JTM Vol. XIX No. 2/2012
PERANGKAT LUNAK ANALISIS GETARAN TANAH AKIBAT PELEDAKAN Rendy Fahlevi1, Budi Sulistianto1*, dan Bustanil Husni 1
Program Studi Teknik Pertambangan, Fakultas Teknik Pertambangan dan Perminyakan, Institut Teknologi Bandung
Sari Untuk menunjang aktivitas penambangan, kegiatan peledakan biasanya digunakan untuk memberaikan material keras. Pada kegiatan peledakan, dihasilkan energi sisa yang berpotensi mengganggu kestabilan lereng disekitarnya terutama dalam bentuk getaran tanah. Untuk mendapatkan gambaran mengenai pengaruh getaran tanah akibat peledakan terhadap kestabilan lereng, dilakukan pengamatan terhadap kegiatan peledakan di lereng highwall Pit Rama PT Arutmin Indonesia Tambang Satui dari bulan November 2011 – Februari 2012. Dari pengamatan dan pengolahan data, diperoleh persamaaan yang menunjukkan hubungan antara parameter peledakan terhadap Peak Particle Acceleration (PPA), PPA terhadap percepatan horizontal maksimum (amax), dan amax terhadap faktor keamanan lereng. Dengan menggunakan ketiga persamaan tersebut dihasilkan suatu perangkat lunak yang dapat digunakan untuk menganalisis pengaruh getaran tanah hasil peledakan terhadap kestabilan lereng highwall Pit Rama PT Arutmin Indonesia Tambang Satui. Kata kunci: peledakan, getaran tanah, kestabilan lereng Abstract In order to support mining activity, blasting is generally carried out for breaking the hard insitu material. The blasting activities produce residual energy that could potentially give an effect on slope stability, mainly in the form of ground vibration. To understand the effect of ground vibrations caused by blasting on slope stability, an investigation of blasting activities is conducted in highwall slopes of Rama Pit PT Arutmin Indonesia Satui Mine from November 2011 February 2012. From investigations and data processing, three equations are obtained which are the relationship between blasting parameters and Peak Particle Acceleration (PPA), PPA and maximum horizontal acceleration (amax), and also amax and slope stability. By using these three equations, software that can be used for analyzing the effect of blasting induced ground vibration on stability of highwall slope of Rama Pit PT Arutmin Indonesia Satui Mine is developed. Keywords: blasting, ground vibration, slope stability *Jl. Ganesa No. 10 Bandung 40132, Telp: +62-22 2504955, Fax: +62-22 2504955, Email:
[email protected]
I. PENDAHULUAN Kegiatan peledakan merupakan salah satu kegiatan yang umumnya dilakukan dalam menunjang aktivitas pertambangan. Pada kegiatan peledakan, hanya sebagian dari total energi yang dihasilkan bahan peledak dikonsumsi untuk memecahkan batuan, sementara sisanya menjadi waste energy atau energi sisa. Energi sisa ini berpotensi mengganggu kestabilan lereng disekitarnya terutama dalam bentuk getaran tanah. Kegagalan dalam menjaga kestabilan lereng dapat menyebabkan longsoran yang akan mengganggu operasional pertambangan dan membahayakan para pekerja di sekitarnya. Mengingat hal di atas, kontrol terhadap getaran tanah hasil peledakan menjadi penting. Penelitian ini dimaksudkan untuk menghasilkan suatu perangkat lunak yang dapat digunakan untuk menganalisis pengaruh getaran tanah hasil peledakan terhadap kestabilan lereng. Hasil analisis tersebut nantinya dapat digunakan untuk mengontrol parameter-parameter peledakan berikutnya agar tidak mengancam kestabilan lereng.
