Bab 2 TA

5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Geologi Regional Daerah Penelitian

2.1.1 Stratigrafi Regional

Stratigrafi daerah penelitian terdiri dari tiga unit vulkanik utama yang

berumur Miosen-Pliosen (Marcoux & Milesi, 1994). Unit yang lebih bawah

mempunyai karakteristik endapan andesit kalk-alkalin bawah laut yang

tergadrasi secara lateral menjadi endapan epiklastik. Unit tengah dicirikan

oleh banyaknya batuan vulkanik dasitik letusan subaerial yang disusun oleh

lapili tuf yang ditumpangi lapili, blok tuf, tuf piroklastik berbutir halus dan

batuan epiklastik. Unit atas terbentuk dari aliran lava andesit dengan struktur

meniang (columnar).

Gambar 2.1 Peta Geologi Daerah Pongkor (Marcoux & Milesi, 1994)

6

2.1.2 Struktur Geologi

Tatanan tektonik dan struktur geologi di daerah Jawa bagian barat

dipengaruhi oleh tektonik kepulauan Indonesia yang merupakan titik

pertemuan antara tiga lempeng yaitu lempeng Eurasia yang relatif lebih diam,

lempeng Samudra Pasifik yang bergerak relatif kearah baratlaut dan lempeng

Indo-Australia yang relatif bergerak ke arah utara (Hamilton,1979).

Berdasarkan rekonstruksi geodinamika (Hamilton,1979), subduksi lempeng

Australia kebawah lempeng Eurasia yang aktif pada Eosen telah

menghasilkan pola penyebaran batuan volkanik Tersier di Pulau Jawa berarah

barat-timur. Terbentuk juga cekungan tengah busur (intra-arc basin) dan

cekungan belakang busur (back-arc basin) di Jawa Barat bagian Utara.

Cekungan belakang busur ini secara progresif semakin berpindah ke arah

utara sejalan dengan perpindahan jalur gunung api selama Tersier hingga

Kuarter (Soeria-Atmadja, dkk.,1994).

Dari hasil penelitian para pendahulu, struktur geologi yang

berkembang di daerah penelitian mencakup dua pola utama, yaitu:

1. Pola kisaran Timur Laut-Barat Daya meliputi Sesar Cikaniki, Sesar

Cidurian, Sesar Cihalang dan Sesar Cisarua.

2. Pola kisaran Barat Laut-Tenggara meliputi Sesar Gunung Singa, Sesar

Telukwaru, Sesar Curugbitung, Sesar Ciguha, Sesar Ciurug dan Sesar

Pasir Pogor

Selain kedua pola sesar utama, terdapat sesar berarah utara selatan

yang terbentuk setelah kedua sesar utama tersebut dan berkaitan dengan urat

Pasir Jawa. Pola penyebaran kekar memperlihatkan arah umum sejajar

dengan penyebaran urat dan bidang perlapisan batuan yang umumnya terisi

kuarsa, lempung mangan oksida, pirit dan limonit.

7

2.2 Alterasi Daerah Penelitian

Alterasi merupakan perubahan komposisi mineral dari suatu batuan karena

proses fisika atau kimia, khususnya oleh interaksi dari larutan hydrotermal dengan

batuan yang dilaluinya. Bila batuan induk (dalam bentuk rekahan, retakan atau

pori) dilalui fluida panas yang berasal dari magma maupun dari larutan

hydrotermal, maka keadaan keduanya menjadi tidak stabil. Untuk mencapai titik

keseimbangan equilibrium condition maka akan terjadi suatu reaksi dari

keduanya dan menghasilkan suatu bentukan kondisi yang baru yang ditamdai

dengan munculnya kumpulan mineral baru yang memiliki sifat yang berbeda dari

batuan induk maupun dari larutan asalnya.

Ubahan bisa diakibatkan oleh proses dekomposisi kimia, pelapukan atau

penambahan elemen baru. Intensitas ubahan tergantung pada komposisi

batuan/mineral asal, lingkungan geologi dan larutan/fluida yang mengubahnya.

2.2.1 Jenis-jenis Alterasi

Telah diketahui bahwa cebakan bijih tambang emas Pongkor

merupakan endapan epitermal sulfida rendah dengan tipe urat kuarsa-

karbonat-adularia, suhu pembentukan urat ini berkisar antara 180-220C. Tipe

alterasi pada daerah penelitian ini adalah potasik, argilik, propilit dan serisit

berdasarkan mineral penciri yang ditemukan menjadi isian (filling) pada

bidang-bidang diskontinu. Tipe alterasi berdasarkan asosiasi mineralnya

(Corbett dan Leach, 1993) :

8

Tabel 2.1 Alteration based on Mineral Assemblages (Corbett dan Leach, 1993)

Tipe Mineral penciri Mineral Aksesori Keterangan

Propilitik

Klorit, Epidot dan

Karbonat

Albit, Kuarsa, Kalsit,

Pirit, Ilit atau Lempung

dan Oksida besi

Temperatur 100-250C, salinitas

beragam, pH mendekati netral,

permeabilitas rendah.

Argilik

Smektit,

Montmorilonit,

Ilit-Smektit dan

Kaolinit

Pirit, Klorit, Kalsit dan

Kuarsa


rendah, pH asam-netral

Advanced

Argillic

(Temperatur

rendah)

Kaolinit, Alunit

dan Kalsedon

Kalsedon, Kristobalit,

Kuarsa dan Pirit Temperatur < 180C, pH asam

Advanced

Argillic

(Temperatur

tinggi)

Pirofilit, Diasfor

dan Andalusit

Kuarsa, Enargit,

Turmalin dan Luzonit Temperatur 250-350C, pH asam

Filik

Kuarsa, Serisit

dan Pirit

Anhidrit, Pirit dan

Kalsit


beragam, pH asam-netral, zona

permeabilitas pada batas urat.

