PROGRAM STUDI TEKNIK PERTAMBANGAN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT
LONGSORAN BIDANG (PLANE FAILURE) HTKB 642/GEOTEKNIK TAMBANG TERBUKA ROMLA NOOR HAKIM S AR I M E L A T I –
–
KONDISI UMUM •
•
•
Longsoran bidang lebih jarang terjadi pada lereng batuan dibandingkan dengan longsoran baji karena banyak syarat kondisi geometri untuk membentuk longsoran ini. Namun bila kondisi yang menunjang longsoran l ongsoran bidang ada, maka longsoran yang terjadi mungkin lebih besar volumenya daripada longsoran baji. Oleh karena itu pengetahuan akan analisis longsoran bidang sangat diperlukan dan cukup berguna untuk menunjukkan sensitivitas lereng terhadap perubahan kondisi air tanah, perkuatan lereng, dan percepatan gempa. HTKB462-Lon
Bidang
2
KONDISI UMUM •
•
•
Longsoran bidang lebih jarang terjadi pada lereng batuan dibandingkan dengan longsoran baji karena banyak syarat kondisi geometri untuk membentuk longsoran ini. Namun bila kondisi yang menunjang longsoran l ongsoran bidang ada, maka longsoran yang terjadi mungkin lebih besar volumenya daripada longsoran baji. Oleh karena itu pengetahuan akan analisis longsoran bidang sangat diperlukan dan cukup berguna untuk menunjukkan sensitivitas lereng terhadap perubahan kondisi air tanah, perkuatan lereng, dan percepatan gempa. HTKB462-Lon
Bidang
2
GEOMETRI LONGSORAN BIDANG
HTKB462-Lon
Bidang
3
PERSYARATAN KONDISI GEOMETRIS 1. Bidang gelincir mempunyai strike sejajar atau hampir sejajar (minimal 20) dengan strike lereng 2. Jejak bagian bawah bidang lemah yang menjadi bidang gelincir harus muncul di muka lereng, dengan kata lain kemiringan bidang gelincir harus lebih kecil dari kemiringan lereng (ψp < ψf) 3. Kemiringan bidang gelincir lebih besar dari sudut geser dalamnya (ψp > φ) 4. Puncak bidang gelincir berada di atas lereng atau berpotongan dengan rekahan tarik di belakang lereng 5. Harus ada bidang release yang menjadi pembatas di sisi-sisi blok yang akan tergelincir. Alternatif lainnya, longsoran bisa terjadi pada bagian lereng yang menonjol. HTKB462-Lon
Bidang
4
GEOMETRY OF SLOPE EXHIBITING PLANE FAILURE
(a) cross-section showing planes forming a plane failure (b) release surfaces at ends of plane failure (c) unit thickness slide used in stability analysis
HTKB462-Lon
Bidang
5
ASUMSI DALAM ANALISIS LONGSORAN BIDANG 1. Baik strike bidang gelincir maupun rekahan tarik sejajar dengan lereng. 2. Rekahan tarik vertikal dan diisi air sampai kedalaman zw. 3. Air masuk melalui permukaan bidang gelincir sampai dasar rekahan tarik dan meresap sepanjang bidang gelincir, melepaskan tekanan atmosfer di mana bidang gelincir keluar di permukaan lereng. Distribusi tekanan menimbulkan keberadaan air dalam rekahan tarik dan sepanjang bidang gelincir. 4. Gaya W (berat blok gelincir), U (gaya angkat akibat tekanan air pada bidang gelincir) dan V (gaya akibat tekanan air pada rekahan tarik), seluruhnya melalui pusat massa longsoran. Dengan kata lain, dianggap tidak ada momen yang menyebabkan rotasi blok, sehingga longsoran hanya berbentuk gelinciran.
HTKB462-Lon
Bidang
6
ASUMSI DALAM ANALISIS LONGSORAN BIDANG 5. Tegangan geser pada bidang gelincir dijelaskan oleh kohesi c dan sudut geser dalam menurut persamaan = c + tan . Pada kasus permukaan bidang gelincir kasar atau massa batuan yang memiliki selubung kekuatan geser tidak linier, kohesi dan sudut geser dalam semu dijelaskan oleh nilai tangen yang diambil dari perhitungan tegangan normal yang bekerja pada permukaan bidang gelincir.
HTKB462-Lon
Bidang
7
ASUMSI DALAM ANALISIS LONGSORAN BIDANG 6.
Dianggap ada bidang release sehingga tidak ada tahanan gelincir pada batas lateral massa batuan yang akan longsor
HTKB462-Lon
7.