II. DASAR TEORI 2.1. Kestabilan Lereng Faktor-faktor yang mempengaruhi kestabilan lereng di alam dapat dikelompokan secara garis besar sebagai gaya-gaya penahan dan gaya-gaya penggerak. Gaya penahan dapat dikatakan sebagai gaya yang berusaha mempertahankan kondisi stabil pada lereng sedangkan gaya penggerak merupakan kebalikannya. Karena itu, secara sederhana dapat dikatakan bahwa apabila gaya penahan lebih besar dari gaya penggerak maka lereng akan stabil, dan apabila gaya penahan lebih kecil dari gaya penggerak maka lereng menjadi tidak stabil dan akan memicu longsoran. Konsep sederhana tersebut dikembangkan menjadi suatu cara penilaian kestabilan lereng yang dikenal dengan Faktor Keamanan (FK). Faktor keamanan merupakan perbandingan antara besarnya gaya penahan terhadap gaya penggerak, yang dinyatakan sebagai berikut (Hoek & Bray, 1991):
FK =
Gaya Penahan Gaya Penggerak
(1)
61
Rendy Fahlevi, Budi Sulistianto, dan Bustanil Husni
TMNo.4/2009 2.2. Getaran Tanah Akibat Peledakan Dalam memperkirakan nilai getaran tanah yang dihasilkan dari kegiatan peledakan, dapat dilakukan dengan menghubungkan hasil pengukuran getaran tanah dengan parameterparameter peledakan yang mempengaruhinya. Parameter-parameter peledakan tersebut adalah yaitu jarak dari lokasi peledakan dan jumlah bahan peledak yang meledak bersamaan. Hubungan tersebut ditunjukkan oleh konsep PPV vs. Scaled Distance yang dinyatakan oleh US Bureau of Mines (Husni, 2008; Basuki, 2011), dimana scaled distance merupakan faktor yang mempengaruhi getaran tanah yang diperoleh dari jarak pengukuran dibagi akar dari muatan bahan peledak per waktu tunda. Selengkapnya dapat dilihat pada persamaan berikut: PPV = k • (R/√W)-α = k • (SD)-α dimana: PPV k, α R W
(2)
= Peak Particle Velocity (mm/s) = Koefisien (site factor) = Jarak dari lokasi peledakan (m) = Jumlah bahan peledak yang meledak bersamaan (kg)
Bentuk persamaan yang serupa menurut K.K.S. Ho, et.al. (1998), X.L. Zhao dan R.H. Grzebieta (2000) juga berlaku untuk hubungan antara Peak Particle Acceleration dengan Scaled Distance (S. Basuki, 2011) yang dinyatakan dalam persamaan berikut: PPA = k • (R/√W)-α = k • (SD)-α
(3)
dimana: PPA = Peak Particle Acceleration (g) Nilai k, α yang digunakan pada persamaan PPV dan PPA di atas bukan merupakan nilai yang sama karena nilainya diperoleh dengan menentukan terlebih dahulu parameter mana yang akan digunakan, PPV atau PPA. 2.3. Hubungan Kestabilan Lereng dan Getaran Tanah Hasil Peledakan Jika lereng menerima getaran tanah hasil peledakan sebesar a (dalam satuan g) seperti terlihat dalam Gambar 1, maka massa batuan yang akan longsor akan mengalami penambahan gaya penggerak dan pengurangan gaya normal pada bidang longsor. Sehingga, dapat dikatakan bahwa percepatan horizontal menyebabkan berkurangnya kemantapan suatu lereng. Pada analisis kestabilan lereng, nilai percepatan horizontal (a) atau lebih tepatnya percepatan horizontal maksimum (amax) berbeda dengan nilai PPA dari hasil pengukuran getaran tanah hasil peledakan. Penggunaan nilai PPA 62
merupakan kesalahan yang sering dilakukan dalam menganalisis pengaruh getaran tanah terhadap kestabilan lereng.
