Rancangan Dan Stabilitas Penggalian

Terjemahan :

RANCANGAN DAN STABILITAS PENGGALIAN 7.1. STABILITAS KEMIRINGAN PADA TANAH DAN SATUAN 7.1.1. Pendekatan Analisis Rancangan Analisis kemiringan pada tanah dan batuan dapat dibuat melalui prinsipprinsip mekanik tanah atau batuan. Pada kebanyakan kasus, material pada dinding kemiringan dapat lebih mudah diidentifikasi sama seperti pada tanah atau batuan. Bagaimanapun keduanya akan lebih cepat karena karakteristik yang khas, tanah dapat menyerupai struktur batuan atau sebaliknya. Karena diperlukan, kasus yang khas ini harus diidentifikasi melalui penelitian atau observasi yang kritis oleh para ahli, karena tidak ada kejelasan yang pasti untuk menetapkan perbedaan keduanya. Langkah yang penting dalam menyelesaikan masalah kemiringan adalah mendefenisikannya secara normal, masalah yang telah diidentifikasi, penyelesaiannya bisa ditemukan atau didapatkan perkiraan yang rasional. Rancangan analisis dinding kemiringan dinyatakan dengan evaluasi tegangan atau

gaya

pada

dinding

dan

kemampuan

material

pada

dinding

untuk

mempertahankan tegangan atau gaya. Selanjutnya faktor-faktor yang mempengaruhi analisis rancangan dapat dibagi dalam dua kategori yaitu : Faktor yang mempengaruhi tegangan dan faktor yang mempengaruhi kemampuan dari dinding untuk mempertahankan tegangan. Untuk lebih sederhananya kemampuan dari dinding untuk mempertahankan tegangan diistilahkan sebagai kekatan dari tanah atau batuan. Diharapkan ada perbedaan yang mendasar antara analisis dari tanah dan batuan dalam identifikasi pada permukaan yang rusak. Tanah secara umum tidak mempunyai identitas pada bidang yang rusak. Bagaimanapun beberapa lapisan tanah pada dinding kemiringan mempunyai kekuatan yang berbeda. Dinding kemiringan tanah terdiri dari lappisan tipis diatas permukaan tanah yang tebal, tanah liat, atau permukaan tanah

diatas batu kerikil atau material yang lain. Selanjutnya tanah umumnya tidak mempunyai kerusakan potensial yang merupakan kelemahan yang dapat diidentifikasi melalui observasi. Di lain pihak, secara normal batuan mengandung kerusakan yang merupakan kelemahan dalam bentuk patahan, kekurangan, penyatuan, kerusakan ikatan atau pemutusan yang lain dibandingkan batuan utuh yang dapat ditemukan melalui observasi dan tes contoh batuan. Jika kerusakan permukaan tidak dapat diidentifikasi, prinsip mekanik tanah harus digunakan karena dalam mekanik tanah, kerusakan permukaan biasanya dapat diterima. Jika telah diidentifikasi selanjutnya prinsip mekanik batuan harus digunakan. 7.1.2. Analisis Tegangan Atau Gaya Pada Kemiringan Seluruh metode yang ada untuk analisis kemiringan tanah didasarkan pada interprestasi kriteria kerusakan dari Coulomb dan Navier Coulomb. Biasanya diistilahkan sebagai tegangan total dan kriteria tegangan efektif ( bag.6.1 ). Kriteria tegangan total dapat digambarkan dengan diagram pada gambar 7.1A, yang menghubungkan tegangan total = S ; kohesi = C ; tegangan normal = σ ; dan sudut friksi dalam = φ , dalam bentuk persamaan : S = C + σ tan φ

( sec.6.1 )...........

(1) Kriteria tegangan efektif mempertimbangkan “ kekuatan badan “ dalam material yang telah dibentuk melalui tekanan pori air = U, yang mengurangi tegangan normal pada kerusakan bidang. Hal ini ditunjukkan melalui grafik pada gambar 7.1 B dan melalui persamaan : S = C’ + (σ – U ) tan φ ’

(2)

C’ dan φ ’ berbeda dengan C dan σ pada kriteria tegangan total, dimana keduanya berhubungan dengan fungsi tegangan efektif (σ – U ).

Banyak metode yang berbeda untuk menetukan tegangan pada tanah. Bagaimanapun perbedaan utama menggambarkan penampang yang berbeda pada kerusakan permukaan yang dapat diterima. Metode analisis kemiringan yang dibahas pada bagian ini menganggap permukaan yang rusak dalam bentuk sirkular, beberapa yang lain berupa potongan geometrik beraturan atau tidak beraturan. Analisis kestabilan pada bidang yang rusak dalam bentuk sirkuler dibahas secara mendetail oleh Bishop, Bishop dan Morganstern, Blake, Fellenius, Jennings dan Steffan, Terzaghi dan Peck. Pembaca lebih menyukai gambaran yang mendetail dari teknik ini. Seperti yang ditunjukkan pada sec.6.1, tiap metode memperhatikan kriteria kerusakan oleh coulomb dan menerima permukaan yang rusak, dan analisa dua dimensi dan tidak memperhatikan batasan samping. Metode yang lebih lengkap dari analisis menggunakan uji kemiringan tanah dimana kerusakan dapat terjadi lebih dari satu bidang atau tempat lain yang sirkular dalam bagian yang menyilang. Metode analisis terbaru yang diterima hampir pada semua kondisi lapangan disebut teknik unsur terbatas. Teknik ini dikembangkan dari kemiringan tanah dan batuan.

