Jurnal Teknologi Pertambangan Volume. 1 Nomor. 2 Periode: Sept Feb. 2016

Transkripsi

1 Jurnal Teknologi Pertambangan Volume. 1 Nomor. 2 Periode: Sept Feb KARAKTERISASI MASSA BATUAN DAN ANALISIS KESTABILAN LERENG UNTUK EVALUASI RANCANGAN PADA PENAMBANGAN BIJIH EMAS DI DINDING TIMUR PIT ARAREN PT. TAMBANG TONDANO NUSAJAYA SULAWESI UTARA Pandu Wibawa S. P., R. Hariyanto, Bagus Wiyono Program Studi Teknik Pertambangan, Fakultas Teknologi Mineral Universitas Pembangunan Nasional Veteran Yogyakarta Jl. SWK 104 (Lingkar Utara), Yogyakarta Indonesia Abstrak PT. Tambang Tondano Nusajaya (PT.TTN) merupakan perusahaan tambang emas di Kabupaten Minahasa Utara dan Kotamadya Bitung, Provinsi Sulawesi Utara. Sistem penambangan yang diterapkan adalah tambang terbuka dengan metode penambangan open pit. PT. TTN merencanakan untuk membuka pit baru yaitu Pit Araren dengan rancangan lereng keseluruhan berjumlah 16 lereng tunggal, kemeringan lereng keseluruhan 51 dan tinggi lereng keseluruhan 235 m. Rancangan lereng tersebut belum dilakukan analisis geoteknik, oleh karena itu perlu dilakukan evaluasi rancangan lereng dengan analisis geoteknik. Data untuk melakukan analisis diperoleh dengan melakukan karakterisasi massa batuan pada inti bor hasil pengeboran geoteknik. Massa batuan konglomerat termasuk weak rock, memiliki estimasi nilai kuat tekan uniaksial berkisar antara 5-25 MPa dan masuk ke dalam batuan kelas III yaitu fair rock dengan nilai RMR 50. Massa batuan andesit termasuk medium strong rock, memiliki estimasi nilai kuat tekan uniaksial berkisar antara MPa dan masuk ke dalam batuan kelas III yaitu fair rock dengan nilai RMR 60. Massa batuan basaltic andesite termasuk strong rock, memiliki estimasi nilai kuat tekan uniaksial berkisar antara MPa dan masuk ke dalam batuan kelas II yaitu good rock dengan nilai RMR 64. Hasil analisis kestabilan lereng keseluruhan desain awal menggunakan metode elemen hingga menghasilkan nilai faktor keamanan sebesar 1,44. Hal ini menunjukan lereng keseluruhan desain awal tidak aman karena memiliki nilai faktor keamanan < 1,5, sehingga perlu dilakukan rancangan ulang. Perancangan ulang merekomendasikan rancangan lereng keseluruhan dengan jumlah 19 lereng tunggal, kemiringan lereng keseluruhan 44 dan tinggi lereng keseluruhan 236 m. Hasil analisis kestabilan lereng yang direkomendasikan menggunakan metode elemen hingga menghasilkan nilai faktor keamanan sebesar 1,61. Nilai tersebut dinyatakan aman karena memiliki nilai faktor keamanan > 1,5. Antisipasi pergerakan terhadap lereng sebelum mengalami kelongsoran dilakukan dengan pemantauan secara instrumentasi yaitu penerapan peralatan dan elektronik. Pemantauan yang direkomendasikan adalah pemantauan dengan menggunakan alat instrumentasi ekstensometer. Kata Kunci : Massa Batuan, Nilai Kuat Tekan Uniaksial, Metode Elemen, Kestabilan Lereng 1. PENDAHULUAN PT. Tambang Tondano Nusajaya (PT. TTN) merupakan salah satu perusahaan yang bergerak di bidang penambangan bijih emas yang baru melakukan kegiatan produksinya pada tahun Sistem penambangan yang diterapkan adalah sistem tambang terbuka dengan metode open pit. Kegiatan utama pada penambangan bijih emas terdiri dari pembersihan lahan, pengupasan lapisan tanah penutup dan penimbunan tanah penutup di waste dump, penambangan, serta