Apa itu Faktor Keamanan Pada Lereng Tambang (Factor of Safety) ?

Kestabilan suatu dinding lereng dapat dianalisis melalui perhitungan Faktor Keamanan Lereng dengan melibatkan data sifat fisik tanah atau batuan, mekanika tanah (geoteknis tanah) dan bentuk geometri lereng (Pangular, 1985). Secara khusus, analisis dapat dipertajam dengan melibatkan aspek fisik lain secara regional, yaitu dengan memperhatikan kondisi lingkungan fisiknya, baik berupa kegempaan, iklim, vegetasi, morfologi, batuan/tanah maupun situasi setempat. Kondisi lingkungan tersebut merupakan faktor-faktor yang mempengaruhi gerakan tanah dan merupakan karakter perbukitan rawan longsor (Anwar & Kesumadharma, 1991; Hirnawan, 1993, 1994).

Faktor keamanan lereng secara sederhana adalah perbandingan antara gaya penahan terhadap gaya penggerak, kestabilan dari suatu lereng pada kegiatan penambangan dipengaruhi oleh kondisi geologi daerah  ketempat, bentuk keseluruhan lereng pada lokasi tersebut, kondisi air tanah setempat, faktor luar seperti getaran akibat peledakan ataupun alat mekanis yang beroperasi dan juga dari teknik penggalian yang digunakan dalam pembuatan lereng. Faktor pengontrol ini jelas sangat berbeda untuk situasi penambangan yang berbeda dan sangat penting untuk memberikan aturan yang umum untuk menentukan seberapa tinggi atau seberapa landai suatu lereng untuk memastikan lereng itu akan tetap stabil.

Apabila kestabilan dari suatu lereng dalam operasi penambangan meragukan, maka analisa terhadap kestabilannya harus dinilai berdasarkan dari struktur geologi, kondisi air tanah dan faktor pengontrol lainnya yang terdapat pada suatu lereng.

Kestabilan lereng penambangan dipengaruhi oleh geometri lereng, struktur batuan, sifat fisik dan mekanik batuan serta gaya luar yang bekerja pada lereng tersebut. Suatu cara yang umum untuk menyatakan kestabilan suatu lereng penambangan adalah dengan faktor keamanan. Faktor ini merupakan perbandingan antara gaya penahan yang membuat lereng tetap stabil, dengan gaya penggerak yang menyebabkan terjadinya longsor.

Faktor keamanan (FK) lereng tanah dapat dihitung dengan berbagai metode. Longsoran dengan bidang gelincir (slip Surface), F dapat dihitung dengan metode sayatan (slice method) menurut Fellinius atau Bishop. Untuk suatu lereng dengan penampang yang sama, cara Fellinius dapat dibandingkan nilai faktor keamanannya dengan cara Bishop.

Data yang diperlukan dalam suatu perhitungan sederhana untuk mencari nilai FK (Faktor keamanan lereng) adalah sebagai berikut :

a) Data lereng atau geometri lereng (terutama diperlukan untuk membuat penampang lereng). Meliputi : sudut Kemiringan lereng, tinggi lereng dan lebar jalan angkut atau berm pada lereng tersebut.

b) Data mekanika tanah

• Sudut geser dalam (ɸ)
• Bobot isi tanah atau batuan (γ)
• Kohesi (c)
• Kadar air tanah (ω)

c) Faktor Luar

• Getaran akibat kegiatan peledakan,
• Beban alat mekanis yang beroperasi, dll.

Cara analisis kestabilan lereng banyak dikenal, tetapi secara garis besar dapat dibagi menjadi tiga kelompok yaitu: cara pengamatan visual, cara komputasi dan cara grafik (Pangular, 1985) sebagai berikut :

1) Cara pengamatan visual adalah cara dengan mengamati langsung di lapangan dengan membandingkan kondisi lereng yang bergerak atau diperkirakan bergerak dan yang yang tidak, cara ini memperkirakan lereng labil maupun stabil dengan memanfaatkan pengalaman di lapangan (Pangular, 1985). Cara ini kurang teliti, tergantung dari pengalaman seseorang. Cara ini dipakai bila tidak ada resiko longsor terjadi saat pengamatan. Cara ini mirip dengan memetakan indikasi gerakan tanah dalam suatu peta lereng.

