BAB II KAJIAN PUSTAKA
B. Kajian Teori
3. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kemantapan Lereng
Dalam buku bahan ajar Tambang Terbuka Irwandi (2000:V-13) Faktor yang perlu diperhatikan dalam menganalisa kemantapan lereng adalah sebagai berikut:
a. Faktor-faktor Pembentuk Gaya Penahan 1) Jenis batuan
Batuan beku, batuan sedimen tertentu dan batuan metamorf tertentu, yang masih segar dan belum mengalami proses pelapukan, umumnya memberikan kemantapan yang baik, terutama kalau batuan tersebut tersebar luas(monolitologi).Batuan beku umumnya terdiri dari mineral-mineral kristalin yang tersusun sedemikian rupa sehingga batuan tersebut kuat dan kompak karena Kristal-kristalnya terikat satu sama lainnya dengan baik. Kuat tekan maupun kuat tarik batuan ini umumnya sangat tinggi.
Batuan sedimen yang homogeny juga mempunyai kekuatan yang tinggi (kuarsit, marmer). Sedangkan batuan metamorf yang bertekstur sekis mempunyai kekuatan yang tidak sama pada arah-arah yang berbeda(anisotrop)karena dipengaruhi oleh orientasi kistal.
2) Kekuatan batuan
Batuan utuh (intack rock)yang kompak homogeny dan berbutir halus biasanya relative kuat dan merupakan batuan yang sangat stabil terhadap longsor. Batuan dengan kekuatan yang tinggi seperti ini, umunya adalah batuan beku (granit, andesit, basalt, dll), beberapa jenis batuan sendimen (batupasir, breksi, dll), dan batuan metamorf (kuarsit, batu marmer, dll). Untuk batuan-batuan tersebut diatas umumnya tidak mempunyai masalah mengenai kemantapan lerengnya, kecuali kalau batuan tersebut tidak utuh dengan danya bidang-bidang lemah. Sudut
lereng pada batuan yang kuat tersebut bias mencapai 90oatau bahkan > 90odan tinggi lereng yang besar.
3) Penyebaran Batuan
Penyebaran batuan dari suatu daerah yang ingin diketahui kestabilannya harus diketahui. Selain penyebarannya juga perlu diketahui macam–macam dari batuan atau tanah yang ada. Hal ini perlu dilakukan karena terdapat perbedaan dari sifat fisik maupun mekanik dari batuan yang satu dengan batuan lainnya. Penyamarataan jenis batuan ini tentu akan sangat mempengaruhi hasil analisis. Karena pada dasarnya tiap batuan memiliki sifat fisik maupun mekaniknya sendiri.
Adapun sifat fisik dan mekanik yang mempengaruhi kestabilan pada suatu lereng yaitu:
a) Porositas
Porositas ini berhubungan dengan kemampuan suatu batuan atau tanah menyerap air. Jika batuan mempunyai porositas yang besar maka bobot isi pada batuan tersebut akan semakin besar pula. Dan hal ini akan menyebabkan kestabilan dari suatu lereng berkurang.
b) Kuat Tekan, Kuat Tarik dan Kuat Geser
Kekuatan suatu batuan biasanya dinyatakan dalam kuat tekan (confined and unconfined compressive strength) untuk mengetahui kemampuan batuan menahan beban yang berada di atasnya, kuat tarik (tensile strength) untuk mengetahui kemempuan batuan
menerima dan menampung gaya yang diberikan sehingga diketahui bidang lemah pada batuan tersebut dan kuat geser (shear strength) untuk mengetahui nilai kohesi dan sudut geser dalam. Semakin besar kekuatan batuannya maka lerengnya akan semakin stabil atau mantap.
c) Kohesi dan Sudut Geser Dalam
Nilai kohesi dan sudut geser dalam ini berhubungan dengan kuat geser suatu batuan. Semakin besar nilai kohesi dan sudut geser dalamnya semakin besar pula kuat geser suatu batuan, sehingga semakin stabil atau mantap pula lerengnya.
b. Faktor-Faktor Pembentuk Gaya Penggerak
Gaya penggerak umunya dipengaruhi oleh gravitasi, sehingga berat dari lereng yang bersangkutan merupakan salah satu gaya penggerak yang memecu terjadinya longsoran. Parameter-paameter yang penting pembentuk gaya penggerak adalah:
1) Sudut lereng dan tinggi lereng (geometri lereng)
Sudut kemiringan dan tinggi lereng sangat mempengaruhi tingkat kestabilannya. Lereng yang terlalu tinggi akan mengakibatkan lereng tersebut menjadi tidak stabil dan cenderung mudah longsor bila dibandingkan dengan lereng yang tidak terlalu tinggi dengan asumsi bahwa batuan penyusun lereng tersebut adalah sama. Demikian pula untuk sudut kemiringan lereng. Jika sudut lerengnya besar atau terjal
maka lerengnya menjadi semakin tidak stabil bila dibandingkan dengan lereng yang memiliki sudut yang lebih kecil atau landai.
