Geoteknik Tambang

     Maksud dan tujuan dari belajar Geoteknik Tambang adalah memberikan pengetahuan teori dan praktek bagi tenaga di bidang pertambangan baik dari perencana maupun pelaksana bahwa kondisi geoteknik dan mampu mengubah desain dan jadwal penambangan yang ditargetkan. Dengan demikian pelaksana langsung dilapangan dapat memberikan informasi yang akurat kepada perencana setiap adanya perubahan geoteknik yang dapat mempengaruhi penambangan.

     Geoteknik atau dikenal sebagai engineering geology Merupakan bagian dari rekayasa sipil yang didasarkan pada pengetahuan yang terkumpul selama sejarah penambangan. Seorang ahli sipil yang merancang terowongan, jalan raya, bendungan atau lainya memerlukan suatu estimasi bagaimana tanah dan batuan merespon tegangan, sehingga dalam hal ini penyelidikan geoteknik merupakan bagian dari uji lokasi dan merupakan dasar untuk pemilihan lokasi. Bagian dari ilmu geoteknik yang berhubungan dengan respon material alami terhadap gejala deformasi disebut dengan geomekanika.

     Geoteknik merupakan salah satu dari banyak alat dalam perencanaan atau design tambang. Data geoteknik harus digunakan secara benar dengan kewaspadaan dan asumsi-asumsi serta batasan-batasab yang ada untuk dapat mencapai hasil seperti yang diinginkan.

     Dalam urutan kegiatan pertambangan , eksplorasi merupakan proses evaluasi teknis untk mendapatkan model badan bijih. Model cadangan suatu badan bijih yang diinterpretasikan dari hasil eksplorasi langsung maupun tak langsung. Sebelum ditentukan cara penambanganya apakah dengan open pit maupun underground mining harus dianalisis secara geoteknik.

     Salah satu faktor yang mempengaruhi keputusan tersebut adalah ketidakselarasan struktur geologi. Pola-pola dari patahan, rekahan, dan bidang perlapisan mendominasi perilaku batuan dalam tambang terbuka kareana terdapat gaya penahan yang kecil untuk mencegah terjadinya luncuran dan adanya gaya tekan ke atas dari permukaan air yang terdapat dari rekahan (tekanan air pori).

     Materi Geoteknik tambang untuk para ahli tambang, antara lain :

1. Interpretasi peta geologi, poto udara dan citra ke arti geoteknik regional
2. Pengumpulan data struktur dari lubang bor, singkapan dan tambang bawah tanah dan penyajianya secara stereografis dan perhitungan faktor keamanan secara stereografis
3. Aplikasi metoda geofisika.
4. Pengambilan data lapangan untuk klasifikasi batuan dan keperluan sampling.
5. Hidrogeologi yang meliputi cara sampling untuk mendapatkan parameter yang diperlukan , desain sumur, serta pemilihan peralatan yang tepat.
6. Klasifikasi batuan dan pemakaianya untuk desain.
7. Peraturan keselamatan dan kesehatan kerja tambang terbuka.
8. Kestabilan lereng.
9. Analisa lereng dengan cara non-konvensional.
10. Penguatan untuk tambang terbuka.
11. Monitoring.

     Dalam penambangan secara tambang terbuka (open pit), Sudut kemiringan adalah satu faktor utama yang mempengaruhi bentuk dari final pit dan lokasi dari dinding-dindingnya. Dikarenakan dari perbedaan dari keadaan geologinya, maka kemiringan optimum dapat beragam diantara berbagai pit dan bahkan dapat beragam pula dalam satu pit yang sama. Sudut pit pada umumnya dapat dikatakan sebagai sejumlah waste yang harus dipindahkan untuk menambang bijih.

     Dalam tambang bawah tanah pengaruh ketidak selarasan kurang dominan, namun tetap harus diperhatikan. Permukaan patahan pada kedalaman tertentu merupakan tempat yang memiliki kohesi yang rendah dan tempat berakumulasinya tegangan. Permukaan rekahan dan belahan merupakan bidang lemah dengan resistansi yang rendah untuk menahan tegangan, dan memiliki kecenderungan terbuka saat terganggu oleh aktivitas peledakan (blasting).