2) Cara grafik adalah dengan menggunakan grafik yang sudah standar (Taylor, Hoek & Bray, Janbu, Cousins dan Morganstren). Cara ini dilakukan untuk material homogen dengan struktur sederhana. Material yang heterogen (terdiri atas berbagai lapisan) dapat didekati dengan penggunaan rumus (cara komputasi). Stereonet, misalnya diagram jaring Schmidt (Schmidt Net Diagram) dapat menjelaskan arah longsoran atau runtuhan batuan dengan cara mengukur strike/dip kekar-kekar (joints) dan strike/dip lapisan batuan. Salah satunya telah kita bahas cara perhitungan FK dengan metode grafik Hoek and Bray

3) Cara komputasi adalah dengan melakukan hitungan berdasarkan rumus (Fellenius, Bishop, Janbu, Sarma, Bishop modified dan lain-lain). Cara Fellenius dan Bishop menghitung Faktor Keamanan lereng dan dianalisis kekuatannya. Menurut Bowles (1989), pada dasarnya kunci utama gerakan tanah adalah kuat geser tanah yang dapat terjadi :

1. (a) tak terdrainase,
2. (b) efektif untuk beberapa kasus pembebanan,
3. (c) meningkat sejalan peningkatan konsolidasi (sejalan dengan waktu) atau dengan kedalaman
4. (d) berkurang dengan meningkatnya kejenuhan air (sejalan dengan waktu) atau terbentuknya tekanan pori yang berlebih atau terjadi peningkatan air tanah.

Secara umum terdapat dua metode komputasi perhitungan kestabilan lereng yaitu Metode Kesetimbangan Batas atau Limit Equilibrium Method (LEM) yang digunakan untuk perhitungan secara sederhana dan metode elemen hingga atau Finite Elemen Method (FEM) untuk menghitung kestabilan dinding lereng dengan banyak parameter yang kompleks. 

Kedua metode perhitungan ini insyallah akan kita bahas secara rinci pada tulisan yang akan datang.


Diolah dari berbagai sumber;
http://lerengtambang.blogspot.com/
Hatti GOUW Dave, 2012  Kestabilan Lereng FEMvsLEM, HATTI‐PIT‐XVI 2012, 4‐5 Dec 2012, Hotel Borobudur, Jakarta

Read More

Apa Beda Porositas dan Permeabilitas Pada Batuan

Banyak yang bertanya apa perbedaan permeabilitas dan porositas pada batuan ? apakah sama atau tidak ? jika tidak apakah ada hubungan dan pengaruh antara keduanya terhadap batuan. Sebelum kita bahas ada baiknya coba kita pahami definisinya terlebih dahulu ;

"Permeabilitas batuan didefinisikan sebagai kemampuan batuan dalam melewatkan fluida dalam medium pori yang salimg berhubungan batuan"

"Sedangkan porositas didefinisikan sebagai perbandingan antara volome batuan yang tidak terisi oleh padatan terhadap volume batuan secara keseluruhan."

Secara sederhana dapat kita katakan bahwa porositas adalah kemampuan untuk menyimpan, sedangkan permeabilitas atau kelulusan yaitu kemampuan untuk melepaskan fluida tanpa merusak partikel pembentuk atau kerangka batuan.

Coba perhatikan ilustrasi diatas ada 3 kondisi, yang pertama (1) paling kiri tidak ada porositas, dan tidak mengalirkan fluida (nonpermeable/impermeable), pada kondisi tengah (2) terdapat pori, tetapi porositasnya saling tidak terhubung dan juga tidak mengalirkan fluida (nonpermeable/impermeable), yang terakhir paling kanan (3) terdapat pori, porositasnya saling terhubung dan dapat mengalirkan air (permeable). Tentu pada batuan tidak harus hanya masing masing kondisi diatas, bisa saja dalam satu tubuh batuan terdapat kombinasi antara ketiganya.

jadi porositas dan permeabilitas erat hubungannya sehingga dapat dikatakan bahwa permeabilitas tidak mungkin ada tanpa adanya porositas, walaupun sebaliknya belum tentu demikian. 

Penentuan porositas dapat langsung dilakukan dilapangan maupun di laboratorium, sedangkan penentuan nilai permeabilitas hanya dapat dilakukan di laboratorium. Kondisi ini menyebabkan perlunya diketahui hubungan antara porositas dan permeabilitas melalui pengukuran di laboratorium sehingga dapat diperkirakan nilai permeabilitas dari nilai porositas.

Kita bahas porositas terlebih dahulu ya;

Porositas.

Porositas atau pori merupakan ruang di dalam batuan; yang dapat terisi oleh fluida, seperti udara, air tawar/asin, minyak atau gas bumi. Porositas suatu batuan sangat penting dalam eksplorasi dan eksploitasi baik dalam bidang perminyakan maupun dalam bidang air tanah. Hal ini karena porositas merupakan variabel utama untuk menentukan besarnya cadangan fluida yang terdapat dalam suatu massa batuan.

Porositas secara sifat dapat dibagi menjadi dua yaitu porositas yang terhubung dan porositas tidak terhubung, Porositas terhubung dapat diukur dengan menggunakan gas atau cairan yang mengalir ke dalam bebatuan, namun tidak dapat melalui porositas yang tidak terhubung.

