PERHAPI - 01 Dasar-Dasar Geoteknik - RKW

DASAR-DASARGEOTEKNIK

Ridho K. WattimenaInstitut Teknologi Bandung

WORKSHOP GEOTEKNIKBandung, 29-30 September 2014

Sebelum kita memulai workshop ini …..

Workshop GeoteknikBandung, 29-30 September 2014

WORKSHOP(Oxford Dictionary)

noun

1. a room or building in which goods are manufactured or repaired.

2. a meeting at which a group of people engage in intensive discussion and activity on a particular subject or project.

verb (workshops, workshopping, workshopped)

[with object]

present a performance of (a dramatic work), using intensive group discussion and improvisation in order to explore aspects of the production prior to formal staging.


noun

1. a room or building in which goods are manufactured or repaired.

2. a meeting at which a group of people engage in intensive discussion and activity on a particular subject or project.

verb (workshops, workshopping, workshopped)

[with object]

present a performance of (a dramatic work), using intensive group discussion and improvisation in order to explore aspects of the production prior to formal staging.

WORKSHOP(Oxford Dictionary)


Kelongsoran lereng tambang

PT Freeport Indonesia


PT Kaltim Prima Coal



PT Newmont Nusa Tenggara



Tambang batubara, Australia



Tambang tembaga, Australia



Kelongsoran lereng lainnya …


PENDAHULUAN

Peningkatan produksi penambangan sebanding dengan peningkatan kegiatan penggalian dan penimbunan.

Aktifitas penggalian dan penimbunan selalu berhadapan dengan permasalahan lereng.

Banyak kecelakaan tambang yang disebabkan oleh longsoran maupun runtuhan lereng menyebabkan terhambatnya aktivitas operasional, dampak pada lingkungan, keselamatan kerja dan efisiensi biaya.

Resiko geoteknik karena bencana alam tidak bisa dicegah namun resiko tersebut dapat dikontrol oleh “ketrampilan” dan “judgement profesional ” serta “common sense”.

Banyak kejadian kelongsoran tambang yang tidak diantisipasi sebelumnya, akibat kurangnya sumberdaya manusia yang terlatih dalam bidang geoteknik


DASAR-DASAR KEMANTAPAN LERENG

Analisis kemantapan lereng mensyaratkan:

Data base geologi (struktur geologi dan informasi litologi).

Model hidrogeologi.

Estimasi kekuatan dan karakteristik deformasi massa batuan atau tanah dan bidang diskontinyu.

Pemahaman gaya-gaya eksternal, misalnya yang berhubungan dengan gempa bumi yang mungkin bekerja pada lereng.


Model Geologi

Model geologi komprehensif mutlak diperlukan untuk perancangan lereng.

Tanpa model tersebut, perancang lereng harus menggunakan data empiris kasar sehingga kegunaan rancangan diragukan, kecuali untuk evaluasi pra-kelayakan yang sangat sederhana.

Pada tambang terbuka, model geologi seharusnya ada dan, sepanjang adanya kerjasama yang baik antara bagian geologi dan bagian geoteknik, hanya diperlukan usaha sederhana untuk menghasilkan model geoteknik yang baik.


Model Geologi

Paket-paket program perencanaan tambang memungkinkan konstruksi dan visualisasi model-model komprehensifyang dapat mengandung:

Informasi geologi dan struktur geologi.

Distribusi kadar bijih atau kualitas batubara.

Distribusi air tanah.

Variasi sifat geoteknik.

Sistem pemodelan ini sudah biasa digunakan pada perusahaan-perusahaan tambang besar.


Pengumpulan Data Geologi & Geoteknik

Titik awal dari semua pekerjaan mekanika batuan adalah data base geologi yang menjadi dasar untuk informasi jenis batuan, bidang-bidang diskontinyu dan sifat-sifat batuan.

Analisis yang canggih pun dapat menjadi tidak berguna jika dasar informasi geologinya tidak cukup atau tidak akurat.

Data gologi dasar yang umumnya diperlukan adalah litologi regional dan lokal, informasi struktur dan hidrogeologi, pemerian inti rinci dan foto-foto yang setiap waktu dapat diinterpretasikan oleh seorang engineering geologist.