Teknik unsur terbatas menggunakan model matematika pada medium kontinue dalam jumlah besar dari unsur-unsur yang berhubungan. Model persamaan ini diperoleh dari linierisasi menggantikan persamaan dalam teori elastilitas. bagaimanapun karena tiap unsur mempunyai sifat mekanik yang berbeda, model ini membentuk struktur geologi yang lengkap sering ditemukan pada batuan. Karena

ketepatan perhitungan yang dibuat dari model tergantung pada jumlah uinsur, pemecahan yang tepat hanya diperoleh melalui komputer yang mempunyai memori dan penyimpanan data yang memungkinkan. Untuk unsur berbentuk segitiga ( gambar 7.2 ), hubungan dua dimensi untuk menggantikan U, pada titik tertentu dari unsur tersebut adalah : Ux = A0 + A1x + A2y Uy = B0 + B1x +B2y

(3)

Dimana x dan y adalah koordinat, dan A1 dan B2 konstan. Hubungan antara tegangan = e dan shear stress = τ dan Navier mengganti persamaan (F) = (L) menjadi ( e ) = ( I1 ) ( U ) (T)=(I2)(e) ( F ) = ( I 3) ( T )

dimana ( L ) = Lij = ( I3)(I2)(I1). Persamaan ini harus dilinierkan dengan mengganti operator differensial ( I1) dengan operator algebraik, ( I 1 ) sehingga :

( e) = ( I1 ) ( U ) dan gaya ( F ) pada titik unsur bentuk segitiga disebut titik nodal. Karena ( L ) tergantung pada konstanta elastis batuan atau tanah, tiap unsur mempunyai sifat-sifat sendiri. Selanjutnya model matematika dapat disesuaikan untuk beberapa kondisi yang ditemukan pada batuan atau tanah. Unsur-unsur dapat dimodel dengan kondisi terbatas yang spesifik. Oleh sebab itu bidang geologi yang mempunyai kekurangan, atau beban bervariasi dan pergeseran kondisi, sapat diterima dalam penyelesaian masalah. 7.1.3. Analisis Kekuatan Tanah Dan Kemiringan Batuan Langkah pertama dalam prosedur penentuan “ kekuatan “ dari tanah atau batuan adalah menyeleksi sampel. Secara nyata, potensial kemiringan dinding harus dipaparkan untuk menentukan bahan-bahan pada dinding khususnya pada kmiringan tanah, tabel air, lensa air atau ciri-ciri yang lain mempengaruhi analisis tegangan dan analisis kekuatan. Seringkali sampel untuk penentuan sifat unsur dapat ditemukan selama fase eksplorasi pada penelitian. Pengalaman para ahli geologi biasanya dapat menentukan kerusakan permukaan yang potensial melalui pengamatan dan kebiasaan mereka dalam meneliti unsur-unsur tanah dan batuan. Pada kenyataannya Terzaghi dan Peek mempunyai dasar. Rancangan dari struktur perlu sebagai dasar garis empiris sederhana, tetapi garis ini dapat digunakan secara aman hanya oleh para ahli yang berpengalaman.

Pernyataan mereka dapat dikembangkan melalui uraian yang

berhasil dalam analisis rancangan yang sering kali berhubungan langsung dengan kualitas dan perbedaan dari pengalaman. Seringkali eksplorasi mineral disertai dengan pemboran inti dan rancangan para ahli dapat digunakan oleh ahli geologi dan sebagai contoh untuk menguji dan mengetes inti sebelum digunakan untuk analisis mineral dan geologi. Tes tanah untuk permeabilitas, tes kekuatan – tekanan, dan tes potongan langsung dan tekanan – triaxial dijelaskan dalam literatur ( sebagai contoh Ref.6 ) dan untuk ringkasannya

tidak dijelaskan disini. Tes untuk kekuatan rongga pada dinding batuan tidak dicantumkan dan akan digambarkan lebih jelas kemudian. Sudah jelas bahwa bidang potensial atau bagian yang rusak seharusnya diketahui dan kandungan batuan pada bidang tersebut harus diuji menggunakan beberapa orientasi seperti perhitungan tegangan bidang dari beberapa metode yang telah disebutkan sebelumnya atau seleksi metode yang lain menggunakan rancangan para ahli. Pada kebanyakan kasus, kerusakan pada bidang mungkin besar untuk sampel sederhana sehingga bidang tersebut tidak dapat diuji ( seperti kerusakan pada daerah eksploitasi yang besar ). Dalam hal ini rancangan para ahli dalam usaha untuk pengujian batuan yang berkeping begitu pula untuk pengujian pada tanah. Pengujian unsur-unsur pada dinding batuan seharusnya disetai pengamatan jumlah, goresan, dan lubang pada daerah geologi. Kelemahan yang lain seperti kerusakan, patahan, penyatuan atau kelemahan yang lain berupa kerusakan mekanik pada keseluruhan batuan. Metode yang dapat digunakan yaitu fotografi, seismik, dan observasi pemboran inti, pemotongan atau pemaparan yang lain. Kekuatan dari kelemahan mekanik seringkali diperkirakan melalui pengamatan. Sebagai contoh, jika selama pemboran inti struktur yang rusak akan memecahkan inti, struktur ini lebih lemah daripada struktur yang tidak mengalami pemecahan inti. Demikian juga jika permukaan batuan meledak biasanya kerusakan diikuti struktur bidang yang spesifik, jarang terjadi bersamaan pada struktur bidang atau menyilang pada batuan utuh. Pemecahan biasanya disebut sebagai kelemahan bidang

Dalam kasus yang lain kekuatan relatif dari kerusakan mekanik tidak nyata. Biasanya dapat diuji di laboratorium atau tempat uji batuan. Salah satu atau kedua tipe pengujian batuan dapat menggunakan perkiraan yang resional dari kekuatan unsur-unsur pada dinding kemiringan yaitu tes penekanan terbatas atau tidak terbatas. Untuk uji tak terbatas, sampel batuan dapat dipotong dari unsur –unsur yang terdapat pada dinding. Bahan percobaan dapat dipotong dari sampel, akhirnya membentuk persegi dan lempeng dan diuji kerusakannya dengan mesin penguji. Hal ini merupakan uji yang sederhana tetapi dinding kemiringannya hanya mempunyai gaya uniaxial. Bagaimanapun tegangan pemecahan dari sampel yang bermuatan uniaxial lebih kurang daripada kekuatan pemecahan sampel yang bermuatan triaxial dan sebagai tambahan adalah hasil yang aman dari pengujian pada kondisi uniaxial. Pada kenyatannya pada kondisi biaxial mempunyai kemiringan dinding yang spesifik. Untuk perkiraan yang lebih tepat dari tekanan pemecahan pada batuan terbatas ditemukan dengan uji kerusakan triaxial. Pada tes ini inti batuan dibuat menjadi lempeng yang berhubungan satu sama lain dan dimasukkan dalam mantel bertekanan. Tekanan pada mantel harus dapat mewakili tekanan yang ditemukan pada dinding kemiringan dan tekanan pemadatan = σ , harus mempunyai petunjuk yang tetap sesuai prinsip tekanan pada dinding. Kedua tes, baik tes uniaxial maupun tes biaxial dapat memberi informasi tentang kelemahan struktur ( patah, kerusakan bidang, dll ) pada batuan. Pada tes yang pertama dari kekuatan struktur pada dinding kemiringan, penelitian dan pengujian inti para ahli geologi menunjukkan bahwa sampel yang seukuran dengan tangan yang mempunyai patahan dengan beberapa penyilangan dan lubang seperti patahan yang ditemukan pada permukaan yang terpapar mengelilingi rongga terbuka. Uji dari sampel yang tidak tertutup pada bidang yang patah dengan sudut kurang dari 60o lebih kuat dibandingkan bidang yang patah dengan sudue lebih dari 60o. Karena batuan mempunyai kekuatan yang relatif, maka dinding kemiringan tegak