Gambar 1. Pengaruh percepatan terhadap kesetimbangan gaya
Untuk menghubungkan parameter peledakan terhadap nilai amax, sebagai koefisien seismik dalam analisis kestabilan lereng, Wong (1992) melakukan pendekatan antara nilai a max dan PPA dengan menggunakan persamaan berikut (Basuki, 2011): amax = K x PPA
(4)
dimana: a = Percepatan horizontal (g) K = Koefisien yang diperoleh dari respon analisis PPA = Peak Particle Acceleration (g) III. DATA 3.1. Data Penampang Melintang dan Material Properties Untuk dapat melakukan analisis kestabilan lereng, perlu diketahui penampang melintang (cross-section) dan material properties dari lereng yang akan dianalisis. Penampang melintang yang digunakan diambil dari garis BA pada desain lereng akhir pit Rama yang ditunjukkan Gambar 2. Litologi diambil dari data pengeboran geoteknik pada lubang bor GBS 08. Penggunaan desain lereng akhir bertujuan agar hasil dari penelitian ini diharapkan dapat mengakomodasi analisis hubungan getaran tanah akibat peledakan terhadap kestabilan lereng hingga tahap akhir penambangan. Gambar 3 menampilkan penampang melintang design akhir lereng highwall Pit Rama PT Arutmin Indonesia Tambang Satui. Data berikutnya yang dibutuhkan adalah data material properties. Untuk penelitian ini data material properties yang digunakan adalah bobot isi normal (γn), bobot isi kering (γd), bobot isi jenuh (γs), lalu kohesi (c) dan sudut geser dalam (ϕ) masing-masing pada kondisi puncak, residual, dan 0.75 dari nilai pada kondisi puncak.
Perangkat Lunak Analisis Getaran Tanah terhadap Peledakan
Gambar 2. Desain lereng akhir
Gambar 3. Penampangdesain lereng akhir
3.2. Data Kegiatan Peledakan Data kegiatan peledakan yang dikumpulkan yaitu jarak dari lokasi peledakan dan jumlah bahan peledak yang meledak bersamaan.Bahan peledak dianggap meledak bersamaan apabila jarak antar ledakan ≤ 8 ms (Lucca, 2003). Data kegiatan peledakan dapat dilihat pada Tabel 1. 3.3. Data Pengukuran Getaran Tanah Pengukuran getaran tanah akibat peledakan dilakukan di lereng highwall Pit Rama PT Arutmin Indonesia Tambang Satui menggunakan
alat Blastmate III. Alat tersebut bekerja dengan menggunakan transducer yang berfugsi sebagai geophone untuk menangkap getaran tanah pada arah vertical dan horizontal (transversal dan longitudinal). Akan tetapi pada penelitian ini yang digunakan hanya gelombang horizontal karena menurut Kramer (1996), Kliche (1999), Wyllie dan Mah (2004) dan Karthodharmo (1996) menyatakan bahwa pengaruh getaran tanah vertikal terhadap kestabilan lereng tidak signifikan (Basuki, 2011). Data hasil penguluran dapat dilihat pada Tabel 2.
63
Rendy Fahlevi, Budi Sulistianto, dan Bustanil Husni
TMNo.4/2009 Tabel 1. Data kegiatan lapangan
No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Tanggal 6 Desember 2011 27 Desember 2011 31 Desember 2011 5 Januari 2012 21 Januari 2012 25 Januari 2012 31 Januari 2012 7 Februari 2012 9 Februari 2012 13 Februari 2012
Total Hole 230 23 45 77 79 72 96 67 57 113
Distance (m) 250 300 175 550 500 200 200 310 340 225
Weight/ 8 ms (kg) 2289 950 1170 1328 1236 1172 2025 1678 1542 2184
Tabel 2. Data pengukuran getaran tanah
No.
