ANALISIS KESTABILAN LERENG DENGAN SOFTWARE ROCSCIENCE SLIDE

Transkripsi

1 ANALISIS KESTABILAN LERENG DENGAN SOFTWARE ROCSCIENCE SLIDE #1 KALKULASI DASAR Disususn Oleh: HAMZAH MAULANA i

2 DAFTAR ISI I. Rocscience Slide... 1 II. Prinsip Dasar Kestabilan Lereng... 1 III. Faktor Faktor Yang Mempengaruhi Kestabilan Lereng... 3 IV. Langkah Analisis Kestabilan Lereng dengan Software Rocscience Slide... 6 ii

3 I. Rocscience Slide Rocsience Slide adalah salah satu software geoteknik yang mempunyai spesialisasi sebagai software perhitungan kestabilan lereng. Pada dasarnya Rocscience Slide adalah salah satu program di dalam paket perhitungan geoteknik Rocscience yang terdiri dari Swedge, Roclab, Phase2, RocPlane, Unwedge, dan RocData. Secara umum langkah analisis kestabilan lereng dengan Rocscience Slide adalah pemodelan, identifikasi metode dan parameter perhitungan, identifikasi material, penetuan bidang gelincir, running/kalkulasi, dan interpretasi nilai FoS dengan software komplemen Slide bernama Slide Interpret. Analisis kestabilan lereng mempunyai tingkat kerumitan yang cukup tinggi dan mempunyai banyak variabel. Selain itu akurasi kestabilan lereng juga sangat dipengaruhi oleh akurasi parameter yang dimasukkan terkait kondisi sebenarnya. Perhitungan detail dan unsur ketdakpastiannya cukup besar (diwakili oleh parameter probaility) sehingga jika perhitungan dilakukan manual akan memakan waktu yang cukup lama dan akurasinya pun tidak maksimal. Oleh karena itu analisis kestabilan lereng semakin banyak digunakan di dunia industri maupun pendidikan. Tetapi yang menjadi syarat utama seseorang sebelum menggunakan software adalah pemahaman terhadap konsep perhitungan tersebut. Rocscience Slide banyak digunakan di industri khususnya pertambangan dan konstruksi khususnya tanggul, bendungan, dan lereng pada sisi jalan. II. Prinsip Dasar Kestabilan Lereng Pada prinsipnya suatu lereng dikatakan stabil atau akan stabil apabila tegangan geser tanah yang menyebabkan lereng tersebut longsor (driving forces) sama besar dengan tegangan geser tanah yang menahan lereng longsor (resisting 1

4 forces). Kestabilan suatu lereng dinyatakan dengan suatu nilai yang disebut nilai faktor keamanan atau lebih dikenal dengan FoS. FoS didefinisikan sebagai perbandingan dari kekuatan geser yang diperlukan agar setimbang terhadap kekuatan geser material yang tersedia. atau FoS = dimana: τ a = kekuatan geser material yang tersedia τ m = kekuatan geser material yang diperlukan agar tepat setimbang Kekuatan geser material yang tersedia (τ a ) dihitung dengan menggunakan Persamaan Mohr-Coulomb, sedangkan kekuatan geser yang diperlukan agar tepat setimbang (τ m ) dihitung dengan menggunakan persamaan kesetimbangan. Secara teori jika FoS bernilai < 1 maka lereng tersebut tidak aman dan berada dalam kondisi longsor. Sedangkan FoS = 1 adalah kondisi batas ketika resisting force dan driving force bernilai sama. Bisa jadi dalam kondisi ini lereng masih stabil tetapi sedikit saja ada ada gangguan maka lereng akan longsor. Secara umum nilai FoS yang termasuk kategori aman di PT NNT bernilai 1,2. Simulasi komponen gaya pada kestabilan lereng dimisalkan suatu blok terletak di atas suatu bidang miring, maka satu-satunya gaya yang bekerja pada blok yaitu gaya gravitasi atau berat blok. Berat blok akan menyebabkan blok di atas bidang runtuh bergerak ke bawah. Gaya berat bekerja pada arah vertical ke bawah dan dapat diuraikan ke dalam dua komponen yaitu gaya yang searah dengan kemiringan bidang runtuh dan gaya yang tegak lurus terhadap bidang runtuh. Komponen gaya berat yang searah bidang runtuh akan menyebabkan blok menggelincir ke arah bawah, besarnya gaya ini adalah WT = W Sin β 2