mempunyai sudut 64o diatas ketinggian 450 kaki dan 61o diatas ketinggian 550 kaki. Melihat hasil tersebut, maka rasional untuk menganggap bahwa studi tentang kerusakan sampel dan uji batuan harus menunjukkan hasil yang sama dan dipercaya untuk dinding kemiringan yang lain. Bagaimanapun, pada waktu bagian ini dibuat, tidak ada penelitian lebih lanjut yang dapat dicatat. 7.1.4. Rancangan Kemiringan Tanah Dan Batuan Konsep tentang rancangan tidak langsung menyatakan bahwa kekuatan dari struktur tergantung pada gaya atau tekanan dari subjek. Perbandingan antara kekautan dengan tegangan kritis ( tegangan kerusakan ) seringkali disebut faktor keamanan dan perbandingan lebih dari menyatakan kondisi yang aman. Bagaimanapun faktor keamanan adalah harga yang sesungguhnya tidak diketahui dan tidak tentu.

Seringkali nilai dari faktor keamanan meningkat jika ada kerusakan geologi pada subjek, batuan diketahui mempunyai kelemahan dan hasilnya tidak menentu jika sampel meningkat tegangannya. Rancangan kemiringan tanah biasanya adalah proses interaktif. Merupakan perbandingan antara gaya geser dan momen gaya. Momen atau gaya yang mempertahankan geseran pada jumlah tertentu dinyatakn sebagai permukaan yang rusak. Pada suatu kondisi pertemuan sudut kemiringan menghasilkan gaya atau

momen pada permukaan yang rusak lebih kurang gaya tahanannya, momen atau kekuatan, rancangan kemiringan sudut dipertimbangkan sebagai faktor keamanan. Pada kemiringan tanah,faktor keamanan adalah perbandingan antara gaya tahana dan gaya geser. Karena analisis ini adalah proses interaktif data grafik dan elektronik yang diolah seringkali digunakan untuk mendapat penyelesaiannya. Satu metode yang sederhana dari analisis kemiringan adalah lingkaran geser. Menganggap bahwa permukaan yang rusak berbentuk lingkaran (lingkaran 3 dimensi). Dan kerusakan permukaan yang kritis ( faktor keamanan ) telah ditentukan. Kemudian sudut kemiringan dengan faktor keamanan yang besar menyebabkan spesifikasi para ahli lebih memuaskan dalam menyeleksi momen geser dan momen tahanan diuraikan pada gambar 7.4. momen geser = Wa, dan momen tahana Rr dimana R = C + n tan φ Dan C = gaya tahanan kohesi yang paralel dengan bidang ( gambar 7.4 ) n = gaya normal ( gambar 7.4 )

φ = tan R/ n’ ( gambar 7.4 ) n tan φ = tahanan friksi S = panjang ( gambar 7.4 )

(6)

Dan C, gaya tahanan total adalah hasil dari unit kekuatan kohesi, panjang dan unit lebar dari bagian ( gambar 7.4 ). Momen tahanan total ( karakteristik kekuatan tanah ) dapat dihitung di laboratorium atau uji di lapangan dan tahanan gaya pada bidang adalah τ’ = c’ + n tan φ’

(7)

dimana c’ dan tan φ’ diperoleh dari hasil uji ini. Faktor keamanan (f ) diperoleh dari f=

Rr Wa

= ( C’ + n tan φ ’ ) r Wa

Metode sederhana yang lain untuk analisis adalah metode pembagian petak (irisan) diuraikan pada gambar 7.5. Kemiringan dibagi kedalam bagian tersendiri dan tidak saling mempengaruhi atau memiliki gaya yang tidak seimbang pada batas antara bagian irisan. Gaya geser dan tahanan dihitung tiap bagian irisan, pengembangan bagian irisan dan momen dan gaya tahanan sama besar seperti pada analisis lingkaran. Metode bagian irisan termasuk pengetahuan yang perlu untuk menentukan kekuatan yang tidak homogen (gaya tahanan) pada kerusakan bidang dan memungkinkan pembentukan variasi oleh pengaruh pori air (yaitu tabel air yang tidak seimbang ).

Untuk menguraikannya, survei piezometrik serta tingkatan dan aliran air termasuk didalamnya pengolahan di laboratorium dan pengukuran untuk penentuan tegangan 9netral, σ – U = σ’. Aksi satu tekanan oleh pori air dapat dihitung dan gaya rembesan dapat diketahui, gaya pada tiap irisan dapat dihitung sendiri-sendiri. Sebagai contoh irisan-irisan yang ditunjukkan pada gambar 7.5, jika dekat pinggir kemiringan kurang efektif oleh air dibanding dekat dengan ujung dan perbedaannya mungkin dapat dihitung. Rancangan kemiringan batuan. Rancangan kemiringan batuan membuat harga untuk tegangan alami tak terganggu pada batuan sebelum pembentukan rongga terbuka atau dinding kemiringan. Pembentukan kemiringan membagi-bagi tegangan tersebut untuk itu perkiraan tegangan lapangan perlu sebelum perhitungan rancangan