Potasik Biotit, Kuarsa

Klorit, Epidot, Pirit

dan Ilit-Serisit

Temperatur > 300C, salinitas tinggi,

dekat dengan batuan intrusi

Skarn

Garnet, Piroksen,

Amfibol, Epidot

dan Magnetit

Wolastonit, Klorit dan

Biotit


tinggi, pada batuan samping karbonat

2.3 Sifat-sifat Batuan

Batuan adalah material kerak bumi yang tersusun dari satu atau lebih

mineral yang terikat kuat, tanpa adanya ubahan yang berarti akibat adanya proses

pelapukan, sehingga kemas dan sebagian besar mineral utama tetap ada (Hunt,

1984). Pada dasarnya batuan memiliki dua sifat utama yaitu sifat fisik dan

mekanik yang dapat ditentukan berdasarkan hasil pengujian laboratorium maupun

lapangan.

2.3.1 Sifat Fisik Batuan

Sifat fisik batuan meliputi berat jenis, porositas, absorpsi, void ratio

9

a) Penimbangan Berat Percontoh

Wn = berat percontoh asli/ natural (gram)

Wo = berat percontoh kering (gram)

Ww = berat percontoh jenuh (gram)

Wa = berat percontoh jenuh+ berat air + berat bejana (gram)

Wb = berat percontoh jenuh tergantung di dalam air + berat air

+ berat bejana (gram)

Ws = berat percontoh jenuh di dalam air (Wa-Wb)

Wo-Ws = volume percontoh tanpa pori-pori (cm)

Ww-Ws = volume percontoh total (cm)

b) Penentuan Sifat Fisik Batuan

Berat isi asli (natural density), = Wn (gram/cm ).......................(1)

Ww-Ws

Berat isi kering (dry density), d = Wo (gram/cm ) ....................(2)

Ww-Ws

Berat isi jenuh (saturated density), s = Ws (gram/cm ) .............(3)

Ww-Ws

Specific gravity, GS = Wo

Wo-Ws (gram/cm ) ..................................(4)

Berat isi air

10

Kadar air (water content), W = Wn-Wo x 100% (%)..................(5)

Wo

Derajat kejenuhan, SR = Wn-Wo x 100% (%)..........................(6)

Ww-Wo

Porositas, n = Wn-Wo x 100% (%)..........................................(7)

Ww-Ws

Void ratio, e = n ...................................................................(8)

1-n

2.3.2 Sifat Mekanik Batuan

Sifat mekanik meliputi kuat tekan, kuat tarik, modulus elastisitas,

poisson ratio, sudut geser dalam, kohesi dan kuat geser.

a) Kuat tekan (Compressive Strength)

Bisa juga didapat dari pengujian uniaxial, triaxial atau biaxial.

Pengujian Kuat Tekan (Uniaxial Compressive Strength) ini

menggunakan mesin tekan untuk menekan percontoh batu yang

berbentuk silinder, balok atau prisma dari satu arah (uniaxial).

Gambar 2.2 3D Lingkaran Mohr yang mempresentasikan berbagai kondisi tegangan

(Sadisun, 2008)

11

Perbandingan antara tinggi dan diameter percontoh (l/D)

mempengaruhi nilai kuat tekan batuan. Syarat menggunakan UCS

adalah bahwa = 0. Pada uji kuat tekan uniaksial terdapat tipe pecah

suatu contoh batuan pada saat runtuh. Tipe pecah contoh batuan

bergantung pada tingkat ketahanan contoh batuan dan kualitas

permukaan contoh batuan yang bersentuhan langsung dengan

permukaan alat penekan saat pembebanan.

b) Modulus Elastisitas

Untuk kebanyakan batuan, kurva tegangan-regangan uniaksial

sebelum mengalami keruntuhan umumnya mendekati bentuk linear

(=E). E dikenal sebagai modulus elastisitas (modulus Young) yang

mencerminkan kapasitas deformasi batuan atau kekakuannya

(stiffness).

c) Nisbah Poisson

Merupakan rasio antara regangan lateral (radial/tranversal) dan

vertikal (aksial).

d) Kuat Tarik (tensile strength)

Ada dua metode yang dapat dipergunakan untuk mengetahui

kuat tarik contoh batuan di laboratorium, yaitu metode kuat tarik

langsung dan metode kuat tarik tak langsung. Metode kuat tarik tak

langsung merupakan uji yang paling sering digunakan. Hal ini

disebabkan uji ini lebih mudah dan murah daripada uji kuat tarik

langsung. Salah satu uji kuat tarik tak langsung adalah Brazilian test.

e) Kuat Geser (Direct shear)

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kuat geser batuan,

harga kohesi dan sudut geser dalam baik puncak (peak), apperent atau

12

sisa dari batuan pada tegangan normal tertentu dengan memakai alat

direct shear box apparatur test.

2.3.3 Keruntuhan Batuan

Keruntuhan adalah suatu proses dimana material berubah dari satu

perilaku menjadi kondisi perilaku yang lainnya. Kriteria keruntuhan

merupakan hubungan tegangan dan regangan yang memberi sifat terjadinya

keruntuhan batuan. Untuk membahas kriteria keruntuhan dikenal dua metode

yaitu cara analitik dan cara empirik. Metode analitik meliputi; kriteria

keruntuhan Mohr-Coulomb, kriteria keruntuhan Tresca, kriteria keruntuhan

Drucker-Prager, kriteria keruntuhan Von Mises dan kriteria keruntuhan

Griffith. Metode empirik meliputi; kriteria Bieniawski, kriteria

Protodyakonov dan kriteria Hoek-Brown. Berikut akan dibahas kriteria

keruntuhan berdasarkan Mohr-Coulomb dan Hoek-Brown.

a) Mohr-Coulomb (MC)

Dimana dan adalah shear dan normal stress. adalah

koefisian geser dalam batuan = tan dan c kohesi. Teori Mohr

menganggap bahwa untuk suatu keadaan tegangan > >

(intermediate stress) tidak mempengaruhi keruntuhan batuan dan kuat

tarik tidak sama dengan kuat tekan.