Sudut dan tinggi lereng yang besar akan memberikan volume material besar yang akan membuat beban lereng yang lebih besar. 2) Bobot isi
Batuan dengan bobot isi yang besar akan memberikan gaya lebih besar pada lereng. Jenis batuan, mineral penyusun, dan ukuran butir adalah factor-faktor yang mempengaruhi besar kecilnya isi batuan.
Bobot isi ini berhubungan dengan gaya penggerak dari suatu lereng. Semakin besar bobot isi dari batuan atau maka gaya penggeraknyapun semakin besar. Sehingga akan menyebabkan kelongsoran jika gaya penahan yang ada pada lereng tersebut lebih kecil dari gaya penggeraknya.
3) Kandungan air tanah (u)
Keberadaan air di dalam tanah atau batuan pembentuk lereng akan memeberikan beban pada lereng. Kandungan air ini berhubungan dengan tekanan air pori pada suatu batuan. Jika kandungan airnya besar maka tekanan air porinya pun akan tinggi. Tekanan air pori ini mempengaruhi kekuatan geser suatu batuan.
Jika tekanan air porinya tinggi, kuat geser batuannya menjadi kecil. Hal ini menyebabkan kestabilan lereng menjadi berkurang.
c. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Gaya Penahan 1) Proses pelapukan
Proses pelapukan terutam kimia, terjadi diman-mana. Apalagi di daerah tropis diman temperature udara, kelembaban, dan curah hujan cukup tinggi. Pelapukan yang terjadi pada batuan mengubah komposisi mineralogy batuan yang bersangkutan berikut struktur dalamnya (system Kristal, kemas, tekstur, dll). Akibatnya, baik sifat fisik maupun sifat mekanik batuan akan berubah dan umunya mengakibatkan pengurangan kekuatan batuan.
2) Bidang lemah
Pada susunan batuan sendimen akan selalu dijumpai bidang perapisan. Keadaaan ini akan dijumpai selalu pada penambangan batubara. Kekuatan bidang perlapisan ini selain tergantung pada sift mekaniknya juga pada jenis batuanya.
Proses alamiah (tektonik, perubahan temperature atau pengurangan beban vertical) dapat mengekibatkan perubahan struktur pada batuan dan menghasilakn bidang-bidang lemah yang berupas sesar, kekar, atau retakan-retakan lainya. Dengan munculnya bidang lemah tersebut maka batuan yang tadinya utuh akan berubah menjadi massa batuan dengan kekuatan yang lebih kecil dari sebelumnya. Selain itu beban yang diterima oleh massa batuan juga akan diteruskan secara anistrop kesekitarnya, sehingga dengan demikian kestabilan juga akan menurun.
Struktur geologi ini merupakan bidang–bidang lemah dalam suatu massa batuan sekaligus sebagai jalur transportasi air. Oleh karena itulah maka dapat menurunkan kestabilan suatu lereng.
3) Iklim
Curah hujan sebagai salah satu komponen iklim, akan mempengaruhi kadar air dan kejenuhan air serta tingkat pelapukan suatu batuan. Hujan dapat meningkatkan kadar air dalam tanah dan lebih jauh akan menyebabkan kondisi fisik tubuh lereng berubah–ubah. Kenaikan kadar air tanah akan mempengaruhi sifat fisik dan mekanik tanah (mempengaruhi kondisi internal tubuh lereng) dan menurunkan Faktor Kemanan lereng.
4) Air
Air hujan yang mengalir melalui pori-pori batuan dapat mengurangi karakteristik kekuatan material. Hal ini diterangkan dengan memendang bahwa kekuatan ikat antar butir dalam kondisi kering akan melemah bila diantaranya terisi oleh air. Air cendrung untuk melarutkan perekat antar butir. Namun demikian bila suatu batuan sedimen yang dalam kondisi alamiahnya sudah jenuh juga dapat melemah bila airnya dikeluarkan. Keadaan ini dapat dijelaskan bahwa cairan yang bersifat perekat akan hilang bersama airnya saat dikeluarkan.
d. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Gaya Penggerak
Selain pengurangan kuat geser batuan, penambahan beban penggerak juga dapat membuat lereng yang tadinya mantap menjadi tidak mantap. Penambahan ini juga dapat terjadi secara alamiah maupun karena aktivitas manusia (langsung maupun tidak langsung).
