GEOTEKNIK HIDROLOGI

GEOTEKNIK HIDROLOGI

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.

A. 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

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.

Tabel Klasifikasi kualitas batuan berdasarkan RQD (Peters, 1978)

RQD (%) Kualitas

0 - 25Sangat

buruk

25 - 50 Buruk

50 - 75 Sedang

75 - 90 Baik

90 - 100 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 Informasi geologi yang diperlukan untuk merekam cacat struktur dalam batuan

(Peters, 1978)

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 s (baca: sigma) untuk tegangan normal dan t (baca: tau) untuk tegangan geser.

2. Regangan (strain) adalah respon yang diberikan oleh suatu material akibat dikenai

tegangan. Simbolnya adalah e (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 :

Eεy Eεz

ν =----

-

ata

uν= ----

σx σx

Terdapat beberapa jenis kekuatan batuan, yaitu :1. Kuat kompresif tak tertekan (uniaksial) yang diuji dengan suatu silinder atau prisma terhadap titik pecahnya. Gambar 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.

B. SIFAT-SIFAT DATA TEKNIS TANAH DAN AIRTanah 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.

Gambar Klasifikasi tanah berdasarkan ukuran butir (Peters, 1978)

Pola perilaku tanah dan batuan dipengaruhi oleh kehadiran air dan udara; terutama air. Klasifikasi teknis yang umum untuk tanah berbutir halus melibatkan grafik plastisitas 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 Grafik plastisitas tanah menunjukkankarakteristik 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. Contoh 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 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

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.Gambar Uji drawdown dengan pemompaan dalam suatu tambang atau sumur

(Peters)

 

Pekerjaan Geoteknik pada Penambangan 

 

Geoteknik adalah ilmu yang mempelajari perilaku tanah maupun batuan. Di alam dunia pertambangan peran seorang geotek sangatlah penting. Tidak hanya untuk mendesain atau menganalisis lereng agar aman, akan tetapi geoteknik engineer juga diperlukan untuk mendesain stock pile, barge loading Conveyor/ Jety Manual maupun pelabuhan. Seorang geotek akan melakukan perhitungan seberapa besar beban yang dapat diterima oleh suatu tanah/batuan, sehingga dapat mencegah terjadinya longsor akibat beban yang berlebihan yang ditanggung oleh tanah/batuan tersebut.

Banyak perusahaan tambang kita yang masih mengabaikan peran geoteknik di dalam tambang. Anggapan bahwa penyelidikan geoteknik itu mahal adalah salah. Biaya yang dikeluarkan untuk penyelidikan geoteknik tidaklah semahal biaya yang akan terbuang bila terjadi longsor di tambang, stock pile, barge loading atau bahkan pelabuhan. Sebagai contoh, perusahaan tambang yang baru sekitar satu minggumemasang hopper seberat 200 ton di lokasi barge loading conveyor, tiba-tiba mengalami longsor. Hopper terlepas dari pondasinya dan menggeser semua bangunan yang sudah terpasang disekitar BLC. Kaki conveyor terangkat, dolpin bergerak dan jatuh ke sungai akibat terjadinya pergerakan tanah disekitarnya. Kerugian struktur yang diderita mencapai lebih dari 1M, belum lagi kerugian yang timbul akibat terhentinya aktifitas disekitar BLC. Banyak juga perusahaan tambang yang membuat lokasi stock pilenya dekat dengan sungai. Akibat beban yang berlebihan dari penumpukan batubara,lebih besar maka sebagian dari batubara tersebut longsor ke sungai. Dapat dibayangkan berapa kerugian yang diderita oleh perusahaan akibat hilangnya batubara dan pencemaran yang ditimbulkan. Untuk itulah peran geotek cukup penting agar terhindar dari kerugian-kerugian tersebut.Pekerjaan penting lain yang harus dilakukan seorang engineer geotek adalah memberikan panduan kepada pihak terkait mengenai potensi bahaya geoteknik yang akan terjadi kepada pihak terkait (manajemen perusahaan, institusi, mineplanner, dll).

Peran seorang engineer geotek secara umum dalam pertambangan adalah :1. Eksplorasi dan Mine Development. Geoteknik diperlukan untuk memandu kepada arah pembuatan desain pit yang optimal dan aman (single slope degree, overall slope degree, tinggi bench, potensi bahaya longsor yang ada contohnya: longsoran bidang, baji, topling busur, dll) sesuai dengan kriteria faktor keamanannya. Disini ahli geotek tidak hanya melakukan analisis namun juga ikut turun memetakan kondisi geologi (patahan/lipatan/rekahan, dll) dilokasi yang akan dibuka tambang. Selain itu juga geoteknik diperlukan dalam pembangunan infrastruktur tambang seperti stockpile, port, jalan hauling di areal lemah, dll. Disini, peran ahli geotek adalah memberikan analisis mengenai daya dukung tanah yang aman, cut fill volume, serta langkah-langkah yang diperlukan untuk memenuhi faktor keamanan sehingga ketika dilakukan kontruksi dan digunakan tidak terjadi longsoran (failure).

2. Operasional TambangPada kondisi ini ahli geotek berperan dalam pengawasan kondisi pit dan infrastruktur yang ada, sebagai contoh pengawasan pergerakan lereng tambang, zona-zona potensi longsor di areal tambang (pit dan waste dump) akibat proses penambangan, prediksi kapan longsor akan terjadi, apakah berbahaya untuk operasional di pit atau tidak,langkah apa saja yang harus dilakukan untuk mengantisipasi longsor seperti mengevakuasi alat, melakukan push back untuk menurunkan derajat kemiringan lereng, melakukan penguatan, melakukan pengeboran horizontal untuk mengeluarkan air tanah,dll. Disini peran ahli geotek memandu tim safety dalam pengawasan operasional tambang dan ahli geotek bisa melakukan penyetopan operasional pit jika membahayakan keselamatan manusia dan alat, hal ini juga berlaku pada infrastruktur.3. Post Mining (Pasca Penambangan)Setelah kegiatan penambangan selesai, geotek bekerja sama dengan safety juga berperan untuk

memastikan bahwa kondisi waste dump dan pit dalam kondisi aman dan tidak terjadi longsor dalam jangka waktu lama, karena setelah tambang selesai lahan tersebut akan dikembalikan kepada pemerintah dan masyarakat dan menyangkut masalahcitra perusahaan, bagi perusahaan yang berstatus green company hal ini merupakan kewajiban yang harus dilakukan.