dimulai. Metode perkiraan atau pengukuran tegangan dilampirkan pada bagian 6.25 dan 6.27. tegangan horisontal bidang adalah faktor penting dalam rancangan rongga. Bagaimanapun, potongan batuan dan kemiringan disisi bukit sering sedikit dipengaruhi oleh tegangan horisontal pada batuan. Dari penglaman dan hasil pengukuran yang telah dijelaskan pada daerah dari bidang yang menguntungkan dinding kemiringan dengan permukaan cekung lebih stabil dibandingkan permukaan yang cembung. Hasil penelitian ini didukung oleh kenyataan bahwa desakan batuan biasanya mempunyai tegangan patahan yang tinggi. Selanjutnya, kecuali kemampuan batuan yang tinggi, dinding kemiringan yang cembung seharusnya dihindari jika memungkinkan. Pengetahuan tentang tegangan dan pengujian kerusakan geologi menetapkan kebutuhan minimum untuk analisis kemiringan melalui teknik unsur terbatas. Sebagai contoh batuan yang kandungannya terbatas ( kerusakan, patah, penyatuan ) yang menguntungkan atau tidak menguntungkan telah diorientasi untuk kemiringan dan atau kestabilan. Jika uji laboratorium dilakukan untuk memperoleh kekuatan relatif dari kerusakan dan sifat fisika batuan. Faktor-faktor ini mungkin dipertimbangkan untuk analisis unsur terbatas dan akan membantu ketepatan perkiraan untuk kestabilan. Sebagai

pertimbangan,

dalam

contoh

ini,

kerusakan

yang

tidak

menguntungkan telah diorientasi untuk kestabila ( gambar 7.6a ) mempunyai kekuatan yang cukup dimana gaya atau komponen-komponen tegangan bersama kerusakan planar lebih kurang. Uji laboratorium atau lapangan membutuhkan pembuatan luncuran pada bidang. Dibawah kondisi ini, kemiringan akan stabil. Dilain pihak jika tes kekuatan menunjukkan bidang tidak mempunyai gaya tahanan. Selanjutnya kemungkinan kemiringan sudut akan stabil pada sudut yang sama pada kerusakan planar. Perlu sebagai tambahan akhir untuk mendukung kemiringan dinding. Contohnya tipe analisis yang tertera pada literatur ini. Karena pengujian kekuatan massa batuan tidak dikembangkan mendekati tingkat perkiraan yang tepat, seharusnya dilakukan beberapa pertimbangan termasuk

memperkirakan faktor keamanan pada dinding kemiringan. Untuk menguraikannya pertimbangkan kasus yang sangat sederhana pada uji triaxial jumlah inti pada sampel dari kemiringan dinding yang menunjukkan patahan batuan terjadi pada tekanan 1000 hingga 200 psi dan kerusakan rongga terjadi pada 53o.

Pada 50o, sudut kemiringan dinding kebih kurang dari sudut pada kerusakan planar dan akan menghasilkan tegangan sekitar 2 hingga 10 kaki lebih kurang dari egangan dinding kemiringan. Pada gilirannya, tegangan horisontal dan vertikal memegang peranan pada batuan yang tidak terganggu. Biasanya uji kekuatan menunjukkan kekuatan batuan pada satu bidang dan kelemahannya yang lain dan rancangan para ahli harus mendapatkan daerah yang mempunyai kekurangan pada

dinding kemiringan dan dari perhitungan tegangan, pemilihan sudut dan konfigurasi menghasilkan keuntungan perbandingan tegangan – kekuatan untuk daerah ini. Jika daerah ini dekat dengan ujung kemmiringan, penambahan batas diperlukan untuk konfigurasi dasar dari rongga. 7.1.5

Kontrol Kemiringan Kemiringan sering dikontrol dengan dukungan yang dibuat. Beberapa

pendekatan untuk kemiringan tanah, seperti saluran air ( pada tekanan rongga yang nyata ), pertahanan dinding ( untuk dukungan akhir ), menguatkan tiang pancang, pengayak kawat ( untuk mengontrol batuan kecil pada kemiringan batu kerikil ) diperlihatkan pada literatur ( gambar 7.7 )

Kemiringan batuan juga dikontrol melalui saluran ( untuk mengurangi kunci tekanan air ) dengan mempertahankan dinding dan sistem pendukung lain. Biasanya untuk kemiringan tanah. Bagaimanapun praktikum terbaru untuk kemiringan batuan diperkuat dengan baut yang panjang (gambar 7.7 ). Perubahan terbaru kebanyakan menggunakan kontrol kemiringan para insinyur sipil. Sistem ini lebih efektif jika dinding kemiringan relatif rendah, kemiringan pada sudut yang lebih besar daripada kerusakan geologi planar yang termasuk dalam penggalian dan batuan yang tidak patah cukup menyediakan landasan yang baik untuk tiang pancang atau kabel yang digunakan untuk membantu. Dibawah kondisi ini, terjadi peningkatan tahanan gaya geser paralel dengan bidang ( gambar 7.7d ). Seringkali, terbukanya lubang menyebabkan kemiringan menjadi tidak stabil, dan bagian yang tidak stabil dikontrol dengan serpihan sehingga berat dari daerah yang rusak berkurang dengan penggalian bahan yang dekat dengan pinggir dinding kemiringan. Mekanisme kontrol terbaru yang lain menggunakan fenomena tentang tegangan retakan biasanya terbentuk disekitar pinggir kemiringan sebelum kerusakan terjadi dalam bentuk serpihan juga bunyi batuan yang muncul karena kerusakan pada dinding, dan kasus ini dicatat dalam hitungan mengganti daerah yang kemiringan yang rusak, dan atau laju bunyi ( jumlah bunyi batuan per unit waktu ). Kebih sukses digunakan untuk memperkirakan tingkat kestabilan kemiringan. Pada industri tambang, istilah kemiringan yang rusak digunakan untuk kondisi dimana dinding mempunyai luncuran atau geseran yang maju untuk meningkatkan operasi pertambangan yang normal yang biasanya terhambat atau tidak berkelanjutan. Dalam istilah mekanik batuan kerusakan biasanya terjadi jika pada kenyataannya panjangnya tidak sama. Dua definisi yang cocok jika kerusakan kemiringan dipertimbangkan pada kondisi jika ujung berbentuk kembali atau tegangan keretakan (atau tanda-tanda kekurangan yang lain dari satu rangkaian atau kehilangan keseimbangan) dan geseran adalah perpindahan batuan yang cukup besar untuk membuat dinding kemiringan