Keruntuhan geser suatu batuan tergantung pada kohesi

material dan besarnya tegangan normal yang bekerja pada dinding

keruntuhan tersebut. Oleh karena itu kriteria Mohr-Coulomb dapat

ditulis;

= c +

13

Gambar 2.3 Kriteria keruntuhan Mohr-Coulomb (Sadisun, 2008)

Keterangan gambar :

r-r = bidang rupture

t-t = Garis kuat geser Coulomb

- diameter lingkaran Mohr

Keruntuhan (failure) terjadi jika lingkaran Mohr menyinggung

kurva intrisik dan lingkaran tersebut disebut lingkaran keruntuhan.

Faktor keamanan ditentukan berdasarkan jarak dari titik pusat

lingkaran Mohr ke garis kekuatan batuan (kurva intrisik) dibagi

dengan jari-jari lingkaran Mohr. Faktor keamanan ini menyatakan

perbandingan keadaan kekuatan batuan terhadap tegangan yang

bekerja pada batuan tersebut.

Teori ini didasarkan pada hipotesis bahwa tegangan normal

dan tegangan geser yang bekerja pada permukaan rupture memainkan

peran pada preses failure batuan. Untuk beberapa bidang rupture

14

dimana tegangan normal sama besarnya, maka bidang yang paling

lemah adalah yang memiliki tegangan geser paling besar.

b) Hoek-Brown strength

Gambar 2.4 Hoek and Brown Failure Criterion (Sumber: Rock Mass

Classification; B. Singh)

Hoek-Brown (1980) mengusulkan sebuah metode untuk

mendapatkan estimasi kekuatan batuan terkekarkan, berdasarkan

penilaian atas ikatan antara blok batuan dan kondisi permukaan antara

blok tersebut. Aplikasi metode ini pada atuan dengan kualitas sangat

jelek memerlukan beberapa perubahan dan akhirnya menggunakan

klasifikasi baru yaitu Geological Strength Index (Hoek, Kaiser and

Bawden, 1995; Hoek, 1995; Hoek-Brown, 1997).

15

Tabel 2.2 Generalised Hoek-Brown Criteria (Sumber: Rock Mass Classification; B.

Singh)

2.3.4 Wedge Failure

Longsoran Baji ialah tipe longsoran yang disebabkan karena

perpotongan dua atau lebih bidang diskontinuitas sehingga membentuk

bidang Baji. Biasanya berbentuk blocky maupun prisma. Terbentuk di atap

maupun dinding terowongan.

16

Potensi bidang Baji yang terbentuk dapat terlihat dari kumpulan joint

set yang telah dianalisis menggunakan pemograman khusus. Namun untuk

memastikan keberadaan Baji tersebut ada baiknya dilakukan pengecekan

lapangan.

Gambar 2.5 Kenampakan Baji di X Cut 5 Tambang Gudang Handak L. 500

17

2.4 Bidang Diskontinuitas

Secara umum bidang diskontinu merupakan bidang yang memisahkan

massa batuan menjadi bagian yang terpisah. Menurut Priest (1993) dalam

Sitohang (2008), pengertian bidang diskontinu adalah setiap bidang lemah yang

terjadi pada bagian yang memiliki kuat tarik paling lemah dalam batuan. Menurut

Gabrielsen (1990) dalam Sitohang (2008), keterjadian bidang diskontinu tidak

terlepas dari masalah perubahan stress (tegangan), strain (regangan), temperatur,

mineralisasi dan rekristalisasi yang terjadi pada massa batuan dalam waktu

panjang. Keberadaan struktur geologi dan diskontinuitas akan mengurangi tingkat

kekuatan geser batuan dan implikasi utamanya adalah meningkatnya peluang

terjadinya longsor. Dengan munculnya bidang lemah tersebut maka batuan yang

tadinya utuh akan berubah menjadi massa batuan dengan kekuatan yang jauh

lebih kecil dari sebelumnya. Beberapa jenis bidang diskontinu yang digolongkan

berdasarkan ukuran dan komposisinya;

a) Fault (patahan) adalah bidang diskontinu yang secara jelas

memperlihatkan tanda-tanda pergerakan. Tanda-tanda tersebut

diantaranya terdapat cermin sesar atau slicken slide pada permukaan

batuan, adanya zona hancuran pada sekitar bidang maupun bentuk jejak

seperti penanggaan.

b) Joint (kekar) merupakan bidang diskontinu yang telah pecah namun tidak

mengalami pergerakan yang berarti.

c) Bedding (bidang perlapisan) terdapat pada permukaan bataun yang

mengalami perubahan ukuran dan orientasi butir dari batuan tersebut

serta perubahan mineralogi yang terjadi selama proses pembentukan

batuan sedimen.

d) Fracture dan crack diartikan sebagai bidang diskontinu yang pecah tidak

paralel atau pecahan yang terjadi saat pengujian batuan, peledakan dan

untuk menjelaskan mekanisme pecahnya batuan brittle.

18

2.5 Pendekatan Kestabilan Terowongan

Terdapat tiga metode pendekatan yang dapat digunakan untuk desain lubang

bukaan bawah tanah diantaranya metode empirik, metode analitik dan metode

numerik.

2.5.1 Metode Empirik

a) RMR

Klasifikasi geomekanika diusulkan oleh Bieniawski pada tahun

1984. Dalam menggunakan klasifikasi geomekanika, massa batuan

dibagi menjadi beberapa kelompok daerah yang didasarkan kesamaan

sifat dan karakteristik. Di dalam klasifikasi ini, lima parameter dasar

diukur secara langsung, meliputi :

- Kuat tekan uniaksial material batuan (intact rock)

- RQD (Rock quality designation)

- Spasi diskontinuitas

- Kondisi diskontinuitas

- Kondisi air tanah

Dalam menerapkan sistem ini, massa batuan dibagi menjadi

seksi-seksi dan masing-masing seksi diklasifikasikan secara terpisah.

