Oleh :
Hengki Sembiring NIM 4103240011 Program Studi Fisika
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Sain
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
KATA PENGANTAR
Puji dan Syukur penulis panjatkan kepada Allah Bapa di Surga dan Tuhan Yesus Kristus putraNya yang kudus, atas segala rahmat dan berkatNya yang memberikan kesehatan dan hikmat kepada penulis sehingga penelitian skripsi yang berjudul “Penentuan Struktur Batuan Bawah Permukaan dan Uji Mekanik Batuan di
Pamah Paku Kutambaru Kabupaten Langkat” dapat diselesaikan dengan baik sesuai
dengan waktu yang direncanakan.
v
kepada Tulang Suhunan Saragih, ST yang telah membantu penulis di lapangan untuk pengambilan titik pengukuran dan pembahasan skripsi juga hal-hal yang penting dalam kelengkapan skripsi, juga kepada bg Arman, bg Hendra, bg Jay, bg Istas, bg Andico, Papa Adi Surbakti, Papa Jacky, Mama Pati, Papa Wien, bg Rukun, bg Wandi yang telah membantu penulis mendapatkan data di lapangan. Tak lupa juga untuk bang Eno yang telah membantu membentuk batu untuk dapat diuji serta bang Rahmadsyah Rangkuti yang telah membantu menguji sampel batuan di laboratorium Beton Teknik Sipil USU. Penulis juga mengucapkan terimaksih kepada teman-teman GKPS PAS, Trianita, Ristiani, Felino, Teguh, Manda, Jhon, kak Siska, kak Vita, Kak Yuni bang Waldes Mumun dan Seluruh Pengurus dan Guru Sekolah Minggu serta adik kesayangan Isrin Evawanti Nadeak yang selalu membawakan doanya untuk kelancaran skripsi ini.
Penulis menyadari masih banyak terdapat kekurangan di dalam penulisan isi skripsi ini dan semoga hasil penelitian ini bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan.
Medan, 27 Juni 2014 Penulis,
PENENTUAN STRUKTUR BATUAN BAWAH PERMUKAAN DAN UJI MEKANIK BATUAN DI DAERAH PAMAH PAKU KUTAMBARU
KABUPATEN LANGKAT
Hengki Sembiring (4103240011)
ABSTRAK
Kutambaru memiliki kondisi topografi yang berbukit-bukit dan memiliki potensi alam berupa batu gamping. Penelitian bertujuan untuk mengetahui struktur dan penyebaran batuan di bawah permukaan berdasarkan nilai resistivitas dan kualitas batu gamping sebagai bahan bangunan dengan pengujian mekanik yang terdapat di daerah Pamah Paku Kutambaru Kabupaten Langkat.
Penentuan struktur batuan bawah permukaan dilakukan dengan menggunakan alat geolistrik ARES (Automatatic Resistivity System) dengan metode Schlumberger sebanyak delapan belas lintasan dan panjang lintasannya 155 meter. Nilai resistivitas bawah permukaan tersebut diolah menggunakan software Res2Dinv sehingga didapatkan penampang dua dimensi. Analisa lintasan diolah dengan menggunakan software Surfer8 untuk mengetahui estimasi penyebaran batu gamping hingga kedalaman 28 meter. Kualitas batu gamping sebagai bahan bangunan diperoleh dengan melakukan pengujian kuat tekan untuk mendapatkan nilai kuat tekanannya dengan alat Compression Mechine dan pengujian abrasi untuk mendapatkan nilai keausannya dengan alat Los Angeles.