yang besar kemungkinannya digunakan pada kegiatan pertambangan atau struktur teknik sipil. Tidak hanya penelitian dalam metode mikroseismik dan pemindahan perhitu ngan yang menjadi bukti dalam prediksi pergeseran. Tetapi juga memungkinkan pengembangan beberapa jenis batu yang mungkin dapat menggunakan kemiringan lain. Penggantian perhitungan disekitar ujung adalah tegangan keretakan yang menyilang ditunjukkan oleh laju pergerakan pergeseran ( sekitar 1 inchi perhari ) akan meningkat jika pergeseran terjadi, dan akan menurun jika daerah pergeseran diatur dan diperkirakan sama. Laju bunyi mikroseismik sekitar 50 bunyi per jam pergeophone menunjukka tipe laju dasar untuk kemiringan stabil pada penggalian. Bunyi untuk kemiringan yang stabil tidak berubah jika ditambang pada bunyi 3 – 5 perjam pergeophone. Laju bunyi antara 200 – 500 perjam menunjukkan kemiringan dan pergesran yang tidak stabil. Meskipun laju ini banyak tergantung pada sensitivitas peralatan, lokasi dari geophone dan karakteristik transmisi bunyi dari batuan. Pada kenyataannya bahwa laju bunyi meningkat beberapa kali jika dinding kemiringan mendekati kerusakan awal, dan metode dapat membuktikan kegunaannya dibawah kondisi dan penggunaan yang tepat. Sebagai kesimpulan, rancangan kemiringan dan teknologi kontrol dapat berkembang cepat dalam beberapa tahun. Tapi pengalaman geologi struktur, mekanik kerusakan, analisis tegangan dan uji laboratorium yang teliti tetap menjadi kriteria utama untuk keberhasilan. 7.2. RANCANGAN DAN KESTABILAN PENGGALIAN BATUAN DIBAWAH PERMUKAAN TANAH 7.2.1

Masalah Dan Pendekatan Dari sudut pandang ahli, dibawah tanah seperti bahan-bahan tambang, lubang,

terowongan dan ruang-ruang untuk tujuan kemiliteran dan untuk penyimpanan

makanan bahan-bahan kimia, minyak cair dan gas dan untuk tujuan industri dan sipil, mungkin telah dipertimbangkan struktur penggalian pada batuan utuh. Sebelum penggalian, tegangan pada batuan ( mengenai tegangan bidang ) dihasilkan dari berat yang melebihi beban dan gaya gempa yang mungkin terjadi. Setelah penggalian, tegangan disekitar batuan yang kosong tergantung pada bidang tegangan, sayatan, dan sifat mekanik batuan. Kestabilan dari struktur tergantung pada kemampuan batuan dan sistem pendukung untuk mempertahankan tegangan lebih lanjut. Masalah evaluasi kestabilan struktur batuan membutuhkan pengetahuan tentang bidang tegangan, perbedaan tegangan bervariasi pada sayatan terbuka, sifat mekanik batuan dan sistem pendukung, jika dibutuhkan. 7.2.2

Tegangan Bidang Jika tidak ada penentuan tegangan bidang maka dapat dibuat lubang

eksplorasi dari permukaan dengan kedalaman beberapa ratus kaki melalui pengukuran langsung. Komponen vertikal dari tegangan bidang = Sk, dapat dihitung dari Sk = γh, dimana γ adalah satuan berat dan h adalah kedalaman vertikal. Sk adalah tekanan dan sebab jumlah ositif. Perkiraan bahwa Sk ditemukan dari tes hidrofraktur (kebanyakan dalam sedimentasi batuan), sama baiknya dengan penentuan langsung setelah ada kemungkinan jalan masuk, umumnya nilai yang cocok telah dihitung, meskipun memberikan kedalaman yang bervariasi dalam tegangan komponen vertikal yang terjadi diatas daerah lokal ( lihat bagian 6.2.5 ). Oleh sebab itu daerah yang diperpanjang, perhitungan nilai Sk harus memuaskan untuk tujuan rancangan awal. Komponen horisontal adalah tegangan bidang = Sh, dengan persamaan Sh = MSk, dimana M adalah nilai konstan yang tergantung pada sifat batuan, cabang pembatas dan gaya tektonik, jika ada. Hal berikutnya, memperpanjang permukaan bumi mungkin dipertimbangkan cabang pembatas. Tidak ada perubahan bentuk cabang yang mungkin jika tidak ada tegangan gempa dan jika susunan batuan pada

titik ini homogen, isotropik,dan elastis linier M = x / ( 1-x ) dimana x adalah perbandingan poisson. Untuk nilai perbandingan poison 0,33 M= ½ dan Sh = ½ Sx; dan jika x = 0,5 maka M = 1 dan tegangan bidang hidrostatik. Jika susunan batuan tidak bercabang Sh=0. Kondisi ini terjadi dekat permukaan yang terjal jika gaya gempa ( tekanan ) ada, M akan mempunyai nilai yang lebih besar dan pada nilai perbandingan poison untuk batuan.

Kemudian nilai tegangan komponen horisontal tidak dapat ditentukan dari pengukuran langsung setelah penentuan jalan masuk dibawah permukaan tanah atau mengambil kesimpulan dari uji yang lain sebagai contoh pada beberapa instansi yang mengambil kesimpulan dari uji patahan hidrolik jika Sh lebih besar atau lebih kecil dari Sx, jika potongan yang diperoleh dalam inti dari lubang eksplorasi vertikal, maka dapat dinyatakan bahwa Sh adalah pada dasarnya besar dari Sx. Jika potongan atau data hidrofraktur tidak ada, dapat dinyatakan untuk tujuan rancangan awal yaitu : Untuk kebanyakan batuan beku dan metamorf dan untuk kekuatan pengendapan yang tinggi dari batuan ( kekuatan tekanan utuh lebih besar dari 800 psi ) M = 0,5 hingga 1,0. Meskipun nilai M 1,5 lebih besar dari perhitungan.