Tanggal
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
6 Desember 2011 27 Desember 2011 31 Desember 2011 5 Januari 2012 21 Januari 2012 25 Januari 2012 31 Januari 2012 7 Februari 2012 9 Februari 2012 13 Februari 2012
PPA (mm/s2) 2010 1240 2484 857 672 2753 3099 1907 1973 4335
IV. ANALISIS DAN PEMBAHASAN 4.1. Hubungan Scaled Distance dan PPA Berdasarkan Ho, et.al., (1998), Zhao dan Grzebieta (2000), analisis hubungan parameter peledakan terhadap nilai percepatan partikel puncak yang diperoleh dari hasil pengukuran getaran tanah akibat peledakan dilakukan dengan membuat kurva antara SD yang mewakili parameter peledakan terhadap PPA hasil pengukuran getaran tanah akibat peledakan sehingga dihasilkan persamaan yang
PPA (g)
amax(mm/s2)
amax(g)
0.205 0.126 0.253 0.087 0.068 0.281 0.316 0.194 0.201 0.442
1429 1021 1558 315 607 2222 1636 650 1647 3999
0.146 0.104 0.159 0.032 0.062 0.226 0.167 0.066 0.168 0.407
menunjukkan hubungan keduanya (Basuki, 2011). Untuk melakukan analisis ini digunakan data pada Tabel 1 dan Tabel 2 dan hasil analisis ditampilkan pada Gambar 4. Pada Gambar 4 dapat dilihat bahwa hubungan antara SD dan PPA dengan 95% confidence ditunjukkan oleh persamaan garis A, yaitu: PPA = k · (SD)-α = 31006 · (SD)-1.21 (5) = 31006 · (R / W0.5)-1.21
Gambar 4. Hubungan SD dan PPA
64
Perangkat Lunak Analisis Getaran Tanah terhadap Peledakan
TMNo.4/2009 Nilai R adalah jarak dari lokasi peledakan dan W adalah jumlah muatan bahan peledak yang meledak bersamaan. Sementara nilai k sebesar 31006 dan nilai α sebesar 1.21 merupakan konstanta lapangan yang menunjukkan kondisi pengukuran getaran tanah di lereng highwall Pit Rama PT Arutmin Indonesia Tambang Satui. Kedua konstanta tersebut berbeda untuk setiap lokasi yang berbeda. Persamaan di atas dihasilkan dari confidence line 95% yang berarti bahwa setiap 100 buah sampel data yang diperoleh menggunakan persamaan tersebut, maksimal hanya 5 data yang nilainya melebihi nilai yang diperkirakan (Lucca, 2003). 4.2. Hubungan PPA dan amax Hubungan PPA dan amax dianalisis dengan melakukan regresi linier sederhana menggunakan data pada Tabel 2. Dari regresi linier pada Gambar 5 dihasilkan koefiesin respon analisis yang menunjukkan hubungan PPA dan amax pada lereng highwall Pit Rama PT
Arutmin Indonesia Tambang Satui. Berdasarkan grafik pada Gambar 5, diperoleh persamaan yang menunjukkan hubungan antara PPA terhadap amax sebagai berikut: amax = k · PPA = 0.7388 · PPA
(6)
Nilai k merupakan koefisien respon analisis yang menunjukkan hubungan PPA dan a max yang berlaku di lereng highwall Pit Rama PT Arutmin Indonesia Tambang Satui. 4.3. Hubungan Getaran Tanah dan Hasil Peledakan dan Kestabilan Lereng Untuk mengetahui besarnya penurunan kestabilan lereng yang diakibatkan getaran tanah (amax), maka dilakukan simulasi kestabilan lereng menggunakan perangkat lunak Slide 6.0 dengan menambahkan nilai koefisien seismik horizontal sebagai nilai getaran tanah pada simulasi ini.