Dalam analisis 2D permasalahan lereng, biasanya pertimbangan irisan ketebalan diambil dari sudut kanan muka lereng. Ini berarti pada sayatan lereng, luas dapat diwakili oleh panjang permukaan gelincir, dan volume blok gelincir diwakili oleh luas sayatan blok
Bidang
8
LONGSORAN BIDANG BERDASARKAN POSISI REKAHAN TARIK •
•
•
•
•
•
•
Rekahan tarik berada di atas lereng (di belakang crest) Rekahan tarik berada di permukaan lereng (di bawah crest) Jika permukaan atas lereng horizontal (ψs = 0 ), transisi dari satu kondisi ke kondisi lainnya terjadi ketika rekahan tarik tepat pada crest lereng z = the depth of the tension crack H = the slope height ψf = the slope face angle ψp = the dip of the sliding plane
HTKB462-Longsoran Bidang
9
(A) REKAHAN TARIK DI BELAKANG CREST
HTKB462-Lon
Bidang
10
(B) REKAHAN TARIK DI BAWAH CREST
HTKB462-Lon
Bidang
11
FAKTOR KEAMANAN •
•
•
•
•
• •
Faktor keamanan longsoran bidang dihitung dari semua gaya yang bekerja di lereng, terdiri dari komponen gaya yang sejajar dan normal terhadap bidang luncur. Vektor jumlah tegangan geser S yang bekerja mendorong bidang ke bawah disebut gaya penggerak. Produk gaya normal N dan tangen sudut gesek dalam , ditambah gaya kohesi c disebut gaya penahan. Faktor keamanan FS longsoran adalah perbandingan gaya penahan dengan gaya penggerak, dan dihitung sebagai berikut :
FS =
ℎ
=
:
di mana A = luas bidang gelincir. Geometri longsoran bidang dan kondisi air tanah dijelaskan oleh 4 dimensi (H, b, z and zw) dan tiga sudut (ψf , ψp and ψs). HTKB462-Lon
Bidang
12
FAKTOR KEAMANAN (FS)
•
•
•
•
•
•
•
c = kohesi = sudut gesek dalam H = tinggi lereng b = jarak rekahan tarik dari crest W = berat blok yang akan tergelincir U = tekanan air pada bidang gelincir V = tekanan air pada rekahan tarik HTKB462-Lon
•
•
•
•
•
•
•
z = kedalaman rekahan tarik zw = kedalaman air pada rekahan tarik f = kemiringan lereng s = kemiringan lereng di atas crest p = kemiringan bidang gelincir w = bobot isi air r = bobot isi batuan Bidang
13
BERAT BLOK GELINCIR (W) – REKAHAN TARIK DI BELAKANG CREST
HTKB462-Lon
Bidang
14
BERAT BLOK GELINCIR (W)
HTKB462-Lon
Bidang
15
PENGARUH AIR TANAH (1) •
•
•
HTKB462-Lon
Bidang
Tekanan seragam pada bidang gelincir, drainase terhenti di toe Muka air tanah di atas dasar rekahan tarik sehingga tekanan air bekerja pada rekahan tarik dan bidang gelincir. Jika air mengisi atmosfer di mana bidang gelincir muncul di muka lereng, maka tekanan berkurang secara linier dari dasar rekahan sampai 0 di permukaan (zw). 16
PENGARUH AIR TANAH (2) •
•
•
•
U=0 •
HTKB462-Lon
Tekanan triangular pada bidang gelincir untuk muka air tanah pada rekahan tarik. Tekanan air hanya terjadi di rekahan tarik.
Pada kondisi misalnya hujan lebat setelah musim panas panjang air akan langsung mengaliri rekahan. Jika sisa massa batuan relatif impermeable (tidak tembus air), permukaan lereng diisi lempung dengan permeabilitas rendah, maka gaya angkat U hampir 0. Dengan kata lain, faktor keamanan lereng untuk kondisi peralihan ini menggunakan persamaan sebelumnya, namun U = 0. Bidang
17
PENGARUH AIR TANAH (3) •
•
•
•
•
U = A.p
Air tanah keluar di muka lereng dibatasi oleh pembekuan. Di mana es masuk hanya beberapa meter di belakang muka lereng, tekanan air dapat menambah kekuatan lereng dan ada gaya angkat. Untuk idealisasi, distribusi tekanan rectangular U = Ap, di mana A adalah luas bidang gelincir. p adalah tekanan di bidang (dan dasar rekahan tarik) p = γw. zw. Kondisi ini jarang terjadi, namun dapat menghasilkan faktor keamanan rendah, sistem penyaliran horizontal dapat membantu batas tekanan air di lereng.
p = w. zw HTKB462-Lon
Bidang
18
PENGARUH AIR TANAH (4)
•
•
•
HTKB462-Lon
Muka air tanah pada lereng di bawah rekahan tarik sehingga tekanan air bekerja hanya pada bidang gelincir. Jika air ke luar di mana bidang gelincir berada pada muka lereng, maka tekanan air diperkirakan sebagai distribusi berbentuk triangular. hw = perkiraan kedalaman air pada titik tengah zona jenuh di bidang gelincir.