Batas-batas seksi umumnya struktur geologi mayor seperti patahan atau

perubahan jenis batuan. Berikut ini penjelasan mengenai kelima

parameter yang dipakai dalam sistem klasifikasi RMR ;

- Uniaxial Compressive Strength (UCS)

Uniaxial Compressive Strength (UCS) adalah kekuatan dari batuan

utuh yang diperoleh dari hasil uji UCS menggunakan mesin tekan

untuk menekan sampel batuan dari satu arah (uniaxial). Nilai UCS

19

merupakan besar tekanan yang harus diberikan sehingga membuat

batuan pecah.

- RQD

RQD adalah presentase yang menunjukan perbandingan antara inti

batuan utuh yang memiliki panjang lebih dari 10 cm terhadap panjang

total keseluruhan core. Bisa juga dengan perhitungan langsung

melakukan pengukuran orientasi dan jarak antar diskontinu pada

singkapan.

Tabel 2.3 Hubungan RQD dan kualitas massa batuan (Deere, 1967)

RQD (100%) ROCK QUALITY

< 25 Very Poor

25-50 Poor

50-75 Fair

75-90 Good

90-100 Excellent

- Joint Spacing

Spasi bidang diskontinu adalah jarak tegak lurus antara bidang-bidang

diskontinuitas yang mempunyai kesamaan arah (satu keluarga) yang

berurutan sepanjang garis pengukuran (scanline).

- Joint Condition

Ada beberapa parameter yang digunakan oleh Bieniawski dalam

memperkirakan kondisi permukaan bidang diskontinu. Parameter

tersebut antara lain :

20

- Roughness atau kekasaran permukaan bidang diskontinu

merupakan parameter yang penting untuk menentukan kondisi

bidang diskontinu. Suatu permukaan yang kasar dapat mencegah

terjadi pergeseran antara dua permukaan bidang diskontinu.

- Apertur merupakan lebar bukaan antar kedua permukaan bidang

diskontinu yang biasanya diisi oleh material lainnya (filling

material). Makin besar lebar bukaan maka semakin lemah bidang

diskontinu tersebut.

- Persistence merupakan kemenerusan dari sebuah bidang

diskontinu.

- Weathering menunjukan derajat kelapukan permukaan diskontinu.

- Infilling (gouge) merupakan material pengisi antara dua permukaan

bidang diskontinu. Stabilitas bidang diskontinu dipengaruhi oleh

ketebalan, menerus atau tidaknya dan sifat material pengisi

tersebut. Filling yang tebal dan memiliki sifat mudah mengembang

apabila terkena air akan menyebabkan bidang diskontinu menjadi

lemah.

Gambar 2.6 Parameter bidang diskontinuitas (Hudson, 1989)

21

- Kondisi air tanah

Debit air tanah akan mempengaruhi kekuatan massa batuan.

Tabel 2.4 Penggolongan dan pembobotan kekasaran menurut Bieniawski (1976)

Kekasaran Permukaan

Deskripsi Pembobotan

Klasifikasi

Sangat kasar

(very rough)

Apabila diraba permukaan sangat

tidak rata, membentuk punggungan

dengan sudut terhadap bidang datar

mendekati vertikal,

6

Kasar (rough)

Bergelombang, permukaan tidak rata,

butiran pada permukaan terlihat jelas,

permukaan kekar terasa kasar.

5

Sedikit kasar

(slightly rough)

Butiran permukaan terlihat jelas, dapat

dibedakan, dan dapat dirasakan

apabila diraba

3

Halus (smooth)

Permukaan rata dan terasa halus bila

diraba

1

Licin berlapis

(slikensided)

Permukaan terlihat mengkilap

0

22

Tabel 2.5 Tingkat pelapukan batuan menurut Bieniawski, 1976 (Sumber: Rock

Mass Classification; B. Singh)

Pada Tabel RMR tersebut ditunjukkan bahwa parameter-

parameter itu mempunyai rating tertentu. Rating yang lebih tinggi

menunjukkan kondisi massa batuan yang lebih baik. Kondisi massa

batuan dievaluasi untuk setiap set bidang diskontinu yang ada

(Bieniawski,1989). Dengan menjumlahkan semua rating dari lima

parameter pada bagian A Tabel, akan diperoleh nilai RMR dasar yang

belum memperhitungkan orientasi bidang diskontinu.

Pengaruh dari orientasi bidang diskontinu selanjutnya

diperhitungkan berdasarkan bagian B. Tabel adjusment terhadap orientasi

bidang diskontinu ini dipisahkan dalam perhitungan nilai RMR karena

pengaruh dari bidang diskontinu tersebut tergantung pada aplikasi

engineering-nya, seperti terowongan, lereng atau pondasi (Edelbro,

2003). Arah umum dari bidang diskontinu berupa strike dan dip, akan

Pelapukan Keterangan

Tidak terlapukkan Tidak terlihat tanda-tanda pelapukan, batuan segar,

butiran kristal terlihat jelas dan terang

Sedikit terlapukkan Kekar terlihat berwarna atau kehitaman, biasanya terisi

dengan lapisan tipis material pengisi. Tanda kehitaman

biasanya akan nampak mulai dari permukaan sampai ke

dalam batuan sejauh 20% dari spasi

Terlapukkan

Tanda kehitaman nampak pada permukaan batuan dan

sebagian material batuan terdekomposisi.

Sangat terlapukkan

Keseluruhan batuan mengalami perubahan warna atau

kehitaman. Menyerupai tanah namun tekstur batuan

masih utuh, namun butiran batuan telah terdekomposisi

menjadi tanah

23

mempengaruhi kestabilan lubang bukaan. Hal ini ditentukan oleh sumbu

dari lubang bukaan tersebut, apakah tegak lurus strike atau sejajar strike

penggalian lubang bukaan tersebut, apakah searah dip atau berlawanan

arah dengan dip dari bidang diskontinu. RMR dapat digunakan sebagai

panduan memilih penyangga terowongan, seperti terlihat pada tabel.