Perbandingan antara volume total ruang pori (baik itu terhubung maupun tidak) dan volume total batuan disebut porositas total atau absolut, sedangkan perbandingan antara ruang pori yang saling berhubungan dan volume total batuan disebut porositas efektif.

Porositas total atau absolut menurut Levorsen adalah:

Sedangkan porositas efektif didefinisikan sebagai;

Porositas beberapa reservoar menurut Koesoemadinata (1978) dikelompokkan menjadi:

Beberapa faktor yang mempengaruhi porositas antara lain adalah;

• Ukiran butir atau grain size, semakin kecil ukuran butir maka rongga yang terbentuk akan semakin kecil pula dan sebaliknya jika ukuran butir besar maka rongga yang terbentuk juga semakin besar.
• Bentuk butir atau sphericity, batuan dengan bentuk butir jelek akan memiliki porositas yang besar, sedangkan kalau bentuk butir baik maka akan memiliki porositas yang kecil.
• Susunan butir, Apabila ukuran butirnya sama maka susunan butir sama dengan bentuk kubus dan mempunyai porositas yang lebih besar dibandingkan dengan bentuk rhombohedral.
• Pemilahan, Apabila butiran baik maka ada keseragaman sehingga porositasnya akan baik pula. Pemilahan yang jelek menyebabkan butiran yang berukuran kecil akan menempati rongga diantara butiran yang lebih besar akibatnya porositasnya rendah.
• Komposisi mineral, Apabila penyusun batuan terdiri dari mineral-mineral yang mudah larut seperti golongan karbonat maka porositasnya akan baik karena rongga-rongga akibat proses pelarutan dari batuan tersebut.
• Sementasi, Material semen pada dasarnya akan mengurangi harga porositas. Material yang dapat berwujud semen adalah silika, oksida besi dan mineral lempung.
• Kompaksi, Adanya kompaksi dan pemampatan akan mengurangi harga porositas. Apabila batuan terkubur semakin dalam maka porositasnya akan semakin kecil yang diakibatkan karena adanya penambahan beban.

Jika ada teman teman yang ingin mengetahui bagaimana proses perhitungan nilai porositas batuan dapat langsung dibaca pada paper ini

Permeabilitas,

Permeabilitas didefinisikan sebagai ukuran media berpori untuk meloloskan/melewatkan fluida.  Apabila media berporinya tidak saling berhubungan maka batuan tersebut tidak mempunyai permeabilitas. Oleh karena itu ada hubungan antara permeabilitas batuan dengan porositas efektif. Sekitar tahun 1856, Henry Darcy seorang ahli hidrologi dari Prancis mempelajari aliran air yang melewati suatu lapisan batu pasir

Dapat dinyatakan dalam rumus sebagai berikut :

Dimana;

K      : Permeabilitas (darcy)

Vis   : Viskositas (centi poise)

L      : Panjang (cm)

Q      : Laju Alir (cc/sec)

A      : Luas Penamapang (Cm^2)

P       : Tekanan (atm)

Permeabilitas beberapa reservoar menurut Koesoemadinata dikelompokkan sebagai berikut:

Didalam batuan reservoir fluida yang mengalir biasanya lebih dari satu macam, sehingga permeabilitas dapat dibagi menjadi : 

• Permeablitas Absolute, merupakan harga Permeabilitas suatu batuan apabila fluida yang mengalir melalui pori-pori batuan hanya terdiri dari satu fasa. contoh. yang mengalir hanya gas, atau minyak.

• Permeabilitas Efektif , merupakan permeabilitas bila fluida yang mengalir lebih dari sati macam. contoh yang mengalir pada batuan reservoir yaitu minyak, gas dan air.

• Permeabilitas Relatif , merupakan perbandingan antara permeabilitas efektif dengan permeabilitas absolute.

Faktor yang ikut mempengaruhi permeabilitas adalah :

• Bentuk dan Ukuran batu : Jika batuan disusun oleh butiran yang besar, pipih dan seragam dengan dimensi horizontal lebih panjang, maka permeabilitas horizontal (kh) akan lebih besar. Sedangkan permeabilitas vertical (kv) sedang-tinggi. Jika batuan disusun berbutir dominan kasar, membulat dan seragam, maka permeabilitas akan lebih besar dari kedua dimensinya. Permeabilitas buat reservoir secara umum lebih rendah, khususnya pada dimensi vertikalnya, jika butiranya berupa pasir dan bentuknya tidak teratur. Sebagian besar reservoir minyak berbentuk seperti ini.

