi  terlihat  semakin  banyak kandungan  air  dalam  batuan  (jenuh) maka semakin kecil kekuatan/tegangan geser batuan. Beberapa parameter kuat geser  langsung  batugamping  pada kondisi  jenuh,  natural,  dan  kering seperti pada Tabel 4.

## Tabel 4
Parameter-Parameter Hasil Uji Geser Langsung Parameter Kondisi Jenuh Natural Kering Kadar Air (%) 9,11 4,19 0 Sudut gesek dalam sisa ( o ) 10,64 32,12 35,56 Kohesei sisa ( kPa ) 32,51 60,69 73.74 R² = 0,7774 R² = 0,9962 R² = 0,9727 0 50 100 150 200 250 300 350 0 100 200 300 400
Kurva Kekuatan Geser Jenuh, Natural, Kering
Linear (kurva kekuatan geser natural) Linear (kurva kekuatan geser jenuh) Linear (kurva kekuatan geser kering) τ r = 32,51 + σ n tan 10,64 0 τ r = 60,69 + σ n tan 32,12 0 τ r = 73,74 + σ n tan 35,56 0 Tegangan Normal (kPa) Te ga nga n G ese r (kPa)
4.5. Pengaruh Air Terhadap Kohesi Sisa Pada Batugamping
Gambar 2 Pengaruh Kadar Air Terhadap Kohesi Sisa Pada Batugamping
Tabel 5
Hubungan Nilai Kadar Air Dengan Nilai Kohesi Sisa Pada Persamaan Linear
Kadar Air w (%) Persamaan Linear c r (kPa) 7 43,94 6 48,5 5 53,06 4 57,62 Berdasarkan  Tabel  5  menunjukkan bahwa  terjadi  penurunan  kohesi  sisa akibat peningkatan kadar air, penurunan  yang  terjadi  sebesar  4,56 kPa  karena  peningkatan  kadar  air dari 6% ke 7%, 5% ke 6%, 4% ke
5%.  Dari  tabel  tersebut  dapat disimpulkan bahwa setiap peningkatan  kadar  air  sebesar  1  % mengakibatkan
penurunan nilai kohesi sisa sebesar 4,56 kPa.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 2 4 6 8 10 Kadar Air, (%) c r = 78,72 e -0,09w R 2 = 0,939 Kohe si s isa, ( kP a) c r = -4,56w + 75,86 R 2 = 0,973

## 4.5.Pengaruh Air Terhadap Sudut Gesek Dalam Sisa Pada Batugamping
Gambar 3
Pengaruh Kadar Air Terhadap Sudut Gesek Dalam Sisa Pada Batugamping
Tabel 6 Hubungan Nilai Kadar Air Dengan Nilai Sudut Gesek Dalam Sisa Pada Persamaan Linear Kadar Air w (%) Persamaan Linear ϕ r (º) 7 18,97 6 21,75 5 24,53 4 27,31 Berdasarkan Tabel 6 menunjukkan bahwa terjadi penurunan  sudut  gesek  dalam  sisa akibat peningkatan kadar
air, penurunan  yang terjadi sebesar 2,78º karena peningkatan kadar air dari 6% ke  7%,  5%  ke  6%,  4%  ke  5%.  Dari tabel  tersebut  dapat  disimpulkan bahwa  setiap  peningkatan  kadar  air sebesar 1 % mengakibatkan penurunan  nilai  sudut  gesek  dalam sisa sebesar 2,78º.

## 4.6. Hasil Simulasi
Untuk  mengetahui  lebih  jauh mengenai  pengaruh  air  terhadap kohesi  dan sudut gesek  dalam, maka dibuat simulasi kasus terhadap stabilitas  lereng  tunggal  dengan menggunakan perangkat lunak
slide .Berdasarkan  data  bobot  isi, kohesi  dan  sudut  gesek  dalam batugamping  yang  diperoleh  dari pengujian  sifat  fisik  dan  pengujian geser  langsung,  dapat  digunakan dalam menganalisis kestabilan lerenguntuk mendapatkan nilai faktor
ϕ r = 41.,4e -0,13w R² = 0,847 ϕ r = -2,782w + 38,44 R² = 0,882 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 2 4 6 8 10 Exponential Linear Kadar Air, (%) S udut gese k da lam si sa , ( º)
keamanan  (FK)  seperti  tersaji  pada
tabel 7.
Tabel 7 Nilai Faktor Keamanan (FK) Pada Berbagai Kondisi Kondisi air FK Jenuh 1,43 Natural 2,55 Kering 3,14 Berdasarkan  hasil  analisis  pada Tabel  7  dapat  dilihat  peningkatan kadar  air  menyebabkan  terjadinya penurunan nilai faktor keamanan dari kondisi  kering  ke  kondisi  natural sebesar  18,78  %  dan  dari  kondisi kering  ke  kondisi  jenuh  sebesar 54,45 % (Gambar 4). Penurunan nilai
faktor keamanan membuktikan bahwa keberadaan air sangat berpengaruh terhadap kestabilan lereng  di  lapangan.Oleh  karena  itu perlu dilakukan penyaliran yang baik di  lapangan  untuk  menjaga  agar  air tetap  mengalir  keluar  dari  lereng terutama dalam kondisi hujan.

