Bab 6 Lereng Tambang

DASAR-DASAR TAMBANG TERBUKA

BAB 6 LERENG TAMBANG

Lereng tambang merupakan faktor teknologi dalam rancangan dan rencana penambangan. Hal ini telah diuraikan secara singkat pada sub bab 4.2. Faktor teknologi ini juga sering disebut sebagai pertimbangan teknik dalam rencana penambangan. Pertimbangan teknis dalam tambang terbuka harus mendapat perhatian yang serius, karena hal ini menyangkut beberapa masalah :



Peningkatan produksi ; dengan merancang dan membuat geometri lereng yang baik dan tepat berakibat pada pelaksanaan operasi tambang yang teratur dan baik, sehingga efisiensi akan tercapai, yang berarti akan dapat meningkatkan produksi dan menambah nilai ekonomis.



Keselamatan pekerja dan peralatan ; Dengan lereng yang mantap akan mencegah terjadinya runtuhan lereng terhadap para pekerja dan alat tambang. lereng yang mantap direncanakan dari perancangan yang baik dari geometri lereng, analisis struktur geologi dan pengaruh airtanah. Reklamasi ; Dengan perencanaan yang matang dalam operasioanl penambangan dengan bentuk dan geometri lereng yang baik, maka pelaksanaan reklamasi tambang dapat segera dilaksanakan. Sehingga issue tambang merupakan sebagai perusak lingkungan dapat ditepis menjadi peubah lingkungan.



Pada Bab ini akan diuraikan tentang bagian-bagian dari lereng tambang. Hal ini sangat terkait dengan perencanaan lereng tambang terbuka. Adapun bagian-bagian yang akan dibahas adalah ; 1. Dasar-dasar geometri bench 2. Pit slope geometri 3. Slope failure

6.1 DASAR-DASAR GEOMETRI GEOMETRI BENCH Geometri bench tergantung kepada produksi yang diinginkan dan alat-alat berat yang digunakan. Geometri bench adalah tinggi bench (H), lebar bench (S b) dan panjang bench (L). Kemudian bagian-bagian lain adalah puncak bench (crest), kaki bench (toe), muka bench (bench face), sudut lereng ( α) dan bank width (Gambar 6.1). Secara umum dan akumulatif dari 85 data diberbagai tambang terbuka, sudut lereng pada o o batuan keras berkisar 55 – 80 (Gambar 6.2)

Bab 6. Lereng Tambang, hal. 76


Gambar 6.1 Bagian-Bagian Bench

Gambar 6.2 Akumulatif Distribusi Sudut Lereng



Gambar 6.1 Bagian-Bagian Bench

Gambar 6.2 Akumulatif Distribusi Sudut Lereng



Gambar 6.3 Penggalian pada Working bench

Catch bench

Gambar 6.4 Fungsi Catch bench

Dalam berbagai tipe bench, working bench merupakan aktivitas penambangan. Lebar bench pada working bench (W b) didefenisikan sebagai jarak dari crest ke floor bench berikutnya. Lebar yang diekstraksi dari working bench disebut cut (Gambar 6.3). Secara detail harus diperhitungkan dimensi pemotongan (cut) dan working bench. Setelah aktivitas cut tentunya material akan ditempatkan pada bagian catch bench, dengan lebar S B (Gambar 6.4) yang berfungsi menahan sementara hasil peledakan, namun catch bench ini juga akan ditambang atau diledakkan.



Dalam menjaga tingkat keamanan bench (safety benches) lebar bench 2/3 dari tinggi bench, namun untuk tambang yang memiliki umur tambang yang lama lebar bench dapat direduksi menjadi 1/3 tinggi bench. Menurut Ritchie (1963) dan Call (1986) rancangan geometri catch bench seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6.5 dan Tabel 6.1 sebagai berikut.

Gambar 6.5 Geometri Catch bench

Tabel 6.1 Tipe Rancangan Dimensi Catch Bench (Call, 1986) Bench Height (m) 15 30 45

Impact Zone (m) 3,5 4,5 5

Berm Height (m) 1,5 2 3

Berm Width (m) 4 5,5 8

Minimum Bench Width (m) 7,5 10 15

Geometri bench tergantung pada produksi yang diinginkan dan alat-alat mekanis yang digunakan. Berdasarkan alat-alat yang dipakai, maka ukuran alat shovel mempengaruhi dimensi bench, dimana harus dipertimbangkan gerak dan jangkauan yang cukup untuk shovel. Disamping itu juga harus diperhitungkan lebar untuk alat angkut dan ruang untuk pengeboran (Gambar 6.6).



Gambar 6.6 Dimensi Bench dengan Kinerja Shovel dan Truck (Riese, 1993)



Gambar 6.7 Bagian-Bagian Working Bench

Berikut ini diberikan lebar minimum bench dari beberapa ahli ; Menurut Head Quarter Departement of the Army (USA)

Wmin = y + Wt + Ls + G + Wb (dalam feet)

Keterengan : Wmin : Lebar minimum lereng, m Y : Lebar yang disediakan untuk pemboran, m Wt : Lebar yang disediakan untuk alat angkut Ls : Panjang power shovel, m G : floor cutting radius power shovel, m Wb : Lebar untuk broken material, m

Menurut L. Shevvakov (Mining of Mining Deposite)

Untuk Material Lunak ; B = (1,00 sampai 1,50) Ro + L + L1 + L2 Keterangan :



B Ro L L1 L2

: Lebar lereng, m : Digging radius alat muat, m : Jarak antara sisi lereng dengan rel 3-4 m : Lebar lori, 1,75 – 3 m : Jarak untuk menjaga agar tidak terjadi runtuhan

Untuk Material Lunak ; B = N + L + L1 + L2 Keterangan : N : Lebar yang dibutuhkan untuk broken material, m Disini tidak disediakan lebar untuk alat muat dan gali, karena dianggap alat bekerja disamping broken material.