Panduan ini tergantung pada beberapa faktor seperti kedalaman lubang

bukaan dari permukaan, ukuran dan bentuk terowongan serta metode

penggalian yang dipakai (Bieniawski,1989)

Tabel 2.6 Petunjuk penggalian dan penyanggaan (terowongan dengan span 10 m),

Bieniawski,1989 (Sumber: Rock Mass Classification; B. Singh)

RMC EXCAVATION Rock Bolts (20 mm

diameter, fully grouted) Shotcrete Steelsets

I Very good rock RMR: 81-100

Full face, 3 m advance.

II Good rockRMR: 61-80

Full face , 1-1.5 m advance. Complete

support 20 m from face.

Locally, bolts in crown 3 m long, spaced 2.5 m with occasional wire

mesh.

50 mm in crown where required.

None.

III Fair rock RMR: 41-60

Top heading and bench 1.5-3 m advance in top heading. Commence

support after each blast. Complete support 10 m

from face.

Systematic bolts 4 m long, spaced 1.5 - 2 m in

crown and walls with wire mesh in crown

50-100 mm in crown and 30 mm in sides.

None.

IV Poor rock RMR: 21-40

Top heading and bench 1.0-1.5 m advance in top heading. Install support

concurrently with excavation, 10 m from

face.

Systematic bolts 4-5 m long, spaced 1-1.5 m in

crown and walls with wire mesh.

100-150 mm in crown and 100 mm in sides.

Light to medium ribs spaced 1.5 m where required.

V Very poor rock RMR: < 21

Multiple drifts 0.5-1.5 m advance in top heading.

Install support concurrently with excavation. Shotcrete

as soon as possible after blasting.

Systematic bolts 5-6 m long, spaced 1-1.5 m in

crown and walls with wire mesh. Bolt invert.

150-200 mm in crown, 150 mm in sides, and 50

mm on face

Medium to heavy ribs spaced 0.75

m with steel lagging and forepoling if

required. Close invert.

24

Tabel 2.7 Parameter klasifikasi RMR beserta ratingnya (Modifikasi Wickham et al, 1972)

25

Tabel 2.8 Desain Parameter & Engineering Properties of rock mass ( Bieniawski, 1979)

Ratings

100 81 80 61 60 41 40 21 < 20

Class number

I II III IV V

Description Very good

rock Good rock

Moderate rock

Poor rock Very poor rock

Average stand-up time

10 yrs for 15 m span

6 months year for 8 m

span

1 week for 5 m span

10 hrs for 2.5 m span

30 min for 1 m span

Cohesion of rock mass (kPa)

> 0,4 0,3 0,4 0,2 0,3 0,1 0,2 < 0,1

Friction angle of rock mass (deg)

> 45 35 45 25 35 15 25 < 15

b) Q-System

Rock Mass Quality (Q)-System pertama kali diusulkan oleh Barton, Lien dan

Lunde pada Athun 1974 di Norwegian Geotechnical Institute (NGI) sehingga

disebut juga NGI Classification System. Merupakan fungsi dari enam

parameter yang dinyatakan dengan persamaan berikut :

Dengan,

RQD = Rock Quality Designation

Jn = Joint set number

Jr = Joint roughness number

Ja = Joint alteration number

SRF

Jx

J

Jx

J

RQDQ w

a

r

n

26

Jw = Joint water reduction number

SRF = Stress reduction fact

Tabel 2.9 Parameter Q-system beserta ratingnya (Barton et al, 1974)

- RQD

RQD adalah persentase yang menunjukan perbandingan antara inti

batuan utuh yang memiliki panjang lebih dari 10 cm terhadap panjang

NGI Q-System Rating for Rock Masses (Barton, Lien, & Lunde, 1974)

Norwegian Classif ication for Rock Masses

Q - Value Quality of Rock Mass

< 0.01 Exceptionally Poor 4. Discontinuity Condition & Infilling = Ja 0.01 to 0.1 Extremely Poor 4.1 Unfilled Cases

0.1 to 1 Very Poor Healed 0.75

1 to 4 Poor Stained, no alteration 1

4 to 10 Fair Silty or Sandy Coating 3

10 to 40 Good Clay coating 4

40 to 100 Very Good 4.2 Filled Discontinuities

100 to 400 Extremely Good Sand or crushed rock inf ill 4

< 400 Exceptionally Good Stif f clay inf illing < 5 mm 6

Sof t clay inf ill < 5 mm thick 8

PARAMETERS FOR THE Q-Rating of Rock Masses Swelling clay < 5 mm 12

Stif f clay inf ill > 5 mm thick 10

1. RQD = Rock Quality Designation = sum of cored pieces Sof t clay inf ill > 5 mm thick 15

> 100 mm long, divided by total core run length Swelling clay > 5 mm 20

2. Number of Sets of Discontinuities (joint sets) = Jn 5. Water Conditions

Massive 0.5 Dry 1

One set 2 Medium Water Inf low 0.66

Two sets 4 Large inf low in unf illed joints 0.5

Three sets 9 Large inf low with f illed joints

Four or more sets 15 that wash out 0.33

Crushed rock 20 High transient f low 0.2 to 0.1

High continuous f low 0.1 to 0.05

3. Roughness of Discontinuities* = Jr

Noncontinuous joints 4 6. Stress Reduction Factor** = SRF

Rough, wavy 3 Loose rock with clay inf ill 10

Smooth, wavy 2 Loose rock with open joints 5

Rough, planar 1.5 Shallow rock with clay inf ill 2.5

Smooth, planar 1 Rock with unf illed joints 1

Slick and planar 0.5

Filled discontinuities 1 **Note: Additional SRF values given

*Note: add +1 if mean joint spacing > 3 m for rocks prone to bursting, squeezing

and swelling by Barton et al. (1974)

SRF

J

J

J

J

RQDQ w

a

r

n

27

total keseluruhan core (Deere, 1964). Priest dan Hudson (1976)

memberikan hubungan antara nilai RQD dengan jarak antar bidang

diskontinu yang ada di dalam massa batuan (Joint Spacing/Js) dengan

persamaan sebagai berikut :

Keterangan: Js = jarak antar diskontinu (m)

= frekuensi diskontinu per meter

Jarak antar diskontinu merupakan parameter penting dalam menilai

struktur massa batuan. Semakin banyak kehadiran bidang diskontinu

akan mengakibatkan berkurangnya kekuatan massa batuan.

