Bab 4 Geoteknik (1).docx

BAB IV GEOTEKNIK

4.1. Prinsip Dasar Analitik Kestabilan Lereng Kestabilan lereng, baik lereng alami maupunmaupun lereng batuan (batan lereng manusia) serta lereng timbunan, di pengaruhi beberapa faktoryang dapat dinyatakan secara sederhana sebagai gaya gayapenahan dan gaya gaya penggerak yang pertanggung jawb terhadap kestabilan lereng tersebut. Pada kondisi gaya penahan (terhadap longsoran) lebih besar dari gaya penggerak, lereng tersebut akan berbeda dalam kondisi yang stabil (aman). Namun, apabila gaya penahan lebih kecil dari gaya pengerakanya, longsoran merupakan suatu proses alami yang terjadi untuk mendapatkan kondisi kestabiln lereng yang baru (keseimbangan bary), di mana gaya penahan besar labih dari gaya penggerakanya. Untuk menyatakan tingkat kestabilan suatu lereng , dikenal istilahFaktor Keamanan(Sofetri Factor).Faktor keaman di perlukan untuk mengetahui kemantapan suatu lereng untuk mencegah bahaya longsoran di waktu waktu yang akan datang.

Gaya Penggerak (F)

Gaya Berat

Gaya Penahan (F*)

Sumber : Buku Kestabilan Lereng Ir. Irwandy Gambar 4.1 Prinsip Dasar Kestabilan Lereng Dari gambar diatas dapat di lihat bahwa gaya yang bekerja pada suatu lereng adalah gaya berat, kemudian di hasilkan gaya pengerak dan gaya penahan. Untuk

187

188

menjaga agar benda di lereng tidak jatuh (failure), di perlukan perhitungan terhadap kemiringan sesuai dengan (failure),di perlukan perhitungan terhadap kemiringan sesuai dengan faktor keamanan yang diinginkan. Secara mekanik sederhana, Faktor keamanan (FK) dapat di rumuskan sebagai berikut: 𝑔𝑎𝑦𝑎𝑝𝑒𝑛𝑎ℎ𝑎𝑛

Faktor keamanan (FK) =𝑔𝑎𝑦𝑎𝑝𝑒𝑛𝑔𝑔𝑒𝑟𝑎𝑘 = = =

𝑚𝑜𝑚𝑒𝑛𝑝𝑒𝑛𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑚𝑜𝑚𝑒𝑛𝑝𝑒𝑛𝑔𝑔𝑒𝑟𝑎𝑘 𝑘𝑒𝑘𝑢𝑎𝑡𝑎𝑛𝑔𝑒𝑠𝑒𝑟 𝑔𝑎𝑦𝑎𝑝𝑒𝑛𝑔𝑔𝑒𝑟𝑎𝑘

Kekuatan Geser

=

=

𝑓∗𝑥𝑟 𝑓𝑥𝑟

𝑓∗ 𝑓

=

𝐹∗/𝐴 𝜏∗ 𝐹𝑥𝐴

=𝜏

=c+σ ntan Φ

Dengan perhitungan lebih rinci didapatkan faktor keamanan sebagai berikut. Faktor keamanan (FK) =

𝑐.𝐴+σ n.A.tan Φ 𝑊 sin 𝜑𝑓

𝑐.𝐴+𝑊𝑐𝑜𝑠𝜑𝑓 tan 𝛷

=

𝑊 sin 𝜑𝑓

Apabila nilai FK untuk suatu lereng > 1,0 (gaya penahan >gaya penggerak) lereng tersebut berada dalam kondisi stabil. Namun apabila harga F < 1,0 (gaya penahan < gaya penggerak), lereng tersebut berada dalam kondisi tidak stabil dan mungkin akan terjadi longsoran pada lereng tersebutbila FK = 1,0 MPa. Untuk mendapatkan, mengolah, serta mengatur informasi mengenai kestabilan lereng, pada pembahasan selanjutnya akan di berikan penjelasan mengenai analisis kestabilan lereng, metode metode kan penjelasan mengenai analisis kestabilan lereng, metode metode untuk menjaga kestabilan lereng, pemantuan lereng tersebut, serta studi kasus, baik untuk lereng tambang yang aktif maupun untuk lereng tambang final. Geoteknik tambang merupakan aplikasi dari rekayasa geoteknik pada kegiatan tambang terbuka dan tambang bawah tanah. Aplikasi geoteknik melibatkan disiplin ilmu mekanika tanah, mekanika batuan, geologi dan hidrologi. Peranan

189

geoteknik dalam perancangan tambang adalah melakukan pendekatan kepada kondisi massa tanah dan batuan yang kompleks, menggunakan teknik-teknik dan instrument-instrument yang tersedia dlam rekayasa geoteknik, sehingga sifat-sifat dan perilaku massa tanah dan batuan betul-betul telah dikuasai, sepenuhnya sebelum membangun suatu struktur (lereng, terowongan, sumuran) pada massa tanah dan batuan tersebut.Tujuan utama program penyelidikan geoteknik dalam suatu proyek pertambangan adalah untuk : 1.

Memperoleh data kuantitatif kondisi geologi, hidrologi, hidrogeologi,sifat fisik dan mekanik.

2.

Mengetahui karakteristik massa batuan atau tanah sebagai dasar perancangan penambangan.

3.

Menyusun suatu klasifikasi dari berbagai tipe urutan stratigrafi batuan atap atau lantai, dan untuk mengkaji stabilitas relatifnya dibawah tegangan terinduksi akibat penambangan.

4.