• Sementasi : permeabilitas dan porositas batuan sedimen sangat dipengaruhi sementasi dan keberadaan semen pada pori batuan

• Retakan dan Pelarutan : pada batuan pasir, retakan tidak dapat menyebabkan permeabilitas sekunder, kecuali pada batuan pasir yang interbedded dengan shale, limstone dan dolomite. Pada batua karbonat, proses pelarut oleh larutan asam yang berasal dari perokolasi air permukaan akan melalu pori – pori primet batuan, bidang celah dan rekahan akan menambah permeabilitas reservoir.

Jika ada teman teman yang ingin mengetahui bagaimana proses perhitungan nilai permeabiltias batuan dapat langsung dibaca pada paper ini

Semoga bermanfaat,
Silahkan berkomentar jika ada yan kurang jelas..

Sumber;

• Levorsen, A.I. 1954. Geology Of Petroleum. San Fransisco. W.H. Freeman & Company.
• Koesoemadinata, R.P. 1978. Geologi Minyak Bumi. Bandung. Penerbit ITB.
• http://teknik-perminyakan-indonesia.blogspot.com/2015/07/pengukuran-permeabilitas.html
• https://core.ac.uk/download/pdf/11703377.pdf
• http://ceritageologist.blogspot.com/2012/04/porositas-dan-permeabilitas.html
• http://www.civilengineeringforum.me/permeability-of-concrete/

Read More

Uji Kuat Tarik Batuan (Brazilian Test)

Setelah sekian lama tidak update, kebetulan lagi ada waktu luang saya akan coba bahas pelan pelan dan secara sederhana salah satu pengujian mekanik batuan untuk mendapatkan nilai kuat tarik batuan.

Kekuatan tarik (tensile strength, ultimate tensile strength) adalah tegangan maksimum yang bisa ditahan oleh sebuah bahan ketika diregangkan atau ditarik, sebelum bahan tersebut patah. Kekuatan tarik adalah kebalikan dari kekuatan tekan, dan nilainya bisa berbeda.

Beberapa bahan dapat patah begitu saja tanpa mengalami deformasi, yang berarti benda tersebut bersifat rapuh atau getas (brittle). Bahan lainnya akan meregang dan mengalami deformasi sebelum patah, yang disebut dengan benda elastis (ductile).

Kekuatan tarik umumnya dapat dicari dengan melakukan uji tarik dan mencatat perubahan regangan dan tegangan. Titik tertinggi dari kurva tegangan-regangan disebut dengan kekuatan tarik maksimum (ultimate tensile strength). (Wikipedia)

Kekuatan tarik material batuan biasanya didefinisikan sebagai tegangan tarik maksimum yang dapat dialami oleh suatu material dalah hal ini batuan atau beton. Material batuan biasanya memiliki kekuatan tarik rendah, yang dapat ditentukan dengan metode langsung dan tidak langsung.

Uji brazilian adalah salah satu pengujian kekuatan tarik secara tidak langsung (Tensile Strength Test), yang paling populer dilakukan untuk mengetahui kuat tarik batuan, pengujian ini lebih sering digunakan, karena lebih mudah dan sederhana dibanding dengan uji kuat tarik batuan secara langsung yang prosesnya rumit dalam hal sample preparation-nya.

Secara kronologis, pencipta metode uji kuat tarik tidak langsung ini adalah Carneiro (1943), yang memperkenalkan metode uji untuk mendapatkan nilai kekuatan tarik beton dan menciptakan rumus untuk menghitung kekuatan tarik sampel dalam bentuk silinder yang dibebani konstant secara perlahan hingga sampel batuan menunjukkan bidang keruntuhan.

Dimana P (kN) adalah beban tekan maksimal sampai sampel pecah, D (mm) adalah diameter silinder dan t (mm) adalah panjang/tebal/thickness benda uji. Hasil uji kuat tarik brazilian adalah dalam (MPa).

Rasio panjang / diameter harus 0,5 hingga 0,6 atau (L= 2D). Beban terus ditingkatkan pada tingkat yang konstan sampai kegagalan sampel terjadi dalam beberapa menit. Tingkat pemuatan tergantung pada bahan dan dapat dari 10 hingga 50 kN / menit.

Persamaan di atas menggunakan teori elastisitas untuk media kontinyu isotropik dan memberikan tegangan tarik tegak lurus terhadap diameter yang dimuat di pusat cakram pada saat terbentuk bidang keruntuhan batuan.

Dalam pengujian ini sampel batuan berbentuk silinder diletakkan dengan posisi ditidurkan kemudian beban terpusat diberikan pada kedua kutubnya. Saat membebani silinder beton pada dua kutubnya, Carneiro mengamati bahwa keruntuhan benda uji hampir pasti terjadi pada bidang vertikal yang menghubungkan kedua kutub dari suatu penampang silinder.

Nilai kekuat tarik batuan sebagai salah satu parameter mekanik batuan umumnya digunakan dalam mendesain bagian dari suatu struktur yang bersifat ductile dan brittle yang bersifat tidak statis, dalam arti selalu menerima gaya dalam jumlah besar, meski benda tersebut tidak bergerak seperti bangunan, atau dalam konteks pertambangan desain lereng tambang dan embankment/tanggul.