- Joint set (Jn)

Didapat dari jumlah set joint yang muncul pada jarak pengukuran

tertentu

- Joint alteration (Ja)

Merupakan derajat alterasi atau pengisian sepanjang kekar yang paling

lemah

- Joint roughness (Jr)

Merupakan kondisi permukaan bidang rekahan (kekasaran).

- Joint water (Jw)

Kandungan air yang terdapat dalam batuan.

28

2.5.2 Metode Analitik

Metode analitik dikembangkan berdasarkan model-model matematika

dengan berbagai idealisasi.

a) Analisis Kinematik

Metode stereografi banyak digunakan untuk membantu

mengidentifikasi arah tegasan dari semua data kekar yang nantinya akan

dikelompokan menjadi famili berdasarkan kesamaan arah tegasannya.

Gambar 2.7 Contoh sebaran arah tegasan diskontinu pada lokasi penelitian dengan

menggunakan program Dips

b) Ground Supporting

Penyanggaan berfungsi untuk menyangga batuan yang berpotensi

runtuh serta untuk menahan atau menghentikan perpindahan lubang

bukaan. Tujuan dari pemasangan penyanggaan pada umumnya adalah

untuk mempertahankan luas dan bentuk bidang penampang yang cukup

29

serta melindungi pekerja dari resiko tertimpa reruntuhan. Jenis

penyanggaan dapat dikelompokan sebagai penyangga primer dan

penyangga sakunder. Penyangga primer dipasang sesaat setelah penggalian

untuk menjamin keselamatan kerja bagi penggalian selanjutnya.

Penyangga sekunder dipasang pada tahap yang leih lanjut.

Didasarkan pada proses pembebanan, jenis penyangga dapat dibagi

menjadi dua yaitu penyangga pasif dan penyangga aktif. Penyangga aktif

apabila penyangga langsung mendapatkan pembebanan setelah dipasang.

Sedangkan penyangga pasif apabila penyangga tidak langsung

mendapatkan pembebanan setelah dipasang. Penyangga akan mendapatkan

pembebanan setelah massa batuan terdeformasi.

Pada tambang bawah tanah Gudang Handak L.500 rock bolt yang

dipakai berjenis splitset dengan panjang 2,4 meter dan ultimate tensile

stress (UTS) maksimal 5 ton.

Gambar 2.8 Surface support Gudang Handak Mine L500; splitset and weld mesh

splitset

Weld mesh

30

2.6 Analisis UNWEDGE

Bentuk dan ukuran dari potensi Baji dalam massa batuan dan sekitar

bukaannya tergantung pada ukuran, bentuk dan orientasi bukaan (azimuth tunnel)

serta pada orientasi joint set yang signifikan. Geometri tiga dimensi dari masalah

pemodelan Baji memerlukan perhitungan yang efisien dengan memanfaatkan

program komputer yang telah tersedia. Salah satu contoh dari program komputer

tersebut adalah UNWEDGE yang dikembangkan khusus untuk digunakan dalam

penambangan bawah tanah.

Dengan mempertimbangkan massa batuan dimana terdapat beberapa

kumpulan bidang diskontinu (joint set) akan menghasilkan kemungkinan

kombinasi joint set yang berpotensi membentuk Baji. Data yang diperlukan ialah

dip dan dip direction dari setiap joint set dalam satu lokasi domain.

Gambar 2.9 Contoh input data pada UNWEDGE dengan hasil berupa lingkaran yang

menunjukan tiga arah diskontinu pembentuk Baji. Data yang diperlukan berupa dip dan

dip direction.

31

Diasumsikan bahwa semua bidang diskontinu adalah planar dan menerus,

dan kekuatan geser (shear strength) pada permukaan bisa direpresentasikan

dengan friction angle, dan kohesi = 0. Setelah data joint set yang didapat

dari penggunaan DIPS dimasukan kemudian akan muncul kombinasi-kombinasi

joint yang berpotensi membentuk Baji. Kombinasi joint yang berpotensi

membentuk Baji dipilih berdasarkan required support pressure dengan FS < 1,

dan hanya muncul pada roof saja.

Gambar 2.10 Contoh Combination Analyzer pada UNWEDGE yang menunjukan

kumpulan kombinasi dari tiga arah diskontinu yang berpotensi membentuk Baji.

Terowongan di dalam tambang Gudang Handak memiliki bukaan (span)

selebar 3,5 meter dengan tinggi 4 meter. Ukuran terowongan sangat berpengaruh

terhadap potensi jatuhnya Baji serta teknik penyanggaan yang akan dipakai.

32

Gambar 2.11 Bukaan terowongan tambang bawah tanah Gudang Handak L.

500, UBPE Pongkor PT. Antam (Persero) Tbk.

Baji bisa terbentuk di atap, dinding maupun lantai terowongan. Disetiap

tempat Baji yang terbentuk memiliki nilai faktor keamanan yang berbeda. Pada

umumnya Baji yang tidak stabil terbentuk di atap dan dinding terowongan. Pada

atap terowongan Baji berpotensi untuk jatuh akibat gaya grafitasi karena tidak ada

bidang yang menahan bongkahan Baji tersebut. Pada dinding terowongan, Baji

yang terbentuk berpotensi untuk sliding pada satu atau lebih joint akibat dari

adanya joint-joint pada dinding terowongan sebagai bidang gelincir yang

menghambat jatuhnya bongkahan Baji tersebut.

