Upload
dhyfor
View
225
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
7/21/2019 Kestabilan Lereng Tambang (Slope Stability of Mining) _ Kestabilan Lereng Tambang
1/19
6th August 2013
[http://www.blogger.com/blogger.g?blogID=2196285015933069646]
KESTABILAN LERENG PADA TAMBANG PERMUKAAN(SLOPE STABILITY OF SURFACE MINING)
A. Pengantar Umum
Kestabilan dari suatu lereng pada kegiatan penambangan dipengaruhi oleh kondisi geologi daerah
setempat, bentuk keseluruhan lereng pada lokasi tersebut, kondisi air tanah setempat, faktor luar seperti getaran
akibat peledakan ataupun alat mekanis yang beroperasi dan juga dari teknik penggalian yang digunakan dalam
pembuatan lereng. Faktor pengontrol ini jelas sangat berbeda untuk situasi penambangan yang berbeda dan
sangat penting untuk memberikan aturan yang umum untuk menentukan seberapa tinggi atau seberapa landai
suatu lereng untuk memastikan lereng itu akan tetap stabil.
Apabila kestabilan dari suatu lereng dalam operasi penambangan meragukan, maka analisa terhadap
kestabilannya harus dinilai berdasarkan dari struktur geologi, kondisi air tanah dan faktor pengontrol lainnya
yang terdapat pada suatu lereng.
Kestabilan lereng penambangan dipengaruhi oleh geometri lereng, struktur batuan, sifat fisik dan
mekanik batuan serta gaya luar yang bekerja pada lereng tersebut. Suatu cara yang umum untuk menyatakan
kestabilan suatu lereng penambangan adalah dengan faktor keamanan. Faktor ini merupakan perbandingan
antara gaya penahan yang membuat lereng tetap stabil, dengan gaya penggerak yang menyebabkan terjadinya
KESTABILAN LERENG TAMBANG (SLOPE STABILITY OFMINING)
http://lerengtambang.blogspot.com/2013/08/kestabilan-lereng-tambang-slope.htmlhttp://lerengtambang.blogspot.com/2013/08/kestabilan-lereng-tambang-slope.htmlhttp://www.blogger.com/blogger.g?blogID=2196285015933069646http://lerengtambang.blogspot.com/2013/08/kestabilan-lereng-tambang-slope.htmlhttp://lerengtambang.blogspot.com/2013/08/kestabilan-lereng-tambang-slope.html7/21/2019 Kestabilan Lereng Tambang (Slope Stability of Mining) _ Kestabilan Lereng Tambang
2/19
longsor.
Faktor keamanan (FK) lereng tanah dapat dihitung dengan berbagai metode. Longsoran dengan bidang
gelincir (slip Surface), F dapat dihitung dengan metode sayatan (slice method) menurut Fellinius atau Bishop.
Untuk suatu lereng dengan penampang yang sama, cara Fellinius dapat dibandingkan nilai faktor keamanannya
dengan cara Bishop.
Data yang diperlukan dalam suatu perhitungan sederhana untuk mencari nilai FK (Faktor keamanan
lereng) adalah sebagai berikut :
a. Data lereng atau geometri lereng (terutama diperlukan untuk membuat penampang lereng). Meliputi :
sudut Kemiringan lereng, tinggi lereng dan lebar jalan angkut atau berm pada lereng tersebut.
b. Data mekanika tanah
Sudut geser dalam ()
Bobot isi tanah atau batuan ()
Kohesi (c)
Kadar air tanah ()
c. Faktor Luar
- Getaran akibat kegiatan peledakan,
- Beban alat mekanis yang beroperasi, dll.
Data mekanika tanah yang diambil sebaiknya dari sampel tanah yang tidak terganggu (Undisturb soil).
Kadar air tanah () diperlukan terutama dalam perhitungan yang menggunakan computer (terutama bila
memerlukan data dryatau bobot satuan isi tanah kering, yaitu : dry= wet/ ( 1 + ).