1) Aktivitas teknonik
Terjadinya pengangkatan atau penurunan muka bumi akan mengakibatkan terjadinya perubahan arah dan besar gay-gaya yang bekerja pada suatu titik tertentu di kulit bumi. Misalnya di suatu daerah dengan morfologi datar atau landai, terjadinya proses pengangkatan atau penurunan akan mengubah morfologi daerah tersebut menjadi terjal. Akibatnya muka bumi akan berubah pada lereng-lereng yang baru akan lebih besar sehingga menghasilkan ketidakmantapan lereng. 2) Gempa atau sumber getaran yang lain
Getaran atau gelombang kejut dapat menghasilkan energy besar, yang apabila mempunyai arah yang sama dengan permukaan bebas suatu lereng dapat menambah beban dan mengakibatkan longsoran. Getaran yang berlangsung dalam waktu yang sama juga akan merubah struktur dalam batuan atau tanah dan merubah kekuatanya.
Seperti diketahui bahwa untuk menentukan besarnya gaya (F) ditentukan dengan persamaan berikut.
Keterangan : F = gaya (kN) m = massa (kg)
g = percepatan gravitasi (m/det2)
Bila terjadi suatu getaran akan selalu timbul energi yang dapat ditentukan menurut besaran kecepatan partikel, percepatan partikel dan perpindahan partikel. Dalam menilai besaran gaya penggerak maka parameter getaran yang dilibatkan dalam perhitungan kemantapan lereng adalah puncak percepatan partikel. Besaran ini nanti ditambahkan pada faktor percepatan gravitasi.
Getaran yang diakibatkan oleh gempa maupun getaran–getaran yang berasal dari sumber yang berada pada area di sekitar lereng tersebut. Getaran ini misalnya ditimbulkan dari getaran alat–alat berat, getaran mesin, getaran lalu lintas kendaraan maupun getaran dari aktifitas peledakan.
3) Penambahan beban akibat penimbunan
Timbunan material (tanah/batu atauwaste)maupun bangunan di atas suatu lereng akan memeprbesar gaya penggerak dan dapat mengakibatkan longsoran pada lereng tersebut.
4) Penambahan air tanah
Penambahan air tanah pada pori-pori/celah-celah tanah/batuan jelas akan memperbesar gaya penggerak yang dapat mengakibatkan longsoran. Penambahan air tanah dapat terjadi karena alam (hujan, banjir, dll) maupun karena ativitas manusia.
5) Pengeringan waduk
Lereng tanah disekitar waduk yang menjadi jenuh sebagai akibat dari pengisian waduk, akan menjadi tidak stabil pada waktu dikeringkan dan memungkinkan terjadinya longsoran.
Menurut Karyono dalam modul Diklat Prencanaan Tambang Terbuka (2004:1-2), faktor yang mempengaruhi kemantapan lereng batuan, antara lain:
• Geometri lereng
Kemiringan dan tinggi suatu lereng sangat mempengaruhi kestabilannya. Pada umumnya semakin besar kemiringan dan tinggi suatu lereng, maka kesatbilan semakin kecil. Faktor geometri ini seringkali menjadi faktor/variabel yang berubah dalam suatu perencanaan lereng.
Tambang terbuka tersusun atas sekumpulan lereng yang terdiri dari lereng tunggal (single slope) dan lereng keseluruhan (overall slope) dengan dimensi tinggi dan sudut tertentu. Tinggi lereng adalah jarak vertikal dari bidang kaki (toe) hingga puncak lereng (crest), sedangkan sudut lereng adalah sudut yang dibuat antara garis yang menghubungkan kaki dan puncak lereng dengan garis horizontal. Pada lereng keseluruhan juga terdapat daerah yang menghubungkan antar lereng dikenal dengan jenjang penahan (catch berm) dan bagian lereng untuk jalan tambang yang disebut ramp (Singgih, 2012: II-21). Ilustrasi bagian-bagian lereng pada tambang terbuka dapat dilihat pada Gambar 10.