Gambar 5. Hubungan PPA dan a max
65
Rendy Fahlevi, Budi Sulistianto, dan Bustanil Husni
Hasil simulasi seperti terlihat pada Tabel 3. Data pada Tabel 3 selanjutnya diplot ke dalam grafik amax vs. Faktor Keamanan (FK) sehingga dapat diperoleh persamaan yang menunjukkan hubungan antara amax terhadap FK lerengseperti terlihat pada Gambar 6.
kestabilan lereng secara regresi polinomial pangkat enam yang menghasilkan persamaan sebagai berikut: FK = 0.0929amax6 -0.6899amax 5 4 – 3.5798amax3+ +2.1217amax 2 3.7988amax - 2.8998amax + 1.670
Dari Gambar 6 diperoleh persamaan yang menunjukkan hubungan getaran tanah terhadap Tabel 3. Data simulasi pengaruh getaran tanah terhadap kestabilan lereng
No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
amax (g) 0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030 0.035 0.040 0.045 0.050 0.055 0.060 0.065 0.070 0.075 0.080 0.085 0.090 0.095 0.100 0.105 0.110 0.115 0.120 0.125 0.130 0.135 0.140 0.145 0.150
FK 1.670 1.656 1.642 1.628 1.614 1.600 1.587 1.573 1.560 1.547 1.534 1.522 1.509 1.497 1.485 1.473 1.461 1.449 1.437 1.426 1.415 1.403 1.392 1.381 1.371 1.360 1.350 1.339 1.329 1.319 1.309
No 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62
amax (g) 0.155 0.160 0.165 0.170 0.175 0.180 0.185 0.190 0.195 0.200 0.205 0.210 0.215 0.220 0.225 0.230 0.235 0.240 0.245 0.250 0.260 0.270 0.280 0.290 0.300 0.310 0.320 0.330 0.340 0.350 0.360
FK 1.299 1.290 1.280 1.271 1.261 1.252 1.243 1.234 1.225 1.216 1.208 1.199 1.191 1.182 1.174 1.166 1.158 1.150 1.142 1.134 1.119 1.104 1.089 1.075 1.061 1.048 1.034 1.020 1.008 0.997 0.984
No 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91
Gambar 6. Hubungan amax dan faktor keamanan lereng 66
amax (g) 0.370 0.380 0.390 0.400 0.410 0.420 0.430 0.440 0.450 0.460 0.470 0.480 0.490 0.500 0.600 0.700 0.800 0.900 1.000 1.100 1.200 1.300 1.400 1.500 1.600 1.700 1.800 1.900 2.000
FK 0.972 0.960 0.948 0.937 0.926 0.915 0.904 0.893 0.883 0.873 0.863 0.853 0.844 0.834 0.749 0.677 0.616 0.561 0.514 0.472 0.435 0.403 0.373 0.345 0.319 0.297 0.277 0.258 0.240
(7)
Perangkat Lunak Analisis Getaran Tanah terhadap Peledakan
Persamaan tersebut hanya berlaku pada batasan nilai amax ≤ 2 g. Berdasarkan USBM Amplitude and Acceleration Criterion nilai amax> 1 secara umum dapat dikategorikan tidak aman sehingga persamaan tersebut tetap dapat digunakan meskipun terbatas pada amax ≤ 2 g karena untuk amax lebih dari 2 g dapat dikategorikan tidak aman tanpa perlu dilakukan analisis lebih lanjut. IV.4. Perangkat Lunak Analisis Getaran Tanah Hasil Peledakan Dari pengolahan terhadap data-data yang didapat untuk penelitian ini, diperoleh tiga persamaan yang menunjukkan hubungan antara parameter peledakan, getaran tanah hasil peledakan, serta kestabilan lereng. Ketiga persamaan tersebut ditunjukkan persamaan 5, 6, dan 7, yaitu: Hubungan parameter peledakan (SD) dan PPA: PPA = 31006 · (SD)-1.21 Hubungan PPA dan getaran tanah akibat peledakan (amax): amax = 0.7388 · PPA Hubungan amax terhadap kestabilan lereng: FK = 0.0929amax6 - 0.6899amax 5 + 2.1217amax4 – 3.5798amax3 + 3.7988amax2 – 2.8998amax + 1.670 Untuk mempermudah analisis lebih lanjut mengenai pengaruh getaran tanah hasil peledakan terhadap kestabilan lereng, maka dengan menggunakan ketiga persamaan diatas diciptakan suatu perangkat lunak analisis getaran tanah hasil peledakan yang diberi nama Satui Blast Vibration Analysis (Satui BVA). Perangkat lunak ini diciptakan menggunakan bahasa pemprograman visual basic dengan memasukkan ketiga persamaan diatas sehingga mampu melakukan analisis-analisis berikut: a) Perhitungan faktor keamanan lereng pada parameter peledakan tertentu b) Perhitungan nilai PPA pada parameter peledakan tertentu c) Perhitungan nilai amax pada parameter peledakan tertentu d) Penentuan jarak peledakan minimal untuk faktor keamanan dan jumlah bahan peledak tertentu e) Penentuan jumlah bahan peledak maksimal untuk faktor keamanan dan jarak peledakan tertentu
Tampilan perangkat lunak ini dapat dilihat pada Gambar 7.