Saya akan mencukupkan pembahasan tentang pengujian Brazilian test ini sampai disini, jika ada yang ingin didiskusikan dapat langsung pada kolom komentar atau via email, 

Untuk ulasan turunan dari formulasi Brazilian test bisa dibaca pada blognya sensei james oetomo  , dia menjabarkan dengan sangat detail sampe tuntas.

Semoga Bermanfaat

Sumber;

• http://www.geotechdata.info/geotest/brazilian-test.html
• https://www.researchgate.net/publication/284182620_Current_Cognition_of_Rock_Tensile_Strength_Testing_By_Brazilian_Test
• https://james-oetomo.com/2016/04/16/uji-brazilianuji-belah-overview/

Read More

Direct Shear Test (Uji Kuat Geser Batuan)

Setelah sekian lama ga nulis lagi, jadi kepikiran kalo ada laboratorium test yang belum dibahas di blog ini, rasa rasanya belum lengkap. Didalam menetukan parameter geoteknik setidaknya ada tiga laboratorium test yang dilakukan untuk mendapatkan nilai kohesi dan sudut geser dalam yang nantinya akan digunakan dalam perhitungan analisis kestabilan lereng untuk mendapatkan nilai faktor keamanan. Laboratorium test tersebut diantaranya;

1. UCS (Unconfined Compression Strength Test) 
2. Direct Shear Strength.
3.  Triaxial Test 

Pada bagian ini kita akan membahas direct shear strength atau kuat geser langsung. Kuat geser tanah atau batuan adalah kemampuan tanah melawan tegangan geser yang terjadi pada saat terbebani. keruntuhan geser atau shear failure tanah atau batuan terjadi bukan disebabkan karena hancurnya butir butir tanah tersebut tapi karena adanya gerak relatif antara butir butir tanah tersebut. Pada peristiwa kelongsoran suatu lereng berarti telah terjadi pergeseran dalam butir butir tanah tersebut. Kekuatan geser yang dimiliki oleh suatu tanah atau batuan dipengaruhi oleh faktor faktor dibawah ini;

Pada tanah berbutir halus (kohesif ) misalnya lempung kekuatan geser yang dimiliki tanah disebabkan karena adanya kohesi atau lekatan antara butir butir tanah atau biasa disebut dengan kohesi (C).

Pada tanah atau batuan dengan butir kasar (non kohesif), kekuatan geser disebabkan karena adanya gesekan antara butir butir tanah atau batuan sehingga sering disebut sudut gesek dalam

Pada kondisi alamiah dilapangan kondisi material tanah maupun batuan selalu bercampur sehinga kekuatan geser disebabkan karena adanya lekatan (karena kohesi) dan gesekan karena adanya sudut geser dalam pada butir butir batuan dan tanah.

Kuat geser batuan dinyatakan dalam rumus;

Hubungan antara tegangan total, tegangan efektif dan tegangan air pori adalah sebagai berikut;

Berikut ilustrasi sederhana dari alat direct shear strength;

Secara sederhana sampel tanah atau batuan dimasukkan kedalam alat seperti tabung yang kemudian diberi beban normal yang besarnya tetap. Sampel tersebut kemudian digeser dengan gaya () yang besarnya secara berkala dinaikkan sampai sampel tanah atau batuan tersebut pecah (). Dan sleuruh angka tersebut dicatat kemudian diplot kedalam grafik.

Saat ini alat untuk mengukur direct shear strength sudah otomatis dengan komputer dalam menghitung displacement dari sampel tersebut karena dibutuhkan ketelitian yang sangat tinggi dan harus sangat cepat untuk mencatat tiap perubahan. ada tiga gauge yang harus dicatat per tiap perubahan gaya yang diberikan seperti horizontal displacement gauge, vertical displacement gauge dan shear load gauge. Untuk memulai bisanya ditentukan beberapa nilai beban atau tekanan normal (psi) yang akan diberikan pada tiap sampel yang berbeda.

Dalam tabel dibawah  ini saya coba mencoba menjelaskan secara sederhana perhitungan dalam menentukan direct shear strength:

Sampel tanah atau batuan 1 diberikan gaya normal 2.27 psi dan seterusnya utk sampel 2 & 3. Kemudian pada tabel berwarna biru kita dapat melihat nilai gaya horizontal yang diberikan pada sampel dan didapatkanlah pembacaan nilai horizontal displacement (Tabel oranye), load dial reading (Tabel kuning) dan shear force (Tabel merah).

Untuk shear stress (Tabel hijau) didapat dari pembagian horizontal shear force (Tabel merah) dengan luas area.