7/21/2019 Kestabilan Lereng Tambang (Slope Stability of Mining) _ Kestabilan Lereng Tambang
3/19
Umumnya formula untuk menentukan Faktor Keamanan (FK) suatu lereng tambang, pada lereng yang
dipengaruhi oleh muka air tanah nilai F adalah sbb :
Pada lereng yang tidak dipengaruhi oleh muka air tanah, nilai F adalah sbb.:
Dimana :
c = kohesi (kN/m2)
= sudut geser dalam (derajat)
= sudut bidang gelincir pada tiap sayatan (derajat)
= tekanan air pori (kN/m2)
l = panjang bidang gelincir pada tiap sayatan (m)
L = jumlah panjang bidang gelincir
i x li = tekanan pori di setiap sayatan (kN/m)
W = luas tiap bidang sayatan (M2) x bobot satuan isi tanah (, kN/m3
)
B. Faktor Yang Mempengaruhi Kestabilan Lereng
Faktor-faktor yang perlu diperhatikan dalam menganalisa kestabilan lereng penambangan adalah sebagai
berikut : (Ir. Karyono M.T,Diklat Perencanaan Tambang Terbuka, Unisba).
7/21/2019 Kestabilan Lereng Tambang (Slope Stability of Mining) _ Kestabilan Lereng Tambang
4/19
B.1. Kuat Geser Tanah atau Batuan
Kekuatan yang sangat berperan dalam analisa kestabilan lereng terdiri dari sifat fisik dan sifat
mekanik dari batuan tersebut. Sifat fisik batuan yang digunakan dalam menganalisa kemantapan lereng
adalah bobot isi tanah (), sedangkan sifat mekaniknya adalah kuat geser batuan yang dinyatakan dengan
parameter kohesi (c) dan sudut geser dalam (). Kekuatan geser batuan ini adalah kekuatan yang
berfungsi sebagai gaya untuk melawan atau menahan gaya penyebab kelongsoran.
a. Bobot isi tanah atau batuan
Nilai bobot isi tanah atau batuan akan menentukan besarnya beban yang diterima pada
permukaan bidang longsor, dinyatakan dalam satuan berat per volume. Bobot isi batuan juga
dipengaruhi oleh jumlah kandungan air dalam batuan tersebut. Semakin besar bobot isi pada suatu
lereng tambang maka gaya geser penyebab kelongsoran akan semakin besar. Bobot isi diketahui dari
pengujian laboratorium. Nilai bobot isi batuan untuk analisa kestabilan lereng terdiri dari 3 parameter
yaitu nilai Bobot isi batuan pada kondisi asli (n), kondisi kering (d) dan Bobot isi pada kondisi
basah (w).
b. Kohesi
Kohesi adalah gaya tarik menarik antara partikel dalam batuan, dinyatakan dalam satuan berat
per satuan luas. Kohesi batuan akan semakin besar jika kekuatan gesernya makin besar. Nilai kohesi
(c) diperoleh dari pengujian laboratorium yaitu pengujian kuat geser langsung (direct shear strength
test) dan pengujian triaxial (triaxial test).
c. Sudut geser dalam ()
7/21/2019 Kestabilan Lereng Tambang (Slope Stability of Mining) _ Kestabilan Lereng Tambang
5/19
Sudut geser dalam merupakan sudut yang dibentuk dari hubungan antara tegangan normal dan
tegangan geser di dalam material tanah atau batuan. Sudut geser dalam adalah sudut rekahan yang
dibentuk jika suatu material dikenai tegangan atau gaya terhadapnya yang melebihi tegangan
gesernya. Semakin besar sudut geser dalam suatu material maka material tersebut akan lebih tahan
menerima tegangan luar yang dikenakan terhadapnya.
Untuk mengetahui nilai kohesi dan sudut geser dalam, dinyatakan dalam persamaan berikut :
nt = n tan + c
Dimana :
nt = tegangan geser
n = tegangan normal
= sudut geser dalam
c = kohesi
Prinsip pengujian direct shear strength test atau juga dikenal dengan shear box test adalah
menggeser langsung contoh tanah atau batuan di bawah kondisi beban normal tertentu. Pergeseran
diberikan terhadap bidang pecahnya, sementara untuk tanah dapat dilakukan pergeseran secara
langsung pada conto tanah tersebut. Beban normal yang diberikan diupayakan mendekati kondisi
sebenarnya di lapangan.
