BAB III

GEOTEKNIK DAN METODE PEMBONGKARAN

3.1 Kajian Geoteknik

Geoteknik adalah bidang kajian rekayasa kebumian yang

berkonsentrasi pada aplikasi teknologi teknik sipil untuk konstruksi yang

melibatkan material alam yang terdapat pada atau dekata permukaan bumi.

Geoteknik tambang merupakan aplikasi dari rekayasa geoteknik pada

kegiatan tambang terbuka dan tambang bawah. Aplikasi geoteknik

melibatkan disiplin ilmu mekanika tanah, mekanika batuan, geologi dan

hidrologi. Peranan geoteknik dalam perancangan tambang adalah melakukan

pendekatan kepada kondisi massa tanah dan batuan yang kompleks,

menggunakan teknik-teknik dan instrument-instrument yang tersedia dlam

rekayasa geoteknik, sehingga sifat-sifat dan perilaku massa tanah dan batuan

betul-betul telah dikuasai, sepenuhnya sebelum membangun suatu struktur

(lereng, terowongan, sumuran) pada massa tanah dan batuan tersebut.

Tujuan utama program penyelidikan geoteknik dalam suatu proyek

pertambangan adalah untuk :

1. Memperoleh data kuantitatif kondisi geologi, hidrologi, hidrogeologi,sifat

fisik dan mekanik.

2. Mengetahui karakteristik massa batuan atau tanah sebagai dasar

perancangan penambangan.

3. Menyusun suatu klasifikasi dari berbagai tipe urutan stratigrafi batuan atap

atau lantai, dan untuk mengkaji stabilitas relatifnya dibawah tegangan

terinduksi akibat penambangan.

4. Mengembangkan rancangan lereng yang stabil untuk tambang terbuka atau

rancangan masuk/pilar (untuk tambang bawah tanah) untuk penambangan

yang akan datang berdasarkan analisis sensitivitas terhadap kondisi

geoteknik dari strata atau kedalaman overburden.

29

30

Menurut Kepmen Pertambangan dan Energi Nomor :

555K/26/M.PE/1995

Pasal 241

Tinggi permuka kerja dan lebar teras kerja :

1. Kemiringan, tinggi dan lebar teras harus dibuat dengan baik dan aman

untuk keselamatan para pekerja agar terhindar dari material atau benda

jatuh.

2. Tinggi jenjang (bench) untuk pekerjaan yang dilakukan pada lapisan yang

mengandung pasir, tanah liat, kerikil, dan material lepas lainnya harus:

a. Tidak boleh lebih dari 2,5 meter apabila dilakukan secara manual;

b. Tidak boleh lebih dari 6 meter apabila dilakukan secara mekanik dan

c. Tidak boleh lebih dari 20 meter apabila dilakukan dengan

menggunakan clamshell, dragline, bucket wheel excavator atau alat

sejenis kecuali mendapat persetujuan Kepala Pelaksanaan Inspeksi

Tambang.

3. Tinggi jenjang untuk pekerjaan yang dilakukan pada material kompak

tidak boleh lebih dari 6 meter, apabila dilakukan secara manual.

4. Dalam hal penggalian dilakukan sepenuhnya dengan alat mekanis yang

dilengkapi dengan kabin pengaman yang kuat, maka tinggi jenjang

maksimum untuk semua jenis material kompak 15 meter, kecuali

mendapat persetujuan Kepala Pelaksanaan Inspeksi Tambang.

5. Study kemantapan lereng harus dibuat apabila:

a. Tinggi jenjang keseluruhan pada sistem penambangan berjenjang

lebih dari 15 meter, dan

b. Tinggi setiap jenjang lebih dari 15 meter

6. Lebar lantai teras kerja sekurang-kurangnya 1,5 kali tinggi jenjang atau

disesuaikan dengan alat-alat yang digunakan sehingga dapat bekerja

dengan aman dan harus dilengkapi dengan tanggul pengaman (safety bem)

pada tebing yang terbuka dan diperiksa pada setiap gilir kerja dari

kemungkinan adanya rekahan, tekanan, atau kelemahan lainnya.

31

3.1.1 Uji Sifat Fisik Andesit

Uji sifat fisik pada penelitian ini dilakukan terhadap tiga contoh batuan

andesit. Dari hasil perhitungan uji ini akan akan diperoleh sifat-sifat fisik

batuan seperti bobot isi natural (ρn), bobot isi kering (ρd), bobot isi jenuh

(ρs), kandungan air alamiah (w), porositas batuan (n) dan angka pori (e).

Hasil uji sifat fisik yang telah dilakukan dapat dilihat pada Tabel 3.1.

