PENGUMPULAN DATA GEOTEKNIK DAN HIDROGEOLOGI
DILAKUKAN DALAM PERSIAPAN PENAMBANGAN, UMUMNYA MULAI PADA TAHAP PRE-FEASIBILITY
STUDY. DATA-DATA GEOTEKNIK DAN HIDROGEOLOGI DIGUNAKAN SEBAGAI LAPORAN DI DALAM
TAHAP STUDI KELAYAKAN, SEKALIGUS SEBAGAI DASAR PERANCANGAN TAMBANG.
·
SIFAT-SIFAT DATA TEKNIS BATUAN
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 yang
lainnya memerlukan suatu estimasi bagaimana tanah dan batuan akan 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.
Dalam
urutan kegiatan pertambangan, eksplorasi merupakan proses evaluasi teknis untuk
mendapatkan model badan bijih. Model cadangan suatu badan bijih yang
diinterpretasikan dari hasil eksplorasi langsung maupun tak langsung, sebelum
ditentukan cara penambangannya apakah dengan open pit atau 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 karena terdapat gaya penahan yang kecil untuk mencegah terjadinya
luncuran dan karena terdapat semacam gaya tekan ke atas dari permukaan air yang
terdapat dalam rekahan.
Dalam
tambang bawah tanah pengaruh ketidakselarasan kurang dominan namun tetap harus
diperhatikan. Permukaan patahan pada kedalaman tertentu merupakan tempat yang
memiliki kohesi yang rendah dan 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).
Instrumentasi
yang modern dalam mekanika batuan memberikan cara pengukuran yang lebih baik
terhadap pengaruh kombinasi kekuatan batuan dan cacat struktur. Keuntungan
khusus dari studi 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. Gambar 8.1
adalah lembar data tipikal yang digunakan dalam metoda ini, menunjukkan jenis
informasi yang dikumpulkan. Posisi rekahan yang dihasilkan dalam detail-line
mapping diplot pada stereonet untuk dievaluasi. Pendekatan lainnya untuk studi
struktur detail dalam pertambangan adalah fracture-set mapping yang dalam hal
ini semua rekahan diukur dan dideskripsikan dalam beberapa area tambang
kemudian dikelompokkan 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
atau lebih. Klasifikasi kualitas berdasarkan RQD ditunjukkan pada tabel berikut
Gambar 8.1 Lembar
data untuk detail-line mapping terhadap rekahan dan kontak geologi pada tambang
terbuka (Peters, 1978)
Tabel 8.1 Klasifikasi kualitas batuan berdasarkan RQD
(Peters, 1978)
RQD (%)
|
Kualitas
|
0
- 25
25
- 50
50
- 75
75
- 90
90
- 100
|
Sangat buruk
Buruk
Sedang
Baik
Baik sekali
|
Sebagai contoh :
Jika total kemajuan pemboran 130 cm, total
inti bor yang diperoleh 104 cm, maka perolehan inti 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 dipindahkan oleh
bulldozer-ripper dan scraper tanpa peledakan.
Tabel 8.2 memberikan penjelasan lebih detail mengenai
informasi geologi yang digunakan dalam rock-slope engineering., yang
menunjukkan apa saja yang diperlukan dalam merekam cacat struktur batuan.
Informasi geoteknik
|
1.
Peta lokasi atau rencana tambang.
2.
Kedalaman di bawah datum referensi.
3.
Kemiringan (dip).
4.
Frekuensi atau spasi antar bidang ketidakselarasan yang
berdekatan.
5.
Kemenerusan atau perluasan bidang ketidakselarasan.
6.
Lebar atau bukaan bidang ketidakselarasan.
7.
Gouge atau pengisian
antar muka bidang ketidakselarasan.
8.
Kekasaran permukaan dari muka bidang ketidakselarasan.
9.
Waviness atau lekukan
permukaan bidang ketidakselarasan.