Untuk perhitungan dalam pengujian di laboratorium digunakan rumus-rumus perhitungan sebagai
berikut :
Tegangan geser:
Tegangan normal (normal stress) :
7/21/2019 Kestabilan Lereng Tambang (Slope Stability of Mining) _ Kestabilan Lereng Tambang
6/19
Dimana :
nt = Tegangan Geser
n = Tegangan Normal
P = Beban normal
A = Luas silinder sampel direct shear test
H = Kalibrasi Directian = 0,45 . x
X = PembacaanDial
Dari perhitungan-perhitungan tersebut diperoleh harga tegangan geser (nt) dan tegangan
normal (n) yang kemudian diplotkan pada grafik dengan kuat geser sebagai ordinat dan tegangan
normal sebagai absis. Dari grafik tersebut diperoleh kurva kekuatan geser massa batuan yaitu harga
kohesi (c) dan harga sudut geser dalamnya ().
Hubungan tegangan geser (nt) dan tegangan normal (n) dapat dilihat pada gambar 3.1.
berikut.
7/21/2019 Kestabilan Lereng Tambang (Slope Stability of Mining) _ Kestabilan Lereng Tambang
7/19
Gambar a.
Hubungan tegangan geser (nt) dan tegangan normal (n)
B.2. Struktur geologi
Keadaan struktur geologi yang harus diperhatikan pada analisa kestabilan lereng penambangan
adalah bidang-bidang lemah dalam hal ini bidang ketidakselarasan (discontinuity).
Ada dua macam bidang ketidakselarasan yaitu :
1. Mayor discontinuity, seperti kekar dan patahan.
2.
Minor discontinuity, seperti kekar dan bidang-bidang perlapisan.Struktur geologi ini merupakan hal yang penting di dalam analisa kemantapan lereng karena
struktur geologi merupakan bidang lemah di dalam suatu masa batuan dan dapat menurunkan atau
memperkecil kestabilan lereng.
B.3. Geometri lereng
Geometri lereng yang dapat mempengaruhi kestabilan lereng meliputi tinggi lereng, kemiringan
lereng dan lebar berm (b), baik itu lereng tunggal (Single slope) maupun lereng keseluruhan (overall
slope). Suatu lereng disebut lereng tunggal (Single slope) jika dibentuk oleh satu jenjang saja dan disebut
keseluruhan (overall slope)jika dibentuk oleh beberapa jenjang.
7/21/2019 Kestabilan Lereng Tambang (Slope Stability of Mining) _ Kestabilan Lereng Tambang
8/19
Gambar b.
Geometri lereng tambang
Lereng yang terlalu tinggi akan cenderung untuk lebih mudah longsor dibanding dengan lereng
yang tidak terlalu tinggi dan dengan jenis batuan penyusun yang sama atau homogen. Demikian pula
dengan sudut lereng, semakin besar sudut kemiringan lereng, maka lereng tersebut akan semakin tidak
stabil. Sedangkan semakin besar lebar berm maka lereng tersebut akan semakin stabil.
B.4. Tinggi muka air tanah
Muka air tanah yang dangkal menjadikan lereng sebagian besar basah dan batuannya mempunyai
kandungan air yang tinggi, kondisi ini menjadikan kekuatan batuan menjadi rendah dan batuan juga akan
menerima tambahan beban air yang dikandung, sehingga menjadikan lereng lebih mudah longsor.
B5. Iklim
Iklim berpengaruh terhadap kestabilan lereng karena iklim mempengaruhi perubahan temperatur.
7/21/2019 Kestabilan Lereng Tambang (Slope Stability of Mining) _ Kestabilan Lereng Tambang
9/19
Temperatur yang cepat sekali berubah dalam waktu yang singkat akan mempercepat proses pelapukan
batuan. Untuk daerah tropis pelapukan lebih cepat dibandingkan dengan daerah dingin, oleh karena itu
singkapan batuan pada lereng di daerah tropis akan lebih cepat lapuk dan ini akan mengakibatkan lereng
mudah tererosi dan terjadi kelongsoran.