5 Sedangkan komponen gaya yang tegak lurus atau normal terhadap bidang miring cenderung mempertahankan kondisi kesetimbangan blok massa, besarnya gaya ini adalah. WN = W cos β Gambar 1 simulasi komponen gaya pada lereng III. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Kestabilan Lereng Kestabilan lereng pada lereng batuan selalu dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain: geometri lereng, struktur geologi, kondisi air tanah, sifat fisik dan mekanika batuan serta gaya-gaya yang bekerja pada lereng. 3.1 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. 3.2 Kondisi Geologi Pada dasarnya sifat fisik dan mekanikal batuan yang akan berpengaruh terhadap kestabilan lereng ditentukan oleh kondisi geologi pada lokasi tersbut. Kondisi geologi yang sangat mempengaruhi kemantapan lereng adalah sutruktur 3

6 geologi penyusunnya dan struktur batuan berupa bidang bidang sesar, perlapisan dan rekahan. Struktur batuan tersebut merupakan bidang-bidang lemah dan sekaligus sebagai tempat merembesnya air, sehingga batuan lebih mudah longsor. Dalam perhitungan kestabilan lereng yang digunakan adalah parameter geoteknik, namun untuk memudahkan interpretasi antar depaterment penamaannya seringkali didasarkan pada nama geologi. 3.3 Sifat Fisik dan Mekanika Batuan Sifat fisik batuan yang mempengaruhi kemantapan lereng adalah: porositas dan kandungan air, dan bobot isi (density). Bobot isi batuan akan mempengaruhi besarnya beban pada permukaan bidang longsor. Sehingga semakin besar bobot isi batuan, maka gaya penggerak yang menyebabkan lereng longsor akan semakin besar. Dengan demikian, kestabilan lereng tersebut semakin berkurang. Kuat tekan, kuat tarik, kuat geser, kohesi dan sudut geser dalm merupakan sifat mekanik batuan yang juga mempengaruhi kestabilan lereng. Kekuatan batuan biasanya dinyatakan dengan kuat tekan (confined & unifed compressive strenght), kuat tarik (tensile strenght) dan kuat geser (shear strenght). Batuan mempunyai kekuatan besar, akan lebih stabil. Semakin besar kohesi dan sudut geser dalam, maka kekuatan geser batuan akan semakin besar juga. Dengan demikian akan lebih stabil. Batuan yang mempunyai porositas besar akan banyak menyerap air. Dengan demikian kuat geser batuannya akan menjadi semakin kecil, sehingga kemantapannya pun berkurang. Air sangat memepengaruhi kestabilan lereng. Dalam analisis ini mengunakan Ru sebagai parameter tekanan air tanah, karena tinggi muka air tanah pada material longsor tidak dapat ditentukan. Persamaan Mohr-Coulomb Nilai Kuat Geser batuan pada kondisi kering : τ = c + σ tg φ Nilai Kuat Geser batuan pada kondisi jenuh : 4

7 τ = c + (σ - u) tg φ τ = kuat geser batuan (ton/m 2 ) c = kohesi (ton/m 2 ) σ = tegangan normal (ton/m 2 ) u = tekanan air pori (ton/m 2 ) φ = sudut geser dalam (derajat) Kuat geser tanah pada kondisi jenuh air akan berkurang karena tekanan air pori air mereduksi tegangan normal. Tekanan air pori akan mereduksi tegangan normal sehingga kekuatan geser material pada badan lereng berkurang. Tegangan Normal Efektif σ'= σ u. Tegangan noramal efektif adalah tegangan normal yang direduksi oleh tekanan air pori. Tegangan efektif merupakan konsep yang sangat penting dalam bidang rekayasa geoteknik. Konsep tegangan efektif ini ditemukan oleh Karl Terzaghi pada tahun Tegangan efektif didefinisikan sebagai berikut: = tegangan normal efektif = tegangan normal total u = tekanan air pori Tegangan normal total dan tekanan air pori dapat dihitung atau diperkirakan dari berat satuan dan tebal lapisan tanah/batuan dan letak muka air tanah. Tegangan normal efektif tidak dapat diukur, hanya bisa dihitung apabila tegangan normal total dan tekanan air pori diketahui. Hubungan antara tegangan total,tegangan efektif dan tekanan air pori adalah sebagai berikut : 5