Inti bor di dalam kotak inti

Contoh log bor geoteknik



Kelongsoran lereng batuan adalah kejadian geologi yang dikontrol oleh proses fisik alamiah.

Model geologi-geoteknik yang dapat digunakan untuk memahami dan menganalisis proses ini harus mengandung:

Data struktur.

Litologi.

Mineralisasi dan alterasi.

Pelapukan.

Hidrogeologi.

Karakteristik massa batuan.



Pemetaan struktur geologi di tambang terbuka emas



Pemetaan struktur geologi di tambang terbuka batubara


Peranan Struktur Mayor

Kestabilan lereng besar akan dikontrol oleh bidang diskontinyu mayor (batas litologi, bidang perlapisan, patahan).

Sangat penting bahwa proses pengumpulan data menjamin pengembangan model geologi regional dan lokal dapat memasukkan struktur mayor ini.

Pemetaan struktur ini pada saat telah terpapar pada lereng digunakan untuk memperbaharui model gelogi secara terus menerus.

Praktek saat ini cenderung untuk membagi rancangan lereng kedalam kategori yang berhubungan dengan:

Longsoran akibat struktur.

Longsoran akibat lemahnya massa batuan.


Peranan Struktur Mayor

Longsoran akibatstruktur geologi(Hoek et al., 2002)

Longsoran akibatlemahnya massa batuan(Hoek et al., 2002)


Estimasi Kekuatan Massa Batuan

Penentuan kekuatan massa batuan merupakan kesulitan utama dalam praktek perancangan lereng batuan.

“Even in terms of the state-or-the-art there are many unanswered questions and many opinions on how this task should be performed in the low stress environment that is characteristic of rock slopes, particularly where weak/altered rocks are present” (Hoek et al., 2000).

Secara praktis, kebanyakan perancang lereng menggunakan kriteria failure untuk memperkirakan kekuatan geser massa batuan pada blok atau domain yang didefinisikan oleh struktur mayor, misalnya patahan.


Estimasi Kekuatan Massa Batuan

Direct shear tests

Hoek-Brown failure criterionDirect shear testsand

Barton-Bandis shear failure criterion


Pengaruh Alterasi

Pada beberapa tambang terbuka, khususnya tambang bijih, bijih umumnya berhubungan dengan zona batuan teralterasi sebagai hasil proses pembentukannya.

Pada beberapa area, alterasi ini umumnya sedang dan tidak memberikan pengaruh signifikan pada kekuatan massa batuan.

Tetapi, pada beberapa tambang di Pegunungan Andes

“the orebodies are surrounded by a halo of strongly altered rock and the impact on rock mass strength, and hence slope stability, is significant (Hoek et al., 2000).


Pengaruh Alterasi

Massa batuan yang belum teralterasi di tambang terbuka emas


Pengaruh Alterasi

Massa batuan yang teralterasi di tambang terbuka emas


Pengaruh Alterasi

Pengaruh alterasi di Tambang Chuquicamata, Chile(Hoek at al., 2002)


Pengaruh Airtanah

Kehadiran airtanah dalam lereng batuan merupakan faktor kritis dalam setiap analisis kemantapan lereng.

Tekanan air dalam bidang diskontinyu akan mengurangi tegangan efektif dan, konsekuensinya, kekuatan geser.

Pengurangan tekanan dengan lubang bor-lubang bor vertikal atau horisontal atau galeri penyaliran akan meningkatkan kemantapan lereng.

Kesulitan dalam menjaga piezometers dan saluran penyaliran selama penggalian lereng sering digunakan sebagai alasan untuk tidak memelihara kontrol dan pemantauan kondisi airtanah.

Air dari lubang-lubang penyaliran horizontal harus dikumpulkan dan dikeluarkan ke daerah yang jauh dari lereng aktif.


Pengaruh Air Tanah

Model airtanah yang baik merupakan komponen penting dalam perancangan lereng yang besar informasi mencukupi untuk membuat model tersebut.

Tekanan air yang menyebabkan lebih banyak masalah ketidakmantapan dan sepanjang tekanan ini dapat dikurangi, lubang-lubang penyaliran tidak perlu mengeluarkan aliran air yang besar.

Konsep ini sering tidak dimengerti, sehingga operator sering membuang pipa penyaliran yang tidak mengeluarkan banyak air.