B.6. Gaya luar
Gaya luar yang mempengaruhi kestabilan lereng penambangan adalah beban alat mekanis yang
beroperasi diatas lereng, getaran yang diakibatkan oleh kegiatan peledakan, dll.
C. Klasifikasi Kelongsoran
Jenis atau bentuk longsoran tergantung pada jenis material penyusun dari suatu lereng dan juga struktur
geologi yang berkembang di daerah tersebut. Karena batuan mempunyai sifat yang berbeda, maka jenis
longsorannya pun akan berbeda pula.
Longsoran pada kegiatan pertambangan secara umum diklasifikasikan menjadi empat bagian, yaitu :
longsoran bidang (plane failure), longsoran baji (wedge failure), longsoran guling (toppling failure) dan
longsoran busur (circular failure). Made Astawa Rai, Dr. Ir, (1998) Laboratorium Geoteknik, Pusat Ilmu
Rekayasa Antar Universitas ITB Bandung.
C.1. Longsoran Bidang (plane failure)
Longsoran bidang merupakan suatu longsoran batuan yang terjadi disepanjang bidangluncur yang
dianggap rata. Bidang luncur tersebut dapat berupa rekahan, sesar maupun bidang perlapisan batuan.
Syarat-syarat terjadinya longsoran bidang adalah (Gambar 3.4) berikut :
- Bidang luncur mempunyai arah yang tidak berbentuk lingkaran.
7/21/2019 Kestabilan Lereng Tambang (Slope Stability of Mining) _ Kestabilan Lereng Tambang
10/19
- Jejak bagian bawah bidang lemah yang menjadi bidang luncur dapat dilihat di muka lereng,
dengan kata lain kemiringan bidang gelincir lebih kecil dari kemiringan lereng.
- Kemiringan bidang luncur lebih besar dari pada sudut geser dalamnya.
- Terdapat bidang bebas pada kedua sisi longsoran.
C.2. Longsoran Baji (wedge failure)
Sama halnya dengan longsoran bidang, longsoran baji juga diakibatkan oleh adanya struktur
geologi yang berkembang. Perbedaannya adalah adanya dua struktur geologi (dapat sama jenis atau
Gambar c.
Longsoran bidang
7/21/2019 Kestabilan Lereng Tambang (Slope Stability of Mining) _ Kestabilan Lereng Tambang
11/19
berbeda jenis) yang berkembang dan saling berpotongan.
Syarat terjadinya longsoran baji adalah sebagai berikut :
- Longsoran baji ini terjadi bila dua buah jurus bidang diskontinyu saling berpotongan pada
muka lereng
- Sudut garis potong kedua bidang tersebut terhadap horizontal (i
) lebih besar dari pada sudut
geser dalam () dan lebih kecil dari pada sudut kemiringan lereng (i).
- Longsoran terjadi menurut garis potong kedua bidang tersebut.
C.3. Longsoran Guling (toppling failure)
Longsoran guling terjadi pada lereng terjal untuk batuan yang keras dengan bidang-bidang
Gambar d.
Longsoran Baji
7/21/2019 Kestabilan Lereng Tambang (Slope Stability of Mining) _ Kestabilan Lereng Tambang
12/19
lemah tegak atau hampir tegak dan arahnya berlawanan dengan arah kemiringan lereng. Kondisi untuk
menggelincir atau mengguling ditentukan oleh sudut geser dalam dan kemiringan sudut bidang
gelincirnya. Kelongsoran guling pada suatu lereng diasumsikan sebagai berikut, suatu balok dengan
tinggi h dan lebar dasar balok b terletak pada bidang miring dengan sudut kemiringan sebesar yang
gambarkan dibawah ini.
7/21/2019 Kestabilan Lereng Tambang (Slope Stability of Mining) _ Kestabilan Lereng Tambang
13/19
Gambar e.
Kriteria terjadinya longsoran guling
Dari gambar diatas terdapat empat kondisi yaitu :
- Jika < dan b/h > tan , balok dalam kondisi stabil, artinya lereng tersebut dalam kondisi
Aman.