Mengembangkan rancangan lereng yang stabil untuk tambang terbuka atau rancangan masuk/pilar (untuk tambang bawah tanah) untuk penambangan yang akan datang berdasarkan analisis sensitivitas terhadap kondisi geoteknik dari strata atau kedalaman overburden.

Menurut Kepmen Pertambangan dan Energi Nomor : 555K/26/M.PE/1995 Pasal 241 yang dimanan menjelaskan sebagai berikut : a.

Kemiringan, tinggi dan lebar teras harus dibuat dengan baik dan aman untuk keselamatan para pekerja agar terhindar dari material atau benda jatuh.

b. Tinggi jenjang (bench) untuk pekerjaan yang dilakukan pada lapisan yang mengandung pasir, tanah liat, kerikil, dan material lepas lainnya harus: a) Tidak boleh lebih dari 2,5 meter apabila dilakukan secara manual; b) Tidak boleh lebih dari 6 meter apabila dilakukan secara mekanik dan c) Tidak boleh lebih dari 20 meter apabila dilakukan dengan menggunakan clamshell, dragline, bucket wheel excavator atau alat sejenis kecuali mendapat persetujuan Kepala Pelaksanaan Inspeksi Tambang.

190

c. Tinggi jenjang untuk pekerjaan yang dilakukan pada material kompak tidak boleh lebih dari 6 meter, apabila dilakukan secara manual. d. Dalam hal penggalian dilakukan sepenuhnya dengan alat mekanis yang dilengkapi dengan kabin pengaman yang kuat, maka tinggi jenjang maksimum untuk semua jenis material kompak 15 meter, kecuali mendapat persetujuan Kepala Pelaksanaan Inspeksi Tambang. e. Studi kemantapan lereng harus dibuat apabila: a) Tinggi jenjang keseluruhan pada sistem penambangan berjenjang lebih dari 15 meter, dan b) Tinggi setiap jenjang lebih dari 15 meter f. Lebar lantai teras kerja sekurang-kurangnya 1,5 kali tinggi jenjang atau disesuaikan dengan alat-alat yang digunakan sehingga dapat bekerja dengan aman dan harus dilengkapi dengan tanggul pengaman (safety bem) pada tebing yang terbuka dan diperiksa pada setiap gilir kerja dari kemungkinan adanya rekahan, tekanan, atau kelemahan lainnya. 4.2 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Ketidakstabilan Lereng Kemantapan (stabilitas) lereng merupakan suatu faktor yang sangat penting dalam pekerjaan yang berhubungan dengan penggalian dan penimbunan tanah, batuan dan bahan galian, karena menyangkut persoalan keselamatan manusia (pekerja), keamanan peralatan serta kelancaran produksi. Kemantapan (stabilitas) lereng merupakan suatu faktor yang sangat penting dalam pekerjaan yang berhubungan dengan penggalian dan penimbunan tanah, batuan dan bahan galian, karena menyangkut persoalan keselamatan manusia (pekerja), keamanan peralatan serta kelancaran produksi. 4.2.1 Lereng tambang Ketidakstabilan lereng tambang dipengaruhi oleh beberapa factor antara lain : geometri lereng, kekuatan massa batuan lereng, struktur batuan, air tanah, beban luar dan tegangan insitu. Factor-faktor tersebut dapat juga dipergunakan untuk mengenali tanda-tanda suatu potensi kelongsoran lereng.

191

a.

Geometri lereng

Penentuan geometri lereng tambang mempertimbangkan factor keamanan dan nilai keekonomian. Pada kondisi batuan yang sama, semakin besar kemiringan dan tinggi suatu lereng maka kemantapannya semakin kecil. Pembentukan lereng yang landau akan memerlukan biaya tinggi dalam hal pengupasan batuan penutup, meskipun lereng tersebut lebih stabil.

Sumber : Dede Rusdin, 2014

Gambar 4.2 Pengaruh Geometri Lereng dan kehadiran bidang lemah terhadap kestabilan lereng b.

Kekuatan massa batuan

Kekuatan massa batuan pembentuk lereng sangat berpengaruh terhadap kestabilan lereng yang dinyatakan dengan kuat tekan, kuat tarik, kuat geser, kohesi (c) dan sudut geser dalam (phi), semakin besar kekuatan massa batuan, maka lereng tambang akan semakin stabil c.

Struktur batuan

Struktur batuan yang sangat mempengaruhi ketidakstabilan lereng adalah bidangbidang sesar, pelapisan, dan rekahan. Struktur batuan tersebut merupakan bidang lemah (diskontinuitas) dan juga sebagai zona rembesan air, sehingga batuan lebih mudah longsor. d.

Air tanah

Pengaruh air tanah terhadap kestabilan lereng terletak pada adanya tekanan air pori yang akan mengurangi kekuatan geser, dan juga kandungan air tanah meningkatkan berat batuan yang akan menjadi beban terhadap lereng.

192

Sumber : Dede Rusdin, 2014

Gambar 4.3 Pengaruh Air Tanah Terhadap Kekuatan Geser Bidang Lemah e.

Beban luar

Beban luar yang dapat mempengaryuhi ketidakstabilan lereng antara lain : 1) Beban dinamik, beban alat berat yang bekerja di sekitar lereng, getaran dari akibat peledekan dan gempa bumi. 2) Beban static yaitu berupa beban bangunan/infrastruktur, koam, dll 3) Tegangan insitu Pada tambang terbuka yang sangat dalam atau mempunyai lereng tambang sangat tinggi, maka tegangan (stress) insitu dapat menyebabkan ketidakstabilan lereng. 2.

Lereng timbunan

Pada lereng timbunan batuan penutup yang merupakan tumpukan batuan pecah (broken rocks), bentuk longsoran yang mungkin terjadi adalah mendekati circular failure atau sering juga disebut longsoran busur. Factor-faktor yang mempengaruhi ketidakstabilan lereng timbunan adalah a.