## Gambar 4
Perbandingan Faktor Keamanan Pada Berbagai Kondisi Pengujian
KESIMPULAN
1. Peningkatan kadar air pada batugamping menyebabkan terjadinya  penurunan  nilai  kohesi dan sudut gesek dalam. 2. Setiap  peningkatan  kadar  air sebesar 1 % mengakibatkan penurunan nilai kohesi sisa
sebesar  4,56  kPa  dan  sudut  gesek dalam sisa sebesar 2,78º.
3. Peningkatan kadar air menyebabkan terjadinya penurunan  nilai  faktor  keamanan (FK).  Kondisi  keringFK  =  3,14.
Kondisi  kadar  air  natural    FK  = 2,55. Kondisi  kadar air jenuh, FK = 1,43.
4. Penurunan  faktor  keamanan  dari kondisi  kering  ke  kondisi  natural sebesar  18,78  %  dan  dari  kondisi kering  ke  kondisi  jenuh  sebesar 54,45 %.

## SARAN
1. Perlu  dilakukan  penelitian  pada batugamping di daerah lain, untuk mengetahui apakah keberadaan air berpengaruh  terhadap  kohesi  dan sudut  gesek  dalam  pada  daerah tersebut.
2. Perlu  dilakukan  penelitian  pada jenis  batuan  yang  lain,  sehingga dapat diketahui apakah keberadaan air juga mempengaruhi  kohesi  dan  sudut gesek  dalam  pada  jenis  batuan yang lain.

## DAFTAR PUSTAKA
1. Astawa  Rai,  M.,  Kramadibrata,
S.,  and  Wattimena,  R.K.,  2012, Mekanika Batuan , Penerbit Institut
Teknologi Bandung, Bandung.
2. Barton,  N.,  1976,  The  Shear Strength  of  Rock  and  Rock Joints ,  International  Journal  of Rock  Mechanics  and  Mining Service , Vol.13, pg 255-279.
3. Brown, E.T., 1981, Rock Characterization  Testing  and Monitoring  :  ISRM  Suggesetd Methods, Pergamon Press, England.
4. Hoek,  E  and  Bray,  J.W.,  1981, Rock Slope Engineering  Revised third edition , Spon Press, London.
5. Jumikis, J.C., 1979, Rock Mechanics, Trans Tech Publication, New York.
6. Kramadibrata,  S.,  Saptono,  S., Wicaksana,  Y.,  Prasetyo  H.  S., 2009,  Soft  Rock  Behavior  with Particular  Reference  to  Coal Bearing Strata, The 2 nd International Symposium of Novel  Carbon  Resource  Science and Technology, Joint Symposium  Kyushu  University  – Institut Teknologi Bandung, Bandung.
7. Lama,
R.Dand
Vutukuri,
V.S.,1974, Mechanical
Properties  of  Rocks  Volume  I, Trans  Tech  Publications,  USA
and Canada.
8. Lefond, S.J., Bates,
R., Bradbury,  J.C.,  Buie,  B.F., Foose,  R.M.,  Grogan,  R.M., Hoy, R.B., Husted, J.E., McCarl,
H.N.,  Murphy,  T.D.,  Roe,  L.,
Rooney,  L.F.,  1975, Industrial Minerals  and  Rocks, Port  City Press, New York.
9. Saptono,  S.,  2009,  Pengaruh Ukuran Conto Terhadap Kekuatan  Batuan, JTM, No.
1/2009, Vol. XVI, hlm. 1-6.