Hasil penelitian geolistrik yang diperoleh menunjukkan bahwa banyak terdapat batu gamping terkhusus di kedalaman 15 meter hingga 28 meter dengan nilai resistivitas 500 Ωm hingga 10000 Ωm. Dari permukaan hingga kedalaman 10 meter didominasi oleh batu tufa dengan nilai resistivitas antara 100Ωm hingga 500 Ωm. Hasil pengujian kuat tekan nilai rata-rata batu gamping sebesar 683 kg/cm2dan 671 kg/cm2. Persentase keausannya 24,14% dan 27,4% yang menurut SII 03-6861 sangat baik untuk bahan pondasi bangunan ringan, tonggak dan batu tepi jalan, penutup lantai atau trotoar hingga batu hias
vi
vi DAFTAR ISI
Halaman
Lembar Pengesahan i
Riwayat Hidup ii
Abstrak iii
Kata Pengantar iv
Daftar Isi vi
Daftar Gambar viii
Daftar Tabel x
Daftar Lampiran xi
BAB I. PENDAHULUAN 1
1.1. Latar Belakang 1
1.2. Batasan Masalah 3
1.3. Rumusan Masalah 4
1.4. Tujuan Penelitian 4
1.5. Manfaat Penelitian 4
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 5
2.1. Struktur Bumi 5
2.2. Batuan 6
2.2.1. Jenis Batuan dan Proses Pembentukannya 6
2.2.1.1 Batuan Beku 7
2.2.1.1.Batuan Sedimen 8
2.2.1.2.Batuan Metamorf 13
2.3. Resistivitas Batuan 13
2.4. Sifat Kelistrikan Batuan 15
2.4.1. Konduksi Elektronik 15
2.4.2. Konduksi Elektrolitik 16
2.4.3. Konduksi Dielektrik 16
2.5. Mekanika Batuan 17
2.5.1. Prinsip Dasar Mekanika Batuan 17
2.6. Geolistrik 20
2.6.1. Metode Geolistrik 20
vii
2.6.1.2.Metode Hambatan Jenis 23
2.7. Uji Kuat Tekan Uniaksial (UCS) 27
2.7.1. Kuat Tekan Batuan 28
2.7.2. Modulus Young 28
2.8. Uji Kuat Aus 29
BAB III METODE PENELITIAN 30
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian 30
3.2. Alat -Alat Penelitian 31
3.3. Prosedur Penelitian 32
3.3.1. Prosedur Geolistrik 32
3.3.2. Prosedur Compression Mechine 32 3.3.3. Prosedur Mesin Los Angeles 33
3.4. Diagram Alir Penelitian 34
3.5. Teknik Pengolahan Data 35
3.5.1. Pengolahan Data Geolistrik 35 3.5.2. Pengolahan Data Uji Mekanik 35 3.6. Teknik Analisis Data dan Interpretasi Data 36
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 37
4.1. Hasil Penelitian 37
4.1.1. Deskripsi Data 37
4.1.2. Pengolahan Data 39
4.2. Pembahasan 40
4.2.1. Hasil Analisis dan Interpretasi Data 40
4.2.2. Analisa Lintasan 47
4.2.3. Kuat Tekan Batu Gamping 56
4.2.4. Ketahanan Aus Batu Gamping 58 4.2.5. Analisa Pengujian Batu Gamping 59
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 61
5.1. Kesimpulan 61
5.2. Saran 62
x
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1. Penamaan Batuan Sedimen Klastik Berdasarkan Ukuran Butir 10 Tabel 2.2. Klasifikasi Batuan Sedimen Klastik 11 Tabel 2.3. Klasifikasi Batuan Non-Klastik 11 Tabel 2.4. Klasifikasi Batu Gamping 12 Tabel 2.5. Nilai Resistivitas Batuan 14 Tabel 2.6. Nilai Resistivitas batu secara umum 14 Tabel 2.7. Kuat Tekan, Berat Volume, Penyerapan air dan tahan aus
beberapa batuan alam 21