Bidang
19
LOKASI DAN KEDALAMAN KRITIS REKAHAN TARIK Ketika lereng kering atau hampir kering (zw/z = 0 ), digunakan rumus faktor keamanan :
•
Kedalaman rekahan tarik zc untuk lereng kering
•
•
Posisi rekahan tarik bc untuk lereng kering
HTKB462-Lon
Bidang
20
LOKASI DAN KEDALAMAN KRITIS REKAHAN TARIK
HTKB462-Lon
Bidang
21
REKAHAN TARIK SEBAGAI INDIKASI KETIDAKSTABILAN •
•
•
•
•
•
Berdasarkan serangkaian kajian detil model kelongsoran pada batuan terkekarkan (Barton,1971), diketahui bahwa rekahan tarik terjadi akibat pergerakan geser massa batuan. Meskipun pergerakan individualnya sangat kecil, pengaruh kumulatifnya sangat besar terhadap pergerakan permukaan lereng secara keseluruhan, cukup untuk memisahkan kekar vertikal di belakang crest dan membentuk rekahan tarik. Memungkinkan untuk menghitung tingkat pengaruh rekahan tarik karena jika keberadaannya menjadi awal proses keruntuhan secara progressive (berlangsung cepat) Rekahan tarik sedikit berpengaruh pada pengeringan lereng yang menyebabkan struktur pada massa batuan yang mengalami dilasi (penyusutan) disertai proses saling mengunci antar blok-blok dalam massa batuan. Namun, pada kelongsoran akibat ketidak menerusan tunggal seperti bidang perlapisan yang muncul di permukaan lereng, gerakan awal akan diikuti oleh pengurangan kestabilan secara cepat karena pengurangan kekuatan geser dari nilai kuat geser puncak ke kuat geser sisa (residual). Kesimpulannya, keberadaan rekahan tarik merupakan indikasi potensi ketidakstabilan, sehingga perlu dilakukan penyelidikan rinci. HTKB462-Lon
Bidang
22
KEMIRINGAN KRITIS BIDANG LONGSOR •
•
•
Pada lereng batuan lemah atau tanah, dengan kemiringan lereng kurang dari 45, longsoran akan berbentuk busur. Pada lereng yang lebih tegak, longsoran hampir berbentuk bidang dan kemiringan kritis bidang pc ditentukan dengan persamaan :
Adanya air pada rekahan tarik akan mengurangi sudut kritis sekitar10%. HTKB462-Lon
Bidang
23
ANALISIS LONGSORAN PADA BIDANG KASAR •
•
Peningkatan tegangan normal pada bidang longsor akan mengurangi sudut gesek (kekasaran rekahan menjadi berkurang) faktor keamanan juga berkurang. Rumus faktor keamanan FS
JRC = koefisien kekasaran kekar JCS = kuat tekan kekar , = tegangan normal, tegangan geser A = luas bidang longsor W = berat blok HTKB462-Lon
Bidang
24
PERKUATAN LERENG DENGAN TENSIONED ANCHOR •
•
•
Tensioned anchor dipasang dengan membuat lubang bor di bawah bidang gelincir. Pemasangan rock bolt dan strand cable yang diikat pada bagian lereng yang stabil, sehingga tarikan anchor akan melawan lereng. Tarikan anchor T akan menambah komponen gaya normal dan mengurangi komponen geseran yang mengangkat bidang, sehingga pemasangan anchor dapat meningkatkan faktor keamanan (jika (ψp + ψ ) T < 90 ). Sudut pemasangan yang lebih tegak ((ψp + ψ ) T < 90 ) dapat mengganggu kesatbilan karenan komponen geser tarikan yang bekerja pada bidang akan mengingkatkan besar gaya yang menyebabkan perpindahan. ◦
•
◦
HTKB462-Lon
Bidang
25
SUDUT OPTIMUM DAN JARAK (SPASI) PEMASANGAN ANCHOR •
•
Nilai faktor keamanan akan bervariasi sesuai sudut pemasangan anchor. Sudut optimum pemasangan baut T(opt) harusnya lebih datar dari normal bidang gelincir.
HTKB462-Lon
S = jarak horizontal antar kolom TB = tarikan setiap anchor N = jumlah baut dalam satu kolom
Bidang
26
PERKUATAN DENGAN FULLY GROUTED UNTENSIONED DOWELS •
•
•
•
Fully grouted untensioned dowels terdiri dari batangbatang baja yang dipasang dalam lubang bor melintang bidang gelincir potensial, dan dilapisi dengan semprotan semen atau resin. Baja bekerja sebagai paku kaku yang menahan geseran bidang (Spang & Egger,1990). Setelah perkuatan akan terjadi 3 tahap yang terdiri dari elastis, yield, dan plastis stage./ Rb, s = kuat geser dan perpindahan rekahan setelah dipasang dowel.