Menurut Melinkov dan Chevnokov (Safety in Open Cast Mining)

Vr = A + C + C1 + L + B Keterangan : Vr : Lebar lereng, m A : Lebar untuk broken material, m C : Jarak sisi timbunan ke sisi tengah rel, m C1 : 0,5 lebar lori, 2 – 3 m L : Lebar yang disediakan untuk menjamin extraction dari endapan pada jenjang di bawahnya. B : Lebar endapan yang diledakkan, 6 – 12 m

Menurut Young (Element of Mining) 1. Tinggi lereng : - untuk tambang bijih besi antara 20 – 40 ft - untuk tambang bijih tembaga antara 30 – 70 ft - untuk lime stone datap mencapai 200 ft 2. Lebar lereng : antara 50 – 250 ft o o 3. Kemiringan lereng : 45 – 65 . Menurut E.P. Pfleider (Surface Mining) x Tinggi Lereng (L) : Lm x Sf Keterangan : Lm : maksimum cutting height alat muat Sf : swell factor X : 1/3 untuk cara corner cut, dan 0,5 untuk cara box cut.

Menurut Lewis (Element of Mining) Tinggi lereng adalah : - Untuk cara hydraulicking yang baik adalah 200 – 600 ft - Untuk cara dredging tinggi ideal antara 50 – 80 ft, tetapi ada yang mencapai 130 ft. - Untuk open cut antara 12 – 75 ft, yang baik adalah 30 ft. Sedangkan untuk tambang bijih dapat mencapai 225 ft. Lebar jenjang disesuaikan dengan loading track dan power shovel serta untuk peledakan. Lebarnya antara 20 - – 76 ft, umumnya 50 ft dan idealnya 30 ft.



6.2 PIT SLOPE GEOMETRI Dalam tambang terbuka terdapat individual slope dan overall slope. Setiap individual slope tentunya memiliki face angle (α) yang didefenisikan sebagai sudut yang dibentuk terhadap bidang horizontal terhadap garis bidang dari toe hingga ke crest lereng. Sedangkan overall slope angle ( θ) adalah sudut yang dibentuk dari toe lereng yang paling bawah hingga ke crest lereng paling atas (Gambar 6.8).

Gambar 6.8 Face Angle Individual slope (atas) dan Overall Slope (bawah)

Pada Gambar 6.7 (bawah) terdapat 5 bench, dimana masing-masing bench memiliki lebar bench adalah 35 ft dan tinggi bench adalah 50 ft, maka besar sudut overall slope adalah :

 (Overall )  tan 1

5 x 50 5 x 50 4 x 35  tan 75o

 50,4o



Bila pada Gambar 6.8 (bawah) di bench ke tiga terdapat akses ramp dengan lebar 100 ft (Gambar 6.9), maka overall slope menjadi :


5 x 50 5 x 50

4 x 35 

tan 75o

 39,2o  100

Gambar 6.9 Overall slope Terdapat Ramp

Setelah ramp terbentuk, maka dapat dilihat bahwa sudut overall slope terbagi menjadi dua bagian. sudut overall slope yang terbentuk disebut dengan sudut interramp (θIR1,2) lihat Gambar 6.10. Besaran sudut ini dapat dihitung sebagai berikut.

 IR1   IR2

 tan 1 2 x 35 

5 x 50 2 x 50 tan 750



25

 50,40

tan 750



Gambar 6.10 Sudut Interramp slope

Bila pada Gambar 6.7 (bawah) di bench ke dua terdapat working bench dengan lebar 125 ft (Gambar 6.11), maka besar sudut overall slope ;


5 x 50 125  4 x 35 

5 x 50

 36,980

tan 75o

Gambar 6.11 Sudut Overall Slope Terdapat Working Bench



Dari Gambar 6.11 terdapat pada bench 1 dengan ketinggian bench 50 ft, sehingga face o slope θ1R1 adalah 75 , maka sudut overall slope dengan working bench adalah ( θ1R2) ;

 IR2

 tan 1

4 x 50 125  3 x 35 

4 x 50

 51,60

tan 750

Gambar 6.12 Sudut Interramp berassosiasi dengan Working Bench

Kondisi tinggi slope dipengaruhi nilai kohesi (Tabel 6.2) dan besar sudut geser dalam (Tabel 6.3) dari masing-masing jenis tanah dan batuan. Tabel 6.2 Nilai Kohesi dari tanah dan batuan (Robertson, 1971) 2 2 Material C (lb/ft ) C (kg/m ) Very soft soil 35 170 Soft soil 70 340 Firm soil 180 880 Stiff soil 450 2,200 Very Stiff soil 1,600 7,800 Very soft rock 3,500 17,000 Soft rock 11,500 56,000 Hard rock 35,000 170,000 Very hard rock 115,000 560,000 Very very hard rock 250,000 1,000,000



Tabel 6.3 Nilai Sudut Geser Dalam (derajat) dari Beberapa Batuan (Hoek, 1970) Rock Intack Rock Φ Joint Φ Residual Φ Andesite 45 31 - 35 28 – 30 Basalt 48 - 50 47 Chalk 35 – 41 Diorite 53 - 55 Granite 50 - 64 31 – 33 Graywacke 45 - 50 Limestone 30 - 60 33 – 37 Monzonite 48 - 65 28 – 32 Porphyry 40 30 – 34 Quartzite 64 44 26 – 35 Sandstone 45 – 50 27 – 38 25 – 34 Schist 26 – 70 Shale 45 – 64 37 27 – 32 Siltstone 50 43 Slate 45 - 60 24 – 34 Material lainnya Approximate Φ Clay gouge (remoulded) 10 - 20 Calcite shear zone material 20 – 27 Shale fault material 14 – 22 Hard rock breccia 22 – 30 Compacted hard rock agregatte 40 Hard rock fill 38