Tabel 2.8. Syarat Batu Alam untuk bahan bangunan menurut SII 0378-80 22
Tabel 3.1. Alat di Lapangan 31
Tabel 3.2. Alat Uji Kuat Tekan 31
Tabel 3.3. Alat Uji Abrasi 31
Tabel 3.4. Spesifikasi Geolistrik 31 Tabel 4.1. Hasil Penggridan Daerah Pengukuran Menggunakan GPS 37 Tabel 4.2. Estimasi Cadangan Batu Gamping 54 Tabel 4.3. Kuat Tekan Batu Gamping di Kutambaru Kabupaten Langkat
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Lapisan Bumi 5
Gambar 2.2. Siklus Batuan 7
Gambar 2.3. Resistivitas pada Silinder Konduktor 15 Gambar 2.4. Prinsip Kerja Metode Resistivitas 22 Gambar 2.5. Perbandingan susunan elektroda dan pola data pseudosection
pada Wenner dan Schlumberger 24 Gambar 2.6. Skema Konfigurasi Schlumberger 24 Gambar 2.7. Susunan Elektroda untuk Dua Dimensi 26 Gambar 2.8. Teknik Akuisisi Lateral Mapping 26 Gambar 2.9. Teknik Akuisisi Vertical Sounding 27 Gambar 3.1. Peta Topografi Penelitian 30 Gambar 3.2. Diagram Alir Penelitian 34 Gambar 4.1. Bentuk Morfologi Daerah Penelitian 38 Gambar 4.2. Kontur Daerah Penelitian Menggunakan Surfer8 38 Gambar 4.3. Penampang Dua Dimensi Line1 41 Gambar 4.4. Penampang Dua Dimensi Line2 42 Gambar 4.5. Penampang Dua Dimensi Line3 44 Gambar 4.6. Penampang Dua Dimensi Line4 46 Gambar 4.7. Kontur Nilai Resistivitas di Kedalaman 5 meter dengan
Surfer8 47
Gambar 4.8. Kontur Nilai Resistivitas di Kedalaman 10 meter dengan
Surfer8 48
Gambar 4.9. Kontur Nilai Resistivitas di Kedalaman 15 meter dengan
Surfer8 49
Gambar 4.10. Kontur Nilai Resistivitas di Kedalaman 20 meter dengan
ix
Gambar 4.11. Kontur Nilai Resistivitas di Kedalaman 25 meter dengan
Surfer8 51
Gambar 4.12. Kontur Nilai Resistivitas di Kedalaman 28 meter dengan
Surfer8 52
Gambar 4.13. Hasil Kontur Kedalaman 5 meter hingga 28 meter 53 Gambar 4.16. Dugaan Aliran Air Sungai Bawah Tanah Secara Horizontal
dan Vertikal 55
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lampiran 1. Peta Geologi Lokasi Penelitian 66
Lampiran 2. Tabel Data Lintasan 67
Lampiran 3. Gambar Tiga Kontur Resistivitas Pada Penampang
Kedalaman Semu 79
Lampiran 4. Tabel Keterangan Keadaan Daerah Penelitian di Setiap
Lintasan 81
Lampiran 5. Laporan hasil penggridan data surfer8 82
Lampiran 6. Perhitungan Volume 87
Lampiran 7. Alat yang digunakan saat penelitian 88 Lampiran 8. Dokumentasi Penelitian 90
Lampiran 9. Pengujian Kuat Tekan 93
1 BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Indonesia memiliki hasil alam yang melimpah di bawah permukaan bumi berupa emas, perak, tembaga dan batuan. Batuan merupakan benda alam penyusun utama bumi dan kumpulan dari satu atau lebih mineral, bahan organik serta bahan-bahan vulkanik yang banyak dibutuhkan dan digunakan untuk kehidupan manusia. Batuan terbentuk dari kumpulan magma yang membeku di permukaan bumi dan berakhir menjadi berbagai jenis batuan diantaranya batuan sedimen.