Sumber : Perencanaan Tambang, Irwandi Arif
Gambar 9. Bagian- bagian jenjang
Sumber: Singgih, 2012
Gambar 10. Bagian-bagian Lereng pada Tambang Terbuka Lebar jenjang untuk rancangan rekomendasi geometri lereng dari kondisi geometri longsoran sesuai dengan jarak yang dibutuhkan oleh alat mekanis dalam beroperasi, dalam hal ini alat gali/muat dan alat angkut. Untuk perhitungan lebar jenjang yang sangat dipengaruhi oleh alat-alat mekanis yang digunakan, metode yang dipakai untuk penentuan dimensi
jenjang adalah “US Army Engineers (1967)” dengan menggunakan persamaan untuk lebar jenjang untuk jalan sebagai berikut:
Wmin= Pm+ Pa+ JA
Dimana : Wmin= Lebar minimum bench (meter), Pm= Panjang alat gali/muat (meter), Pa= Panjang alat angkut (meter),
JA= Jarak aman dari pinggir bench (biasanya diambil 3 meter). Lebar jenjang minimum untuk single slope dihitung dengan persamaan Call (1992) dalam (edi, 2016:125).Minimum bench width(m) = 0.2 x bench height(m) + 4.5 m, persamaan ini merupakan persamaan empiris dari beberapa masalah kelongsoran, yaitu hubungan lebar bidang tangkapan dengan kemungkinan kelongsoran yang diteliti dan dikembangkan oleh Call dan Nicholas Inc.
• Struktur Batuan
Struktur batuan yang sangat mempengaruhi kemantapan lereng adalah bidang-bidang sesar, perlapisan dan rekahan. Struktur batuan tersebut merupakan bidang-bidang lemah dan sekaligus sebagai tempat merembesnya air, sehingga batuan lebih mudah longsor.
• Sifat fisik dan mekanik batuan
Sifat fisik batuan yang mempengaruhi kestabilan lereng adalah bobot isi (density), porositas dan kandungan air. Sedangkan sifat mekanik batuan antara lain kuat tekan, kuat tarik, kuat geser dan juga sudut geser dalam batuan.
- Bobot isi
Bobot isi batuan akan mempengaruhi besarnya beban pada permukaan bidang longsor. Sehingga semakin besar bobot isi suatu batuan, maka gaya penggerak yang menyebabkan lereng longsor juga semakin besar. Dengan demikian kestabilan lereng semakin berkurang. - Porositas
Batuan yang mempunyai porositas besar akan banyak menyerap air. Dengan demikian bobot isinya menjadi lebih besar, sehingga memperkecil kestabilan lereng.
- Kandungan air
Semakin besar kandungan air dalam batuan, maka tekanan air pori menjadi semakin besar juga. Dengan demikian berarti bahwa kuat geser batuannya menjadi semakin kecil, sehingga kestabilannya berkurang.
- Kuat tekan, kuat tarik dan kuat geser
Kekuatan batuan biasanya dinyatakan dengan kuat tekan (confined and unconfined compressive strength), kuat tarik (tensile strength) dan kuat geser (shear strength). Batuan yang mempunyai kuat tekan, kuat tarik dan kuat geser besar akan lebih stabil (tidak mudah longsor).
- Kohesi dan sudut geser dalam
Dalam analisis ini parameter yang dibutuhkan adalah nilai kohesi dan sudut geser dalam, dimana semakin besar nilainya maka kekuatan geser batuan akan semakin besar juga.
Sudut gesek dalam (angle of internal friction) adalah sudut tercuram dimana gesekan antar partikel dapat mencegah pergerakan yang ditentukan oleh ukuran, bentuk, susunan, dan mineralogi dari partikel. Kohesi (cohesion) adalah gaya tarik antar partikel berbutir halus yang tinggi untuk partikel lempung yang mungkin memiliki muatan elektrik.
• Gaya dari luar
Gaya-gaya dari luar yang dapat mempengaruhi atau mengurangi kestabilan suatu lereng adalah:
- Getaran yang diakibatkan oleh gempa, peledakan dan pemakaian alat- alat mekanis yang berat didekat lereng.
- Pemotongan dasar (toe) lereng.
- Penebangan pohon-pohon pelindung lereng. • Iklim
Iklim berpengaruh pada perubahan temperatur. Temperatur yang cepat sekali berubah akan mempercepat proses pelapukan dan mengakibatkan lereng mudah longsor.
4. Macam-Macam Longsoran yang Sering Terjadi pada Lereng Tambang