     

Gambar 1. Contoh Aplikasi Geoteknik Pada Tambang Terbuka

Gambar 2. Contoh Dalam Satu Pit Terdapat Sudut-sudut Kemiringan Yang berbeda

     Instrumentasi yang modern dalam mekanika batuan memberikan cara pengukuran yang lebih baik terhadap pengaruh kombinasi kekuatan batuan dan cacat struktur. Keuntungan khusus dari study  mekanika batuan modern adalah lokasi dan material dapat diuji lebih lanjut. Daerah kerja tambang dapat dirancang secara detail. Detail-line mapping dilakukan untuk menggambarkan proyeksi rekahan dan kontak yang orientasinya menyebar sepanjang singkapan atau suatu muka tambang.

     Lembar data tipikal yang digunakan dalam metoda ini, menunjukan jenis informasi yang dikumpulkan. Posisi rekahan yang dihasilkan dalam detail-line mapping yang diplot pada stereonet untuk sievaluasi. Pendekatan lainya untuk study struktur detail dalam pertambangan adalah fracture-set mapping yang dalam hal ini semua rekahan diukur dan dideskripsikan dalam beberapa area tambang kemudian dikelompokan berdasarkan karakteristik tertentu. kelompok tersebut dideskripsikan dan posisi individualnya diplot pada Schmidt net (equal-area net).

      Persentase terbesar tentang informasi struktur yang digunakan dalam perencanaan tambang berasal dari inti bor. Spasi rekahan, posisi relatif terhadap lubang bor, dan jenis pengisian rekahan harus dideskripsikan secermat mungkin. Dalam pengamatan inti bor untuk informasi struktur dikenal istilah RQD (rock-quality designation) yaitu persen inti bor yang diperoleh dan hanya dihitung untuk inti bor yang memiliki panjang 10 cm aatau lebih.

Tabel 1. Klasifikasi Kualitas batuan Berdasarkan RQD (Peters, 1978)

Gambar 3. Core Sampling

      Sebagai contoh : Jika total kemajuan pemboran 130 cm, total inti bor yang diperoleh 104 cm, maka perolehan init bor (Core recovery) adalah 104/130 = 80%. Jumlah panjang inti bor dengan panjang 10 cm atau lebih adalah 71,5 cm, sehingga besarnya RQD = 71,5/130 = 55% artinya kualitas batuan yang bersangkutan adalah sedang.

     Penyelidikan dengan seismik kadang-kadang digunakan untuk pengukuran secara tidak langsung terhadap "rock soundness". Salah satu aplikasi khusus metoda seismik adalah untuk menentukan rippability yaitu suatu ukuran dimana batuan dan tanah dapat dipindahlan oleh bulldozer-ripper dan scrapper tanpa peledakan.
   
      Tabel 2 memberikan penjelasan lebih detail mengenaiinformasi geologi yang digunakan dalam rock-slope engineering. yang menunjukan apa saja yang diperlukan dalam merekam cacat struktur batuan.

Tabel 2. Informasi geologi yang diperlukan untuk merekam cacat struktur  dalam batuan (Peters, 1978)

     Berikut ini beberapa istilah dan pengertian berkaitan dengan pengujian Geomekanika :

1. Tegangan (stress) adalah gaya yang bekerja tiap satuan luas permukaan. simbolnya adalah untuk tegangan normal dan tegangan geser.
2. Regangan (strain) adalah respon yang diberikan oleh suatu material akibat dikenai tegangan. Simbolnya adalah menunjukan deformasi (pemendekan atau pemanjangan) per satuan panjang mula-mula.
3. Kuat geser (shear strength) adalah besarnya tegangan atau beban pada saat material hancur dalam geseranya.
4. Modulus young (E) adalah ukuran kekakuan yang merupakan suatu konstanta untuk setiap padatan yang klastik. Sering disebut modulus elastisitas yang merupakan perbandingan antara tegangan terhadap regangan.
5. Rasio poisson berkaitan dengan besarnya regangan normal transfersal terhadap regangan normal longitudinal dibawah tegangan uniaksial. Nilainya berkisar sekitar -0,2.