Batuan sedimen adalah batuan yang terbentuk dari akumulasi material hasil perombakan batuan yang sudah ada sebelumnya atau hasil aktivitas kimia maupun organisme yang diendapkan lapis demi lapis pada permukaan bumi yang mengalami sedimentasi. Batuan sedimen memiliki komposisi mineral-mineral antara lain kwarsa, feldsfar, mika, dolomit, kalsit, dan mineral lempung. Batuan sedimen berjumlah 5% dari seluruh batuan-batuan yang terdapat di kerak bumi yang terdiri dari batu lempung 15%, batu pasir 5% dan batu gamping kira-kira 80%. (Endarto, 2005)
2 gamping dengan pengotornya lempung, maka batu gamping tersebut diklasifikasikan sebagai batu gamping lempungan, dan batu gamping dengan pengotornya pasir diklasifikasikan sebagai batu gamping pasiran. Persentase unsur pengotor berpengaruh terhadap warna batu gamping tersebut yaitu mulai dari warna putih susu, abu-abu muda, abu-abu tua, coklat, hingga hitam. Warna kemerah-merahan disebabkan oleh adanya unsur mangan dan warna kehitam-hitaman disebabkan oleh adanya unsur organik.
Batu gamping merupakan salah satu mineral industri yang digunakan oleh sektor industri dan pertanian, bangunan, penstabil jalan raya, pengapuran, pertanian, bahan keramik, industri kaca, industri semen, pembuatan karbit, untuk peleburan dan pemurnian baja, untuk bahan pemutih dalam industri kertas pulp dan karet. Kebutuhan batu gamping sebagai bahan bangunan pada saat sekarang cukup banyak sehingga bahan galian batu gamping sangat baik dikembangkan. Batu gamping yang akan digunakan sebagai bahan bangunan, kualitas batu gamping harus memenuhi syarat tertentu yang telah diatur dalam SII 0378-80. Pengujian fisik dan mekanik batu gamping dapat memberikan gambaran pemanfaatan bahan galian tersebut. Pengujian batu gamping telah dilakukan oleh Raihan (2012) dengan melakukan uji mekanik. Analisis yang didapat bahwa batu gamping yang diteliti memenuhi syarat mutu baku batu alam SII 0378-80 sebagai bangunan seperti pondasi, batu tepi jalan dan batu hias atau batu tempel.
3 metode geofisika. Metoda geofisika yang digunakan dalam penyelidikan penyebaran batu gamping salah satunya adalah metode geolistrik. (Pohan, 2009)
Metode geolistrik bertujuan untuk memperkirakan formasi batuan bawah permukaan terutama kemampuannya untuk menghantarkan atau menghambat listrik (konduktivitas atau resistivitas) dengan cara mengalirkan sumber ke suatu beban listrik sehingga besarnya resistansi dapat diperkirakan berdasarkan besarnya potensial sumber dan besarnya arus yang mengalir. Metode geolistrik dapat digunakan untuk mengetahui struktur bawah permukaan berdasarkan variasi resistivitas batuan. Metode geolistrik digunakan Nadliroh (2012) dalam menyelidiki penyebaran batu gamping yang nilai resistivitasnya diperoleh 591Ωm. Pendeteksian batu gamping menggunakan metode geolistrik mendapatkan hasil nilai resistivitas yang berbeda oleh Herlin dan Budiman (2012) sebesar 22794Ωm - 134811Ωm. Nabeel dkk (2013) mendapatkan nilai resistivitas batu gamping sebesar 1027Ωm – 8000 Ωm dengan menggunakan metode geolistrik konfigurasi Schlumberger.
Metode geolistrik resistivitas dapat menentukan resistivitas batuan bawah permukaan bumi. Sehingga peneliti memilih judul : Penentuan Struktur Batuan Bawah Permukaan dan Uji Mekanik Batuan di Daerah Pamah Paku
Kutambaru Kabupaten Langkat.
1.2 Batasan Masalah
Dalam penelitian ini penulis membatasi masalahnya yaitu :
1. Penelitian dilakukan dengan menggunakan metode geolistrik untuk mengetahui struktur batuan di bawah permukaan pada daerah Pamah Paku Kutambaru Kabupaten Langkat.