Hubungan tinggi slope dengan fungsi sudut slope dalam kasus planar failure dapat o dilihat pada Gambar 6.13. Sebagai contoh, sudut plane (i) sebesar 70 , potensi o o longsoran/failure plane ( β) sebesar 50 dan sudut geser dalam ( Φ) sebesar 30 . Dari Gambar 6.13 diperoleh ;

   (  )(  )    (  )(  )   √    X = 40

o

Bila, Kohesi, C = 1,600 lb/ft2 dan ϒ = 160 lb/ft3 pada batas FK = 1, maka tinggi slope adalah ;



    

H = 14 ft



Gambar 6.13 Hubungan Tinggi Slope dengan Fungsi Sudut Slope (Planar Failure)

Gambar 6.13 Hubungan Tinggi Slope dengan Fungsi Sudut Slope (Planar Failure) dengan Variasi Faktor Keamanan (FK)



6.3 SLOPE FAILURE (LONSORAN LERENG) Dalam massa batuan (mass rock) terdapat tegangan vertikal dan tegangan horizontal, bila mana pada massa batuan itu dilakukan penggalian tambang (pit), maka akan terjadi potensial daerah longsoran atau zone of potential failure (Gambar 6.14). Longsoran yang terjadi diakibatkan oleh beberapa tegangan/tekanan, beban gravitasi dan struktur batuan.

Gambar 6.14 Distribusi Tegangan Horizontal pada Pit

Pada sub bab ini akan diuraikan tentang dasar-dasar mekanika longsoran, longsoran akibat beban gravitasi, pengaruh tekanan air dan tegangan geser, kestabilan lereng termasuk didalamnya jenis-jenis longsoran lereng dan pemantauan proteksi lereng.

6.3.1 Dasar-Dasar Mekanika Longsoran Sifat-sifat material yang relevan dengan masalah kestabilan lereng adalah sudut geser dalam (), kohesi (C), dan berat jenis ( ) batuan. Pengertian sudut geser dalam dan kohesi akan dijelaskan pada Gambar 6.15. Gambaran secara grafik ini menjelaskan secara sederhana tentang suatu batuan yang mengandung bidang diskontiniu dan kemudian padanya bekerja tegangan geser dan tegangan normal sehingga akan menyebabkan batuan tersebut retak pada bidang diskontiniu dan mengalami geseran. Tegangan geser yang dibutuhkan sehingga batuan tersebut retak dan bergeser, akan bertambah sesuai pertambahan tegangan normal. Pada grafik, hal ini berhubungan Bab 6. Lereng Tambang, hal. 89


secara linier membentuk suatu garis yang membentuk sudut sebesar  terhadap horizontal, sudut inilah yang dinamakan sudut geser dalam. Bila tegangan normal dibuat nol dan batuan diberikan tegangan geser sampai batuan tersebut mulai retak, maka harga tegangan geser yang dibutuhkan pada saat batuan mulai retak adalah merupakan harga kohesi (c) dari batuan tersebut. Hubungan antara tegangan geser ( ) dan tegangan normal ( ) dapat dinyatakan 6) sebagai berikut :

 = c +  tan  ........................................................................................... [6-1]

Sudut geser

Tegangan 

Tegangan

r

Kohesi Tegangan normal

Gambar 6.15 Hubungan antara tegangan geser  dengan tegangan normal 

6.3.2 Longsoran Akibat Beban Gravitasi Suatu massa seberat W yang berada dalam keadaan setimbang diatas suatu bidang yang membentuk sudut  terhadap horizontal.

R W sin 



W cos  W

Gambar 6.16 Kesetimbangan benda diatas bidang miring.

Gaya berat yang mempunyai arah vertikal dapat diuraikan pada arah sejajar dan tegak lurus bidang miring. Komponen gaya berat yang sejajar bidang miring dan yang Bab 6. Lereng Tambang, hal. 90


cenderung menyebabkan benda untuk menggelincir adalah W sin . Sedangkan komponen gaya yang tegak lurus bidang dan merupakan gaya yang menahan benda untuk menggelincir adalah W cos  atau gaya normal.

 

(W cos.   A

dimana A adalah luas dasar benda...................................................[6-2]

Dimana diasumsikan bahwa tegangan geser didefenisikan oleh persamaan 6-1 dan disubsitusikan tegangan normal dari persamaan 6-2, dihasilkan sebagai berikut :

  c 

(W cos.   A

tan 

atau R = cA + (W cos. ) . Tan  ................................................................................... [6-3] dimana R = A adalah gaya geser yang menahan benda tergelincir ke bawah. Benda dalam kondisi batas kesetimbangan apabila gaya yang menyebabkan benda tergelincir tepat sama dengan gaya yang menahan benda atau dapat dinyatakan sebagai berikut : W sin  = cA + W cos .tan  ………...............................................…….................... [6-4] Bila harga kohesi c = 0, kondisi batas kesetimbangan dapat dinyatakan dengan :

 =  ……………............................................................................................................[6-5]

6.3.3 Pengaruh Tekanan Air pada Tegangan Geser Pengaruh tekanan air pada tegangan geser akan lebih mudah dimengerti dengan menggunakan analogi seperti diterangkan di bawah ini. Sebuah bejana yang diisi air dan diletakkan di atas bidang miring seperti terlihat pada Gambar 6.17. Susunan gaya yang bekerja disini sama dengan yang bekerja pada sebuah benda diatas bidang miring seperti diterangkan pada Gambar 6.17. Untuk penyederhanaan, kohesi antara dasar bejana dan bidang miring diasumsikan nol. Menurut persamaan [6.5], bejana dan isinya akan mulai tergelincir pada saat 1= . Dasar bejana kini dilubangi sehingga air dapat masuk ke celah antara dasar bejana dan bidang miring memberikan tekanan air sebesar u atau gaya angkat sebesar U=uA, dimana A adalah luas dasar bejana.