10. Deskripsi dan
sifat-sifat batuan utuh diantara bidang ketidakselarasan.
|
Berikut ini merupakan beberapa istilah dan
pengertiannya berkaitan dengan pengujian geomekanika :
1. Tegangan
(stress) adalah gaya yang bekerja tiap satuan luas permukaan. Simbolnya adalah σ (baca: sigma) untuk tegangan normal
dan τ (baca: tau) untuk
tegangan geser.
2. Regangan
(strain) adalah respon yang diberikan oleh suatu material akibat dikenai
tegangan. Simbolnya adalah ε(baca:
epsilon) yang menunjukkan deformasi (pemendekan atau pemanjangan) per satuan
panjang mula-mula.
3. Kuat
geser (shear strength) adalah besarnya tegangan atau beban pada saat material
hancur dalam geserannya.
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 (E=s/e).
5. Rasio
Poisson (ν, baca: nu) berkaitan
dengan besarnya regangan normal transversal terhadap regangan normal longitudinal
di bawah tegangan uniaksial. Nilainya berkisar sekitar –0,2 dan
persamaannya adalah atau
Terdapat beberapa jenis kekuatan batuan, yaitu :
1. Kuat
kompresif tak tertekan (uniaksial) yang diuji dengan suatu silinder atau prisma
terhadap titik pecahnya. Gambar 8.2 menunjukkan jenis uji dan rekahan tipikal
yang berkembang di atas bidang pecahnya.
2. Kuat tarik (tensile strength) ditentukan dengan uji Brazilian dimana 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 (Gambar 8.3).
Gambar 8.2 Diagram penampang dari uji uniaksial pada suatu
silinder batuan (Peters, 1978)
Gambar 8.3 Diagram penampang dari uji geser kompresif
triaksial pada suatu silinder batuan (Peters, 1978)
Kekuatan batuan dapat diukur secara insitu (di lapangan) sebaik
pengukuran di laboratorium. Regangan (deformasi) diukur di area tambang
kemudian dihubungkan terhadap tegangan dengan berpedoman pada konstanta elastik
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, memindahkan 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 ke waktu 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) ditunjukkan pada Gambar 8.4, dimana F merupakan titik pecah dalam kompresi uniaksial tak tertekan. Garis A menunjukkan material elastik sempurna dimana e=s/E. Garis B menunjukkan material plastik sempurna yang tidak akan terdeformasi sampai tegangan sama dengan s0; material tersebut tidak akan mendukung beban yang yang lebih besar daripada s0. Garis lengkung C menunjukkan suatu material elastoplastik, sementara kurva D menunjukkan material ductile sempurna dimana regangan tidak sebanding terhadap tegangan.
Gambar 8.4
Diagram tegangan-regangan untuk menentukan perilaku deformasional batuan dari
empat material yang ideal (Peters, 1978)
Beberapa karakteristik kuat tekan dan kuat tarik yang telah diukur
untuk beberapa jenis batuan yang umum ditunjukkan pada Tabel 8.3.
Tabel 8.3 Kuat tekan uniaksial dan kuat tarik dari beberapa
jenis batuan (Peters, 1978)
Jenis batuan
|
Kuat tekan (kg/m2)
|
Kuat tarik (kg/m2)
|
Batuan intrusif
Granit
Diorit
Gabro
Dolerit
|
1000-2800
1800-3000
1500-3000
2000-3500
|
40-250
150-300
50-300
150-350
|
Batuan ekstrusif
Riolit
Dasit
Andesit
Basal
Tufa vulkanik
|
800-1600
800-1600
400-3200
800-4200
50-600
|
50-90
30-80
50-110
60-300
5-45
|
Batuan sedimen
Batupasir
Batugamping
Dolomit
Serpih
Batubara
|
200-1700
300-2500
800-2500
100-1000
50-500
|
40-250
50-250
150-250
20-100
20-50
|
Batuan metamorfik
Kuarsit
Gneis
Marmer
Sabak
|
1500-3000
500-2500
1000-2500
1000-2000
|
100-300
40-200
70-200
70-200
|
8.2 Sifat-sifat Data Teknis Tanah dan
Air
Tanah merupakan hasil pelapukan dari batuan. Jika suatu batuan
berasal dari material yang tak terkonsolidasi, seharusnya mengikuti aturan
mekanika tanah, dimana klasifikasi material ditunjukkan pada Gambar 8.5.
