Perkembangan Geologi Teknik

Perkembangan geologi teknik Pada jaman dahulu ilmu geologi telah digunakan dalam banyak hal termasuk konstruksi yang sering dilakukan oleh para insinyur sipil. Pekerjaan yang berhubungan dengan evolusi industry membuat mereka melakukan pengembangan batuan dan tanah yang berhubungan dengan asal dan sifat batuan tersbut dan hubungan antara batuan yang sama yang ditemukan  pada tempat yang berbeda. Pemikiran dan teori yang mereka gunakan berdasarkan pada  penerapan aplikasi dari

ilmu mereka yang dibentuk dari

perkembangan ilmu geologi.)

Ketertarikan mereka(para insinyur sipil) dalam geologi sering berasal dari “kebutuhan untuk tahu”. Mereka dihadapkan dengan permasalahan permasa lahan keteknikan yagn sebenarnya hanya dapat diselesaikan dengan bantuan pengetahuan dan pemahaman dari kondisi bawah tanah yang mereka hadapi.  pada abad ke 19, ilmu geologi sudah mulai dipertimbangkan oleh beberapa ahli keteknikan sipil. Hal ini dikarenakan dari bermunculnya permasalahan keteknikan yang ada yang tidak  bisa diselesaikan dengan cepat tanpa bantuan dari para ahli geologi seperti James Dana (1813-1895) di amerika, albert heim (1849-1937) in swis, dan sir Archibald Geikie (18351924) di inggris, sehingga pada akhir abad ke 19, sebagian besar para ahli keteknikan sipil mengetahui sedikit tentang geologi, orang-orang yang berhbugan dengan geologi dan tertarik dalam penerapan keteknikan  perkembangan ilmu mekanika tanah oleh ahli keteknik seperti Charles coulomb dan macquoen rankine yang yang mana telah mengembahngka mengembahngka metode perhitungan perubahan perubahan massa  bumi dibawah pengaruh tekanan yang dianggap menggangnu pekerjaan keteknikan telah dimulai sejal abad ke19 hingga awal abad ke20. Langkah yang dilakukan untuk menjembatani antara ilmu geologi dan ilmu keteknikan adalah dipublikasikannya karangan karl terzaghi pada tahun 1925 dengan judul

“edbaumechanik” yang mana telah

mengabungkan ilmu pengetahuan lama dengan teori dan pengalaman yang bersifat baru. Hal ini akhirnya membuat ilmu mekanika tanah dijadikan disiplin ilmu dalam ilmu keteknikan sipil. Publikasi terzaghi tersebut dibuat untuk mengenali pemahaman dasar dari pentingnya kondisi geologi pada desai ilmu keteknikan sipil dan konstruksi, tetapi apresiasi ini tidak  berlaku universal dan banyak para p ara ahli keteknikan masih menggunakan model bawah tanah yang terlalu sederhana dan pemahaman geologi yang sedikit dalam pekerjaan mereka Ketika kebutuhan pendidikan berkembang, jumlah dari praktisi geologi teknik menignkat hingga di kalifornia amerika serika mereka telah memiliki perkumpulan sebagai asosiasi  professional. Perluasan pada tahun 1963 menjadi AEG meluputi semua amerika serikat dan sekarang denang keanggotaan luar negeri. Pada tahun 1967, iaeg telah terbentuk. Meyediakan

kepada para ahli geologi teknik perkumpulan internasional yang sama dengan purkumpulan IS dan GE danISR. Tujuan dair geologi teknik Geologi teknik didefinisikan oleh AEG sebagai disiplin ilmu dari penerapan data geologi, teknik dan prinsip yang mempelajari tentang a) kejadian alam yang terjadi pada batu dan material tanah, dan fluida dipermukaan maupun bawah permukaan dan b)memperkenalkan interaksi dari material dan proses dengan lingkungan geologi jadi faktorgeologi yang mempengaruhi perencanaan, desain, konstruksi, pelaksanaan dan pemeliharaan dari struktur keteknikan dan perkembanganm perlindungan serta remediasi dari sumberdaya air tanah dapat dikenali, diinterpretasi dan ditampilkan untuk kegunaan dalam ilmu keteknikan dan ilmu lain yang berhubungan”.  Namun