Untuk batuan yang kekuatan elastisnya rendah seperti serpihan dan garam, M = 0,8 hingga 1,0. Nilai M ini lebih besar dari nilai perbandingan Poison yang telah ditentukan dari inti sampel utuh, tetapi lebih mendekati pernyataaan dengan penentuan tegangan bidang yang dibuat dalam penggalian dibawah permukaan tanah. Nilai M yang tinggi menandakan sifat-sifat plastis pada batuan setelah waktu geologi. Proses ini memperbolehkan beberapa persamaan tegangan vertikal dan horisontal. 7.2.3 Sifat Geologi Dan Mekanik Batuan Berbagai metode klasifikasi batuan didasarkan pada sifat geologi dan mekanik, yang digambarkan pada bagian 6.2.2. bagaimanapun hasil klasifikasi tidak berhubungan dengan penggunaan oleh para ahli. Masalahnya disini adalah bagaimana mempertimbangkan pengaruh sifat batuan terhadap kestabilan penggalian dibawah tanah. Seringkali pernyataan ini harus dijawab selama atau untuk menyelesaikan eksploirasi. Oleh sebab itu sato pemboran inti ( atau lubang eksploirasi ) sangat penting untuk dipelajari. Pada beberapa instansi, penambahan informasi diperoleh dari penyelidikan. Tabel 7.1 menuliskan informasi tentang sifat geologi dan mekanik yang diperoleh dari studi tentang inti. Jarak patahan adalah perhitungan jarak antara yang rusak dengan inti. Jarak patahan adalah perhitungan jarak antara yang rusak dengan inti, kerusakan baru dikeluarkan melalui pengeboran, tetapi yang termasuk patahan dalam geologi jika mempunyai bagian yang diperkuat. Kualitas rancangan batuan didefinisikan sebagai panjang bunyi, relatifitas patahan, inti perpanjang lubang inti, ditentukan dengan hanya selembar inti dengan panjang lebih dari 4 inci ( Deere & Miller ). Pada tabel diatas indeks kerusakan dan indeks dispersi telah dicatat ( Me Mahon ). Indeks kerusakan didefinisikan sebagai prosentase daerah total pada permukaan yang terpapar yang telah tersusun pada permukaan. Jika permukaan yang terpapar mempunyai sudut lebih dari 20o berarti ketegakan lebih mendekati patahan

batuan yang menyatu. Indeks dispersi patahan didefinisikan sebagai daerah tertutup dan perbedaan kontur pada proyeksi daerah yang sama pada arsiran patahan. Dinyatakan sebagai prosentase daerah yang ditutup oleh beberapa kontur sampel acak dari penyebaran yang seragam pada beberapa titik, penentuan kontur dengan beberapa metode.

Setelah jalan masuk bawah tanah memungkinkan, uji sifat mekanik secara insitu (sebagai contoh, kotak pengocok dan mantel untuk beban) yang telah dibuat untuk mendukung hasil uji laboratorium. Pertimbangan masalah rancangan yang tepat untuk klasifikasi batuan mengikuti karakteristik mekanik melalui gambaran geologi. Untuk perlakuan ini mengikuti pembagian yang telah dipertimbangkan :

1. Elastis. Batuan elastis diperkirakan elastis linier dan isotropik mekanik dan homogen pada semua titik. Contohnya pendekatan spesifikasi ini pada bentuk yang besar dari batuan beku seperti granit, diorite, dan basal. Beberapa bentuk yang besar dari batu metamorf seperti marmer dan kwarsa, beberapa batuan sedimen seperti batuan dengan bahan dasar kapur ( marl dan kapur ), batu berpasir dan serpihan, breksi dan konglomerat. 2. Berlapis–lapis. Untuk mengklasifikasikan batuan berlapis. Batuan dengan tiap lapisan sebagai tambahan elastis linier, isotropik dan homogen harus mempunyai ketebalan yang lebih kecil dibanding dimensi lapisan tanah terbuka yang telah dipertimbangkan, dan ikatan antara lapisan harus lemah. Lapisan adalah pemisahan oleh bagian-bagian umumnya paralel dengan dasar. Tetapi bidang dasar itu endiri tidak perlu membentuk mekanik yang terputus yang mungkin mengelompokkannya sebagai bagian banyak batuan sedimen dan beberapa batuan metamorf termasuk dalam kelompok ini. 3. Elastoplastis. Batuan elastoplastis besar, homogen dan isotropik tetapi kelebihan beban, karakteristik perubahan bentuk menyimpang secara nyata dari linier evaporasi seperti garam, trona, dan boraks adalah contoh tipe ini. 4. Patahan. Batuan patahan mempunyai bentuk yang besar dimana jarak antara patahan harus lebih kecil daripada dimensi lapisan tanah terbuka yang telah dipertimbangkan dan jika ikatan menyilang pada bidang patahan harus kebih kurang dari batuan induk. Pada perlakuan ini terhjadi pemecahan pada batuan, kemudian ahli geologi membuat sumber ( meniadakan parting ) sehingga disebut fraktur. Selanjutnya penyatuan atau kerusakan adalah tipe bagian dari patahan. Patahan juga mungkin dihasilkan dari ledakan atau tekanan yang disesuaikan. Patahan mempunyai kekuatan ikatan dari nol hingga nilai yang lebih besar dari batuan induk. 7.2.4 Klasifikasi Lapisan Tanah Terbuka