Tabel 3.1

Hasil uji sifat fisik batuan

No Kode

contoh

Litologi ρn(gr/cm3)

ρd(gr/cm3)

ρs(gr/cm3)

w%

S%

n%

e

1 SF 1 Andesit 2,30 2,21 2,41 3,9

5

46,03 19,75 0,25

2 SF 2 Andesit 2,28 2,24 2,38 1,7

3

28,00 14,08 0,16

3 SF 3 Andesit 2,32 2,23 2,43 3,7

9

44,44 19,75 0,25

Rata-rata 2,30 2,23 2,40 3,1

6

39,49 17,86 0,22

Keterangan :

ρn = bobot isi alamiah (gr/cm3)

ρd = bobot isi kering (gr/cm3)

ρs = bobot isi jenuh (gr/cm3)

w = kandungan air alamiah (%)

S = derajat kejenuhan (%)

n = porositas (%)

e = angka pori

3.1.2 Uji Kuat Tekan Uniaksial

Dari tabel 3.2, nilai rata-rata kuat tekan uniaksial adalah 27.08

MPa. Sehingga dapat diklasifikasikan dalam golongan low strength

(Bieniawski, 1973). Pada penelitian ini, laju pembebanan yang diberikan

berkisar 0,14 MPa/s. Besar laju pembebanan ini masih dalam selang laju

32

pembebanan standar yang disarankan Horibe (1970) yaitu 0,1 – 1,0 MPa/s.

Walaupun tidak masuk ke dalam selang laju pemnebanan yang disarankan

ISRM yaitu 0,5 – 1,0 MPa/s.

Tabel 3.2

Hasil Uji Kuat Tekan Uniaksial (UCS)

No

Kode contoh

litologi Panjang(mm)

Diameter(mm)

σc

(Mpa)E

(Gpa)

υ Waktu(s)

Laju pembebanan

(MPa/s)1 UCS 1 Andesit 100,55 44,93 26,50 8,01 0,25 206 0,13

2 UCS II Andesit 100,38 44,92 27,78 8,04 0,24 197 0,14

3 UCS

III

Andesit 99,20 44,87 29,11 7,61 0,24 186 0,16

Rata-rata 27,8 7,89 0,24 196,33 0,14

3.1.3 Uji Kuat Tarik Tak Langsung (Brazilian Test)

Uji kuat tarik tak langsung (Brazilian test) pada penelitian ini

memberikan nilai kuat tarik rata-rata sebesar 3,11 MPa (lihat Tabel 3.3).

Tabel 3.3

Hasil Uji Kuat Tarik Tak Langsung (Brazilian test)

No Kode contoh

Litologi L/D σt

(Mpa)Waktu

(s)Laju pembebanan

(MPa/s)1 BZ I Andesit 0,50 2,80 55 0,05

2 BZ II Andesit 0,52 3,27 86 0,04

3 BZ III Andesit 0,50 3,26 88 0,04

Rata-rata 3,11 76,33 0,04

3.1.4 Uji Triaksial

Hasil uji triaksial konvensional dan multitahap adalah nilai tekanan

pemampatan (σ3), tegangan aksial (σ1) saat contoh batuan runtuh dan

regangan aksial (ԑa) contoh batuan. Ketiga data hasil pengujian tersebut

kemudian dianalisis menggunakan kriteria keruntuhan Mohr-Coulomb,

Bieniawski dan Hoek-Brown.

33

Hasil Uji Triaksial Metode Konvensional dan Multitahap. Menurut

Hoek (2000), untuk menentukan sifat mekanik batuan melalui uji triaksial

diperlukan sekurang-sekurangnya lima contoh batuan. Pada penelitian ini,

Untuk menetukan sifat mekanik batu andesit, uji triaksial menggunakan

tekanan pemampatan sebesar 5, 12,5, 19, 25 dan 30 MPa. Pada uji triaksial

konvensional, kelima tekanan pemampatan tersebut dilakukan pada tujuh

contoh batuan. Pada awalnya uji triaksial konvensional hanya

menggunakan lima contoh batuan, namun kemudian ditambahkan dua

contoh batuan dengan memberikan tekanan pemampatan yang dipilih

secara acak dari tekanan pemampatan pada lima contoh batuan

sebelumnya. Hasil pengujian triaksial metode konvensional dapat dilihat

dari Tabel 3.4

Tabel 3.4

Hasil Uji Triaksial Konvensional

No Kode contoh σ3 (Mpa) σ1 (Mpa) E (Gpa) α (0)

1 TX konv I5

62,48 6,1 39

2 TX konv VI 75,06 7,07 43

3 TX konv II 12,5 100,21 8,08 37

4 TX konv III19

142,60 8,9 38

5 TX konv VII 130,02 8,34 39

6 TX konv IV 25 153,10 8,47 36

7 TX konv V 30 180,09 8,75 6

Keterangan: α = Sudut post-peak behaviourNilai modulus Young (E) didapatkan dengan

menggunakan persamaan 3.1 pada kurva tegangan regangan TX konvensional. Sedangkan sudut post-peak behaviour (α)

didapatkan dari besar sudut kurva tegangan-regangan setelah batuan runtuh (lihat Gambar 3.3).