terdapat beberapa perbedaan dibeberapa Negara yang berhubungan dengan penerapan ilmu geologi teknik pada Negara-negara tersebut. Tetapi apapun asal dan pelatihan tentang ilmu geologi teknik, para ahli geologi teknik berkonstribusi terhadap tugas yang menyediakan  pemahaman dari kondisi bawah permukaan yang menjamis bahwa pekerjaan keteknikan tersebut dibangun dengan mengestimasi waktu dan biaya. Pengetahuan geologi yang cukup dalam suatu konstruksi bangunan dapat membantu mengurangi biaya dan waktu sehingga dianggap lebih efisien.

Mencapai tujuan Filosofi dari geologi teknik didasarkan pada 3 dasar pemikiran yaitu: 1. Semua pekerjaan keteknikan dibangun di permukaan tanah 2. Permukaan tanah akan selalu berekasi terhadap konstruksi dari pekerja an keteknikan 3. Reaksi dari permukaan tanah (merupakan sifat keteknikan) terhadap pekerjaan keteknikan yang khusus harus ditampung dalam pekerjaan tersebut.

Untuk menentukan sifat keteknikan dari permukaan tanah sifat fisik keteknikan dari  permukaan tanah, massa permukaan tanah dan tujuan desain dari pekerjaan keteknikan harus diketahui. Beberapa tahun yang lalu john knill dan david price memulai menulis buku geologi teknik bersama. Dari beberapa pemikiran mereka muncul konsep baru berupa sequence of operation. Pemikiran tersebut diikuti untuk mencapai sifat ketekikan dari permukaan tanah yang dapat ditunjukkan dengan 3 persamaan yaitu:

Material properties + mass fabric = mass properties

Mass properties + lingkungan = engineering geological matrix 1 (1  istilah umum yang digunakan untuk “suatu keadaan”(knill 1978). Matrix termasuk dalam data yang  berhubungan dengan komponen yang ditetapkan  – sangat diinginkan tetapi jarang tercapai dalam geologi teknik) Engineering geology matrix + perubahan yang dihasilkan pada pekerjaan keteknikan = sifat keteknikan dari permukaan

material dan mass fabric material dapat berupa batuan, tanah dan fluida atau gas yang terkandung dikandung didalamnya. Material properties merupakan sifat fisik yang penting dalam keteknikan seperti densitas, kuat gesr (shear strength), kemampuan deformasi dll. Mass fabric merupakan kelakukan material yang disusun oleh massa (pada perlapisan, dikes, urat, sill dll) dan discontinuitas (kekar, sesar dll) yang berabang-cabang melewati suatu massa

massa ground mass dapat didefinisikan sebagai volume dari permukaan yang akan dipengaruhi atau akan terpengaruh oleh pekerjaan keteknikan. Pengaruh permukaan oleh pekerjaan keteknikan dapat berupan tekanan pada volume permukaan oleh tekanan tambahan dari bangunana,  jembatan atau dam.

Faktor lingkungan Faktor lingkungan yang mempengaruhi termasuk iklim, tekananm bencana alam dan waktu. 1. Iklim Iklim dianggap terdiri atas cuaca rata-rata pertahun, termasuk hujan, angin, temperataur, sinar matahari dan lain-lain. Tetapi faktor utama yang memepengaruhi iklim alam adalah lokasi dari setiap daerah apakah berada pada garis lintang (yang dipengaruhi oleh jumlah kehangatan yang diterima dari matahari) atau berada pada garis bujur (juga dipengaruhi oleh insolasi baik sebagai hujan). Selain itu juga, iklim memepngaruhi kehadiran dari air dan kedalam dari muka air tanah yang berperan dalama menentukan massa dipermukan. Sehingga mengetahui iklim pada daerah tertentu dapat memberikan indikasi apakah dibutuhkan untuk obeserfasi jangka  panjang terhadap muka air tanah atau tidak. Daerah yang mengalami hujan berat dimana infiltrasi rendah dan terjadi penggundulan hutan dapat menyebabkan erosi tanah. Iklim kering dengan angin yang kuat dapat meneybabkan perpindahan debu