     Terhadap beberapa jenis kekuatan batuan, yaitu :

1. Kuat kompresif tak tertekan uniaksial yang diuji dengan suatu silinder atau prisma terhadap titik pecahnya. Gambar 2 menunjukan jenis uji dan rekahan tipikal yang berkembang diatas bidang pecahnya.
2. Juat tarik (tensile strength) ditentukan dengan uji Brazilian suatu piringan ditekan sepanjang diameter atau dengan uji langsung yang meliputi tarikan sebenarnya atau bengkokan dari prisma batuan.
3. Kuat geser (shear strength) yang diuji secara langsung dalam suatu "shear box"  atau diukur sebagai komponen pecahan kompresi.
4. Kuat geser kompresif triaksial yang diuji dengan penempatan dalam suatu silinder berselubung dimana batuan ditempatkan pada tempat yang diisi fluida, sehingga tekanan lateral maupun pembebanan aksial dapat diberikan.

     Kekuatan batuan dapat diukur secara insitu (dilapangan) sebaik pengukuran laboratorium. Regangan (deformasi) diukur di area tambangkemudian dihubungkan terhadap tegangan dengan berpedoman dengan konstanta  elastis dari laboratorium.Tegangan sebelum penambangan merupakan kondisi tegangan asli, sulit dihitung, tetapi merupakan parameter desain tambang yang penting. Tegangan tersebut umumnya diperkirakan dan diberi beberapa kuantifikasi dengan memasang sekelompok pengukur tegangan elektrik dalam "rosette" pada permukaan batuan, pemindahan batuan-batuan yang berdekatan, dan mengukur respon tegangan sebenarnya yang dilepaskan. Kondisi tegangan yang berkembang selama penambangan merupakan hal penting yang harus diperhatikan dalam operasi tambang sebaik dalam perancangan tambang. Regangan yang dihasilkan dari pola tegangan baru diukur dari waktu kewaktu atau dimonitor secara menerus selama penambangan  berlangsung.

     Hubungan tegangan-regangan merupakan dasar dari semua pekerjaan mekanika batuan. istilah deskriptif untuk hubungan tersebut adalah brittle versus ductile dan elastik versus plastik. Hubungan yang dihasilkan dari uji statik (fungsi waktu), dimana F merupakan titik pecah dalam kompresi uniaksial tak tertekan.

     Beberapa karakteristik kuat tekan dan kuat tarik yang telah diukur untuk beberapa jenis batuan  yan umum ditunjukan pada tabel 3.

Tabel 3. Kuat tekan uniaksial dam kuat tarik dari beberapa jenis batuan ( Peters, 1978)

TUJUAN 

1. Pit slope diusahakan harus dibuat setajam mungkin dengan tanpa menimbulkan kerugian ekonomi secara keseluruhan yang disebabkan karena ketidakstabilan kemiringan dan tanpa membahayakan keamanan dari pekerja maupun peralatn.
2. Menetapkan besarnya sudut kemiringan pit yang dianggap aman pada suatu pertambangan. Analisa harus mengidentifikasi daerah yang mempunyai potensi longsor atau daerah berbahaya lainya.

OBSERVASI UMUM

1. Memaksimalkan sudut kemiringan pit membantu mengoptimalkan pit dalam segi ekonomi (mengurangi strip ratio secara keseluruhan)
2. Pada umumnya kerugian secara ekonomi yang diakibatkan karena ketidakstabilan lerang, adalah :

• Kehilangan bijih
• Biaya stripping tambahan, karena push back baru untuk recover bijih yang tertutup longsor.
• Biaya pembersihan longsoran
• Biaya yang diasosiasikan dengan pembuatan jalur jalan angkut baru.
• Keterlambatan produksi 
• Produksi yang tidak efisien dikarena tidak adanya akses ke atau dari beberapa area kerja.

FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KEMANTAPAN LERENG
     
      Faktor-faktor yang perlu diperhatikan dalam menganalisis kemantapan suatu lereng adalah sebagai berikut :

1. Penyebarab batuan ➔ Jenis batuan atau tanah, penyeberan dan hubungan antar batuan yang terdapat didaerah penyelidikan harus diketahui. Ini perlu dilakukan karena sifat-sifat fisis dan mekanis suatu batuan akan berbeda dengan batuan lainya, sehingga kekuatan menahan bebanya juga akan berbeda.
2. Relief permukaan bumi ➔ Relief permukaan bumi akan berpengaruh terhadap laju erosi dan pengendapan, dan juga akan menentukan arah aliran air permukaan dan air tanah, hal ini disebabkan karena pada daerah yang curam, kecepatan aliran airpermukaan tinggi dan mengakibatkan pengikisan lebih intensif dibandingkan dengan daerah yang landai. Karena erosi yang intensif, maka akan banyak dijumpai singkapan batuan dan ini akan menyebabkan pelapukan yang lebih cepat. batuan yang lapuk mempunyai kekuatan yang rendah sehingga kemantapan lereng menjadi berkurang.
3. Struktur Geologi ➔ Disini struktur geologi yang perlu diperhatikan adalah patahan (sesar), kekar, bidang perlapisan, perlipatan, ketidak selarasan dan struktur-struktur geologi lainya. Struktur geologi ini adalah merupakan hal yang penting didalam analisis kemantapan lereng. Karena struktur geologi adalah merupakan bidang lemah didalam suatu masa batuan dan dapat menurunkan kemantapan lereng.
4. Iklim ➔ Iklim berpengaruh terhadap kemantapan lerang karena iklim mempengaruhi perubahan temperatur. Temperatur yang cepat sekali berubah dalam waktu yang singkat akan mempercepat proses pelapukan batuan. Untuk daerah tropis pelpukan lebih cepat dibandingkan daerah dingin, oleh karena itu singkapan batuan pada lereng didaerah tropis akan lebih cepat lapuk dan ini akan menyebabkan lereng mudah longsor.
5. Geometri lereng ➔ Geometri lereng mencakup tinggi lereng dan sudut kemiringan lereng, lereng yang terlalu tinggi akan mengakibatkan menjadi tidak mantap dan cenderung untuk lebih mudah longsor dibandingkan dengan lereng yang tidak terlalu tinggi dan dengan jenis batuan penyusun yang sama. Demikian pula dengan sudut lereng, semakin besar sudut kemiringan lereng, maka akan semakin tidak mantap. Muka air tanah yang dangkal menjadikan lereng sebagian besar basah dan batuanya mempunyai kandungan air yang tinggi, kondisi ini menjadikan kekuatan batuan menjadi rendah dan batuan juga akan menerima tambahan beban air yang dikandung, sehingga menjadikan lereng lebih mudah longsor.
6. Gaya luar ➔ gaya luar ini berupa getaran-getaran yang berasal dari sumber yang berada didekat lereng tersebut. Getaran ini misalnya ditimbulkan oleh peledakan, lalu lintas kendaraan dan sebagainya. Gaya luar ini sedikit banyak dapat mempengaruhi kemantapan suatu lereng. 

 JENIS-JENIS LONGSORAN

     

     Jenis atau bentuk longsoran tergantung pada jenis material penyusun dari suatu lereng dan juga struktur geologi yang berkembang didaerah tersebut. Karena batuan dan tanah mempunyai sifat yang berbeda, maka jenis longsoranya pun akan berbeda pula. Adapun jenis-jenis dari longsoran uang umum dijumpai adalah sebagai berikut.