Tabel 3.4 memperlihatkan contoh batuan dengan tekanan pemampatan yang sama akan memberikan tekanan

34

pemampatan yang berbeda. Hal ini disebabkan karena keheterogenan

contoh batuan

E = ∆ σ1−σ3

∆ εa ........................................................................................(3.1)

Keterangan :

σ3 = Tegangan lateral (MPa)

σ1 = Tegangan aksial (MPa)

ԑa = Regangan aksial (%)

Gambar 3.1

Kurva tegangan regangan triaksial konvensional

Triaksial metode multitahap menggunakan dua contoh batuan

Andesit hasil pengujian triaksial metode multitahap dapat dilihat dari

Tabel 3.5.

35

Tabel 3.5

Hasil Uji Triaksial Multitahap

No σ3 (Mpa) MS I MS II

σ1(Gpa) E (Gpa) σ1(Gpa) E (Gpa)

1 5,00 63,14 8,15 69,77 8,7

2 12,50 93,13 8,84 99,89 8,5

3 19,00 121,55 8,57 126,85 8,7

4 25,00 142,07 8,11 150,63 6,5

5 30,00 162,59 8,15 166,49 8,14

3.2 Metode Pembongkaran Andesit

Andesit merupakan batuan dengan tingkat kekerasan yang tinggi.

Sehingga metode yang tepat dalam melakukan pembongkaran adalah dengan

pemboran dan peledakan. Dalam suatu proses penambangan bahan galian,

kegiatan pembongkaran yang efektif dan efisien merupakan unsur penting,

dalam menjaga keberlanjutan produksi bahan galian.

3.3 KegiatanPemboran

Kegiataan pemboran dilakukan untuk menyediakan lubang ledak.

Beberapa faktor penting yang perlu diperhatikan antara lain geometri

pemboran, bidang bebas, jenis material, kapasitas alat bor.. Oleh karena itu,

agar hasil dari suatu proses peledakan baik itu dilihat dari fragmentasi batuan

dan kondisi dari tambang yang terbentuk terkoordinasi dengan baik, maka

pola pemboran yang baik, aman dan efisien adalah “Staggered Dill Pattern”

dan pola peledakan yang digunakan adalah “Staggered ‘V’ Cut”.

3.4 KegiatanPeledakan

Peledakan adalah merupakan kegiatan pemecahans uatu material

(batuan) dengan menggunakan bahan peledak atau proses terjadinya ledakan.

Suatu operasi peledakan batuan akan mencapai hasil optimal apabila

perlengkapan dan peralatan yang dipakai sesuai dengan metode peledakan

yang diterapkan .

36

Dalam membicarakan perlengkapan dan peralatan peledakan perlu

hendaknya terlebih dahulu dibedakan pengertian antara kedua hal tersebut.

Peralatan peledakan (Blasting equipment) adalah alat-alat yang dapat

digunakan berulang kali, misalnya blasting machine, crimper dan sebagainya.

Sedangkan perlengkapan peledakan hanya dipergunakan dalam satu kali

proses peledakan atau tidak bisa digunakan berulang kali. Untuk setiap

metode peledakan, perlengkapan dan peralatan yang diperlukan berbeda-

beda. Oleh karena itu agar tidak terjadi kerancuan dalam pengertian, maka

dibuat sistematika berdasarkan tiap-tiap metode peledakan dalam arti bahwa

perlengkapan dan peralatan akan dikelompokan berdasarkan metodenya.

Dalam perhitungan secara teori untuk merancang peledakan pada

penambangan andesit yang dilakukan di quary A dab B, yang didasarkan

pada pemenuhan target produksi Andesit, dengan menggunakan metode R.L.