Hal yang sama dilakukan pada beberapa sampel dengan pemberian gaya normal yang berbeda, setelah itu dibuat grafik nilai dari shear stress (Tabel hijau ) vs horizontal displacement (Tabel oranye) dengan beberapa sampel yang berbeda seperti pada gambar dibawah;

Setelah diplot maka dari grafik tersebut kita mendapat nilai peak dimana saat sampel batuan pecah/failure/runtuh, langkah selanjutnya adalah nilai tersebut dijadikan gravik antara horizontall stress maksimal saat batuan pecah vsnormal stress tiap tiap sampel.

Maka akhirnya didapat persamaan

Saya mencoba menjelaskan sesederhana mungkin dan bagaimana prakteknya, kalau masih ada yang belum jelas dapat berkomentar dan akan kita diskusikan bersama, dan kalo ada yang kurang boleh dikoreksi, masih belajar.

Ditulis pada saat melakukan evakuasi unit karena terdeteksi slope instability pada salah satu site tambang dengan kontraktor ternama di indonesia.
22:43 May 19, 2017.


Reference :

• ASTM D 3080 Standard Test Method for Direct Shear Test of Soils Under Consolidated Drained Conditions.
• Engineering Properties of Soils Based on Laboratory Testing Prof. Krishna Reddy, UIC 

Read More

Desain Lereng pada Tambang Terbuka; dari Pendekatan Geologi dan Geomekanika

disarikan dari paper ; Slope design and implementation in open pit mines; geological and geomechanical approach by Jean-Alain FLEURISSON 


Lereng pada tambang terbuka harus diperhitungkan sebagai "bangunan geoteknik". Oleh karena itu desain dan implemetasinya harus dilakukan dengan seluruh pertimbangan termasuk dari segi teknik, ekonomi, lingkungan dan masalah keselamatan. Tetapi struktur ini dibuat pada kondisi geologi dan geomekanik alami yang terdapat struktur pada kondisi alami dari batuan yang mengontrol deformasi batuan dan tipe dari mekanisme longsoran. Sangat penting untuk mengimplementasikan metodologi yang dirumuskan dengan baik harus dilakukan berdasarkan fase sebagai berikut;

1. Karakteristik massa batuan yang didapat dari analisis data geologi dan geomekanik;
2. Menentukan perilaku deformasi dan mekanisme dari longsoran
3. Desain lereng dan perkuatan serta metode pemantauan kestabilan lereng.

Paper ini menggambarkan banyak teknik yang dapat digunakan untuk mencapai keberhasilan dan hasil dari implementasi teknik tersebut, juga limitasi yang dihadapi pada kasus pada desain lereng pada tambang terbuka.

Dinding lereng tambang dan kuari, banyak yang mencapai kedalaman beberapa ratus meter, harus diperhitungkan sebagai “pekerjaan geoteknik” pada bagian ini kita berbicara pada pekerjaan tambang atau pekerjaan teknik sipil. Desain dan implementasinya harus dilakukan berdasarkan pada aturan yang secara umum digunakan untuk menentukan geometri yang akan menjamin keamanan pada struktur, dilain sisi juga meminimalisir volume material yang akan digali yang pada akhirnya akan berhubungan pada segi ekonomi pekerjaan tersebut. Sebagai tambahan sisi ekonomis, perhatian utama pada yang harus dipertimbangakn adalah masalah lingkungan, terutama pada prosedur dari pasca tambang dimana masalah dapat terjadi pada periode jangka panjang.

Secara umum objek geoteknik yang mana terdapat strukutr geologi, pada konidisi alami dari massa batuan dan perilaku yang akan mengontrol terjadinya proses longsoran yang harus dipertimbangkan pada desain lereng. Maka dari itu hal yang pertama dilakukan adalah mengindentifikasi strukutur geologi untuk mencapai hasil implementasi yang tepat pada permodelan dan perhitungan.

Artikel ini mengingatkan kembali pada prinsip dasar dari desain lereng pada tambang terbuka, menyajikan teknik dan alat yang tersedia untuk mencapai keberhasilan pada desain lereng tersebut. 

Mempertimbangkan pentingnya tahap ini, desain lereng pada tambang terbuka harus berdasarkan metodologi terkontrol, bahwa setiap massa batuan digolongkan berdasarkan keunikan struktur geologinya, oleh karena itu tidak ada standar yang baku untuk mencapai solusi tepat dengan pasti. Metodologi ini dapat dibagi menjadi beberapa fase;1) karakteristik massa batuan yang didapat dari analisis data geologi dan geomekanik; 2) menentukan potensi dari dari mekanisme deformasi, longsoran dan model dari longsoran tersebut; 3) desain lereng dan perkuatan serta metode pemantauan kestabilan lereng. Fase ini dikembangkan oleh Cojean and Feurisson [1].