Beban dinamik peralatan.

b.

Material penyusun timbunan

c.

Geometri lereng

d.

Air permukaan, dan air tanah

e.

Fondasi timbunan (tapak yang tidak stabil berupa jenis lumpur)

193

f.

Laju dan jenis penimbunan (tingkat kelajuan timbunan yang tinggi mengakibtkanketidakstabilan lereng timbunan).

4.3 Penyelidikan Lapangan Penyelidikan geoteknik yang dilakukan di lokasi Pertambangan PT. Andreas Eka Adi Pamungkas berupa analisis data pemboran dan analisis massa batuan. Analisis data pemboran meliputi analisis profil lapisan tanah yang ada di daerah IUP PT. Andreas Eka Adi Pamungkas, serta menganalisis sifat fisik dan sifat mekanik litologi penyusun di daerah tersebut. Analisis massa batuan meliputi mengelompokkan batuan dan mengetahui jenis, karakter atau data-data lain mengenai batuan tersebut. 4.3.1 Data Pemboran Geoteknik Pengeboran untuk keperluan pengambilan sample telah dilakukan pada 12 lubang bor di wilayah IUP PT. Andreas Eka Adi. Kedalaman pengeboran masing-masing lubang borbervariasi antara 50 m. Data lubang bor dapat dilihat pada Tabel 4.1. Tabel 4.1 Data Litologi Pemboran Geoteknik Hole Id

DHS01

DHS05

DHS06

DHS15

Nort

311411

311434

311153

311179

East

9579768

9579544

9579618

9579575

Elevation

Max Depth

Depth From

Depth To

Thick

(m)

(m)

(m)

(m)

(m)

0

2

2

Sand Stone

2

7.1

5.1

clay stone

7.1

13.44

6.45

coal

13.44

43.25

29.81

clay stone

0

1.5

1.5

Sand Stone

1.5

41.15

39.65

clay stone

41.15

45.99

4.84

coal

0

1.5

1.5

Sand Stone

1.5

12.77

11.27

clay stone

12.77

18.33

5.56

coal

0

1.5

1.5

Sand Stone

1.5

32

30.5

clay stone

32

34.78

2.78

coal

148.5

170.62

136.15

145.3

50

50

50

50

Sumber : Data Litologi PT. AEAP Tbk

Lithology

194

Tabel 4.2 Tabel Perhitungan RQD per 2 Meter No.

Hole Id

RQD (%)

1

DHS 01

47.76

2

DHS 05

42.38

3

DHS 06

48.18

4

DHS 15

46.36

Rata-rata

46.17

Sumber : Data PerhitunganPT. AEAP Tbk Berdasarkan data RQD yang dapat dilihat pada tabel 4.2, maka didapatkan RQD rata rata sebesar 82.88 yang termasuk dalam kategori baik. 4.3.1.1 Rekapitulasi Data Hasil Pemboran Rekapitulasi hasil pemboran dapat dilihat Penampangdibawah ini.

Sumber : Data PT. AEAP Tbk Gambar 4.4 Litologi Pemboran Geoteknik

Pada Gambar 4.4merupakan interpretasi yang dilakukan oleh peneliti pada log bor.Pada log terdapat 3 (tiga) litologi yaitu clay (lempung), sandstone (batupasir) dan coal (batubara).

195

Profil diatas dapat dijelaskan sebagai berikut : 1.

Batu pasir, berwarna abu – abu hingga putih susu kecoklatan, setempat berwarna kemerahan pengaruh oksidasi. Ukuran butir halus (1/8 – ¼ mm) sampai pasir sangat halus (1/8 – 1/6 mm) skala wentworth (1992), terpilah baik, keras tertutup. Mineral dominan berupa kuarsa dan feldspar, serta material karbon pada beberapa singkapan. Teramati dari STA 10 sampai STA 18. Tebal berkisar 0,5 m – 4 m. Tingkat kekuatan batuan tergolong menengah (medium strong rock) hingga kuat (strong rock). Tingkat pelapukan tergolong segar (fresh) sampai lapuk rendah. Struktur sedimen meliputi laminal paralel, laminasi konvolut, laminasi silang-siur gelembur, load cast, perlapisan flaser – wavy lenticular, scour mark, channel nodul konkresi, burrow serta bioturbasi.

2.

Batu lempung, berwarna abu – abu hingga hitam keabuan. Ukuran butir lempung (<1/126 mm) skala wentworth (1992), terpilah baik, kemas tertutup. Mineral dominasi berupa kuarsa dan feldspar serta material karbon pada beberapa singkapan. Teramati dari STA 2 sampai STA 17. Tebal berkisar 0,2 m – 4 m. Tingkat kekuatan batuan sangat lemah (very weak) hingga lemah (weak). Tingkat pelapukan tergolong lapuk menengah – segar. Struktur sedimen meliputi nodul, konkresi scoured surface, perlapisan gradasi, rootlets

3.

Batubara, berwarna hitam, gores warna hitam kecoklatan, kilap tanah sampai kaca. Tingkat kekerasan rapuh sampai keras. Pecahan conchoidal, univen. Pengotor (parting) berupa batu lempung dan batu lanau. Cleat memiliki tebal 0,3 – 4 cm terisi material lempung. Kontak dengan litologi di atasnya atau di bawahnya berbentuk datar, tidak beraturan. Ketebalan lapisan tipis sampai tebal 0,5 m – 5 m

4.3.2 Kondisi Massa Batuan Untuk mengklasifikasikan massa batuan, peneliti menggunakan pengaplikasian rock mass rating (RMR) oleh Bieniawski (1989) yang menggunakan lima parameter utama, yaitu:

196

1.