peremukan dan pengolahan bijih menjadi bullion. PT. TTN telah membuka tiga buah pit yaitu Pit Pajajaran, Pit Blambangan, dan Pit Kopra. PT. TTN merencanakan untuk membuka pit baru yaitu Pit Araren dengan rancangan lereng keseluruhan berjumlah 16 lereng tunggal, kemiringan lereng keseluruhan 51 dan tinggi lereng keseluruhan 235 m. Rancangan lereng tersebut belum dilakukan analisis geoteknik. Dalam rangka menganalisis kestabilan lereng PT. TTN melakukan pengeboran geoteknik. Dari hasil pengeboran geoteknik diperoleh inti bor, kemudian dilakukan orientasi terhadap inti bor tersebut. Hasil orientasi inti bor maka diperoleh data karakteristik massa batuan. Dengan diketahuinya data karakteristik massa batuan, maka dapat dilakukan suatu analisis kestabilan terhadap lereng tunggal dan lereng keseluruhan menggunakan metode elemen hingga. Hasil dari analisis kestabilan lereng diharapkan memberikan kontribusi rancangan lereng tambang yang aman. 38

2 PT. TTN belum melakukan analisis kestabilan terhadap lereng tunggal dan lereng keseluruhan, oleh karena itu perlu dilakukan analisis kestabilan lereng. Dilakukan karakterisasi massa batuan untuk menganalisis kestabilan lereng serta menentukan tindakan antisipasi kestabilan lereng. PT. Tambang Tondano Nusajaya (PT. TTN) memiliki lokasi kegiatan penambangan bijih emas terletak di Provinsi Sulawesi Utara, di dalam wilayah administrasi Kecamatan Likupang Timur, Kabupaten Minahasa Utara dan Kecamatan Ranowulu, Kotamadya Bitung pada Lintang Utara dan Bujur Timur. Luas wilayah Kontrak Karya PT. TTN saat ini adalah ,7 ha. 2. HASIL PENELITIAN Pembobotan Parameter Rock Mass Rating Hasil pengukuran di lapangan terhadap parameterparameter RMR seperti kuat tekan batuan utuh, rock quality designation (RQD), spasi bidang diskontinu, kondisi bidang diskontinu, dan kondisi umum air tanah pada bidang diskontinu diberikan bobot sesuai dengan klasifikasi massa batuan rock mass rating system (After Bieniawski, 1989). Nilai GSI Nilai GSI dapat ditentukan dengan pendekatan nilai RMR suatu massa batuan. Karakterisasi Massa Batuan Untuk menganalisis kestabilan lereng di daerah PT. TTN, nilai kohesi dan sudut gesek dalam untuk material lapuk menggunakan data sekunder, kemudian didasarkan pada kriteria keruntuhan Hoek & Brown (2002) adapun parameter untuk mendapatkan nilai kohesi dan sudut gesek dalam yaitu nilai GSI, mi, kuat tekan uniaksial, dan nilai D untuk masing-masing batuan. Analisis Kestabilan Lereng Analisis kestabilan lereng dilakukan terhadap lereng tunggal dan lereng keseluruhan. Berpedoman pada kondisi massa batuan yang ada, kemudian dilakukan perhitungan nilai faktor keamanan untuk berbagai tinggi dan kemiringan menggunakan metode elemen hingga, dengan kondisi lereng static dan bidang diskontinu terisi air penuh. Berdasarkan hasil analisis yang telah dilakukan, maka diperoleh nilai faktor keamanan dengan simulasi metode elemen hingga pada rancangan geometri lereng tunggal yang digunakan untuk merancang lereng keseluruhan. Setelah mendapatkan nilai faktor keamanan untuk berbagai material lereng dapat ditentukan dimensi lereng keseluruhan. Hasil analisis lereng keseluruhan desain awal dengan jumlah 16 lereng tunggal, sudut kemiringan lereng keseluruhan 51 dan tinggi lereng keseluruhan 235 m (menghasilkan nilai faktor