8 Gambar 2 Hubungan antara tegangan total,tegangan efektif dan tekanan air pori 3.4 Pengaruh Gaya Biasanya gaya-gaya dari luar yang dapat mempengaruhi kestabilan lereng antara lain: getaran alat-alat berat yang bekerja di sekitar lereng, peledakan, gempa bumi dll. Semua gaya tersebut akan memperbesar tegangan geser sehingga dapat mengakibatkan kelongsoran pada lereng. Tetapi seringkali faktorgaya tersebut tidak diperhitungkan di dalam operasi pertambangan karena nilainya sangat kecil dan tergantung pada arah pengaruh gaya tersebut pada lereng yang dianalisis. IV. Langkah Analisis Kestabilan Lereng dengan Software Rocscience Slide Sebelum masuk ke Rocscience Slide geometri desain harus dibuat di AotoCAD dan disimpan dalam format dxf. Beberapa geometri desain harus dibuat di AutoCAD karena memodifikasi desain di Slide tidak selengkap dengan AutoCAD yang memang mempunyai spesifikasi sebagai drawing software. Berikut ini adalah metodologi penelitian untuk analisis kestabilan lereng menggunakan Rocscience Slide sesuai dengan cara kerja siftware tersebut. 6

9 4.1 Pemodelan Pemodelan geometri lereng yang akan dianalisis bisa dilakukan langsung di Rocscience Slide. Tetapi untuk memenuhi geometri sesuai denan kondisi asli cara ini kurang teliti. Untuk itu pemodelan dilakukan dengan software lain. Dalam Tugas Akhir ini pemodelan dilakukan dengan mengambil data topografi pit PT NNT melalui software 3D Minesight. Dari 3D Minesight akan didapatkan section yang akan dianalisis. Selanjutnya section tersebut dimodifikasi dengan AutoCAD sesuai dengan geometri desain yang diinginkan. Section yang akan disajikan ke Rocscience Slide juga bisa dipersempit hanya pada bagian yang akan dianilisis. Setelah geometri siap selanjutnya adalah memasukkan geometri tersebut ke Rocscience Slide. Setelah aplikasi Rocscience Slide dibuka dlangkah pertama adalah membuat nama file baru. Kemudian mengambil gambar dalam format dxf melalui langkah file-import-import dxf. Pertama kali kita harus mengimpor external boundary atau batas paling luar dari section yang dianalisis. Setelah itu impor material boundary. Dalam sebuah lereng bisa terdapat beberapa jenis material. Material boundary adalah batas antar material tersebut. Gambar 3 Langkah untuk mengimpor external boundary dan material boundary 7

10 Tampilan setelah external boundary dan material boundary diimpor dapat dilihat pada gambar 3.12 dan Gambar 4 geometri external boundary setelah diimpor ke Slide Gambar 5 geometri material boundary setelah diimpor ke Slide 8

11 4.2 Identifikasi Metode dan Parameter Perhitungan Dalam analisis kestabilan lereng terdapat beragam metode dengan parameter yang berbeda. Metode dan parameter perhitungan tersebut harus diidentifikasikan dengan tepat. Langkah pertama untuk menentukan metode perhitungan adalah klik menu Analysis-Project Settings seperti pada gambar Gambar 6 geometri material boundary setelah diimpor ke Slide Setelah itu akan muncul top up menu seperti pada gambar 3.15 hingga Project setting terdiri dari beberapa bagian yaitu General, Methods, Groundwater, Statistics, dan Random Numbers. General adalah pengaturan umum tentang judul, satuan, arah longsoran, dan beberapa data penunjang. Gambar 7 Pengaturan umum dalam Project Settings 9