Gaya normal W cos 2 sekarang dikurangi oleh gaya angkat U, dan besarnya gaya yang menahan gelinciran adalah : R = (W cos 2-U) tan  ................................................................................ [6-6]

1

Gambar 6.17 6) Bejana teisi air di atas bidang miring

Seandainya berat per unit volume dari bejana yang berisi air adalah t, dan berat per unit volume air adalah w, maka W = t . h . A dan U = w . hw . A, dimana h dan h w adalah seperti yang tertera pada gambar 6.18.

R

U hw

2 h

W cos 2

W sin 2 W

2

2

Gambar 6.18 Tekanan air pada celah antara bejana dan bidang miring.

Besarnya hw. = h cos 2 dan U = ( w / t) W cos2

.............................................. [6-7]

Subsitusikan ke persamaan [6-6] didapat : Bab 6. Lereng Tambang, hal. 92


R = W cos 2 (1 - 2 / t) tan 

.......................................……......... [6-8]

Dan kondisi batas kesetimbangan yang terdefenisi pada persamaan [6-4] menjadi :

tan 2 = (1 - W / t) tan 

.................................................……………… [6-9]

6.3.4 Kestabilan Lereng. Pada batuan, umumnya gaya-gaya berada dalam keadaan setimbang (equilibrium), maksudnya keadaan dimana distribusi tegangan pada batuan atau tanah tersebut dalam keadaan mantap/stabil. Dengan adanya suatu kegiatan terhadap batuan atau tanah tersebut seperti pengangkutan, penggalian, penimbunan, erosi atau aktivitas lain sehingga kesetimbangannya terganggu. Massa batuan (rock mass) adalah batuan insitu yang terdiri dari berbagai bidang lemah yang ditunjukkan oleh kenampakan sistim struktur geologi seperti kekar (joint), sesar (fault) serta bidang perlapisan (bedding). Longsoran pada lereng (slope) biasanya diasosiasikan dengan perpindahan/pergeseran (displacement) pada permukaan bidang lemah tersebut. Sedangkan batuan utuh (intact rock) adalah kumpulan dari partikel mineral yang tersementasikan dan terkonsolidasi dengan baik yang membentuk batuan massif diantara rekahan-rekahan pada massa batuan. Bidang lemah (discontinuity) adalah kenampakan struktur utama yang memisahkan massa batuan massif (massive rock mass) menjadi blok-blok. Bidang lemah ini dapat berupa kekar (joint), sesar (fault) dan bidang perlapisan (bedding) serta belahan (fracture) dan lain sebagainya. Bidang lemah utama adalah struktur bidang menerus seperti sesar (fault) yang dapat merupakan bidang yang sangat lemah jika dibandingkan dengan struktur lain pada massa batuan (Hoek and Bray, 1981 ). Metoda yang banyak digunakan untuk menganalisis kestabilan lereng adalah metoda kesetimbangan limit dan metoda numerik. Metoda kesetimbangan limit menggunakan konsep faktor keamanan, yaitu perbandingan antar gaya penahan dan gaya penggerak yang diperhitungkan pada bidang gelincirnya. Jika gaya penahan terlampaui maka longsoran akan terjadi. Secara analitis, persamaan matematik untuk menganalisis longsoran tersebut di atas sudah banyak diturunkan (Hoek and Bray, 1981; Giani,1992). Namun untuk kemudahan dalam aplikasinya, beberapa dari persamaanpersamaan tersebut yang sudah dituangkan dalam bentuk grafik, diantaranya metoda analisis kestabilan lereng untuk longsoran busur (Hoek and Bray, 1981). Teknik stereografis banyak digunakan untuk membantu mengidentifikasi jenis longsoran yang mungkin terjadi. Pengeplotan secara bersamaan antara strike dan kemiringan baik muka lereng maupun bidang lemah dan besarnya sudut geser dalam pada suatu stereonet akan segera dapat diketahui jenis dan arah longsorannya.



Pada suatu lereng berlaku dua macam gaya yaitu gaya yang membuat massa batuan atau tanah bergerak atau gaya penggerak dan gaya yang menahan massa batuan tersebut dari penggerak atau gaya penahan. Lereng akan longsor jika gaya penggeraknya lebih besar dari gaya penahan. Secara matematis kestabilan/kestabilan suatu lereng dapat dinyatakan dalam bentuk Faktor Keamanan (FK) sebagai berikut : FK = Gaya Penahan / Gaya Penggerak .................................................... [6-10] Hubungan beberapa varisasi nilai faktor keamanan terhadap kemungkinan longsoran lereng maupun pada perancangan lereng dapat dilihat pada tabel di bawah ini : Tabel 6.1 Hubungan nilai FK dan kemungkinan kelongsoran (Bowles, JE)

Nilai FK

Kemungkinan Longsoran

FK < 1,07

Longsoran biasa terjadi

1.07 < FK < 1.25 FK > 1.25

Longsoran pernah tejadi Longsoran jarang terjadi

Tabel 6.2 Nilai FK untuk perancang lereng (Sosrodarsono, Suyono)