keamanan 1,44. Hal ini menunjukan lereng keseluruhan desain awal tidak aman karena memiliki nilai faktor keamanan < 1,5, sehingga perlu dilakukan rancangan ulang. Perancangan ulang merekomendasikan rancangan lereng keseluruhan dengan jumlah 19 lereng tunggal, kemiringan lereng keseluruhan 44 dan tinggi lereng keseluruhan 236 m (Gambar 3). Hasil analisis pada rancangan lereng keseluruhan desain baru yang direkomendasikan menghasilkan nilai faktor keamanan 1,61. Nilai tersebut dinyatakan aman karena memiliki nilai faktor keamanan > 1,5. Gambar 1. Geometri Lereng Keseluruhan Desain Awal Dinding Timur Pit Araren Gambar 2. Geometri Lereng Keseluruhan Desain Baru Dinding Timur Pit Araren Tindakan Antisipasi Kestabilan Lereng Kegiatan penggalian pada massa batuan dapat mengganggu kestabilan lereng. Salah satu dari berbagai macam tindakan antisipasi kestabilan lereng yaitu pemantauan lereng. Antisipasi pergerakan terhadap lereng sebelum mengalami kelongsoran dilakukan dengan pengamatan secara instrumentasi yaitu penerapan peralatan dan elektronik. Pemantauan 39

3 yang direkomendasikan adalah pemantauan dengan menggunakan alat instrumentasi ekstensometer. Tabel 1. Klasifikasi Massa Batuan Setiap Litologi Bedasarkan RMR Parameter Kuat Tekan Batuan Utuh Rock Qualiy Designation (RQD) Spasi Bidang Diskontinu Kondisi Bidang Diskontinu Kondisi Air Tanah Jenis Batuan Konglomerat Andesit Basaltic Andesite Nilai (Mpa) Bobot Nilai (%) 56,26 % 83,60 % 86,45 % Bobot Nilai (m) 0,058 0,124 0,357 Bobot Bobot Kondisi umum Kering Kering Kering Bobot Adjustment RMR Bobot Kelas III III II Deskripsi Fair Rock Fair Rock Good Rock Tabel 2. Hasil Perhitungan Nilai GSI Jenis Batuan Hoek & Brown (1995) Nilai RMR Nilai GSI Konglomerat Andesit Basaltic Andesite No Jenis Material mi Tabel 3. Karakterisasi Massa Batuan D Bobot isi (kn/m³) Parameter UCS (Mpa) GSI RQD (%) Kohesi (kpa) Sudut Gesek Dalam (... ) 1 Material Lapuk 9 0,3 18 0, Konglomerat 21 0, , ,57 3 Andesit 25 0, , ,4 4 Basaltic Andesite 28 0, , ,59 40

4 Tabel 4. Nilai Faktor Keamanan Lereng Tunggal pada Material Lapuk Tinggi Kemiringan ( 0 ) (m) ,37 0,995 0,98 0,86 0,63 0,57 0,24 5,5 1,33 0,96 0,94 0,84 0,6 0,56 0,24 6 1,31 0,93 0,87 0,81 0,57 0,55 0,24 6,5 1,23 0,91 0,85 0,79 0,5 0,47 0,24 7 1,19 0,89 0,81 0,77 0,49 0,45 0,24 Tabel 5. Nilai Faktor Keamanan Lereng Tunggal pada Konglomerat Tinggi Kemiringan ( 0 ) (m) ,33 0,92 0,63 0,6 0,3 0,25 0,23 8,5 1,3 0,9 0,6 0,56 0,22 0,22 0,21 9 0,91 0,89 0,59 0,54 0,22 0,21 0,21 9,5 0,91 0,83 0,57 0,53 0,22 0,21 0, ,74 0,74 0,56 0,53 0,21 0,21 0,21 Tabel 6. Nilai Faktor Keamanan Lereng Tunggal pada Andesit Tinggi Kemiringan ( 0 ) (m) ,85 3,4 2,79 2,21 1,92 0,48 0,33 14,5 3,71 3,38 2,68 2,14 1,87 0,46 0,3 15 3,62 3,2 2,39 2,1 1,53 0,45 0,3 15,5 3,53 3,2 2,31 2,02 1,4 0,43 0,3 16 3,37 3,13 2,25 1,92 1,32 0,39 0,3 Tabel 7. Nilai Faktor Keamanan Lereng Tunggal pada Basaltic Andesite Tinggi Kemiringan ( 0 ) (m) ,84 6,33 5,56 5,06 4,56 3,74 2,88 15,5 6,69 6,29 5,37 4,93 4,28 3,57 2, ,42 6,15 5,29 4,67 4,26 3,34 2,57 16,5 6,4 5,91 5,16 4,6 4,11 3,12 2,4 17 6,24 5,87 5,02 4,59 3,99 2,15 0,99 41