- Jika > dan b/h > tan , balok akan menggelincir, artinya material pada lereng tersebut akan
menggelincir (Tidak Aman)
- Jika > dan b/h < tan , balok akan menggelincir dan mengguling, artinya material pada
lereng tersebut akan menggelincir dan mengguling (Tidak Aman)
- Jika < dan b/h < tan , balok akan langsung mengguling, artinya material pada lereng
tersebut akan langsung mengguling atau terjadi longsoran guling (Tidak Aman).
C.4. Longsoran Busur (circular failure)
Longsoran busur merupakan longsoran yang paling umum terjadi di alam, terutama pada tanah
dan batuan yang telah mengalami pelapukan sehingga hampir menyerupai tanah. Pada batuan yang
keras longsoran busur hanya dapat terjadi jika batuan tersebut sudah mengalami pelapukan dan
mempunyai bidan-bidang lemah (rekahan) dengan jarak yang sangat rapat kedudukannya.
Dengan demikian longsoran busur juga terjadi pada batuan yang rapuh atau lunak serta banyak
mengandung bidang lemah, maupun pada tumpukan batuan yang hancur.
7/21/2019 Kestabilan Lereng Tambang (Slope Stability of Mining) _ Kestabilan Lereng Tambang
14/19
D. Metode Analisis Kestabilan Lereng
Ada beberapa cara yang dapat dipakai untuk melakukan analisis kestabilan lereng, baik untuk lereng
batuan maupun lereng tanah.
Metode yang dibahas pada tulisan ini yaitu metode Bishop (Bishop method), aplikasi program GeoStudio
2004 Slope/W. Pemilihan metode bishop ini dikarenakan lapisan tanah dilokasi adalah lapisan tanah yang
tidak terlalu keras atau lunak dan berpotensi membentuk longsoran berbentuk busur lingkaran atau circular
failure slope. Berikut dijelaskan aplikasi metode bishop dalam menganalisa kestabilan lereng tambang.
D.1. Metode Bishop
Metode ini digunakan dalam menganalisa kestabilan lereng dengan memperhitungkan gaya-gaya
antar irisan yang ada dan memperhitungkan komponen gaya-gaya (horizontal dan vertikal) dengan
memperhatikan keseimbangan momen dari masing-masing potongan. Metode Bishop mengasumsikan
bidang longsor berbentuk busur lingkaran atau circular.
Pertama yang harus diketahui adalah geometri dari lereng dan juga titik pusat busur lingkaran
bidang luncur. Tahap selanjutnya dalam proses analisis adalah membagi massa material di atas bidang
Gambar f.
Longsoran Busur
7/21/2019 Kestabilan Lereng Tambang (Slope Stability of Mining) _ Kestabilan Lereng Tambang
15/19
longsor menjadi beberapa elemen atau potongan.
Pada umumnya jumlah potongan minimum yang digunakan adalah lima potongan untuk
menganalisis kasus yang sederhana. Untuk profil lereng yang kompleks atau yang terdiri dari banyak
material yang berbeda, jumlah elemen harus lebih besar.
Gambar g.
Elemen Gaya yang bekerja menurut Metode Bishop
Faktor keamanan untuk metode Bishop dapat dirumuskan sebagai berikut :
dimana :
W = berat segmen tanah
C = kohesi tanah
= sudut antara bidang horizontal dengan segmen bidang longsor
7/21/2019 Kestabilan Lereng Tambang (Slope Stability of Mining) _ Kestabilan Lereng Tambang
16/19
= sudut geser dalam
b = lebar horizontal segmen
Parameter yang mutlak dimiliki untuk tiap-tiap elemen adalah kemiringan dari dasar elemen yaitu
sebesar , tegangan vertikal yang merupakan perkalian antara tinggi h dan berat jenis tanah atau batuan
(), tekanan air yang dihasilkan dari perkalian antara tinggi muka air tanah dari dasar elemen (hw) dan
berat jenis air (w) dan kemudian lebar elemen (b). Disamping parameter tersebut kuat geser dan kohesi
juga diperlukan di dalam perhitungan.
Proses selanjutnya adalah interasi faktor keamanan. Masukkan asumsi faktor keamanan = 1.00
untuk memecahkan persamaan faktor keamanan. Seandainya nilai faktor keamanan yang didapat dari
perhitungan mempunyai selisih lebih besar dari 0,001 terhadap faktor keamanan yang diasumsikan, maka
perhitungan diulang dengan memakai faktor keamanan hasil perhitungan sebagai asumsi kedua dari F.