Nilai FK FK < 1.0 1,0 < FK < 1.2 1.3 < FK < 1,4 1,5 1,7

Kemungkinan longsoran Tidak stabil Kestabilan diragukan Memuaskan untuk pemotongan dan penimbunan Stabil untuk bendungan

Strike atau jurus adalah arah dari garis perpotongan antara bidang lemah dengan bidang datar (horizontal) acuan yang diukur dari utara, atau azimuth dari garis perpotongan tersebut. Dip adalah besarnya sudut kemiringan maksimum sebuah struktur bidang lemah terhadap bidang datar (horizontal).Dip direction adalah arah kemiringan yang tegak lurus terhadap arah strike yang diukur dari utara searah dengan arah jarum jam. STRIKE

DIP DIRECTION DIP

Gambar 6.19 Defenisi Geometrik Strike dan Dip (Hoek and Bray, 1981)



Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kestabilan Lereng Faktor-faktor yang perlu diperhatikan dalam menganalisis kestabilan lereng adalah sebagai berikut : 1. Penyebaran batuan. Macam batuan atau tanah yang terdapat di daerah penyelidikan harus diketahui, demikian juga penyebaran suatu hubungan antar batuan. Ini perlu dilakukan karena sifat-sifat fisik dan mekanis suatu batuan berbeda dengan batuan lain sehingga kekuatan menahan bebannya sendiri juga berbeda. 2. Relief permukaan bumi. Faktor ini mempengaruhi laju erosi dan pengendapan serta juga menentukan arah aliran air permukaan dan air tanah. Hal ini disebabkan karena untuk daerah yang curam, kecepatan aliran air permukaan tinggi dan mengakibatkan pengikisan lebih intensif, banyak dijumpai singkapan batuan dan ini menyebabkan pelapukan yang lebih cepat. Batuan yang lapuk mempunyai kekuatan yang rendah sehingga kestabilan lereng semakin berkurang. 3. Struktur geologi. Struktur geologi yang perlu dicatat disini adalah sesar, kekar, bidang perlapisan, perlipatan, ketidakselarasan dan sebagainya. Ini merupakan hal penting dalam analisis kestabilan lereng karena struktur ini merupakan bidang lemah di dalam suatu massa batuan dan dapat menurunkan kestabilan lereng. 4. Iklim. Iklim mempengaruhi kestabilan lereng karena iklim mempengaruhi ke perubahan temperatur. Temperatur yang cepat sekali berubah dalam waktu yang singkat akan mempercepat proses pelapukan batuan. Untuk daerah tropis pelapukan lebih cepat dibandingkan daerah dingin. Oleh karena itu singkapan batuan pada lereng daerah tropis akan lebih cepat lapuk dan ini mengakibatkan lereng mudah longsor. 5. Geometri lereng. Geometri lereng mencakup tinggi lereng dan sudut kemiringan lereng. Lereng yang terlalu tinggi akan mengakibatkannya menjadi tidak mantap dan cenderung mudah longsor dibandingkan dengan lereng yang tidak terlalu tinggi bila susunan batuannya sama. Demikian juga dengan sudut kemiringan lereng, lereng menjadi kurang mantap jika kemiringannya besar. 6. Air tanah. Muka air tanah yang dangkal menjadikan lereng sebagian besar basah dan batuannya mempunyai kandungan air yang tinggi. Batuan dengan kandungan air yang tinggi kekuatannya menjadi rendah sehingga lereng lebih mudah longsor. Hal ini dikarenakan air yang terkandung dalam batuan akan menambah beban batuan tersebut. Bab 6. Lereng Tambang, hal. 95


7. Gaya luar. Gaya luar sedikit banyak dapat mempengaruhi kestabilan suatu lereng. Gaya ini berupa getaran-getaran yang berasal dari sumber yang berada didekat lereng tersebut. Getaran ini misalnya ditimbulkan oleh peledakan, lalu lintas kenderaan dan lain sebagainya. 8. Pelapukan. Kondisi massa batuan yang terlapukkan dapat disebabkan oleh adanya rembesan air, perubahan iklim, ataupun pengaruh perubahan tekanan yang dialami batuan sebagai akibat adanya besaran gaya-gaya terhadap massa batuan. Batuan yang terlapukkan dapat dengan mudah untuk longsor dari pada batuan yang massive.

Data utama sebagai analisis kestabilan suatu lereng batuan adalah : 1. Geometri lereng. Geometri lereng yang perlu diketahui adalah : a. Orientasi (jurus dan kemiringan lereng ). b. Tinggi dan kemiringan lereng (tiap jenjang maupun keseluruhannya). c. Lebar jenjang. 2. Struktur batuan. Struktur batuan yang mempengaruhi kestabilan suatu lereng adalah adanya bidang-bidang lemah yaitu sesar, kekar, perlapisan dan rekahan. 3. Sifat fisik dan sifat mekanik batuan. Sifat fisik dan mekanik batuan yang diperlukan sebagai dasar analisis kestabilan lereng adalah : a. Bobot isi batuan. b. Porositas batuan. c. Kandungan air dalam batuan. d. Kuat tekan, kuat tarik dan kuat geser batuan. e. Sudut geser dalam.

Data utama tersebut diatas dapat diperoleh dari penyelidikan-penyelidikan di lapangan dan di laboratorium. 1. Penyelidikan lapangan. Penyelidikan lapangan dapat dilakukan dengan : a. Pengukuran untuk mendapatkan data geometri lereng. b. Seismik refraksi/refleksi untuk mendapatkan data litologi. c. Pemboran ini dan pembuatan terowongan (adit) untuk mendapatkan data litologi, struktur batuan dan contoh (sampel) batuan untuk dianalisis di laboratorium. d. Piziometer untuk mengetahui tinggi muka air tanah.



e.