dengan efek yang mengganggu ke peekrja,mesin dan peralatan lain yang sensitive. Temperature yang terlaly rendah dapat membekukan air mengentalkan minyak  pelumas. Temperature sangat tinggi dapat membuat minyak menjadi encer hingga ke titik dimana

akan cukup

merusak mesin dan semua pekerjaan konstruksi akan

 berhenti. 2. Stress (tekanan) Stress pada permukaan disebabkan oleh beberapa kasus yaitu Gravitasi . Pada kondisi tidak tertekan, kompressi vertical lebih dominan sedangkan

 pada kondisi tertekan dihasilakn dari kompresi secara horizontal. Perbandingan antara horizontal

terhadap vertical

merupaak perbandian tekanan lateral dimana

Tektonik. Tekanan tektonik yang merupakan sisa dari perpindahan tekotonik pada

masa lalu atau dari kegiatan tektonik yang terjadi sekarang. Pada umumnya dengan arah horizontal dengan kekuatan yang besar. Erosi.  Secara topografi berhubungan dengan stress yang diakibatkan oleh distribusi

kembari tekanan yang diesbabkan oleh erosi lembaha tertama pada daerah perbukitan. Distribusi stress disekitar tunner atau dengan lereng lebih banyak diakibatkan oleh diskontinuitas utama seperti sesar dalam massa batuan. Tekana yang dibebankan pada tanah atau massa batuan, secara alami atau melalui bangunan dipengaruhi oleh kehadiran air yang

membuat terjadinya stress melalui tekanan air. Tekana yang

diebabkan dari sumber manapun, gravitasi, tekanan bangunana dan lain-lain, mengurangi kerja dari tekanam air dalam sebuah pori atau kekar. Hal ini dinamakan effective stress. 3. Bencana alam Banjir. Pada umumnya terjadi pada dataran alluvial yang juga terdapat dataran

 pertanian. Banjir dapat dikatergorikan dalam 2 jenis. Ada banjir yang disebabkan oleh hujan badai yang diikuti dengan angin topan dan banjir coastal yang disebabkan oleh kenaikan muka air laut. Banjir dapat disebabkan oleh kurangnya proses infiltasi pada daerah tangkapan air. Solusi untu permasalah ini terdapat pada konstruksi bangunan  penghalang. Seperti bendungan alam untuk banjir di sungai atau konstruksi  bendungan dengan konstruksi tambahan seperti dam yang dilengkapi oleh tenaga hidroelektrik

Badai. Jenis badai utama yang dikenal adalah anging topan yang terjadi pada daerah

tropis dan sub troptis. Struktur bangunan sipil harul dibangun untuk tahan terhadap tekanan udara yang diakibatkan oleh badai tersebut yang terkadang akan berhubungan dengan hujan yang intensif dan akan mengakibatkan terjadinya banjir. Erupsi gunungapi. Gempa bumi. Dibutuhkan beberapa pengetahun

untuk menangani permasalah

gempa bumi seperti: 1. Mengestimasi kekuatan, frekuensi dan lokasi terjadinya gempa bumi. 2. Studi tenatang keadaan geologi untuk memeprkirakan respon permukaan terhadap kejadian gempa bumi yang akan terjadi lagi 3. Perkiraan respon dari struktur