Penilaian harus didasarkan pada respon piezometers, yang lebih menunjukkan perubahan tekanan dibandingkan perubahan volume aliran.


Pengaruh Air Tanah

PT Berau Coal


Tegangan In Situ

Semua model kesetimbangan batas didasarkan pada beban gravitasi dan tegangan horisontal tidak dipertimbangkan dalam analisisnya.

Model numerik dapat mempertimbangkan tegangan horisontal tetapi kebanyakan analisis dengan model ini hanya menggunakan pendekatan sederhana dimana tegangan horisontal adalah proporsi tertentu dari tegangan vertikal.

Pengukuran tegangan in situ di dekat lereng biasanya jarang dilakukan karena pengaruh tegangan ini umumnya dianggap tidak signifikan.

Berdasarkan hasil pemodelan numerik (Lorig, 1999):

Tegangan in situ tidak mempengaruhi FK secara signifikan.

Tegangan in situ akan mempengaruhi deformasi perlu diperhatikan untuk lereng yang terdiri atas material yang dapat menjadi lemah akibat deformasi.


Tegangan In Situ

Sebelum melakukan pengukuran tegangan in situ (yang mahal) di lokasi tertentu, mungkin akan lebih baik untuk melakukan studi parametrik dengan model tiga dimensi untuk melihat apakah variasi tegangan horisontal akan secara signifikan mempengaruhi tegangan terinduksi pada batuan dekat permukaan dimana longsoran dapat terjadi.

Jika tegangan horisontal pada zona failure menunjukkan variasi yang besar, pertimbangan serius harus diberikan kepada pengukuran tegangan in situ di lapangan.


Kerusakan Akibat Peledakan

Pada peledakan produksi skala besar, kerusakan akibat peledakan dapat sampai berpuluh meter ke massa batuan di belakang muka lereng, karena retaknya batuan dan terbukanya kekar akibat beban dinamik peledakan.

Penetrasi gas peledakan dapat juga membuka bidang diskontinyu yang ada, sampai jarak yang cukup jauh dari muka lereng.

Kerusakan akibat peledakan mengurangi kekompakan massa batuan dan, sebagai akibatnya, mengurangi kekuatannya.

Terdapat beberapa metode mengurangi kerusakan akibat peledakan, tetapi, harus dikompromikan antara fragmentasi yang diharapkan dan ketidakrusakan massa batuan.



Jenjang hasil peledakanproduksi normal

Jenjang hasil peledakanpre-split



In-situ rock mass

Blast damage rock

GSI > 40 and/or scm > 1 MPa

Blasted rock

GSI < 40 and/or

scm < 1 MPa

H

D

Tebal zona kerusakan akibat peledakan, D(Hoek & Karzulovic, 2000)



Production Blast D

Large production blast, confined and with little or no control

2.0 to 2.5 H

Production blast with no control but blasting to a free face

1.0 to 1.5 H

Production blast, confined but with some control, e.g. one or more buffer rows

1.0 to 1.2 H

Production blast with some control, e.g. one ormore buffer rows, and blasting to a free face

0.5 to 1.0 H

Carefully controlled production blast with a freeface

0.3 to 0.5 H

Tebal zona kerusakan akibat peledakan, D(Hoek & Karzulovic , 2000)


Analisis Retrospektif

Proses analisis kuantitatif data yang dihasilkan dari aktifitas pemantauan dimaksudkan untuk menilaiulang dan memperbaiki pengetahuan mengenai karakteristik mekanik in situ massa batuan serta mereview keakuratan model tambang.

Review konseptualisasi massa batuan mencakup analisis dari peranan struktur mayor dan identifikasi parameter kunci geoteknik yang mengontrol respons deformasi massa batuan.

Data hasil analisis retrospektif digunakan untuk memperbaharui data karakterisasi lokasi, model tambang, dan proses perancangan, melalui loop umpan balik.

Kriteria Rancangan Geoteknik


HOEK (1998)

There are no simple universal rules for acceptability nor are there standard factors of safety which can be used to guarantee that a rock structure will be safe and that it will perform adequately.

Each design is unique and the acceptability of the structure has to be considered in terms of the particular set of circumstances, rock types, design loads and end uses for which it is intended.