1). Karakteristik Massa Batuan 

Fase ini membutuhkan pengetahuan dari ilmu geologi, geomekanik dan hidrogeologi untuk melakukan observasi dan pengukuran. Hal ini menggunakan seluruh disiplin ilmu kebumian dan sains mekanika, terutama disiplin ilmu geologi teknik, geoteknik, mekanika tanah dan batuan, hidrogeologi dan hidrolika air tanah.

Pertama, pendekatan geologi sangat penting untuk menganalisa perilaku material. Geologis akan mengidentifikasi petrologi dari material (batuan atau tanah) dan keadaan pelapukan dan fracture batuan . Data ini penting untuk selanjutnya mengetahui karakteristik dari properti mekanik dari material. Hal ini juga menyediakan informasi dari keragaman dari paramater massa batuan. Geologis juga mengidentifikasi strukutur geologi dari massa batuan yang dapat digunakan unutk menentukan secara tepat hubungan antara perbedaan material dari massa batuan dan mekanisme deformasi dan longsoran.

Data yang didapat dari pendekatan geologi awal ini sangat penting karena akan menjadi panduan untuk optimasi investigasi lapangan geologi dan geoteknik menggunakan subsurface geophysical methods, operasi pengeboran atau penggalian dangkal dilakukan dengan excavator yang ekonomis dan menyediakan informasi yang bernilai. Disarankan untuk mempertimbangkan “geotechnical enhancement” dari seluruh lubang bor untuk perhitungan deposit dan evaluasi sumberdaya. Hal yang juga penting adalah untuk menjadwalkan investigasi lapangan khusus untuk tujuan geoteknik, agar dapat diperhitungkan perencanaan lereng akhir tambang.

Perhatian khusus harus diberikan pada bidang diskontinuitas yang memotong massa batuan pada skala yang berbeda beda. Keragaman alami dari geometri juga pada parameter dari bidang diskontinuitas membutuhkan pengetahuan statistik untuk melakukan metode sampling yang ketat. Termasuk beberapa tahap pengukuran lapangan dari bidang diskontinuitas melalui survey yang sistematis pada singkapan, bidang ekskavasi atau orientasi inti bor seperti klasifikasi dari orientasi set bidang diskontinu menggunakan teknik projeksi stereograpis atau klasifikasi otomatis seperti analisa statistic dari parameter geometri dari setiap set bidang diskontinu menggunakan histogram dari parameter geometric dan bidang diskontinu yang akan menghasilkan paramter seperti ; dip direction, dip angle, kemenerusan, panjang bidang dan isian dari bidang diskontinu.

Beberapa lubang bor dipasang piezometers untuk mengukur tinggi dari muka air tanah.

Perolehan data fisik  dan parameter mekanik yang didapat dari sampel intact dibutuhkan untuk perhitungan lanjutan, dilakukan pengujian laboratorium untuk menentukan parameter fisik batuan dan karakteristik deformasi dan kekuatan batuan seperti densitas, keohesi, sudut geser dalam dan kuat geser batuan. 

2) Menentukan perilaku deformasi dan mekanisme dari longsoran

Analisis dari struktur geologi, parameter geoteknik dari material dan juga analisis dari tekanan mekanis yang dihasilkan dari penggalian penambangan akan membantu menggambarkan kondisi paling kritis dan akan dapat diidentifikasi mekanisme longsoran dan perilaku deformasi batuan.

Secara umum, penyederhanaan dari mekanisme kritis menggunakan model homogen dan teknik yang secara umum dibutuhkan untuk pemodelan dan kemudian dilkukan perhitungan secara numerik yang memungkinkan untuk perhitungan resiko longsor. Setiap proses penyederhanaan yang melekat pada setiap model numerik tidak dapat dianggap remeh dan digunakan dengan pertimbangan. Pada setiap situasi kita harus dapat memperkirakan perbedaan yang dihasilkan dari pemodelan dan pada kenyataan di lapangan.

• Beberapa tipe mekanisme longsoran 

Pada gambar dibawah, beberapa mekanisme longsor yang tergantung pada struktur massa geologi, dimana geologis mengidentifikasi permukaan dan volume dengan deformasi dan kekuatan geser paling rendah.

Gambar 1. Beberapa proses dari longsoran lereng: (a) longsoran bidang, (b) longsoran baji, (c) longsoran guling, (d) longsoran busur (Hoek and Bray).

Pada mekanisme longsoran bidang; permukaan longsor berhubungan dengan formasi perlapisan bidang sedimen (bedding), bidang foliasi atau schist pada formasi metamorphosis atau kekar (crack) atau kontak lithology antara pelapukan lempung dan batuan asli/dasar.