1. Longsoran Bidang (melingkar)

     Longsoran bidang merupakan suatu longsoran batuan yang terjadi sepanjang bidang luncur yang dianggap rata. Bidang luncur tersebut dapat berupa bidang kekar, rekahan (joint) maupun bidang perlapisan batuan.

     Syarat-syarat terjadinya longsoran bidang :

•  Terdapat bidang lincir bebas (daylight) berarti kemiringan bidang lurus lebih kecil dari pada kemiringan lereng.
• arah bidang perlapisan (bidang lemah) sejajar atau mendekati dengan arah lereng (maksimum bebbeda 20⁰).
• kemiringan bidang luncur atau lebih besar dari pada sudut geser dalam batuanya.
• Terdapat bidang geser (tidak terdapat gaya penahan) pada kedua sisi longsoran.

2. Longsoran baji

     Longsoran baji dapat terjadi pada suatu batuan jika lebih dari satu bidang lemah yang lemah dan bebas dan saling berpotongan. Sudut perpotongan antara bidang lemah tersebut lebih besar dari sudut geser dalam batuanya. Bidang lemah ini dapat berupa bidang sesar, rekahan (joint) maupun bidang perlapisan. cara longsoran baji dapat melalui satu atau beberapa bidang lemahnya maupun melalui garis perpotongan kedua bidang lemahnya.
     Longsoran baji dapat terjadi dengan syarat geometri sebagai berikut :

• Permukaan bidang lemah A dan bidang lemah B rata, tetapi kemiringan bidang lemah B lebih besar dai pada bidang lemah A.
• Arah penunjaman garis potong harus lebih kecil dari pada sudut kemiringan lereng.
• Bentuk longsoran dibatasi oleh muka lereng, bagian atas lereng dan kedua bidang lemah.

 3. Longsoran busur

     Longsoran busur adalah yang paling umum terjadi dialam, terutama pada batuan yang lunak (tanah). Pada batuan yang kerah longsoran busur hanya terjadi jika batuan tersebut sudah mengalami pelapukan dan mempunyai bidang-bidang lemah (rekahan) yang sangat rapat dan tidak dapt dikenali lagi kedudukanya.

     Pada longsoran bidang dan baji, kelongsoran dipengaruhi oleh struktur bidang perlapisan dan kekar yang membagi tubuh batuan kedalam massa diskontinuitas. Pada tanah pola strukturnya tidak menentu dan bidang gelincir bebas mencari posisi yang paling kecil hambatanya. Longsoran busur akan terjadi jika partikel individu pada suatu tanah atau massa batuan sangat kecil dan tidak saling mengikat. Oleh karena itu batuan yang telah lapuk cenderung bersifat seperti tanah.

     Tanda pertama suatu longsoran busur biasanya berupa suatu rekahan tarik permukaan atas atau muka lereng, kadang-kadang desertai dengan menurunya bagian permukaan atas lereng yang berada disamping rekahan. Penurunan ini menandakan adanya gerakan lereng yang pada akhirnya akan terjadi longsoran lereng, hanya dapat dilakukan apabila belum terjadi gerakan lereng tersebut.

4. Longsoran Guling (topple)

     Longsoran guling terjadi pada batuan yang kerah dan memiliki lereng terjal dengan bidang-bidang lemah yang tegak atau hampir tegak dan arahnya berlawanan dengan arah kemiringan lereng. Longsoran ini bisa berbentuk blok atau bertingkat. Kondisi untuk menggelincir atau meluncur ditentukan oleh sudut geser dalam dan kemiringan bidang luncurnya, tinggi balok dan lebar balok terletak pada bidang miring.

     Kondisi geometri yang diperlukan untuk terjadinya longsoran guling, antara lain : 

• Balok akan tetap mantap bola y < f dan b/h > tan f.
• Balok akan meluncur bila y > f dan b/h > tan f.
• Balok akan tergelincir, kemudian mengguling bila y > f dan b/h < tan f
• Balok akan langsung mengguling bila y < f dan b/h < tan f.