Uji batuan di lapangan (insitu test) untuk mendapatkan data tentang sifat mekanik batuan misalnya dengan block shear test.

2. Penyelidikan laboratorium. Sifat fisik dan mekanik batuan diperoleh dari hasil uji coba di laboratorium terhadap conto (sampel) batuan yang diambil dari lapangan. Penyelidikan laboratorium dapat dilakukan dengan : a. Uniaxial Compressive Test (UCS). b. Triaxial Test. c. Direct Shear Test. d. Penentuan bobot isi batuan, kandungan air dan porositas batuan.

Jenis-jenis Longsoran. Pada batuan dikenal tiga longsoran yaitu plane failure, wedge failure dan topling failure. Sedangkan untuk tanah dikenal dengan longsoran circular failure. Longsoran Bidang (plane failur). Longsoran bidang terjadi bila seluruh kondisi di bawah ini terpenuhi, yaitu : 1. Jurus bidang luncur sejajar atau mendekati sejajar tehadap jurus bidang permukaan lereng dengan perbedaan maksimal 20°. 2. Kemiringan bidang luncur harus lebih kecil dari kemiringan bidang permukaan lereng. atau peda gambar adalah > p. 3. Kemiringan bidang luncur lebih besar dari sudut geser dalam atau p > . 4. Terdapat bidang bebas yang merupakan batas lateral dari massa batuan yang longsor.

Gambar 6.20 Penampang lereng dan bidang bebas pada longsoran bidang



Longsoran Baji. Longsoran ini terjadi bila dua buah jurus bidang kontiniu berpotongan dan besar sudut garis potong kedua bidang tersebut ( p) lebih besar dari sudut geser dalam ( ) dan lebih kecil dari sudut kemiringan lereng ( 1,). Perhitungan factor keamanan lebih rumit dibandingkan pada longsoran bidang karena melibatkan dua bidang gelincir dimana gaya-gaya yang bekerja pada bidang tersebut turut diperhitungkan.

Gambar 6.21 Longsoran Baji.

Longsoran Busur. Bila longsoran bidang dan longsoran baji tejadi pada batuan keras, maka longsoran busur lebih sering terjadi pada material tanah atau batuan lunak dengan struktur kekar yang rapat. Bidang longsorannya berbentuk busur.

Gambar 6.22 Longsoran busur



Longsoran Guling (topping failur) Longsoran ini terjadi pada lereng yang terjal dan pada batuan yang keras dimana struktur bidang lemahnya berbentuk kolom.

Gambar 6.23 Longsoran guling

Dalam rancangan pit semua jenis longsoran harus diplotkan pada setiap muka lereng, sehingga memudahkan aktivitas penambangan.

Gambar 6.24 Kondisi Pit dengan Jenis Longsoran



6.3.5 Analisis Kestabilan Lereng Ada beberapa cara yang dapat dipakai untuk melakukan analisis terhadap kestabilan lereng, baik untuk batuan maupun untuk tanah. Pada bukaan atau penggalian yang tidak terlalu dalam, umumnya metode yang dipergunakan adalah metode untuk tanah. Untuk menganalisis kestabilan lereng terdiri dari beberapa metode yaitu :

Metode Swedia Digunakan dengan asumsi bidang longsor berbentuk busur lingkaran. Harga faktor keamanan (FK) dihitung dengan persamaan :

FK =

1

(C . l  tan  . (W . cos  u . l )) ..........................................[6-11]  W . Sin  

W = γ.h.b

'

'

......................................................................................................[6-12]

dimana : W = berat beban total irisan (ton) l = panjang ab (meter) (lihat Gambar 6.25) b = lebar irisan/segmen (meter) 2 C’ = kohesi efektif (ton/m ) = sudut geser dalam efektif (derajat) Φ = kemiringan dasar irisan/segmen (derajat) θ u = gaya angkat akibat tekanan air pada permukaan bidang longsor (ton) 3 γ = bobot isi/density material (ton/m ) h = tinggi irisan/segmen (meter) Titik pusat rotasi

b w

l

a θ

Gambar 6.25 Diagram gaya pada analisis metode lapis

Metode Bishop Metode ini pada dasarnya sama dengan metode Swedia, tetapi dengan memperhitungkan gaya-gaya antar irisan yang ada. Metode Bishop mengasumsikan bidang longsor berbentuk busur lingkaran (Gambar 6.25). Bab 6. Lereng Tambang, hal. 100


Pertama yang harus diketahui adalah geometri dari lereng dan juga titik pusat busur lingkaran bidang luncur, serta letak rekahan kritisnya ( critical tension craks). Cara menentukan titik pusat busur lingkaran bidang luncur dan letak rekahan pada longsoran busur tersebut dilakukan dengan bantuan grafik (Gambar 6.26). Titik pusat bidang luncur tersebut perlu ditentukan apabila : 1. Penampang longsoran membentuk busur lingkaran. 2. Metode analisa kestabilan lereng yang dipakai adalah metode grafis yang disebut slip circle analysis atau slice analysis (Ifleider, 1972). Dalam hal ini yang diperlukan untuk menentukan titik pusat busur lingkaran bidang luncur dan letak rekahan pada longsoran busur adalah harga sudut geser dalam (Φ), tinggi tebing/lereng (H) dan besarnya sudut lereng. Harga X dan Y diukur dari kaki lereng (toe) dan dinyatakan dalam H (tinggi tebing/lereng).

Kedudukan pusat busur kritis untuk longsoran melalui kaki lereng Gambar 6.26 Penentuan Titik Pusat Lingkaran Kritis Untuk Lereng Yang Kering



Faktor keamanan (FK) untuk metode Bishop dapat dirumuskan sebagai berikut :

FK =

    sec 1 C ' b W ( 1 B ) tan  '     ...................[6-13]  tan  . tan  W . Sin     1   F

B=u.