bangunan untuk mengantisipasi getadan dari

respon permukaan lainnya yang berhubungan dengan gempa bumi 4. Memperkirakan terjadinya tsunami dari gempa bumi yang terjadi dilantai samudra. Mass movements. Perpindahan massa seperti longsor tetapi juga dapat dalam bentuk

avalanches yang pada umumnya berhubungan dengan gempa bumi termasuk likuifaksi. Bencana buatan manusia.  Semua kegaiatan manusia yang menjadikan alam sebagai

 bagian secara tidak langsung seperti penambangan, minyak gas atau pengambilan air akan menyebabkan terjadinya penurunan muka tanah. 4. proses dinamis Apapun perubahan yang terjadi yang disebabkan oleh bangunan sipil akan menyebabkan terjadinya perubahan secara luas, sehingga penting untuk memahmai proses yang perubahan bentang alam dan geologi bersifat dinamis. 5. waktu Waktu dianggap sebagai salah satu parameter alam yang mempengaruhi konstruksi sebuah bangunan. Langkah pertama dari para teknisi adalah apa yang akan terjadi dan  beberapa waktu setelahnya dari sebuah konstruksi bangunan sipil.

Pada tanah, apapun

umurnya, pembangunan pada lereng akan mempertimbangkan stabilitas jangka pendek dan  jangka panjang yang disebabkan oleh pelapukan dan tekana air pada stabilitas lereng.

Analisis Sifat keteknikan dari permukaan tanah dengan pengaruh dari pekerjaan keteknikan ditentukan melalui kalkulasi dan pertimbangan. Jika kalkulasi terhadap sifat permukaan tidak dapat

diakomosai melalui proses konstruksi akan mempengaruhi keberhasilan pekerjaan, dan memuak konstruksi menjadi tidak ekonomis atau akan mengganggu kelayakan sebuah  bangunana dan kegiatan harus didisan lagi atau dipindahkan ke tempat yang lebih cocok.

Pengertian dasar Baik geologi maupun keteknikna memiliki pengertian sendiri terahaadp suatu terminology. Seperti Batuan pada keteknikan didefinikan sebagai material alam yang padat dan sering rapuh, lebih kuat dibandingkan tanah yang tidak dapat dicetak dan cenderung hancur. Permasalahan dan kontral yang mungkin menghasilkan perbedaan antara batuan dan tanah dalam istilah geologi dan keteknikan dapat diselesaikan dengan penerapan terhadap  pengertian yang umum. Sehingga akan lebih baik untuk para ahli geologi teknik mengembangkan pemikiran bahwa baik tanah maupun batuan seabgai material sederhana dengan sifat yang dapat ditentukan melalui sifat fisik secara geoteknik.

Pelatihan dan pengembangan profesi dalam geologi teknik Permasalahan yang terjadi pada keteknikan dan geologi membutuhkan pengetahuan yang luas. Pengetahuan dasar dan pengetahun ahli akan berhubungan dalam geologi teknik Kebanyakan para ahli geologi teknik akan mendapatkan pemahaman ilmu lain bedasarkan karakter dari perusaahannya, seperti hidrogeologi, seismologi dll tergantung dari perusahaan tersebut.

Kemantapan (stabilitas) lereng merupakan suatu faktor yang sangat penting dalam

 pekerjaan yang berhubungan dengan penggalian dan penimbunan tanah, batuan dan bahan galian, karena menyangkut persoalan keselamatan manusia (pekerja), keamanan peralatan serta kelancaran produksi. Keadaan ini berhubungan dengan terdapat dalam bermacammacam jenis pekerjaan, misalnya pada pembuatan jalan, bendungan, penggalian kanal,  penggalian untuk konstruksi, penambangan dan lain-lain.

Dalam operasi penambangan masalah kemantapan lereng ini akan diketemukan pada  penggalian tambangterbuka, bendungan untuk cadangan air kerja, tempat penimbunan limbah buangan (tailing disposal) dan penimbunan bijih (stockyard). Apabila lereng-lereng yang terbentuk sebagai akibat dari proses penambangan (pit slope) maupun yang merupakan sarana penunjang operasi penambangan (seperti bendungan dan jalan) tidak stabil, maka akan mengganggu kegiatan produksi.