Kuat Tekan Batuan a. PLI ( Point Load Indeks ) Uji dengan alat PLI untuk memperoleh kuat tekannya, dimana sebelumnya diukur terlebih dahulu dimensi dari sampel tersebut. b. UCS (Uniaxsial Compressive strength) Pengujian ini menggunakan mesin tekan (compressive machine) untuk memecahkan batuan yang berbentuk silinder, balok atau prisma dari satu arah (uniaxsial) dengan luas perconto A dan panjang perconto l. Pada pengujian ini gaya (kN) dan perpindahan (mm) menurut sumbu aksial dan lateral direkam hingga batuan pecah yang dihasilkan dari pengujian ucs yaitu kuat tekan uniaksial (σc), modulus young (Е), poison ratio (v).

2. RQD (Rock Quality Designation) Menurut Deere et al., (1967, dalam Hoek, 1995) kualitas massa batuan dapat dinilai dari harga RQD, yaitu suatu pedoman secara kuantitatif berdasarkan pada perolehan inti yang mempunyai panjang 100 mm atau lebih tanpa rekahan. RQD dapat didefinisikan seperti pada. Nama lain dari RQD adalah suatu penilaian kualitas batuan secara kuantitatif berdasarkan kerapatan kekar. Nilai RQD diperoleh dari presentase jumlah kekar yang terdapat dalam suatu lubang buka terowongan yang panjangnya lebih dari 10 cm 𝑝𝑎𝑛𝑗𝑎𝑛𝑔𝑐𝑜𝑟𝑒>10 𝑐𝑚

RQD= 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑝𝑎𝑛𝑗𝑎𝑛𝑔𝑐𝑜𝑟𝑒 (𝑙𝑢𝑏𝑎𝑛𝑔𝑏𝑜𝑟) x 100% 3. Jarak antar kekar Kekar adalah bentuk-bentuk ketidakmenerusan massa batuan, seperti kekar, bedding atau foliasi, shear zones, sesar minor, atau bidang lemah lainnya. Jarak antar kekar dapat diartikan sebagai jarak rekahan bidang-bidang yang tidak sejajar dengan bidang-bidang lemah lain. Sedangkan spasi bidang kekar adalah jarak antar bidang yang diukur secara tegak lurus dengan bidang diskontinuitas. 4. Kondisi kekar Kondisi kekar merupakan suatu parameter yang terdiri dari beberapa sub-sub parameter, yakni kemenerusan bidang diskontinuitas (persistence), lebar rekahan

197

bidang diskontinuitas (aperture), kekasaran permukaan bidang diskontinuitas (roughness), material pengisi bidang diskontinuitas (infilling), dan tingkat pelapukan dari permukaan bidang diskontinuitas (weathered). a.

Panjang kekar Panjang kekar didefinisikan sebagai panjang dari kekar pada massa batuan dan dapat diukur panjangnya.

b.

Rengangan Regangan adalah jarak tegak lurus yang memisahkan batuan dinding dari kekar yang terbuka.

c.

Kekasaran Kekasaran merupakan komponen penting dalam kuat geser terutama untuk kekar yang mengalami pergeseran atau yang terisi oleh material lain. Kekasaran yang saling mengunci dan menempel akan mempertinggi kuat geser.

d.

Material Pengisi Material pengisi kekar antara lain: kalsit, klorit, lempung, lanau, kuarsa dan lain sebagainya.

e.

Tingkat Pelapukan Seringkali massa batuan di sisi bidang kekar mengalami pelapukan dan kadang teralterasi oleh proses hidrotermal.

5.

Kondisi Air Tanah

Air tanah sangat berpengaruh terhadap lubang bukaan suatu terowongan, sehingga posisi muka air tanah terhadap posisi lubang bukaan sangat perlu diperhatikan. Kondisi air tanah dapat dinyatakan secara umum, yaitu kering (dry), lembab (damp), basah (wet), menetes (dripping), dan mengalir (flowing). Dalam pembuatan terowongan sebaiknya diukur kecepatan aliran air tanah dalam liter / menit per panjang 10 m penggalian.

198

Tabel 4.3 Parameter Klasifikasi Massa Batuan Parameter

Selang nilai

1

2

3

4

Untuk nilai yg kecil

PLI (Mpa)

>10

4 - 10

2-4

1–2

UCS (Mpa)

>250

100 - 200

50 - 100

25 - 50

5-25

1-5

<1

Pembobotan

15

12

7

4

2

1

0

RQD (%)