Dalam pertimbangan rancangan atau masalah kestabilan lapisan tanah terbuka dalam batuan dapat dibagi kedalam dua kelompok besar yaitu penunjang sendiri dan penunjang buatan. Penunjang sendiri yang terbuka adalah satu dalam tegangan struktur yang menyebabkan dinding, tiang atau bagian yang tidak terjadi terbuka. Spesifikasi ini tidak menghalangi penggunaan pendukung ringan seperti stuffle atau tiang pancang. Tapi mensyaratkan bahwa perlengkapan hanya untuk penunjang lokal dan tidak mempunyai pengaruh nyata pada tegangan dalam struktur penunjang sendiri. Sisten penunjang terdiri dari peralatan, lapisan, kumpulan, pemenuhan, dll yang ditempatkan pada bidang terbuka. Pada penunjang buatan sampel dalam bagian dari beban batuan dipindahkan ke sistem penunjang. Kemudian pembukaan dari batuan membutuhkan penunjang yang tidak stabil, meskipun pembukaan batuan yang ditambah sistem penunjang mungkin stabil. Bagian ini mempertimbangkan rancangan sistem penunjang atau membutuhkan spesifikasi penunjang. Kelompok yang termasuk pembukaan tergantung pada beberapa faktor termasuk sifat batuan, kedalaman dan ukuran yang terbuka. Faktor-faktor ini dapat memberi petunjuk untuk perbedaan yang besar. Sebagai contoh dalam batuan yang tidak bergabung, arah kedalaman 500 kaki mungkin dibutuhkan untuk penunjang berat, bagaimanapun arah kekuatan pada ukuranyang sama di kedalaman 10.000 kaki akan tidak tergantung pada penunjang A 5 x 7 kaki arahnya tidak tergantung pada penunjang. Bagaimanapun, diantarai stupe yang lebih besar dimensinya akan longsor dengan bebas. Waktu juga merupakan faktor yang harus dipertimbangkan. Dalam arti, penunjang terbuka tergantung pada jarak waktu dari hari ke tahun dan kemudian menjadi tidak stabil. Kemudian rancangan terbuka yang ditujukan untuk digunakan harus dipertimbangkan. Dalam artian mungkin mempertahankan bagian terbuka hanya cukup untuk memperbaiki bagian yang rusak sebaliknya dalam rancangan oleh ahli sipil seperti pembukaan untduk stasiun kekuatan bawah tanah, penggalian harus menyisakan dalam jangka waktu yang tidak terbatas.

Kasus sejarah yang berhubungan dengan sifat-sifat geologi dan mekanik tertera pada tabel 7.1 untuk menunjang masalah yang tidak lengkap, khususnya kasus yang menunjang pengujian dalam istilah sifat-sifat yang dapat dihitung. Tabel 7.2 memberikan jumlahkedalaman dan dimensi dari stop penunjang tunggal yang besar, bersama dengan data-data sifat batuan, dan pada tabel 7.3 memberikan kumpulan data-data untuk stopes yang longsor. Strees juga membutuhkan penunjang batuan jika bagian yang terbuka tetap dijaga. Perbandingan dari tabel sama baiknya dengan data yang berhubungan dengan penunjang dasar. Dinyatakan bahwa satu sifat yang lebih penting adalah membedakan antara tanah dengan atau tanpa penunjang jarak patahan. Persamaan atau hal yang lebih penting dalam penentuan jika tanah akan diolah tanpa penunjang adalah kekuatan ikatan, tingkat pengendapan patahan menyilang atau bidang yang terbagi. Sayang sekali ikatan kekuatan yang terjadi secara insitu tidak dapat dihitung. Oleh sebab itu kekuatan yang tertera hanya perkiraan. Ukuran daerah yang terbuka ( span ) juga penting untuk diindikasikan. Sebagai contoh perbandingan data yang diberikan untuk puncak tambang daerah B pada tabel 7.2 dengan mengumpulkan data pada tabel 7.3. Pada kasus utama, arah dengan span 12 – 14 kaki tanpa penunjang. Mengingat pada beberapa batuan dan beberapa kedalaman stope dengan span 200 kaki yang akan longsor. Sebenarnya tidak ada data yang diperoleh untuk menguji pengaruh kedalaman.

Tabel 7.4 dibuat oleh Deere dkk berhubungan dengan batuan, RQD yaitu untuk tipe penunjang buatan ( perlengkapan ) dibutuhkan dalam menggali terowongan dengan span20 – 40 kaki. Jika dinyatakan bahwa penunjang ringan tidak cukup besar berpengaruh pada tekanan disekitar batuan ( tetapi jarang kehilangan penunjang disekitar batuan yang terbuka ). Mengingat medium dan berat mendukung untuk menahan bagian yang terlalu berlebihan muatannya. Selanjutnya RQD lebih besar dari 50 % menyatakan secara tidak langsung kualitas batuan yang membuka dengan span 20 – 40 kaki akan didukung sendiri. Perlu diingat bahwa RQD kurang dari 50 % pada beberapa bukaan membutuhkan penunjang.

Mc Mahon dan Kondrick menghubungkan RQD dengan indeks cavabilitas dari tanah yang diblok ( gambar 7.10 ). Indeks cavabilitas diperoleh dari pengalaman selama penelitian. Pada tabel ini, RQD 50 % cocok dengan indeks cavabilitas 7. Dari pengamatan yang dibuat pada waktu yang sama, tanah dengan indeks cavabilitas 7 tidak membutuhkan penunjang dengan lebar arah 12 kaki. Selanjutnya

kombinasi

faktor-faktor

harus

dipertimbangkan

dalam

menentukan klasifikasi tanah dalam istilah yang membutuhkan penunjang, termasuk ukuran bidang terbuka, dalamnya bidang terbuka, jarak penyatuan atau RQD, kekuatan ikatan silang patahan, dan kekuatan dari batuan lengkap. 7.2.5 Kriteria Kerusakan Daerah terbuka dibawah tanah ( struktur ) mempunyai kekurangan jika tidak memuaskan dalam persyaratan untuk struktur penunjang sendiri. Kriteria ini menyatakan secara tidak langsung terdiri dari dinding, tiang dan unsur struktur lain yang mempunyai patahan atau pembentukan kembali dengan kelebihan dalam batas toleransi. Kemudian untuk bukaan dengan penunjang sendiri, spesifikasi untuk kerusakan struktur dapat dihubungkan dengan kriteria untuk unsur batuan yang rusak, spesifikasi dan kondisi mekanik dibawah bahan-bahan padat yang pasti oleh patahan atau pembentukan kembali beberapa batasan spesifik. Spesifikasi mungkin dalam istilah tegangan, laju perubahan tegangan, strain, laju perubahan strain atau beberapa jumlah kombinasi. Beberapa kriteria bertujuan untuk bahan-bahan rapul, yaitu bahan-bahan yang pasti mudah patah. Penggunaan kriteria ini untuk rancangan pembukaan dibawah tanah, dipertimbangkan strukturnya sederhana, seperti lubang berbentuk lingkaran pada batuan yang seragam. Didasarkan pada tegangan bidang biaxial, gambar 7.11, dimana σq dan σt adalah tangen dan T max, diberikan dengan persamaan Tmax = σq – σr / 2 pada permukaan terowongan ( atau pada permukaan yang terbuka ). σr = 0 pada permukaan yang terbuka, batuan dalam tegangan uniaxial dan shear stress maksimum ½ tegangan tangensial.