12 Methods adalah pengaturan metode perhitungan yang digunakan. Dalam Tuga Akhir ini metode yang digunakan adalah Bishop simplified dan Ordinary/Fellenius. Metode yang akan digunakan dapat dipilih lebih dari satu dan masing-masing metode dapat dinterpretasikan dengan software komplemen Rocscience Slide yaitu Rocscience Slide Interpret. Pada Kolom Converage Options terdapat pilihan jumlah slice/pias dalam perhitungan FoS. Jumlah pias yang digunakan sebanyak 25. Sedangkan Tolerance dan Maximum Number of Iterations adalah alat bantu sampling statistik untuk menentukan kemungkinan yang tidak pasti dalam perhitungan. Groundwater adalah pengaturan tentang pengaruh air di dalam kestabilan lereng. Setiap groundwater method akan meminta parameter yang berbeda. Dalam Tugas akhir ini groundwater method digunakan nilai Ru coefficient dengan asumsi kondisi kering dan jenuh sempurna (fully saturated). Nilai Ru coefficient tersebut akan dimasukkan ke dalam material properties. Dua kolom terakhir pada bagian kanan adalah Statistic dan Random Numbers. Menu ini tidak harus dipilih (bisa dikosongkan). Statistics berisi pilihan tentang metode sampling yang digunakan dan parameter yang menyertainya yang harus dimasukkan pada Random Numbers. Gambar 8 Pengaturan metode yang digunakan 10

13 Gambar 9 Pengaturan pengaruh air dalam kestabilan lereng 4.3 Identifikasi Material Material pembentuk lereng yang akan dianalisis harus dimasukkan ke dalam data Rocscience Slide. Langkah untuk mengatur material adalah klik Menu Properties-Define Materials. Gambar 10 Langkah untuk membuka menu pengaturan material Setalah itu akan muncul top up menu pengaturan material. Setiap material bisa diatur nama dan warnanya untuk memudahkan dalam penyajian. Karekteristik pertama yang harus dimasukkan adalah bobot isi/unit weight. Setelah itu pilih jenis analisis kekuatan. Setiap jenis akan meminta parameter yang berbeda. Misalnya 11

14 jika digunakan Mohr-Coulomb maka parameter yang harus dilengkapi adalah kohesi dan sudut geser dalam. Sedangkan water parameters berupa nilai Ru hanya akan muncul jika dalam groundwater method digunakan Ru coefficient. Gambar 11 Langkah untuk membuka menu pengaturan material Langkah selanjutnya adalah menempatkan material pada gambar berdasarkan material boundary dengan karakteristik yang telah dibuat. Tampilan lereng akan berubah dengan warna sesuai materialnya seperti pada gambar

15 Gambar 12 assign material pada lereng Gambar 13 setiap jenis material diwakili oleh warna yang berbeda 4.4 Penentuan Bidang Gelincir Kemunngkinan bidang gelincir yang akan terjadi pada lereng yang dianalisis dapat dipilih dengan klik menu Surfaces-Surfece Options kemudian akan muncul top up menu seperti pada gambar Penentuan bidang gelincir disesuaikan dengan kemungkinan bidang longsor pada lereng yang akan dianalisis. Pada failure 13

16 25 kemungkinan longsor adalah pada failed material yang tersusun oleh material lepas sehingga digunakan bidang gelincir berbentuk lingkaran. Gambar 14 Langkah untuk membuka pengaturan bidang gelincir Setelah Surface Type dipilih Circular selanjutnya adalah mengatur mentode pencarian kemungkinan bidang gelincir. Radius Increment menunjukkan jumlah interval antara radius terbesar dan terkecil pada setiap titik pusat gelincir. Sedangkan composite surfaces adalah bidang gelincir berbentuk busur lingkaran yang melewati lebih dari satu jenis material. Sedangkan tension crack dipilih karena kemungkinan bidang gelincir pada failure 25 hanya akan melewati failed material. 14

17 Gambar 15 Surface Options Selanjutnya klik Auto Grid seperti gambar 3.24 untuk membuat grid yang memuat kemungkinan pusat gelincir. Jika dipilih Auto Grid maka Rocscience Slide akan membuat sebuah kota dengan kemungkinan bidang longsoran. Metode ini adalah metode paling lengkap dan efektif. Sebenarnya ada metode lain yang konvensional yaitu dengan menggambar sendiri kemungkinan busur lingkarannya. Jumlah kemungkinan pusat gelincir pada kota tersebut bisa diatur dengan memilih Grid Spacing. 15