Gambar 7. Perangkat lunak Satui BVA
Bagian-bagian dari perangkat lunak ini dapat dijelaskan sebagai berikut: a) Confidence, berfungsi untuk mengatur tingkat kepercayaan perhitungan, misalnya untuk confidence 95% berarti maksimal hanya 5% data lapangan yang akan melewati nilai hasil perhitungan. b) Analysis, berfungsi untuk menentukan jenis analisis yang akan dilakukan, terdiri dari Safety Factor, Peak Particle Acceleration, Maximum Horizontal Acceleration, Distance, dan Explosive Weight/8 ms. c) Data Input, berfungsi untuk memasukkan data yang dibutuhkan untuk melakukan analisis, jenis data yang diperlukan berbeda tergantung analisis yang akan dilakukan. d) Result, berfungsi untuk menampilkan hasil perhitungan dari analisis yang diinginkan. V. KESIMPULAN Berdasarkan analisis yang telah dilakukan terhadap data-data yang telah dikumpulkan selama penelitian dilakukan, dihasilkan suatu perangkat lunak yang dapat melakukan analisis pengaruh getaran tanah hasil peledakan terhadap kestabilan lereng. Dengan menggunakan perangkat lunak tersebut, dapat dilakukan penelitian lebih lanjut agar dihasilkan parameterparameter peledakan yang tidak mengancam kestabilan lereng. Selain itu, perangkat lunak ini juga dapat digunakan untuk membantu rancangan kegiatan peledakan.
67
Rendy Fahlevi, Budi Sulistianto, dan Bustanil Husni
UCAPAN TERIMA KASIH Penulis menyampaikan terima kasih pada PT Arutmin Indonesia Tambang Satui untuk kesempatan melakukan pengumpulan data serta bantuannya dalam menyelesaikan penelitian ini selama penulis berada di lapangan dan Prodi Teknik Pertambangan ITB yang telah memberi kesempatan untuk melakukan penelitian di PT Arutmin Indonesia tambang Satui. DAFTAR PUSTAKA 1. Basuki, Susanto., 2011, Analisis Kestabilan Lereng Section 10 Akibat Pengaruh Getaran Peledakan Dan Air Tanah PT Pama Persada
68
2. Nusantara, Job Site PT Adaro Indonesia. Tugas Akhir, Institut Teknologi Bandung, Indonesia. 3. Hoek, E., dan Bray, J.W., 1991. Rock Slope Engineering. IMM, London. 4. Husni, Bustanil, 2008. Analisis Getaran Tanah Akibat Peledakan Di Kuari Delaney Terhadap Delaney Slag Dump Pit XYZ Dengan Percepatan Gravitasi Gempa 0,2 G. Tugas Akhir, Institut Teknologi Bandung, Indonesia. 5. Lucca, Frank J., 2003. Tight Construction Blasting: Ground Vibrations Basics, Monitoring, and Prediction. Terra Dinamica LLC.