2. Konfigurasi yang digunakan dalam penelitian ini adalah konfigurasi Schlumberger.
3. Data diperoleh berupa data resistivitas dari penyebaran batuan di bawah permukaan daerah Pamah Paku Kutambaru Kabupaten Langkat.
4 sebagai berikut:
1. Bagaimana struktur batuan di bawah permukaan berdasarkan nilai resistivitasnya di daerah Pamah Paku Kutambaru Kabupaten Langkat. 2. Bagaimana penyebaran batuan bawah permukaan berdasarkan hasil inversi
dua dimensi dengan software Res2Dinv di daerah Pamah Paku Kutambaru Kabupaten Langkat.
3. Bagaimanan kualitas batu gamping sebagai bahan bangunan dengan uji mekanik di daerah Pamah Paku Kutambaru Kabupaten Langkat.
1.4 Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk :
1. Mengetahui struktur batuan di bawah permukaan berdasarkan nilai resistivitasnya di daerah Pamah Paku Kutambaru Kabupaten Langkat. 2. Mengetahui penyebaran batuan berdasarkan nilai resistivitas batuan yang
terdapat di bawah permukaan berdasarkan hasil invers dua dimensi dengan software Res2Dinv daerah Pamah Paku Kutambaru Kabupaten Langkat.
3. Mengetahui kualitas batu gamping sebagai bahan bangunan dengan uji mekanik di daerah Pamah Paku Kutambaru Kabupaten Langkat.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah:
1. Sebagai informasi untuk mengetahui struktur bawah permukaan di daerah Pamah Paku Kutambaru Kabupaten Langkat.
2. Sebagai informasi untuk mengetahui kualitas batu gamping sebagai bahan bangunan dengan pengujian mekanik di daerah Pamah Paku Kutambaru Kabupaten Langkat.
61 BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari hasil pengolahan, analisis dan interpretasi data pada penelitian dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Struktur batuan bawah permukaan di daerah Pamah Paku memiliki nilai resistivitas antara 1,92 Ωm hingga 15954 Ωm. Nilai resistivitas tinggi diduga sebagai batu gamping sedangkan keterdapatan anomali rendah pada daerah tersebut diduga sebagai sebaran air tanah yang dapat ditemukan pada kedalaman 6 meter hingga 28 meter di jarak yang berbeda-beda dan pola sebaran air bawah permukaan tersebut umumnya dari Selatan ke Utara
2. Penyebaran batuan bawah permukaan untuk daerah Pamah Paku didominasi oleh batuan tufa sedangkan untuk batu gamping terdapat di kedalaman 15 meter hingga 28 meter dengan besar cadangannya berkisar 48.654.000 m3juta ton
62 yaitu:
1. Melakukan penelitian lebih lanjut dengan memperluas daerah pengambilan data, sehingga penyebaran batu gamping dapat terlihat baik di permukaan maupun di bawah permukaan.
2. Melakukan uji mekanik pada batu gamping tersebut dengan uji yang lain seperti uji Modulus of Rupture, uji serapan air, uji kuat lekat batu untuk melihat kualiatas batuan tersebut sebagai bahan bangunan yang baik.
63 DAFTAR PUSTAKA
Alwin, (2011), Studi Pemanfaatan Batu Gamping di Tapanuli Selatan, Badan Penelitian dan Pengembangan, Pemerintah Provinsi Sumatera Utara.
Boggs Sam, (2009), Petrology Of Sedimentary Rocks, Cambridge University Press, USA.
BSN, (2008), Cara Uji Kuat Tekan Batu Uniaksial, Badan Penelitian dan Pengembangan Departemen Pekerjaan Umum. Indonesia
Endarto Danang, (2005), Pengantar Geologi Dasar, Cetakan 2, LPP UNS dan UPT Press, Surakarta.