90-100

75-90

50-75

25-50

25

Pembobotan

20

17

13

8

3

Spasi antar kekar

>2m

0,6 – 2 m

60-200

< 60 mm

Pembobotan

20

15

10

8

5

Panjang

<1m

1–3m

3-10 m

10-20 m

> 20 m

Pembobotan

6

4

2

1

0

Regangan

Tidak ada

< 0,1 mm

0,1 – 1 mm

1 – 5 mm

> 5 mm

Pembobotan

6

5

4

1

0

Kekasaran

Sangat kasar

kasar

Sedikit kasar

halus

Polesan/licin

Pembobotan

6

5

3

1

0

Isian

Tidak ada

Pembobotan

6

Kuat tekan

Kondisi kekar

Derajat pelapukan Pembobotan

200 - 600 mm

Isian keras < Isian keras > Isian lunak <

dipakai hasil UCS

Isian lunak > 5 mm

5 mm

5 mm

5 mm

4

2

2

1

Terlapuk

Sangat

Terlapukan

sedang

terlapukan

sempurna

Tidak ada Sedikit lapuk 6

5

3

1

0

Tidak ada

< 10

10 - 25

25 - 125

> 125

0

< 0,1

0,1 – 0,2

0,2 – 0,5

> 0.5

kering

lembab

basah

menetes

Mengalir

15

10

7

4

0

Aliran / 10 m panjang tunnel ( L/min) Kondisi 5 air tanah

Tekanan pori dibagi tegangan utama Keadaan umum

Pembobotan

Sumber : Mekanika Batuan, Bieniawski 1977

199

Tabel 4.4 Kelas Massa Batuan yang ditentukan dari Pembobotan Total Pembobotan

100 - 81

80 - 61

60 - 41

40 - 1

< 20

No. Kelas

I

II

III

IV

V

Deskripsi

Sangat Baik Baik

Sedang

Jelek

Sangat Jelek

Sumber : Mekanika Batuan, Bieniawski 1977 Tabel 4.5 Data Klaifikasi Massa Batuan Metode RMR No.

Parameter

Nilai

Rating

1

Kuat Tekan

12.02 MPa

2

2

RQD

46.17 %

8

3

Jarak antar kekar

200-600 mm

10

4

Kondisi kekar

Renggangan 1 – 5 mm

11

5

Kondisi air tanah

Lembab

10

Total

41

Sumber : Data PT. AEAP Tbk Setelah di lakukan penghitungan RMR dan pembobotan rating maka telah di dapat nilai RMR yaitu 41, yang dimana ada pada golongan III karena nilaii 41 ada diantara 41-60 dan memiliki deskripsi batuan yang sedang.

4.4 Pengujian Laboratorium Pengujian sifat fisik dan mekanik batuan di laboratorium pada umumnya dilakukan terhadap percontoh (sample) yang diambil di lapangan. Satu percontoh dapat digunakan untuk menentukan kedua sifat batuan tersebut. Pertama-tama adalah penentuan sifat fisik batuan yang merupakan pengujian tak merusak (non destructive test), kemudian dilanjutkan dengan pengujian sifat mekanik yang merupakan pengujian merusak (destructive test) sehinggga batuan percontoh hancur.

200

4.4.1 Uji Sifat Fisik Batuan mempunyai

sifat-sifat tertentu yang perlu diketahui dalam Mekanika

batuan misal seperti sifat fisik batuan seperti bobot isi ,berat jenis, porositas , absorpsi, dan void ratio. Pertama-tama

adalah penentuan sifat fisik batuan yang merupakan uji tanpa

merusak (non destructive test) , kemudian dilanjutkan dengan penentun sifat mekanik batuan yang merupakan uji merusak (destructive test) sehingga contoh hancur. Pembuatan contoh di laboratorium dilakukan dari blok batuan yang diambil di lapangan yang di bor dengan penginti laboratorium . Contoh yang didapat berbentuk silinder dengan diameter pada umumnya antara 50 - 70 mm dan tingginya dua kali diameter tersebut. Ukuran contoh dapat lebih kecil maupun lebih besar dari ukuran yang disebut di atas tergantung dari maksud uji. a.

Berat percontoh asli (natural) (Wn)

b.

Berat percontoh kering (setelah di oven selama 24 jam(Wo)

c.

Berat percontoh jenuh (setelah dijenuhkan selama 24 jam) (Ww)

d.

Berat jenuh tergantung dalam air (Ws)

e.

Volume percontoh tanpa pori-pori (Wo – Ws)

f.

Volume percontoh total (Ww – Ws)

Adapun sifat-sifat fisik dari batuan tersebuta adalah sebagai berikut :

a)

b)

c)

Bobot isi asli (natural density)

Wn W  Ws = w

Bobot isi kering (dry density)

Wo W  Ws = w

Bobot is jenuh (saturated density)

Ww W  Ws = w

Wn W  Ws / bobot isi air d) Berat jenis semu (apparent specific gravity) = w

A

201

e)

f)

g)

h)

i)

j)

Berat jenis sejati (true specific gravity)

Wo Wo  Ws /bobot isi air =

Kadar air Asli (natural watter content)

Wn  Wo x100% W o =

Saturated water content (absorption)

Ww  Wo x100% W o =

Derajat kejenuhan

Wn  Wo x100% W  W w o =

Porositas , n

Ww  Wo X 100% W  W w s =

Void ratio, e

n = n 1

Setelah di dapat data hasil uji fisik maka data tersebut di lakukan pengolahan sehingga dapat menentukan data sebagai berikut : Tabel 4.6 Uji Sifat Fisik Sandstone

Nama percontoh Nomor percontoh Berat percontoh asli Berat percontoh kering Berat percontoh jenuh Berat percontoh jenuh tergantung dlm air Volume percontoh tanpa pori-pori Volume percontoh total Sumber : Data PT. AEAP Tbk

Sandstone : 1/1 Wn 41.28 Wo 37.75 Ww 42.74 Ws 24.15 Wo – Ws 13.6 Ww – Ws 18.59

Gr Gr Gr Gr Cc Cc

202

Tabel 4.7 Uji Sifat Fisik Claystone

Nama percontoh Nomor percontoh Berat percontoh asli Berat percontoh kering Berat percontoh jenuh Berat percontoh jenuh tergantung dlm air Volume percontoh tanpa pori-pori Volume percontoh total

Claystone :½ Wn 40.38 Wo 37.75 Ww 40.84 Ws 24.25 Wo – Ws 13.50 Ww – Ws 16.59

Gr Gr Gr Gr Cc Cc

Sumber : Data PT. AEAP Tbk Tabel 4.8 Uji Sifat Fisik Batubara

Nama percontoh Nomor percontoh Berat percontoh asli Berat percontoh kering Berat percontoh jenuh Berat percontoh jenuh tergantung dlm air Volume percontoh tanpa pori-pori Volume percontoh total