1 W / b

............................................................................................ [6-14]

dimana : W = berat beban total irisan (ton) b = lebar irisan/segmen (meter) 2 C = kohesi efektif (ton/m )  = sudut geser dalam efektif θ u

= kemiringan dasar irisan/segmen = gaya angkat akibat tekanan air pada permukaan bidang longsor (ton)

Tahap selanjutnya dalam proses analisis adalah membagi massa material diatas bidang longsor menjadi beberapa segmen atau potongan. Pada umumnya jumlah potongan minimum 5 (lima) untuk menganalisis kasus yang sederhana. Untuk profil lereng yang kompleks atau yang terdiri dari banyak material yang berbeda, jumlah segmen harus lebih besar. Parameter yang mutlak dimiliki untuk tiap-tiap segmen adalah kemiringan dari dasar segmen yaitu sebesar θ, tegangan vertikal yang merupakan perkalian antara tinggi (h) dan berat jenis tanah atau batuan (γ), tekanan air yang dihasilkan dari perkalian antara tinggi muka air tanah dari dasar segmen (h w) dan berat jenis air (γ w) dan kemudian lebar elemen (b). Disamping parameter tersebut, kuat geser juga diperlukan di dalam perhitungan.

Metode Janbu Digunakan untuk menganalisis lereng yang bidang longsornya tidak berbentuk busur lingkaran. Bidang longsor pada analisis metode janbu ditentukan berdasarkan zona lemah yang terdapat pada massa batuan atau tanah. Cara lain yaitu dengan mengasumsikan suatu faktor keamanan tertentu yang tidak terlalu rendah. Kemudian melakukan perhitungan beberapa kali untuk mendapatkan bidang longsor yang memiliki faktor keamanan terendah. Faktor keamanan untuk metode Janbu dapat dirumuskan sebagai berikut :

FK =

fo .

 X / (1 Y / F )  Z  Q

......................................................................[6-15]

2 X = (C’ + (  .h -  w hw ) tan  ' ).(1 + tan  ).  X

....................................[6-16]



Y = tan  . tan  ......................................................................................[6-17] Z =  .h.  X.sin  ....................................................................................[6-18] 2

Q = ½.  w .Z ............................................................................................[6-19] 2

fo = 1 + K (d/L – 1,4 (d/L) ) .....................................................................[6-20] dimana : untuk C’ = 0; K = 0,31 untuk C’ >,  ' > 0; K = 0,50

Gambar 6.27 Analisis longsoran non-circular pada metode Janbu

Metode Hoek dan Bray 1. Longsoran bidang Dalam menganalisis longsoran bidang dengan metode Hoek dan Bray, suatu lereng ditinjau dengan anggapan-anggapan sebagai berikut : a. Semua syarat untuk terjadinya longsoran bidang terpenuhi. Bab 6. Lereng Tambang, hal. 103


b. Terdapat regangan tarik tegak (vertikal) yang terisi air sampai kedalaman Zw. Regangan tarik ini dapat terletak pada muka lereng maupun diatas lereng. c. Tekanan air pada regangan tarik dan sepanjang bidang luncur tersebar secara linier. d. Semua gaya yang bekerja pada lereng melalui titik pusat massa batuan yang akan longsor, sehingga tidak terjadi rotasi. FK =

FK =

Gaya  gaya penahan Gaya  gaya penggerak

C . A  (W cos  p U V sin  p ) tan  W sin  p  V cos  p

................................... ..........[6-21]

dimana : FK = faktor kestabilan lereng 2 C = kohesi pada bidang luncur (ton/m ) A = panjang bidang luncur (meter)

 p

= sudut kemiringan bidang luncur



= sudut geser dalam batuan

W U

= berat massa batuan yang akan longsor (ton) = gaya angkat yang ditimbulkan oleh tekanan air disepanjang bidang luncur (ton)

U

= ½.  w Z w (H - Z).cosec  p

V

= ½.  w Z w

 w

= bobot isi air (ton/m )

Z w

= tinggi kolom air yang mengisi regangan tarik (meter)

Z H

= kedalaman regangan tarik (meter) = tinggi lereng (meter)

2 3

Jika terjadi getaran yang diakibatkan oleh adanya gempa, peledakan maupun aktivitas manusia lainnya, maka persamaan [6-21] menjadi :

F=

C . A  W (cos  p   sin  p ) U V sin  p tan  W (sin  p   cos  p )  V cos  p

................................. [6-22]

dimana :  = percepatan getaran pada arah mendatar



Gambar 6.28 Regangan tarik pada longsoran bidang

2. Longsoran baji Dalam analisis dengan menggunakan metode Hoek dan Bray, longsoran baji dianggap hanya akan terjadi pada garis perpotongan kedua bidang lemah. Faktor kestabilan lereng dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut : (lihat Gambar 6.29 dan 6.30).