Demikian seterusnya hingga perbedaan antara ke dua F kurang dari 0,001, dan F yang terakhir tersebut
adalah faktor keamanan yang paling tepat dari bidang longsor yang telah dibuat.
E. Program GeoStudio 2004 - Slope/W
GeoStudio 2004 - Slope/W merupakan suatu program (software) yang menggunakan teori keseimbangan
batas untuk menghitung faktor keamanan dari lereng suatu lereng. Formulasi yang komprenhensif dari
GeoStudio 2004 - Slope/W membuatnya mampu menganalisis dengan mudah kasus stabilitas lereng baik yang
sederhana maupun yang kompleks dengan menggunakan metode variasi dalam perhitungan faktor
keamanannya.
7/21/2019 Kestabilan Lereng Tambang (Slope Stability of Mining) _ Kestabilan Lereng Tambang
17/19
GeoStudio 2004 - Slope/W dapat diterapkan pada analisa dan perancangan dalam bidang geoteknik, sipil
dan pertambangan. Di bidang pertambangan program ini sangat cocok digunakan untuk menganalisa kestabilan
lereng baik pada rencana desain lereng penambangan, lereng produksi penambangan maupun untuk lereng
penimbunan material hasil penambangan.
F. Faktor Keamanan (FK) Lereng Minimum
Kelongsoran suatu lereng penambangan umumnya terjadi melalui suatu bidang tertentu yang disebut
dengan bidang gelincir (slip surface).
kestabilan lereng tergantung pada gaya penggerak dan gaya penahan yang bekerja pada bidang gelincir
tersebut. Gaya penahan (resisting force) adalah gaya yang menahan agar tidak terjadi kelongsoran, sedangkan
gaya penggerak (driving force) adalah gaya yang menyebabkan terjadinya kelongsoran. Perbandingan antara
gaya-gaya penahan terhadap gaya-gaya yang menggerakkan tanah inilah yang disebut dengan faktor keamanan
(FK) lereng penambangan.
Secara sistematis faktor keamanan suatu lereng dapat ditulis dengan rumus sebagai berikut :
FK > 1,0 : Lereng dalam kondisi stabil.
FK < 1,0 : Lereng tidak stabil.
FK = 1,0 : Lereng dalam kondisi kritis.
Mengingat banyaknya faktor yang mempengaruhi tingkat kestabilan lereng penambangan maka hasil
Dengan ketentuan, jika :
7/21/2019 Kestabilan Lereng Tambang (Slope Stability of Mining) _ Kestabilan Lereng Tambang
18/19
analisa dengan FK = 1.00 belum dapat menjamin bahwa lereng tersebut dalam keadaan stabil. Hal ini
disebabkan karena ada beberapa faktor yang perlu diperhitungkan dalam analisa faktor keamanan lereng
penambangan, seperti kekurangan dalam pengujian conto di laboratorium serta conto batuan yang diambil
belum mewakili keadaan sebenarnya di lapangan, tinggi muka air tanah pada lereng tersebut, getaran akibat
kegiatan peledakan di lokasi penambangan, beban alat mekanis yang beroperasi, dll.
Dengan demikian, diperlukan suatu nilai faktor keamanan minimum dengan suatu nilai tertentu yang
disarankan sebagai batas faktor keamanan terendah yang masih aman sehingga lereng dapat dinyatakan stabil
atau tidak. Sehingga pada penelitian ini, faktor keamanan minimum yang digunakan adalah FK (sama
dengan atau lebih besar) dari 1.25, sesuai prosedur dariJoseph E. Bowles(2000), Dengan ketentuan :
FK 1,25 : Lereng dalam kondisi Aman.
FK < 1,07 : Lereng dalam kondisi Tidak Aman.
FK > 1,07
7/21/2019 Kestabilan Lereng Tambang (Slope Stability of Mining) _ Kestabilan Lereng Tambang
19/19
Keluar
Beri tahu saya
Masukkan komentar Anda...
Beri komentar sebagai: adhy paulus (
Publikasikan
Pratinjau