HTKB462-Lon
Bidang
27
PERKUATAN DENGAN BUTRESS •
•
•
•
•
•
•
•
Di dekat lereng di mana perlapisan membentuk serangkaian slab (lempeng), batang-batang baja dapat dipasang dalam l ubang bor kemudian dilapisi shotcrete atau concrete. Baaja menambah tahanan geser, sementara concrete sebagai penyangga tambahan antar dowel dan menjaga fragmen batuan berukuran kecil tetap di posisi awal. Butress terutama dipasang pada lereng yang batuan di sekitar crestnya agak terlapukkan, dan jika anchor dipasang pelapukan selanjutnya akan membuat baut terekspos. Ketebalan maksimum slab yang dapat disangga sekitar 2m. Penyangga skala besar dapat dilakukan dengan menempatkan waste rock buttress di bagian toe. Kekuatan penyangga butress tergantung pada berat buttress dan tahanan geser yang merupakan fungsi dari berat batuan, kekasaran, dan kemiringan lantai. Metode ini hanya digunakan jika tersedia l ahan yang cukup untuk menampung volume batuan di dekat toe. Waste rock yang ditimbun sebaiknya ditiriskan sehingga tekanan air tidak menggelincirkan buttress.
HTKB462-Lon
Bidang
28
PENGARUH GEMPA •
•
Gaya horizontal akan mengurangi faktor keamanan FS karena tahanan geser berkurang dan perpindahan akibat gaya semakin bertambah Pengurangan FS akibat gaya vertikal kurang dari 10% (NHI, 1998) sehingga pengaruhnya boleh diabaikan.
k H = koefisien seismik pada arah horizontal k V = koefisien seismik pada arah vertikal r k = rasio k V/k H k H = resultan koefisien seismik HTKB462-Lon
Bidang
29
LATIHAN •
•
Posisi muka suatu lereng batuan N 45 E/50 dan tinggi (H) 60 m. Pada lereng tersebut terdapat bidang lemah yang bisa menyebabkan terjadinya longsoran bidang. Setelah diukur dengan kompas, posisi bidang N 45 E/35. Sekitar 10 meter di belakang crest, berkembang rekahan tarik sedalam 14 m. Dari data lab diperoleh densitas batuan () = 2,6 ton/m3, sedangkan parameter kuat geser bidang lemah adalah 30 dan c 11 ton/m2. Bila terjadi hujan lebat, rekahan akan terisi penuh oleh air. Densitas air 1 ton/m 3 dan di daerah tersebut sering terjadi gempa dengan intensitas k H 0.08g. Tentukan faktor keamanan dan stabilkah lereng tersebut?
HTKB462-Lon
Bidang
30
RUMUS YANG DIGUNAKAN
HTKB462-Lon
Bidang
31
JAWABAN – LUAS BLOK (A) DAN BERAT BLOK GELINCIR (W)
•
•
•
A = (60 + 10 tan 0 -14) cosec 35 A = (60 + 0 14) 1.74 A = 80.04 m 2 –
1 − cot 45. tan 35) (10.60 + 602 cot 45 + 102 (tan 0 − tan 35 )
•
W = 2,6
•
W = 2,6 1 − 0. 0,7) (600 + 1800. 0 + 50(0 − 0,7)
•
W = 2,6 0,93 . 600 − 35
•
W = 1359,8 ton/m (berat blok per ketebalan penampang)
HTKB462-Lon
Bidang
32
JAWABAN –TEKANAN AIR PADA BIDANG GELINCIR (U) DAN REKAHAN TARIK (V)
•
•
•
U = 1.14 (60 + 10. tan 0 14) cosec 35
–
U = 7 (60 + 0 -14) 1.74 U = 561.40 ton/m (tekanan air per panjang bidang gelincir)
•
V = 1.142
•
V =98 ton/m (tekanan air per kedalaman rekahan tarik)
HTKB462-Lon
Bidang
33
FAKTOR KEAMANAN DAN KESTABILAN LERENG
., : ( ,( ;,.si ))
•
FS =
•
Nilai g dapat didefiniskan 9,8 m/s2 atau tetap dihitung dalam bentuk konstanta
•
FS =
•
FS =
•
•
•
, (si :..)
, : ( ,(, ;,.,)) , , (, :,.,) , :(,.,) , ., .
FS = . FS = 0.71
Karena FS < 1,3 maka lereng tidak stabil sehingga perlu didesain ulang atau diberi perkuatan. HTKB462-Lon
Bidang
34