F=

3

 . H

 

(C a X  C b Y )   A 

    w  X  tan  a   B  w Y  tan  b ...........................[6-23] 2    2  

dimana : 2 Ca = kohesi pada bidang lemah I (ton/m ) 2 Cb = kohesi pada bidang lemah II (ton/m )

 a

= sudut geser dalam, bidang lemah I

 b

= sudut geser dalam, bidang lemah II

 = bobot isi batuan (ton/m3)  w = bobot isi air (ton/m3) X

=

Y

=

sin  24 sin  45 . cos 2 na sin  13 sin  35 . cos 1nb



A

=

cos a  cos b . cos na . nb

B

=

cos b  cos a . cos na . nb

sin 5 .sin 2  na . nb

sin 5 .sin 2  na . nb

dimana  a dan  b adalah kemiringan (dip) dari bidang-bidang I dan II serta  5 adalah sudut penunjaman perpotongan bidang lemah I dan II. Jika pada bidang I dan II tidak terdapat kohesi, serta kondisi lereng kering, maka persamaan [6-23] menjadi: FK = A tan  a + B tan  b

........................................................... ..........[6-24]

dimana A dan B adalah suatu faktor tanpa satuan yang besarnya tergantung pada jurus (strike) dan kemiringan ( dip) kedua bidang lemahnya. Bidang lemah yang mempunyai kemiringan lebih kecil selalu dinamakan bidang lemah I, sedangkan bidang lemah yang satunya lagi dinamakan bidang lemah II.

tampak samping      tegak lurus perpotongan bidang lemah 

(gambar tiga dimensi )

Gambar 6.29 Model longsoran baji Keterangan :  f = kemiringan lereng

 p

= kemiringan garis perpotongan bidang lemah



= sudut geser dalam



Gambar 6.30 Stereoplot data longsoran baji Keterangan :

 na.nb = sudut perpotongan bidang lemah I dan II

 1.nb = sudut antara bidang lemah I dengan garis perpotongan bidang lemah I dan muka lereng

 2. na = sudut antara bidang lemah II dengan garis perpotongan bidang lemah II dan muka lereng

 24 = sudut antara garis perpotongan bidang lemah II dan muka lereng dengan garis perpotongan bidang lemah II dan bagian atas lereng ( upper slope)

 13 = sudut antara garis perpotongan bidang lemah I dan muka lereng dengan garis perpotongan bidang lemah I dan muka lereng

 35

= sudut antara garis perpotongan bidang lemah I dan bagian atas lereng (upper slope) dengan garis perpotongan bidang lemah I dan II

 45 = sudut antara garis perpotongan bidang lemah II dan muka lereng dengan garis perpotongan bidang lemah I dan II 5

= sudut penunjaman perpotongan bidang lemah I dan II



3. Longsoran guling

Dengan metode Hoek dan Bray terjadinya longsoran guling dapat dianalisis dengan menggunakan suatu model yang sederhana. Model tersebut hanya berlaku untuk kasus-kasus yang sederhana dan berupa balok-balok yang disusun pada suatu tangga yang miring (Gambar 6.31).

Gambar 6.31 7) Model longsoran guling

Dengan model tersebut akan dianalisis kestabilan batas suatu lereng terhadap longsoran guling. Kestabilan batas adalah suatu keadaan dimana lereng pada saat akan longsor. Gaya-gaya yang bekerja pada setiap balok dihitung dengan nilai (angka) sudut geser dalam (  ) tertentu, sampai diperoleh nilai P o positif terkecil. Nilai Po tersebut merupakan gaya yang menahan balok 1 (lihat Gambar 2.10). Nilai sudut geser dalam (  ) yang menghasilkan P o positif terkecil kemudian dipakai sebagai sudut geser dalam pada keadaan kestabilan batas. Faktor kestabilan lereng terhadap longsoran guling kemudian dapat dinyatakan dengan persamaan : FK =

tan  1 tan  2

....................................................................... .........[6-25]

dimana : FK = faktor kestabilan lereng  1 = sudut geser dalam yang sebenarnya di lapangan

 2 = sudut geser dalam pada kritis (kestabilan batas)



6.3.6 Pemantauan Proteksi Lereng. Pemantauan dan proteksi terhadap suatu lereng merupakan suatu usaha yang bertujuan untuk melindungi. bahakan memperbesar kestabilan lereng. Tindakan tersebut dapat dilakukan dengan dua cara yaitu : 1. Penguatan (supporting). Penguatan merupakan suatu tindakan bertujuan untuk memperbesar kekuatan (strength) batuan, sehingga lereng lebih mantap. Hal ini dapat dilakukan dengan : a. Pemasangan jangkar batuan (rock anchor). Jangkar batuan terutama berfungsi sebagai penguat (armature) dan pengikat (confining) batuan. Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam pemakaian jangkar ini adalah :



Jenis jangkar. Berdasarkan jenisnya, jangkar batuan dibedakan menjadi dua yaitu : punctual dan distributed anchor , karena jenis jangkar ini mempunyai kemampuan mengikat batuan lebih besar dibanding dengan punctual anchor. Distributed anchor juga baik digunakan pada batuan yang banyak mengandung air, karena bahan pengikatnya (grouting) sekaligus sebagai pelindung jangkar terhadap korosi.



Panjang jangkar. Panjang jangkar tergantung pada struktur batuan, terutama bidang-bidang lemahnya. Pemasangan jangkar batuan selalu diusahakan agar dapat mengikat batuan yang lemah 9lepas) pada batuan induknya yang kuat.



Kerapatan jangkar. Pada prinsipnya jangkar batuan harus dapat mengikat (menahan) setiap beban (massa batuan) yang akan longsor. Kerapatan jangkar tergantung pada kuat tarik jangkar. Pada prinsipnya kuat tarik jangkar harus lebih besar dari pada beban (massa batuan yang akan longsor).



Diameter jangkar. Diameter jangkar ditentukan oleh besar beban yang akan longsor. Semakin besar beban yang akan longsor, maka diperlukan diameter jangkar yang lebih besar pula.



Orientasi jangkar. Orientasi jangkar ditentukan berdasarkan struktur batuan, terutama bidangbidang lemahnya. Pada prinsipnya jangkar harus dapat mengikat batuan yang lepas (lemah) pada bartuan induknya yang kuat.


Bab 6 Lereng Tambang

Recommend Documents