Gambar 2.12 Contoh Baji yang terbentuk dari perpotongan 3 struktur

beserta detail analisisnya (Tyler et al, 1991)

33

2.7 Pendekatan Metode Viability Index

Diederichs et al dalam papernya; A Semi-Empirical Hazard Assessment

Approach To Wedge Instability In Underground Mine Opening mengungkapkan

bahwa Viability Index (Iv) adalah sebuah usaha untuk memprediksi

kemungkinan potensi runtuhan baji yang lebih mendetail sehingga penyanggaan

yang tadinya full-span demand (S) bisa lebih diefektifkan menjadi Effective Span

(S*). Viability Index didapat dari akar hasil perkalian antara Occurence Index (Io)

dengan Instability Index (Is).

.......................................................................(1)

Occurence index (Io) didapat dari mengkarakteristikan atau

membandingkan potensi kemunculan baji yang didapat dari pemetaan bidang

diskontinu secara mendetail serta hasil dari analisi pemograman UNWEDGE.

Instability Index (Is) untuk mengkarakteristikan potensi baji yg runtuh akibat dari

pertemuan struktur atau bidang diskontinu berdasarkan klasifikasi massa batuan

(Q-System).

...........................................(2)

..........................................(3)

Dimana;

Io = Occurence Index

FD = Joint Dominance Factor

FL = Joint Length Factor

FS = Joint Spacing Factor

34

I s = Instability Index

FJ = Joint Factor based on Jr/Ja

FG = Gravity Factor

FC = Clamping Factor

2.7.1 Parameter Viability Index

Terdapat enam parameter yang mempengaruhi nilai Viability Index

(Iv), yaitu:

2.7.1.1 Joint Factor Dominance (FD)

Merupakan nilai dari famili kekar yang paling sering muncul.

Orientasi kekar yang memiliki nilai sama dikelompokan ke dalam setiap

famili kemudian selanjutnya ditentukan nilai paling sering muncul, nilai

tengah dan yang paling jarang muncul. Untuk keluarga kekar yang

memiliki frekuensi kemunculan paling sering diberikan nilai 4, untuk

keluarga kekar yang memiliki kemunculan rata-rata diberi nilai 2,5. Untuk

keluarga kekar yang frekuensi kemunculannya di atas rata-rata namun di

bawah yang paling sering diberi nilai 3 sedangkan untuk keluarga kekar

yang memiliki frekuensi kemunculan dibawah rata-rata diberi nilai 1,5.

Joint

Dominance

Most

Dominant Dominant Intermediate Minor/Random

(1 set only) Always present

Frequently

present

Typically

absent

FD 4 3 2,5 1,5

35

2.7.1.2 Joint Length Factor (FL)

Didapat dari kemenerusan bidang diskontinuitas (persistence).

Untuk joint dengan panjang > 6 m diberi nilai 3. Joint dengan panjang 2-

6 m diberi nilai 2,5, untuk panjang 2-0,8 m diberi nilai 2 dan untuk joint

dengan panjang < 0,8 m diberi nilai 1.

Joint Trace Lenght

Shear, bedding

>1.5 x span or Joint Trace

Lenght

0.5-1.5 x span or 1 end visible

2-0.5 x span or 2 end visible

6 2 - 6 2-0,8 < 0,8

2.7.1.3 Joint Spacing Factor (FS)

Merupakan jarak antara kekar yang memiliki arah orentasi sama

(strike/dip 30).

Joint Spacing 1.5 x span

FS 3.3 3 2.5 2 1

Untuk besar jarak antar joint (m)

0,4 0,4 - 1 1 - 2 2 - 6 >6

2.7.1.4 Joint Factor (FJ) atau Jr/Ja

Joint factor menunjukan kekasaran dan karakteristik geser dari

permukaan bidang diskontinu atau filling material dari bidang diskontinu

tersebut. Suatu bidang diskontinu dengan permukaan kasar dan tidak

mengalami alterasi serta mengalami kontak dengan permukaan bidang lain

akan mempunyai kuat geser tinggi dan menguntungkan untuk kestabilan

lubang bukaan. Nilai FJ berdasarkan Jr/Ja adalah sebagai berikut :

36

Jr/Ja < 0,1 0,1-0,3 0,3-0,6 0,6-1 1-1,5 1,5-2,5 2,5-4 >4

FJ 10 9 8 7 6 5 4 3

Tabel 2.10 Nilai Jr berdasarkan klasifikasi Q-System (Barton et al,1974)

Description Value Notes

a. Rock wall contact

b. Rock wall contact before 10 cm shear

1. Add 1.0 if the mean spacing of the relevant

joint set is greater than 3

m.

2. Jr = 0.5 can be used for planar, slickensided

joints having lineations,

provided that the

lineations are oriented

for minimum strength.

A Discontinuous joints 4

B Rough and irregular,

undulating 3

C Smooth undulating 2

D Slickensided undulating 1.5

E Rough or irregular, planar 1.5

F Smooth, planar 1.0

G Slickensided, planar 0.5

c. No rock wall contact when sheared

H

Zones containing clay

minerals thick 1.0

enough to prevent rock

wall contact (nominal)

J

Sandy, gravely or crushed

zone thick 1.0

enough to prevent rock

wall contact (nominal)

37

Tabel 2.11 Nilai Ja berdasarkan klasifikasi Q-System (Barton et al,1974)

2.7.1.5 Gravity Factor (FG)

Merupakan tipe keruntuhan baji yang didapat melalui pemograman

UNWEDGE. Untuk Baji yang memiliki potensi jatuhan free falling

Description Value r (deg)

Notes (approx.)

a. Rock wall contact Values of r, the residual

friction

A

Tightly healed, hard, non-softening,

0.75 angle, are intended as an

impermeable filling approximate guide to the

B Unaltered joint

walls, surface staining only

1.0 25 35 mineralogical properties

of the

C

Slightly altered joint walls, non-softening

2.0 25 30

alteration products, if present.

mineral coatings, sandy particles, clay-free

disintegrated rock, etc.