Folk Robert, (1974), Petrology Of Sedimentary Rocks, Hemhill Publishing Company, Texas.
Hamblin, W. K., Howard, D. J., (1980), Physical Geology, Brigham Young University, Utah.
Herlin Helmi, Budiman Arif, (2012), Penentuan Bidang Gelincir Gerakan Tanah dengan Aplikasi Geolistrik Metode Tahanan Jenis Dua Dimensi Konfigurasi Wenner-Schlumberger, Jurnal Fisika Unand Vol. 1 No. 1. : 19-24.
Karunia Dimas Noer, Darsono, Darmanto, (2012), Identifikasi Pola Aliran Sungai Bawah Tanah di Mudal, Pracimantoro Dengan Metode Geolistrik, Indonesian Journal of Applied Physics (2012) Vol.2 No.2.
Levin Harold, (1982), The Earth Through Time Second Edition, Washington University, New York.
Loke,M.H., (2001), Tutorial 2D and 3D Electrical Imaging Surveys, European Section, EM1, Europe.
Milsom John Reynolds, (2003), An Introduction to Applied and Environmental Geophysics,Wiley, England.
64 Noor Djauhari, (2008), Geologi untuk Perencanaan, Erlangga, Jakara.
Parhusip Junita, (2011), Analisis Tahanan Jenis Batuan dan Mineral di Bawah Permukaan dengan Menggunakan Geolistrik di Daerah Panas Bumi Desa Penen Kecamatan Sibiru-biru Kabupaten Deli Serdang, Skripsi FMIPA Unimed, Medan.
Pettijhon Potter, (1964), Sedimentary Rocks, 1964, Cambridge University Press, USA.
Pohan Maulana. (2009), Laporan Akhir Kajian Potensi Sumberdaya Mineral di Kawasan Hutan Lindung di Sumatera Utara, Badan Penelitian dan Pengembangan, Sumatera Utara.
Prager, J. Ellen, (2006), Furious Earth (Bumi Murka), Pakar Raya, Bandung. Raihan, dkk., (2012), Mechanical Analysis Of Limestone In Jaya, Lhong and
Lhoknga, Journal of Aceh Physics Society, SS, Vol.1 pp. 7-8, Aceh.
Rizalmi Nelvira, Akmam dan Mahrizal, (2013), Estimasi Kedalaman Batuan Dasar Berdasarkan Nilai Tahanan Jenis Menggunakan Metode Geolistrik Konfigurasi Schlumberger di Universitas Negeri Padang Kampus Air Tawar, Pilar of Physics, Vol 1, April 2013, Sumatera Barat.
Santi Deni, (2013), Penentuan Struktur Bawah Permukaan Daerah Potensi Panas Bumi Dengan Metode Geolistrik Resistivity Di Daerah Gunung Sibual-Buali Sipirok Tapanuli Selatan., Skripsi FMIPA Unimed, Medan.
Santoso Djoko, (2002), Pengantar Teknik Geofisika, ITB, Bandung.
Sarah Hasma, Fadhli Syamsudin, Lono Satrio, (2012), Mechanical Analysis of Serpentineite Rock in Indrapura, Tangse and Beutong, Journal of The Aceh Physical Society,SS, Vol 1, No.1.
Selamat, (2010), Tugas Bahan Bangunan (Batu Alam Sebagai Bahan Bangunan), Fakultas Teknik UNP, Padang.
65 Telfrod, Geldart, Sheriff, (2004), Apllied Geophysics Second Edition, Cambridge
University Press, New York.
Wadiyana, (2009), Kajian Karateristik Batu Alam Lokal Kabupaten Gunungkidul Sebagai Alternatif pengganti Bata Merah Pejal untuk Pembangunan dan Rehabilitasi Rumah Sederhana, Thesis Magister Teknik Sipil Universitas Sebelas Maret, Surakarta.