5 3. PEMBAHASAN Karakteristik Massa Batuan a. Kuat Tekan Batuan Utuh Berdasarkan hasil penelitian di lapangan terdapat tiga jenis batuan yaitu konglomerat, andesit dan basaltic andesite. Nilai kuat tekan untuk konglomerat adalah 15 MPa, andesit 38 MPa dan basaltic andesite 75 MPa. Berdasarkan hal tersebut basaltic andesite memiliki kuat tekan lebih besar dibanding konglomerat dan andesit. b. Rock Quality Designation (RQD) RQD untuk masing- masing batuan adalah konglomerat 56,26%, andesit 83,60% dan basaltic andesite 86,45%. Secara berurutan berdasarkan RQD kualitas batuan yang baik adalah basaltic andesite, andesit dan konglomerat. c. Spasi Rata-Rata Antar Bidang Diskontinu Spasi rata-rata antar bidang diskontinu untuk masing msaing batuan adalah konglomerat 0,058 m, andesit 0,124 m dan basaltic andesite 0,357 m. Berdasarkan spasi bidang diskontinu maka kualitas basaltic andesite lebih baik dibandingkan andesit dan konglomerat. d. Kondisi Bidang Diskontinu Kemenerusan bidang diskontinu (persistence), pada pengeboran geoteknik salah satu kekurangannya adalah tidak dapat menentukan nilai kemenerusan bidang diskontinu. Pada penelitian ini kondisi kemenerusan didapatkan dari hasil penelitian terdahulu PT. TTN. Lebar bukaan bidang diskontinu (Aperture), hasil pengukuran untuk lebar bukaan pada masing masing batuan adalah andesit < 0,1 mm dan basaltic andesite 0,1-1 mm. Hal ini berarti andesit memiliki lebar bukaan bidang diskontinu yang lebih kecil sehingga kualitas andesit berdasarkan lebar bukaan memiliki kualitas yang lebih baik dibandingkan basaltic andesite. Kekasaran bidang diskontinu (Roughness), hasil pengukuran kekasaran pada masing-masing jenis batuan konglomerat, andesit dan basaltic andeite adalah rough. Ini berarti bahwa bidang diskontinu batuan tersebut memiliki kualitas yang baik. Isian bidang diskontinu (Infilling), hasil pengukuran isian bidang diskontinu pada masing-masing jenis batuan konglomerat, andesit dan basaltic andesite didapatkan material isian sebagian besar kalsit. Material kalsit termasuk material yang keras sehingga isian pada bidang diskontinu termasuk dalam hard filling <5 mm. Pelapukan pada bidang diskontinu (Weathering), pelapukan pada bidang diskontinu pada andesit adalah moderately weathered dan basaltic andesite adalah unweathered. Tingkat pelapukan dilokasi penelitian dipengaruhi oleh alterasi lempung. Material konglomerat berdasarkan hasil pengamatan dilokasi penelitian kondisi bidang diskontinu konglomerat adalah agak kasar, pemisahan < 1 mm dan sangat lapuk. e. Kondisi Air Tanah pada Bidang Diskontinu Berdasarkan hasil pengamatan dilokasi penelitian kondisi konglomerat, andesit dan basaltic andesite serta bidang diskontinunya dalam keadaan kering. Hal ini disebabkan dilokasi penelitian tidak ditemukannya air tanah dan juga tidak adanya infiltrasi akibat air hujan. f. Rock Mass Rating (RMR) Berdasarkan hasil pembobotan lima parameter RMR maka didapatkan nilai RMR untuk konglomerat 50, hal ini menunjukan bahwa konglomerat termasuk dalam batuan kelas III yaitu fair rock. Andesit mempunyai nilai RMR 60, hal ini menunjukan bahwa andesite termasuk dalam batuan kelas III yaitu fair rock. Basaltic Andesite mempunyai nilai RMR 64, termasuk dalam kelas II yaitu good rock. Dari ketiga jenis batuan tersebut basaltic andesite memiliki kualitas batuan yang paling bagus karena memiliki nilai RMR paling tinggi. Analisis Kestabilan Lereng Analisis Lereng Tunggal Desain lereng tunggal awal untuk material