Longsoran yang terjadi pada dua atau lebih bidang diskontinu terjadi pada massa batuan dan melibatkan mekanisme perpotongan dispanjang bidang diskontinu sebagai longsoran baji, banyak tipe dari longsoran guling seperti mekanisme kompleks seperti arching, bending, toppling atau buckling dari perlapisan batuan yang hampir tegak.
 

Material batuan yang tidak trelalu keras atau adanya bidang diskontinu yang berperan pada terjadinya mekanisme ini.

Pada tanah yang terdapat joint dan massa batuan yang terlapukkan dimana tidak ada strukutr geologi yang mengotnrol terjadinya mekanisme longsoran, longsoran dengan permukaan yang paling tidak stabil adalah longsoran busur. Longsoran busur adalah hasil dari deformasi lokal. Ini adalah pola dasar dari longsoran alami (landslide); namun bentuk spesifik dari longsoran ini tidak dapat digeneralkan.

Sering, permukaan gelincir (secara umum pbentuk convex) yang dijadikan bidang lemah dari massa batuan, contohnya : bidang diskontinu yang sudah ada, joints pada stratigrafi atau pada zona perlapukan yang dalam.

Pada banyak kasus, bidang diskontinu dari massa batuan sama dengan perilaku mekanik dari material batuan yang berperan penting pada proses deformasi dan mekanisme longsoran. Pada kasus ini,massa batuan dalam skala besar mekanisme longsoran yang kompleks dapat terjadi dan sulit untuk ditandai. Beberapa kasus, model numerik dapat memperhitungkan ada atau tidaknya bidang diskontinu pada massa batuan yang dapat menggambarkan kemungkinan proses deformasi secara teoritis. Implementasi dari model ini membutuhkan pengetahuan yang komprehensif dari parameter mekanik. Pada tahap awal dari project, sistem pemantauan dan instrument dapat dipasang untuk memantau perilaku dan respon dari massa batuan, untuk mencapai model terbaik.

3)  Modelling – Deformasi dan perhitungan faktor keamanan.

Seluruh pengumpulan data geologi, hidrogeologi dan mekanik yang dikumpulkan untuk memungkinkan pembuatan model geomekanik dari massa batuan yang akan digunakan dari model komputasi numerik yang disesuaikan untuk mengidentifikasi mekanisme longsor dan deformasi pada tahap sebelumnya.

Penting untuk diketahui dan mengklarifikasi model dari desain pit, seperti skala dari geometri bench (kestabilan dari single bench, tiga, empat, lima atau seluruh pit, 100m, 300m, atau lebih), tipe dari beban mekanis (stabilitas jangka pendek dan panjang selama fase operasi penambangan, kestabilan jangka panjang dari desain akhir lereng pit dan setelah proses rehabilitasi, kondisi kestabilan lereng pada kondisi ekstrim (studi resiko) yang berhubungan dengan hidrolika seperti muka air tanah yang tinggi ataupun gempa bumi ; akurasi dari data geologi, hidrogeologi, dan geoteknik yang dikumpulkan untuk penelitian yang akan memberikan pengetahuan tentang kondis alami lingkungan. Untuk mengatasi masalah akurasi pada beberapa dataset, perlu untuk dilakukan parametrik análisis untuk mempertimbangkan variasi realistik dari data parameter yang buruk/ pencilan dan juga dibandingkan dengan response dari deformasi yang diharapkan pada tanah ataupun massa batuan.
 

Setelah diketahui maslah yang ada maka, perhitungan deformasi dan kestbailan dari parameter dapat dilakukan.

Perhitungan faktor keamanan adalah berdasarkan dari teori Limit Equilibrium. Masalah mekanik di sederhanakan dan kestabilan lereng ditentukan menggunakan konsep dari faktor keamanan (FK) yang ditentukan dari perbandingan antara gaya maksimum dari penahan dan gaya penggerak disepanjang permukaan dengan potensi longsoran. Dari sisi teori, lereng stabil jaika FK lebih besar dari 1, tapi dalam kenyataan lapangan, level dari tingkat keamanan harus disesuaikan untuk mencapai akurasi dari data masukkan. Untuk kestabilan jangka pendek faktor keamanan 1.2 atau 1.3 dapat diterima, sedangkan untuk kestabilan jangka panjang 1.4 dan 1.5. Sangat bijakasana untuk melakukan perhitungan menggunakan nilai rata rata dari dari parameter mekanik dan juga nilai paling kecil yang wajar. Nilai ini akan diajdikan acuan untuk proses desain.

Pada beberapa kasus, penyederhanaan dari konsep faktor keamanan dan dari proses deformasi adalah terlalu berlebihan, dan diperlukan untuk melakukan perhitungan deformasi yang akan memberikan deformasi dari tanah dan massa batuan sebagai tanggapan terhadap beban mekanis dan hidrolis.

Read More