Tujuan kriteria tegangan geser maksimum oleh postulat Coulomb bahwa kerusakan yang terjadi pada bahan saat titik tegangan geser maksimum sama atau lebih besar dari kekuatan geser, So. Pada batas terowongan, T max = σφ - Фr 2 Pada permukaan terowongan (adalah pada permukaan yang terbuka), σr = 0 ; Pada permukaan yang terbuka, batuan dalam tegangan uniaxial dan shear stress maksimum ½ tegangan tangensial. Tujuan kriteria tegangan geser maksimum sama adalah lebih besar dari kekuatan geser, maka pada batas terowongan, T max = σφ/2, oleh sebab itu prediksi kriteria kerusakan akan terjadi saat tegangan geser mempunyai jarak

σ ≥ 250.

Selanjutnya Coulomb memodifikasi kriteria tersebut dengan menetapkan kerusakan yang terjadi saat tetapan tegangan geser beraksi pada bidang kerusakan, τΨ dibaca sebagai nilai Tγ = So’ + π σΨ (disebut sebagai kriteria kerusakan Coulomb, dimana σΨ adalah aksi tegangan normal yang menyilang pada bidang yang rusak, So’ adalah tegangan kekuatan unsur, Ψ adalah sudut antar bidang kerusakan normal dengan arah σφ, π adalah koefisien serpihan dalam, π = tan Ψ dimana Ψ adalah sudut serpihan dalam (tampak pada bagian 6.2.3). Gambaran Mohr untuk kondisi Coulomb pada permukaan yang terbuka dan diperlihatkan pada gambar 7.12. Pada gambar 7.13 menunjukkan kerusakan permukaan disekitar lingkaran terbuka pada tegangan bidang uniaxial yang didasarkan pada tegangan geser maksimum ½ bagian yang kiri dari gambar menunjukkan kumpulan permukaan yang rusak, didasarkan pada kriteria Coulomb dan dengan π = 1,0. Umumnya permukaan yang rusak pada mine dan terowongan tidak cukup tegas untuk menetapkan kebenaran dari kriteria-kriteria ini, sebagai contoh ; keretakan axial dalam tes tekanan yang tidak terbatas untuk sampel dicatat oleh Fairhurst dan Cook mungkin bertanggung jawab terhadap kerusakan tipe “kulit bawang” didiskusikan oleh Cording dan lebih sering tentang pengamatan pada terowongan dan drift, dimana

kerusakan yang sungguh nyata dari proses tersebut dapat dihasilkan dari kombinasi ke-2 mekanisme kemudian dapat dimulai dengan geseran maksimum dan diperbanyak dengan keretakan axial.

7.2.6 Faktor-Faktor Keamanan Pada bagian ini, faktor keamanan didefinisikan sebagai perbandingan tegangan kerusakan pada kerja tegangan. Pada perancangan ini tidak ada penunjang, faktor keamanan dapat digambarkan karena tegangan dalam keadaan insitu dan kekuatan batuan hanya dapat diperkirakan. Kemudian jika F adalah faktor keamanan, kriteria dari kerusakan spesifik pada bagian terdahulu menjadi : σ e x Fs ≤ Co dan │ σt │ x Fs ≤ │ To │ dimana σe dan σt adalah masing-masing merupakan tekanan kritik dan tegangan regangan dan Co dan To adalah merupakan kekuatan tekanan dan regangan. Pada pembukaan untuk tujuan industri atau militer, sebenarnya tidak ada kerusakan batuan yang dapat diterima. Oleh sebab itu faktor keamanan konservatif digunakan faktor keamanan 2 hingga 4 dan dijamin dapat memenuhi kebutuhan untuk komponen-komponen struktural dalam kompresi. Bagaimanapun, nilai yang rendah adalah bukti hanya untuk batuan yang tidak mengalami patahan. Dalam bidang pertambangan beberapa kerusakan batuan dapat ditoleransi oleh adanya penunjang, sebagai contoh; lepasnya batuan pada tiang dan permukaan dinding dapat diperbaiki oleh kelengkapan periodik dan patahan yang dipertimbangkan dapat dikembangkan dalam komponen dalam tekanan (mis; pilar). 7.2.7 Rancangan Bukaan Tunggal Pada Batuan Elastis Jika distribusi tegangan pada sekitar batuan pada pembukaan lapisan tanah tidak dipengaruhi oleh permukaan yang lain, hal ini dipertimbangkan untuk pembukaan tunggal, sebagai contoh terowongan yang diisolasi, drift dan stopes.

Masalah perancangan ini adalah penentuan tegangan kritis atau maksimum di sekitar daerah yang terbuka, maka untuk kestabilan pembukaannya tegangan kritis harus lebih kurang daripada kekuatan batuan. Tangensial, jari-jari dan tegangan geser ; σφ, σr dan τrφ, secara berurutan (gambar 7-11) diberikan dengan ; σφ = Sh + Sv 1 + n2 2 r2 σφ = Sh + Sv 1 - a2 2 r2

+

_

Sh - Sv 1 + 3n4 2 r4

Sh - Sv 1 - 4a4 + 3a4 2 r2 r4

cos 2φ ......... (10)

cos 2φ ......... (11)

dan τrφ = Sh + Sv 1 + 2a2 2 r2

_

3a4 r4

Sin 2φ .......................... (12)

Persamaan ini menunjukkan bahwa ; (1) Komponen dari tegangan yang tidak tergantung pada elastis konstan pada medium; (2) komponen-komponen dari tegangan tidak tergantung pada ukuran lubang karena jari-jari lubang yang tampak dalam persamaan hanya dalam perbandingan tanpa dimensi, dimana jarak spesifik dari batas lubang dan (3) konstribusi komponen-komponen dan tegangan Sh dan Sv adalah tambahan atau substraktif tetapi sebaliknya tergantung satu sama lain. Hal ini disebut sebagai prinsip superposisi.

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS HASANUDDIN FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK GEOLOGI TAMBANG UMUM (terjemahan)

“RANCANGAN DAN STABILITAS PENGGALIAN”

Oleh Bachtiar Chandra R. D 611 98 061

MAKASSAR 2001