D

Silty-, or sandy-clay coatings, small clay-

3.0 20 25

fraction (non-softening)

E

Softening or low-friction clay mineral coatings,

4.0 8 16

i.e. kaolinite, mica. Also chlorite, talc, gypsum

and graphite etc., and small quantities of swelling

clays. (Discontinuous coatings, 1 - 2 mm or less)

38

biasanya terbentuk di roof sedangkan untuk baji yang berpotensi sliding

kebanyakan terbentuk di dinding. Untuk Baji yang memiliki potensi

runtuhan akibat gravitasi (tidak ada bidang diskontinu yang menahan)

diberi nilai 10, untuk Baji yang berpotensi jatuh dengan satu bidang

diskontinu (bidang gelincir) tegak lurus (dip = 90) diberi nilai 9, untuk

Baji yang berpotensi jatuh maupun tergelincir akibat adanya joint sebagai

bidang gelincir dengan dip hampir tegak lurus (70-80) diberi nilai 7 dan

untuk Baji yang berpotensi tergelincir diberi nilai 4.

Wedge Behaviour

Free Falling

Falling with 1 joint Falling-Sliding with 1 Pure Sliding

or edge vertical near-vert. Joint

inverted no rotation

FG 10 9 7 4

2.7.1.6 Clamping Factor (FC)

Didasarkan kepada efek jepitan (clamping) dari gaya kompresi

pada tunnel. Tinggi Baji yang terbentuk (apex height) dibagi dengan lebar

bukaan terowongan.

Tabel 2.12 Nilai Clamping Factor

Wedge Height/Span & Cone Angle

Stress State, FC

Med - High Stress Low - Zero Tensile / Open Joint

2+

39

2.8 Geometry Support Demand

Geometri Baji yang didapat melalui pemetaan struktur dan pemograman

UNWEDGE (tinggi baji, berat, luas dll) digunakan untuk memperkirakan

permintaan penyanggaan (support demand) untuk liner dan bolt. Liner demand

yang didapat dari hasil bagi antara berat Baji dengan keliling mencerminkan nilai

ketebalan shotcrete yang diperlukan untuk penyanggaan terowongan. Untuk bolt

demand yang didapat dari hasil bagi antara berat Baji dengan luas permukaannya

mencerminkan nilai UTS (ultimate tensile strength) rock bolt yang dapat dipakai

dengan panjang H.

Gambar 2.13 Bolt demand (massa Baji / luas permukaan Baji) and Liner demand

(massa Baji / keliling Baji), Diederichs et al (2003)

Tabulasi nilai liner dan bolt demand yang ditampilkan menunjukan

kapasitas kebutuhan penyanggaan minimum untuk kestabilan dengan lebar

bukaan (span) 3,5 meter. Namun efektivitas dari sistem bolt dibatasi oleh panjang

bolt itu sendiri. Idealnya panjang bolt harus lebih panjang dari pada tinggi puncak

Baji. Apabila tinggi Baji melebihi panjang bolt maka harus digunakan tambahan

penyanggaan lain.

Bolt Demand, BD = weight wedge / face area wedge (ton/m)...........(1)

Liner Demand, LD = weight wedge / perimeter (ton/m) .....................(2)

40

Factor of Safety, FS = 1 / Iv..............................................................(3)

Span Effectife, S* = S x Iv x FS..............................................................(4)

Wedge Height Effectife, H* = (S*/S) x H............................................(5)

Bolt Demand Effectife, BD* = (S*/S) x BD...........................................(6)

Liner Deman Effectife, LD* = (S*/S) x LD...........................................(7)

Dengan;

Iv = Viability Index maksimum dari setiap domain

S = full span, 3,5 meter

2.9 Full-span dan Scalled-span Wedge

Kasus terburuk untuk ketidakstabilan Baji adalah full-span wedge atau

Baji terbesar yang dapat terbentuk di bukaan (span) tertentu dari perpotongan

struktur dimana-mana. Dalam kebanyakan kasus bagaimanapun kemungkinan

terjadinya tiga atau lebih joint saling berpotongan untuk membentuk full-span -

Baji sangat jarang karena sifat asli joint yang tidak menerus dan variasi jarak

antar joint.

Data groundfall sebenarnya menunjukan bahwa tinggi Baji maksimum

relatif berkurang secara signifikan dibanding dengan yang diperkirakan oleh

analisis full-span wedge.

41

(A)

(B)

Gambar 2.14 (A) Full-span predictions for unwedge geometries (B) Actual wedge-fall

geometries for domain 1, block central (Diederichs et al, 2013)

Pada Gambar 2.14 prediksi full-span wedge ditunjukan berdasarkan

keberadaan perpotongan tiga joint. Baji dengan geometri bidang yang besar

dan curam terbentuk oleh dominansi dipping joint yang curam pula.

Analisis full-span cenderung lebih memprediksi kebutuhan

penyanggaan (kebutuhan kapasitas) untuk penggalian bawah tanah. Kebutuhan

penyanggaan yang sebenarnya adalah scaled-span yang nilainya lebih rendah

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

0,00 0,50 1,00Cu

mm

ula

tive

Fre

qu

ency

Failure Height / (span or failure width)

Actual Wedge-fall geometries

failure height/span

failure height/width

Height/span = 1,6 Height/span=1,1 Height/span=0,05

42

karena kemungkinan joint formasi Baji full-span tidak benar-benar melekat

secara penuh pada terowongan. Pendekatan Viability Index digunakan untuk

menghitung faktor-faktor tersebut dalam perencanaan, sehingga sistem

penyanggaan bisa lebih efisien dalam bidang pertambangan.

Documents

Bab 2 TA