Kestabilan Lereng Tambang

Klasik Kartu Lipat Majalah Mozaik Bilah Sisi Cuplikan Kronologis1. AUG6

KESTABILAN LERENG TAMBANG (SLOPE STABILITY OF MINING)

KESTABILAN LERENG PADA TAMBANG PERMUKAAN(SLOPE STABILITY OF SURFACE MINING)

A.Pengantar UmumKestabilan 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 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 sebagaiberikut :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 tanahSudut 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 + ).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 gelinciri 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 LerengFaktor-faktor yang perlu diperhatikan dalam menganalisa kestabilan lereng penambangan adalah sebagai berikut :(Ir. Karyono M.T,Diklat Perencanaan Tambang Terbuka,Unisba).B.1. Kuat Geser Tanah atau BatuanKekuatanyang sangat berperan dalam analisakestabilanlereng terdiri dari sifat fisik dan sifat mekanik dari batuan tersebut. Sifat fisik batuan yang digunakan dalam menganalisa kemantapan lereng adalah bobot isitanah(), 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 isitanah ataubatuanNilai bobot isitanah ataubatuan 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.KohesiKohesi 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 pengujianlaboratorium yaitu pengujiankuat geser langsung(direct shear strength test)dan pengujian triaxial(triaxial test).c.Sudut geser dalam ()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 teganganataugaya 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+ cDimana :nt=tegangan gesern=tegangan normal=sudut geser dalamc=kohesiPrinsip pengujiandirect shear strength testatau juga dikenal denganshear box testadalah 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):

Dimana :nt= Tegangan Gesern=Tegangan NormalP=BebannormalA= Luas silinder sampeldirect shear testH= Kalibrasi Directian = 0,45 . xX= 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.

Gambar a.Hubungan tegangan geser (nt) dan tegangan normal (n)

B.2.Struktur geologiKeadaan struktur geologi yang harus diperhatikan pada analisakestabilanlerengpenambanganadalah 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 lerengGeometri lereng yang dapat mempengaruhi kestabilan lereng meliputi tinggi lereng, kemiringan lerengdan lebar berm (b),baik itulereng tunggal (Single slope) maupun lereng keseluruhan(overallslope).Suatu lereng disebut lerengtunggal (Single slope)jika dibentuk oleh satu jenjang saja dan disebut keseluruhan(overallslope)jika dibentuk oleh beberapa jenjang.

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 samaatau homogen. Demikian pula dengan sudut lereng, semakin besar sudut kemiringan lereng, makalereng tersebutakan semakin tidakstabil. Sedangkansemakin besar lebar berm maka lereng tersebut akan semakin stabil.B.4. Tinggi muka air tanahMuka 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. IklimIklim berpengaruh terhadapkestabilanlereng karena iklim mempengaruhi perubahan temperatur. 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 mudahtererosi dan terjadi kelongsoran.

B.6.Gaya luarGaya luaryangmempengaruhi kestabilan lereng penambangan adalahbeban alat mekanis yang beroperasidiatas lereng, getaranyangdiakibatkan oleh kegiatan peledakan, dll.

C.KlasifikasiKelongsoranJenis 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.Longsoranpada kegiatan pertambangan secara umumdiklasifikasikanmenjadi empatbagian,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 IlmuRekayasa 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 (Gambar3.4)berikut :-Bidang luncur mempunyai arahyang tidak berbentuk lingkaran.-Jejak bagian bawah bidang lemah yang menjadi bidang luncurdapat dilihatdi mukalereng, dengan kata lain kemiringan bidang gelincir lebih kecil dari kemiringanlereng.-Kemiringan bidang luncur lebih besar dari pada sudut geser dalamnya.-Terdapat bidang bebas pada kedua sisi longsoran.

Gambar c.Longsoran bidang

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 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.

Gambar d.Longsoran Baji

C.3. Longsoran Guling(toppling failure)Longsoran guling terjadi pada lereng terjal untuk batuan yang keras dengan bidang-bidang lemah tegak atau hampir tegak dan arahnya berlawanan dengan arah kemiringan lereng. Kondisi untuk menggelinciratau mengguling ditentukan oleh sudut geser dalam dan kemiringan sudut bidang gelincirnya. Kelongsoran guling pada suatu lereng diasumsikan sebagai berikut, suatubalokdengan tinggi h dan lebar dasar balok b terletak pada bidang miring dengan sudut kemiringan sebesaryanggambarkandibawah ini.

Gambar e.Kriteria terjadinya longsoran gulingDari gambardiatasterdapat empat kondisi yaitu :-Jika tan,balokdalam kondisistabil, artinya lereng tersebut dalam kondisiAman.-Jika>dan b/h > tan,balokakan menggelincir, artinya material pada lereng tersebut akan menggelincir (Tidak Aman)-Jika>dan b/h < tan,balokakan menggelincir dan mengguling, artinya material pada lereng tersebut akan menggelincir dan mengguling (Tidak Aman)-Jika 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 analisa dengan FK = 1.00 belum dapat menjamin bahwa lereng tersebut dalam keadaan stabil.Hal ini disebabkan karena ada beberapa faktor yangperlu diperhitungkandalamanalisafaktor keamananlereng 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) dari1.25, sesuai prosedur dariJoseph E. Bowles(2000), Dengan ketentuan :

FK 1,25: Lereng dalam kondisiAman.FK < 1,07: Lerengdalam kondisi Tidak Aman.FK> 1,07 ; 1 =Lerengdalamkeadaanmantap/stabilF=1 = Lerengdalamkeadaanseimbang

F