Batubara : 1/3 Wn Wo Ww Ws Wo - Ws Ww - Ws

78.51 75.29 82.42 42.08 33.21 40.24

gr gr gr Gr Cc Cc

Sumber : Data PT. AEAP Tbk Tabel 4.9 Hasil Pengolahan Data Uji Sifat Fisik No. Hasil Sifat Fisik Sand stone Clay stone lunak 1 Bobot isi asli 2 Bobot isi kering 3 Bobot isi jenuh 4 Berat jenis semu 5 Berat jenis murni 6 Kandungan air asli 7 Kandungan air jenuh 8 Derajat kejenuhan 9 Porositas 10 Angka pori Sumber : Data PT. AEAP Tbk

2.22055 2.03066 2.29909 2.03066 2.77574 0.09351 0.13219 0.70741 0.26842 0.36691

2.434 2.2755 2.4617 2.2755 2.7963 0.0697 0.0819 0.8511 0.1863 0.2289

Batubara 1.9462 1.8664 2.0431 1.8664 2.2671 0.0428 0.0947 0.4516 0.1767 0.2147

203

4.4.2 Uji Sifat Mekanik 1. UCS(Unconfined Compressive Strength Test) Uji ini menggunakan mesin tekan (compression machine) untuk menekan contoh batu yang berbentuk silinder, balok atau prisma dari satu arah (uniaxial). Penyebaran tegangan di dalam contoh batu secara teoritis adalah searah dengan gaya yang dikenakan pada contoh tersebut. Tetapi dalam kenyataannya arah tegangan tidak searah dengan gaya yang dikenakan pada contoh tersebut karena ada pengaruh dari plat penekan mesin tekan yang menghimpit contoh. Sehingga bentuk pecahan tidak berbentuk bidang pecah yang searah dengan gaya melainkan berbentuk kerucut. Uji Kuat Tekan (Uniaxial Compressive Strength), untuk : a.

Kuat tekan ( σc = F/A)

b.

Modulus elastisitas (Е= ∆σ/εa)

c.

Poisson’s Ratio (v = εl/εa) Tabel 4.10 Data UCS PT. AEAP Tbk No

Hole Id DHS01

1

DHS05 2 DHS06 3

Kuat Tekan (MPa)

E(MPa)

Sand Stone clay stone Coal

13.56 9.76 26.34

5.100 4.600 8.400

clay stone

13.54

4.700

Sand Stone clay stone

13.53 9.7

Coal

26.29 13.56 9.77

4.700 4.200 7.500

Litologi

Sand Stone clay stone Coal

DHS15 4

Sand Stone clay stone

Coal Sumber : Data PT. AEAP Tbk

27.28 13.34 9.67 27.25

5.100 4.700 8.200 5.300 3.300 9.100

204

2. Kuat Geser Uji Geser Langsung (Direct Shears Test), untuk menentukan : Kuat geser (σt=P/Π.D.L) Sudut geser dalam ( = Kohesi (c= a (

𝑝ℎ𝑖 𝜋

1−sin 𝑝ℎ𝑖 1 .cos 𝑝ℎ𝑖

x 180)

) Tabel 4.10 Sifat Mekanik Kuat Geser

No Hole Id Litologi Kuat Geser Sudut Geser Dalam (o) Kohesi DHS01 Sand Stone 25.4 5.1 46 38.9 0.5 clay stone 31 1 51.1 15.4 Coal 65 39.9 0.6 clay stone 43 DHS05 Sand Stone 26.1 5.8 41 33.1 0.45 clay stone 2 39 55.7 18.1 Coal 71 DHS06 Sand Stone 27.4 6.1 42 35.9 0.61 clay stone 3 39 60.6 19.1 Coal 70.2 DHS15 Sand Stone 28.3 4.3 38.2 40.39 0.8 clay stone 4 41.5 61.3 23.6 Coal 68.1 Sumber : Data PT. AEAP Tbk 3. Triaksial Salah satu uji yang terpenting di dalam mekanika batuan untuk menentukan kekuatan batuan di bawah tiga komponen tegangan adalah uji triaksial. Contoh yang digunakan berbentuk silinder dengan syarat-syarat sama uji kuat tekan.Uji Triaksial (Triaxial Test), untuk menentukan :

205

a.

Kuat geser (σt=P/Π.D.L)

b.

Sudut geser dalam ( =

c.

Kohesi (c= a (

𝑝ℎ𝑖 𝜋

1−sin 𝑝ℎ𝑖 1 .cos 𝑝ℎ𝑖

x 180)

)

Berikut cara perhitungan kuat geser, sudut geser dalam dan kohesi : Tabel 4.11 Sifat Mekanik Triaksial No

Hole Id

Litologi

DHS01

Sand Stone clay stone Coal

1

clay stone DHS05 2

Sand Stone clay stone Coal

DHS06 3

Sand Stone clay stone Coal

DHS15 4

Sand Stone clay stone

Coal Sumber : Data PT. AEAP Tbk 4.