Ash, sebagai berikut :

1. Burden (B) : Kb x De

12 ft

2. Spacing (S) : Ks x B

3. Kedalamanlubang tembak (H) : Khx B

4. Sub Drilling (J) : Kj x B

5. Steming (T) : Kt x B

Di mana :

Kb =burden ratio

Ks =spacing ratio

Kh =hole depth ratio

Kj =sub drilling ratio

Kt =stemming ratio

De =diameterlubangbor, inchi

Penentuan burden tergantung dari harga Kb yang berkaitan dengan

berat jenis batuan dari bahan peledak yang menggunakan rumus :

Kb = Kbstandard x Af1 x Af2

37

Af1 = ( DDstd )

1/3

Af2 = ( SG .Ve2

SG . Vestd2 )1 /3

Di mana :

Kb =burden ratio standard, 30

Af1 =faktor koreksi untuk batuan

Af2 =faktor koreksi untuk bahan peledak

D std =bobot isi batuan standard, 160 lb / cuft

D =bobot isi batuan yang akan diledakkan

SG std =berat jenis bahan peledak standard, 1,20

SG =berat jenis bahan peledak yang akan digunakan

Ve std =kecepatan detonasi dari dari bahan peledak standard, 12.000 fps

Ve =kecepatan detonasi bahan peledak yang digunakan, fps

Kegiatan peledakan andesit di quarry menggunakan bahan peledak

jenis ANFO, dengan SG 0,85 gr/cm3dan Ve 12467,192 fps. Sedangkan bobot

isi batu andesit di lokasi penambangan adalah 1,93ton/ m3.

Sehingga dapat diperoleh perhitungan :

Af1 = ( DDstd )

1/3

= ( 120,48lb /cuft160 lb/cuft )

1/ 3

= 0,909 = 0,91

Af2 = ( SG .Ve2

SG . Vestd2 )1 /3

= ( 0 , 85 x 12467 , 1922

1 , 2 x 12. 0002 )1/3

= ( 132116244,9172800000 )

1 /3

= 0,9144

Kb standard = 30

Kb terkoreksi = 30 x 0,91 x 0,9144 = 24,96

38

Diameter lubang bor yang digunakan adalah 3,5 inchi, sehingga geometri

peledakan dapat dihitung sebagai berikut :

1. Burden (B)

B = KbxDe

12 = 24,96 x 3,5

12 ft = 7,28ft = 2,2 m

2. Spacing (S)

Besar dari spacing ditentukan oleh harga Ks, yang secara teori ditentukan

berdasarkan pada cara peledakannya. Sedangkan pola peledakan yang

diterapkan pada saat ini adalah serentak dalam satu baris dan beruntun

antar baris, maka harga Ks = 2. Menurut Dyno Nobel, untuk peledakan

dengan pola staggered pattern akan menghasilkan distribusi energi

peledakan yang optimal jika menggunakan spasi 1,15 x B. Oleh karena itu

maka dianggap perlu dilakukannya perubahan terhadap jarak spasi yaitu :

S = Ks x B

= 1,15 x 2,2 m = 2,53 m ≈ 2,5 m

3. Stemming(T)

Panjang stemming tergantung dari harga Kt yang besarnya antara 0,5 – 1.

Kt yang diambil adalah 0,5 sehingga diperoleh panjang stemming sebagai

berikut :

T = Kt x B

= 0,5 x 2,2 m = 1,1 m

4. Kedalamanlubangtembak (H)

Kedalaman lubang tembak sudah ditentukanya itu 5m. Dari angka tersebut

akan diperiksa apakah masih dalam batas harga hole depth ratio (Kh) yang

besarnya antara 1,5 – 4.

Kh = H / B = 5 / 2,2 = 2,27

Berarti Kh masih dalam batas harga yang diperbolehkan, sehingga

kedalaman lubang 5m masih memenuhi kriteria.

5. Kolom isian (PC)

PC = H - T

= 5m - 1,1 m = 3,9 m

39

6. Sub Drilling (J)

Besar sub drilling tergantung dari harga Kj yang dipakai. Kj yang dipakai

disini adalah 0,2 sehingga besarnya sub drilling adalah :

J = Kj x B

= 0,2 x 2,2 m = 0,44 m

7. Tinggi jenjang (L)

L = H - J

= 5 m - 0,44 m = 4,56 m

8. Loading density (de)

de = 0,508 x De2 x SG

= 0,508 x (0,0889 m)2x 850 kg/m3

= 3,4 kg/m

Kebutuhan bahan peledak untuk setiap lubang

= Pc x de

= 3,9m x 3,4 kg/m

= 13,26 kg/lubang

Gambar III.1

Kolom Lubang ledak

40

9. Menentukan jumlah bahan peledak untuk 1 kali peledakan:

Sasaran produksi per hari =6439,39 m3

Volume blok: Panjang = 35 mLebar = 40 mTinggi = 5 m

Gambar III.2

Dimensi Blok Penambangan

Baris = 40

Burden = 402,2 = 18 baris

Kolom = 35

spacing = 352,5= 14 kolom

Jumlah lubang ledak = 18 x 14 = 252

Sehingga volume yang terbongkar per hari:

V = p x l x t

= 35 m x 40 m x 5 m

= 7000 m3

Kebutuhan bahan peledak setiap 1 kali peledakan:

= 13,26 kg x 252 lubang

= 3.341,52 kg setiap 1 kali peledakan