18 Gambar 16 Pengaturan dan tampilan setelah dibuat grid 4.6 Running/kalkulasi Langkah terakhir dalam Rocscience adalah memulai perinta running. Caranya adalah menekan toolbar seperti pada gambar 3.25 kemudian Rocscience Slide akan melakukan perhitungan seperti pada gambar Proses perhitungan tersebut memerlukan waktu beberapa menit (tergantung kecepatan bekerja komputer). Gambar 17 Perintah untuk running 16

19 Gambar 18 Proses running Rocscience Slide Top up menu Slope Stability Compute akan otomatis tertutup setelah proses perhitungan mencapai 100%. Selanjutnya adala melakukan interpretasi nilai FoS dengan Rocscience Slide Interpret dengan perintah seperti pada gambar Gambar 19 Perintah untuk membuka Rocscience Slide Interpret 4.7 Interpretasi nilai FoS Rocscience Slide Interpret adalah software komplemen Slide yang berfungsi untuk melakukan interpretasi nilai FoS hasil kalkulasi dengan Rocscience Slide. 17

20 Ketika pertama kali dibuka dari file Rocscience Slide yang sedang dikerjakan maka Rocscience Slide Interpret akan menunjukkan nilai FoS terkecil. Gambar 20 Tampilan Rocscience Slide Interpret Pada gambar terlihat di dalam kotak di atas lereng terdapa warna. Setiap warna menunjukkan nilai skala FoS tertentu sesuai dengan petunjuk di bagian kiri. Nilai FoS pada semua kemungkinan pusat gelincir yang terdapat pada skala warna terebut dapat diketahui. Dari gambar di atas juga terlihat pada failed material terdapat bentuk busur lingkara. Busur tersebut akan berubah jika dipilih pusat gelincir yang berbeda. Nilai FoS pada semua kemungkinan lokasi pusat gelincir tersebut dapat disajikan dalam bentuk grafik seperti pada gambar 3.29 dan tabel dalam format Microsoft Excel. 18

21 Gambar 21 Grafik nilai FoS berdasarkan koordinat pusat gelincir Pada gambar 3.30 terlihat interpretasi hasil analisis kestabilang lereng lengkap dengan bidang gelincir berbentuk busur lingkaran, pusat gelincir disertai jari-jari, dan nilai FoS. Rocscience Slide Interpret juga dapat menunjukkan diagram gaya yang bekerja sesuai denga karakteristik material dan geometri yang dibuat. Diagram tersebut dapat dilihat pada gambar Data gaya yang bekerja tersebut juga dapat diinterprtasikan sebagai sebagai data numerik. Gambar 22 interpetasi hasil analisis kestabilan lereng 19

22 Gambar 23 Diagram gaya yang bekerja pada sebuah slice dengan metode Bishop 20

23 DAFTAR PUSTAKA Almanera,Raimundo dan Nasution, Yuda Rock Slope Stability Concepts.(Presentasi Stabilitas Lereng) PT. Newmont Nusa Tenggara. Buku dengan editor Sosdrodarsono, S. dan Nakazawa, K., Editor Mekanika Tanah dan Teknik Pondasi. PT.Pradnya Paramita. Jakarta. Buku Terjemahan Das. B. M Mekanika Tanah (Prinsip-prinsip Rekayasa Geokteknis). Jakarta: Erlangga. Terjemahan dari: Principles of Geotechnical Engineering. Effective Stress Wikipedia. steress [10 Januari 2010 ] Hoek, E. and Bray. J.W,1981. Rock Slope Engineering 3rd Ed, The Instuation of Mining ang Metallurgy London. Krynine, D.P. dan Judd, W.R Principles of Engineering Geology and Geotechnics. McGraw-Hill Inc. Book Company. New York Purnomo, Joko Tambang Terbuka (Open Pit Mine), terbuka open pit mine.html. PERHAPI (Perhimpunan Ahli tambang Indonesia) Kumpulan Makalah Geoteknik. PT. Freeport Indonesia. Jakarta. ii