Kuat Geser 45 41 65 43 41 39 71 42 39 70.2 38.2 41.5 68.1

Sudut Geser Dalam (o) 25.4 38.9 51.1 39.9

Kohesi

26.1 33.1 55.7

5.8 0.45 18.1

27.4 35.9 60.6

6.1 0.61 19.1

28.3 40.39 61.3

4.3 0.8 23.6

5.1 0.9 15.4 0.9

Kuat Tarik

Uji Kuat Tarik Tidak Langsung (σt = 2.F/Π.D.L) (Brazillian Test), untuk menentukan kuat tarik tidak langsung. Uji ini dilakukan untuk mengetahui kuat tank (tensile strength) dari contoh batu berbentuk silinder secara tak langsung. Uji cara ini dikenal sebagai uji tarik Brazil. Alat yang digunakan adalah mesin tekan seperti pada uji kuat tekan

206

Tabel 4.12 Sifat Mekanik Kuat Tarik No

Hole Id DHS01

1

DHS05 2 DHS06 3

1,356 0,976 2,634

clay stone

1,354

Sand Stone clay stone

1,353 0,97

Coal

2,629 1,356 0.977

Sand Stone clay stone Coal

DHS15 4

σt

Litologi Sand Stone clay stone Coal

Sand Stone clay stone

2,728 1,334 0,967

Coal

2,725

Sumber : Data PT. AEAP Tbk 4.5 Analisis Kestabilan Lereng 4.5.1 Metode Kesetimbangan Batas Analisis kemantapan lereng penambangan dilakukan untuk mengetahui dimensi lerengyang mantap dalam bentuk tinggi lereng dan sudut kemiringan lereng. Datadata yangdiperlukan untul analisis ini adalah data topografi, struktur geologi, serta sifat fisik danmekanik dari batuan pembentuk lereng.Analisis kemantapan lereng dilakukan pada penampang yang melewati lubang boruntuk perhitungannya, dilakukan berdasarkan Metode Kestabilan atas (Metode Hoke & Bray). Perhitungan tersebut dilakukan terhadap lereng tunggal(individual slope),lereng keseluruhan (overall slope) penambangan, dan lereng timbunan. 4.5.1 Metode Analisa Kemantapan Lereng Analisis stabilitas lereng yang digunakan pada daerah penelitian menggunakan metode keseimbangan batas (The Limiting EquilibriumMethods). Metode ini dapat dinyatakan dengan persamaan-persamaankeseimbangan dari satu atau

207

beberapa blok yang diasumsikan tidak terderformasi, dan mengurangi gaya-gaya yang tidak diketahui (reaksi dari bagian stabil massa batuan atau gaya antara blok), khususnya gaya geser yang bekerja pada permukaan longsor yang dipilih sebelumnya. Dalam metode ini, lereng dibagi dalam beberapa segmen dengan pusat gaya di titik tertentu, kemudian menganalisis gaya yang berkerja pada lereng, saat terjadi longsor dan setiap bagian pada kondisi keseimbangan Prinsip Dasar Metode Irisan Secara umum keruntuhan diasumsikan terjadi akibat adanya pergerakan blok tanah pada suatu permukaan gelincir yang berbentuk lingkaran atau tidak berbentuk lingkaran. Pada suatu lereng yang dianalisis yang membaginya dalam n buah segmen / irisan, maka akan terdapat (5n-2) variabel yang tidak diketahui, sementara hanya terdapat 3n buah persamaan statika yaitu: a.

Persamaan keseimbangan gaya normal

b.

Persamaan keseimbangan gaya tangensial

c.

Persamaan keseimbangan momen

Untuk dapat menyelesaikan masalah tersebut secara statis tertentu maka diperlukan sejumlah asumsi. Secara umum terdapat tiga asumsi yang dapat dibuat, yaitu: 1.

Asumsi mengenai distribusi tegangan normal sepanjang bidang gelincir

2.

Asumsi mengenai inklinasi gaya-gaya antar irisan

3.

Asumsi mengenai posisi thrust line dari gaya-gaya antar irisan

Metode Fellenius (Ordinary Method of Slice) diperkenalkan pertama oleh Fellenius (1927,1936) berdasarkan bahwa gaya memiliki sudut kemiringan paralel dengan dasar irisan FK dihitung dengan keseimbangan momen. Fellenius mengemukakan metodenya dengan menyatakan asumsi bahwa keruntuhan terjadi melalui rotasi dari suatu blok tanah pada permukaan longsor berbentuk lingkaran (sirkuler) dengan titik O sebagai titik pusat rotasi. Metode ini juga menganggap bahwa gaya normal P bekerja ditengah-tengah slice. Diasumsikan juga bahwa resultan gaya-gaya antar irisan pada tiap irisan adalah

208

sama dengan nol, atau dengan kata lain bahwa resultan gaya-gaya antar irisan diabaikan. Jadi total asumsi yang dibuat oleh metode ini adalah: a.

Posisi gaya normal P terletak di tengah

b.

alas irisan : n Resultan gaya antar irisan sama dengan

c.

nol : n – 1 Total : 2n – 1 Dengan anggapan-anggapan ini maka dapat diuji persamaan keseimbangan momen untuk seluruh irisan terhadap titik pusat rotasi dan diperoleh suatu nilai Faktor Keamanan

Sumber : Jurnal Sipil Statik, 2014 Gambar 4.5 Lereng dengan busur lingkaran bidang longsor Pada Gambar 4.5 diperlihatkan suatu lereng dengan sistem irisan untuk berat sendiri massa tanah (W) serta analisis komponen gaya-gaya yang timbul dari berat massa tanah tersebut, yang terdiri dari gayagaya antar irisan yang bekerja di samping kanan irisan (Er dan Xt). Pada bagian alas irisan, gaya berat (W)