The responsibility of the geotechnical engineer is to find a safe and economical solution which is compatible with all the constraints which apply to the project.

Such a solution should be based upon engineering judgement guided by practical and theoretical studies such as stability or deformation analyses, if and when these analyses are applicable.


Typical problems

Complex failure along a circular or near circular failure surface involving sliding on faults and other structural features as well as failure of intact materials.

Landslide


Critical parameters

Presence of regional faults.

Shear strength of materials along failure surface.

Groundwater distribution in slope, particularly in response to rainfall or to submergence of slope toe.

Potential earthquake loading.

Landslide


Analysis methods

Limit equilibrium methods which allow for non-circular surfaces can be used to estimate changes in factor of safety as a result of drainage or slope profile changes.

Numerical methods such as finite element or discrete element analysis can be used to investigate failure mechanisms and history of slope displacement.

Landslide


Acceptability criteria

Absolute value of factor of safety has little meaning but rate of change of factor of safety can be used to judge effectiveness of remedial measures.

Long term monitoring of surface and subsurface displacements in slope is the only practical means of evaluating slope behaviour and effectiveness of remedial action.

Landslide


Typical problems

Circular failure along a spoon-shaped surface through soil or heavily jointed rock masses.

Soil or heavily jointed rock slopes


Critical parameters

Height and angle of slope face.

Shear strength of materials along failure surface.

Groundwater distribution in slope.

Potential surcharge or earthquake loading.



Analysis methods

2D limit equilibrium methods which include automatic searching for the critical failure surface are used for parametric studies of factor of safety.

Probability analyses, 3D limit equilibrium analyses or numerical stress analyses are occasionally used to investigate unusual slope problems.




FoS > 1.3 for “temporary” slopes with minimal risk of damage.

FoS > 1.5 for “permanent” slopes with siginificant risk of damage.

Where displacements are critical, numerical analyses of slope deformation may be required and higher FoS will generally apply in these cases.



Typical problems

Planar or wedge sliding on one structural feature or along the line of intersection of two structural features.

Jointed rock slopes


Critical parameters

Slope height, angle, and or orientation

Dip and strike or structural features.



Sequence of excavation and support installastion.

Jointed rock slopes


Analysis methods

Limit equilibrium analyses which determine three-dimensional sliding modes are used for parametric studies on factor of safety.

Failure probability analyses, based upon distribution of structural orientations and shear strengths, are useful for some applications.

Jointed rock slopes



FoS > 1.3 for “temporary” slopes with minimal risk of damage.

FoS > 1.5 for “permanent” slopes with siginificant risk of damage.

Probability of failure of 10 to 15% may be acceptable for open pit mine slopes where cost of clean up is less than cost of stabilisation.

Jointed rock slopes


Typical problems

Toppling of columns separated from the rock mass by steeply dipping structural features which are parallel or nearly parallel to the slope face.

Vertically jointed rock slopes


Critical parameters

Slope height, angle, and orientation.

Dip and strike of structural features.





Analysis methods

Crude limit equilibrium analyses of simplified block models are useful for estimating potential for toppling and sliding.

Discrete element models of simplified slope geometry can be used for exploring toppling failure mechanisms.




No generally acceptable criterion for toppling failure is available although potential for toppling is usually obvious.

Monitoring of slope displacements is the only practical means of determining slope behaviour and effectiveness of remedial measures.



Typical problems

Sliding, rolling, falling, and bouncing of loose rocks and boulders on the slope.

Loose boulders on rock slopes


Critical parameters

Geometry of slope.

Presence of loose boulders.

Coefficient of restitution of materials forming slope.

Presence of structures to arrest falling and bouncing rocks.



Analysis methods

Calculation of trajectories of falling or bouncing rocks based upon velocity changes at each impact is generally adequate.

Monte Carlo analyses of many trajectories based upon variation of slope geometry and surface properties give useful information on distribution of fallen rocks.




Location of fallen rock or distribution of a large number of fallen rocks will give an indication of the magnitude of the potential rock fall problem and of the effectiveness of remedial measures such as draped mesh, catch fences, and ditches at the toe of the slope.


Terima Kasih

PERHAPI - 01 Dasar-Dasar Geoteknik - RKW

Documents

Transcript of PERHAPI - 01 Dasar-Dasar Geoteknik - RKW