lapuk mempunyai tinggi 10 m dengan sudut 65. Setelah dilakukan analisis menggunakan metode elemen hingga didapatkan nilai faktor keamanan sebesar 0,32, hal ini menunjukan kondisi lereng tunggal untuk material lapuk tidak aman. Desain baru dirancang untuk mendapatkan nilai faktor keamanan > 1,3. Rancangan lereng tunggal kemudian disimulasi untuk lereng dengan tinggi 5 7 m, dengan variasi sudut Dari hasil simulasi didapatkan nilai faktor keamanan > 1,3 adalah lereng dengan tinggi 5-6 m untuk sudut 50 (Gambar 4). Lereng tunggal untuk material lapuk terdiri dari dua lereng tunggal yaitu lereng dengan tinggi 5 m dan tinggi 6 m dengan sudut keduanya 50. Hal ini dikarenakan tebal untuk material lapuk adalah 11 m. 42

6 Gambar 4. Grafik Nilai Faktor Keamanan pada Material Lapuk Desain lereng tunggal awal untuk konglomerat mempunyai tinggi 15 m dengan sudut 70. Setelah dilakukan analisis menggunakan metode elemen hingga didapatkan nilai faktor keamanan sebesar 0,44. Simulasi dilakukan untuk lereng konglomerat dengan tinggi 8 10 m, dengan variasi sudut Dari hasil simulasi didapatkan nilai faktor keamanan > 1,3 adalah lereng dengan tinggi 8-8,5 m untuk sudut 50 (Gambar 5). Lereng yang diterapkan untuk material konglomerat adalah 8 m dengan sudut 50. Desain lereng tunggal awal untuk basaltic andesite mempunyai tinggi 15 m dengan sudut 70 dengan nilai faktor keamanan sebesar 4,56. Lereng dinyatakan aman, tetapi nilai faktor keamanan tinggi dan masih dapat dioptimalkan lagi. Lereng yang diterapkan untuk basaltic andesit adalah dengan tinggi 16 m dan sudut 70 dengan nilai faktor keamanan sebesar 4,26 (Gambar 7). Gambar 5. Grafik Nilai Faktor Keamanan pada Konglomerat Rancangan awal lereng tunggal pada material andesit mempunyai tinggi 15 m dengan sudut 70 dengan nilai faktor keamanan sebesar 1,53 (Gambar 6), hal ini menunjukan lereng dalam keadaan aman sehingga tidak perlu dilakukan desain ulang. Gambar 7 Grafik Nilai Faktor Keamanan pada Basaltic Andesite Analisis Lereng Keseluruhan Analisis kestabilan lereng dilakukan terhadap lereng keseluruhan desain awal dan lereng keseluruhan desain baru. Lereng dinyatakan aman apabila nilai faktor keamanannya > 1,5. Dari hasil analisis kestabilan lereng keseluruhan desain awal dengan jumlah 16 lereng tunggal, sudut kemiringan lereng keseluruhan 51 dan tinggi lereng keseluruhan 235 m didapatkan nilai faktor keamanan sebesar 1,44 (Gambar 8), hal ini menunjukan bahwa lereng keseluruhan desain awal memiliki tingkat risiko longsor tinggi karena memiliki nilai faktor keamanan < 1,5. Oleh karena itu, maka dilakukan analisis kestabilan lereng keseluruhan desain baru dengan jumlah 19 lereng tunggal, sudut kemiringan lereng keseluruhan 44 dan tinggi lereng keseluruhan 236 m didapatkan nilai faktor keamanan sebesar 1,61 (Gambar 9), nilai tersebut dinyatakan aman karena memiliki nilai faktor keamanan > 1,5. Gambar 6 Grafik Nilai Faktor Keamanan pada Andesit 43