209

diuraikan menjadi gaya reaksi normal Pw yang bekerja tegak lurus alas irisan dan gaya tangensial Tw yang bekerja sejajar irisan. Besarnya lengan gaya (W) adalah x = R sin α, dimana R adalah jari-jari lingkaran longsor dan sudut α adalah sudut pada titik O yang dibentuk antara garis vertikal dengan jari-jari lingkaran longsor. Dengan menggunakan prinsip dasar serta asumsi-asumsi yang telah dikemukakan di atas, maka selanjutnya dapat diuraikan analisis Faktor Keamanannya sebagai berikut: Kriteria Keruntuhan Mohr– Coulomb: s = c’ + σ’ tan Ø’ .......................................................................(1) dengan: s = Kuat geser tanah c’ = Kohesi tanah efektif σ’ = Tegangan normal efektif Ø’ = sudut geser dalam tanah efektif Tegangan Normal Efektif dinyatakan sebagai: σ’ = σ - u .....................................................................................................(2) dengan: σ = Tegangan normal total u = Tekanan air pori Kemudian tegangan normal total yang bekerja pada bidang longsor dinyatakan sebagai:

σ

=

PW/L1....................................................................................(3)

dengan: PW= Gaya normal akibat berat sendiri tanah l = lebar alas irisan 1 = satu satuan lebar bidang longsor Substitusi persamaan (2) ke dalam persamaan (1) menghasilkan : s = c’ + (σ – u) tan Ø’.............................................................(4) dan substitusi persamaan (2) pada persamaan (4)

210

menghasilkan : s = c’ + ( – u ) tan Ø .............................................................(5) Agar supaya lereng menjadi stabil maka gaya-gaya yang diperlukan untuk mengakibatkan longsor haruslah lebih kecil dari pada gaya-gaya yang ada sehingga faktor keamanan akan menjadi lebih besar atau keamanan akan menjadi lebih besar atau sama dengan satu. 𝑇𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑔𝑒𝑠𝑒𝑟 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑎𝑑𝑎

Dengan kata lain: FK= 𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑔𝑒𝑠𝑒𝑟 𝑝𝑒𝑛𝑦𝑒𝑏𝑎𝑏 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑠𝑜𝑟.........................................(6)

dengan: FK > 1,5 menunjukkan lereng stabil FK = 1,5 kemungkinan lereng tidak stabil FK < 1,5 menunjukkan lereng tidak stabil Atau dalam bentuk rumus dinyatakan sebagai: F = s/τ .................................(7) Dan tegangan geser adalah: τ =s/F............................................................... (8) Gaya geser yang diperlukan adalah: S = τ . l . 1 ...................................................(9) dengan: s = Tegangan geser F = Gaya geser Nilai Faktor Keamanan ini adalah sama dengan perbandingan antara seluruh komponen momen penahan longsor dengan momen penyebab longsor untuk seluruh irisan yang dapat dinyatakan sebagai berikut: FMw =

𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑚𝑜𝑚𝑒𝑛 𝑝𝑒𝑛𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑠𝑜𝑟 𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑚𝑜𝑚𝑒𝑛 𝑝𝑒𝑛𝑦𝑒𝑏𝑎𝑏 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑠𝑜𝑟

(Anderson dan Richard, 1987)

Program Komputer Dalam analisis kestabilan lereng akan dilakukan perhitungan yang cukup panjang dan berulang-ulang, sehingga apabila dilakukan perhitungan secara manual akan membutuhkan waktu yang cukup lama, maka untuk memudahkan perhitungan tersebut digunakan alat bantu berupa komputer. Program komputer dibuat dengan menggunakan aplikasi. Aplikasi program stabilitas lereng 2 dimensi untuk menganalisis stabilitas lereng yang berbentuk lingkaran atau bukan lingkaran pada lereng tanah atau lereng berbatu.

211

Menganalisis stabilitas lereng menggunakan metode irisan vertikal keseimbangan batas. Bidang longsor dapat dianalisa atau dicari dengan metode yang dapat digunakan untuk menentukan bidang longsor kritis untuk sebuah lereng. 4.6 Hasil Analisa dan Pembahasan Dari data yang telah ada, di lakukan perhitungan dan pengolahan data pada komputer dengan menggunakan metode kesetimbangan batas. Prinsip untuk komputerisasi yang di gunakan yaitu menggunakan data seperti kohesi, berat jenis dari batuan yang ada pada lapisan daerah tersebut. Pengolahan data yang telah jadi maka akan ditentukan ketinggian lereng, lebar pada lereng jenjnag, dan sudut lereng yang baik dan tepat agar tidak longsor ketika kegiatan penambangan berlngsung. Dari penglahan dengan komputerisasi dilakukan pengolahan untuk lereng pada area kerja tambang dan juga untuk disposl. Berikut akan ditampilkann design untuk lereng penambangan.

Sumber : Pengolahan Data PT. AEAP Tbk Gambar 4.6 Rancangan Gometri Overall Slope Lereng Penambanga

212

Dari gambar di atas, geometri lereng penambangan tersebut dapat di deskripsikan bahwa lereng tersebut memiliki nilai faktor keamanan secara keeseluruhan jenjaang yaitu 1.3 dengan tinggi seluruh lereng yaitu 21 meter, dengan lebar jenjang sekitar 6.05 meter, dengan overall slope 1 O.

Sumber : Pengolahan Data PT. AEAP Tbk Gambar 4.7 Rancangan Gometri Single Slope 1 Lereng Penambangan

Sumber : Pengolahan Data PT. AEAP Tbk Gambar 4.8 Rancangan Gometri Single Slope 2 Lereng Penambangan

213

Sumber : Pengolahan Data PT. AEAP Tbk Gambar 4.8 Rancangan Gometri Lereng Disposal (Lampiran 4.A) Lereng disposal memiliki kemiringan 45O dengan tinggi lereng 6 meter dengan FK 1.3, yang dimana lereng tersebut terdapat dua timbuna, dengan masing-masing timbunan mempunya tinggi 6 meter.