Pola perilaku tanah dan batuan dipengaruhi oleh kehadiran air dan
udara; terutama air. Klasifikasi teknis yang umum untuk tanah berbutir halus
melibatkan grafik plastisitas (Gambar 8.6) dimana batas likuid diplot
berlawanan terhadap indeks plastisitas. Garis A pada grafik merupakan suatu
batas empiris dengan lempung inorganik di atas dan dengan lanau dan lempung
organik di bawah.
Sebagai tambahan peralatan pengujian kompresi triaksial,
laboratorium pengujian tanah melibatkan konsolidometer untuk mengukur
konsolidasi di bawah pembebanan, dan direct
shear box. Uji kompresi tak tertekan dilakukan pada tanah kohesif. Untuk
uji insitu di lapangan, vane shear test
digunakan; dalam hal ini pipa dengan empat-sayap disisipkan ke dalam tanah dan
diputar dengan suatu gaya ukur untuk menentukan kuat pergeseran.
Gambar 8.5 Klasifikasi tanah berdasarkan ukuran butir (Peters, 1978)
Gambar 8.6 Grafik plastisitas tanah menunjukkan karakteristik beberapa jenis tanah (Peters, 1978)
Data hidrologi sangat diperlukan untuk pengontrolan aktivitas
penambangan di suatu daerah. Aliran air permukaan dapat diperkirakan dan lokasi
sumber mata air dapat diplot selama pemetaan geologi. Pengukuran dapat dibuat
selama program pemboran eksplorasi. Conto kualitas air dapat diambil dan uji
pemompaan sederhana dapat dilakukan sementara data geologi dikumpulkan. Masalah
air memiliki dampak sosial maupun politik. Penyaliran suatu tambang dapat
menyebabkan sumur seseorang atau suatu sumber aliran menjadi kering. Gambar 8.7
menunjukkan beberapa hal yang berkaitan dengan air tanah. Pada semua jenis
batuan terdapat variasi lokal mengenai level air, misalnya disebabkan oleh
isolasi dari blok-blok tanah oleh barrier
patahan yang terisi dengan suatu material dan dike impermeabel.
Gambar 8.7 Istilah-istilah yang berkaitan dengan airtanah (Peters, 1978)
Dua parameter pengukuran yang terpenting dalam hidrologi airtanah
adalah koefisien permeabilitas dan koefisien penyimpanan, atau “porositas
efektif”. Koefisien permeabilitas (k) merupakan
suatu elemen dari Hukum Darcy : V = k.i, dimana V
adalah kecepatan aliran laminer (kondisi nonturbulen) dan I adalah gradien
hidraulik yang merupakan rasio kehilangan dalam tinggi hidraulik (tekanan) oleh
resistansi friksional terhadap satuan jarak dalam arah aliran. Koefisien
permeabilitas ditentukan secara eksperimen untuk daerah yang spesifik dengan
uji pompa dan di laboratorium dengan uji permeameter.
Koefisien penyimpanan dalam suatu akifer ditunjukkan sebagai
fraksi desimal, yang menunjukkan volume air yang dapat diharapkan untuk dikuras
dari suatu satuan volume tanah. Parameter tersebut berkaitan dengan pori,
rekahan, dan lubang bukaan larutan untuk pengisian oleh airtanah. Koefisien
penyimpanan umumnya dihitung dari uji pompa dalam sumur observasi yang
digunakan untuk memonitor perbedaan kurva penurunan atau permukaan piezometrik
di sekitar sumur atau shaft, seperti
yang diperlihatkan pada Gambar 8.8.
Gambar 8.8 Uji drawdown dengan pemompaan dalam suatu tam bang atau sumur (Peters, 1978)
No comments:
Post a Comment