7 4. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Berdasarkan hasil perhitungan dan analisis yang telah dilakukan, maka dapat diambil beberapa kesimpulan yaitu: Gambar 8. Hasil Perhitungan FK pada Lereng Keseluruhan Desain Awal Dengan Menggunakan Metode Elemen Hingga Gambar 9. Hasil Perhitungan FK Pada Lereng Keseluruhan Desain Baru Dengan Menggunakan Metode Elemen Hingga Tindakan Antisipasi Kestabilan Lereng Antisipasi terhadap pergerakan lereng sebelum mengalami kelongsoran dilakukan pemantauan lereng menggunakan alat instrumentasi ekstensometer. 1. Massa batuan konglomerat termasuk weak rock, memiliki estimasi nilai kuat tekan uniaksial berkisar antara 5-25 MPa dan masuk ke dalam batuan kelas III yaitu fair rock dengan nilai RMR 50. Nilai kohesi dan sudut gesek dalam pada massa batuan konglomerat sebesar 66 KPa dan 53, Massa batuan andesit termasuk medium strong rock, memiliki estimasi nilai kuat tekan uniaksial berkisar antara MPa dan masuk ke dalam batuan kelas III yaitu fair rock dengan nilai RMR 60. Nilai kohesi dan sudut gesek dalam pada massa batuan andesit sebesar 245 KPa dan 58, Massa batuan basaltic andesite termasuk strong rock, memiliki estimasi nilai kuat tekan uniaksial berkisar antara MPa dan masuk ke dalam batuan kelas II yaitu good rock dengan nilai RMR 64. Nilai kohesi dan sudut gesek dalam pada massa batuan basalt andesit sebesar 447 KPa dan 63, Lereng keseluruhan desain awal dengan jumlah 16 lereng tunggal, sudut kemiringan lereng keseluruhan 51 dan tinggi lereng keseluruhan 235 m dalam kondisi tidak aman dengan nilai faktor keamanan (FK) sebesar 1,44, sehingga dilakukan perubahan desain dengan jumlah 19 lereng tunggal, sudut kemiringan lereng keseluruhan 44 dan tinggi lereng keseluruhan 236 menghasilkan kondisi yang aman dengan nilai faktor keamanan (FK) sebesar 1,61. Saran Gambar 10 Prinsip Kerja Ekstensometer Alat ekstensometer dipasang permanen, tetapi apabila pengamatan telah selesai dapat dipindahkan. Alat instrumen ini diletakan dipermukaan kemudian kabel dibentangkan ke permukaan lereng dibawahnya, sedangkan sensor inklinometer dan strain dipasang didalam tanah. Prinsip kerjanya adalah bila terdapat crack pada lereng dan terjadi pergerakan material, maka kabel akan tertarik sehingga sensor pada alat ekstensometer terbaca dan memberikan data seberapa besar pergerakan lereng tersebut (Gambar 10). 1. Perlu dilakukan uji kuat tekan uniaksial di laboratorium untuk memperoleh nilai kuat tekan. 2. Perlu dilakukan lebih banyak pengeboran geoteknik di daerah sekitar Pit Araren untuk mengetahui sebaran litologi yang lebih detail. 44

8 5. DAFTAR PUSTAKA Bieniawski Z. T., 1989, Engineering Rock Mass Clasifications, John Wiley & Sons, Inc., New York, U.S.A. Environment Department, 2014, Laporan Curah Hujan. PT. Tambang Tondano Nusajaya, Minahasa Utara, Sulawesi Utara. Hoek, E. and Bray, J.W.(1981), Rock Slope Engineering Revised 3 rd Edition, The Institution of Mining and Metallurgy, London. Hoek, E., Kaiser, P.K. and Bawden. W.F Support of Underground Excavations in Hard Rock. Rotterdam: Balkema. Hoek, E. Torres, C. and Corkum, B., 2002, Hoek- Brown Failure criterion edition, Vancouver, Canada. Mining Department, 2012, Laporan Perkembangan Kegiatan Penambangan, PT. Tambang Tondano Nusajaya, Minahasa Utara, Sulawesi Utara. Rai, M.A., Kramadibrata, S., dan Wattimena, R.K., 2014, Mekanika Batuan, Jurusan Teknik Pertambangan, ITB, Bandung. Weaver, William. Johnstone, Paul.R., 1989, Elemen Hingga Untuk Analisis Struktur, PT Eresco, Bandung. Wyllie, Duncan C. and Mah, C. W. 2004, Rock Slope Engineering Civil and Mining 4 th Edition, Spon Press, 270 Madison Avenue, New York, USA. 45