Dari keterangan diatas, dapat dipahami bahwa analisis kemantapan lereng merupakan suatu  bagian yang penting untuk mencegah terjadinya gangguan terhadap kelancaran produksi maupun terjadinya bencana yang fatal. Dalam keadaan tidak terganggu (alamiah), tanah atau  batuan umumnya berada dalam keadaan seimbang terhadap gaya-gaya yang timbul dari dalam. Kalau misalnya karena sesuatu sebab mengalami perubahan keseimbangan akibat  pengangkatan, penurunan, penggalian, penimbunan, erosi atau aktivitas lain, maka tanah atau  batuan itu akan berusaha untuk mencapai keadaaan yang baru secara alamiah. Cara ini  biasanya berupa proses degradasi atau pengurangan beban, terutama dalam bentuk longsoranlongsoran atau gerakan-gerakan lain sampai tercapai keadaaan keseimbangan yang baru. Pada tanah atau batuan dalam keadaan tidak terganggu (alamiah) telah bekerja tegangantegangan vertikal, horisontal dan tekanan air dari pori. Ketiga hal di atas mempunyai peranan  penting dalam membentuk kestabilan lereng.

Sedangkan tanah atau batuan sendiri mempunyai sifat-sifat fisik asli tertentu, seperti sudut geser dalam (angle of internal friction), gaya kohesi dan bobot isi yang juga sangat berperan dalam menentukan kekuatan tanah dan yang juga mempengaruhi kemantapan lereng. Oleh karena itu dalam usaha untuk melakukan analisis kemantapan

lereng harus diketahui dengan pasti sistem tegangan yang bekerja pada tanah atau batuan dan  juga sifat-sifat fisik aslinya. Dengan pengetahuan dan data tersebut kemudian dapat dilakukan analisis kelakuan tanah atau batuan tersebut jika digali atau “diganggu”.  Setelah itu, bisa

ditentukan geometri lereng yang diperbolehkan atau mengaplikasi cara-cara lain yang dapat membantu lereng tersebut menjadi stabil dan mantap.

Dalam menentukan kestabilan atau kemantapan lereng dikenal istilah faktor keamanan (safety factor) yang merupakan perbandingan antara gaya-gaya yang menahan gerakan terhadap gaya-gaya yang menggerakkan tanah tersebut dianggap stabil, bila dirumuskan sebagai berikut : Faktor kemanan (F) = gaya penahan / gaya penggerak

Dimana untuk keadaan :

• F > 1,0 : lereng dalam keadaan mantap • F = 1,0 : lereng dalam keadaan seimbnag, dan siap untuk longsor • F < 1,0 : lereng tidak mantap

Jadi dalam menganalisis kemantapan lereng akan selalu berkaitan dengan perhitungan untuk mengetahui angka faktor keamanan dari lereng tersebut. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi kemantapan lereng, antara lain :

• Penyebaran batuan

Penyebaran dan keragaman jenis batuan sangat berkaitan dengan kemantapan lereng, ini karena kekuatan, sifat fisik dan teknis suatu jenis batuan berbeda dengan batuan lainnya. Penyamarataan jenis batuan akan mengakibatkan kesalahan hasil analisis. Misalnya : kemiringan lereng yang terdiri dari pasir tentu akan berbeda dengan lereng yang terdiri dari lempung atau campurannya.

• Struktur geologi

Struktur geologi yang mempengaruhi kemantapan lereng dan perlu diperhatikan dalam analisis adalah struktur regional dan lokal. Struktur ini mencakup sesar, kekar, bidang  perlapisan, sinklin dan antiklin, ketidakselarasan, liniasi, dll. Struktur ini sangat mempengaruhi kekuatan batuan karena umumnya merupakan bidang lemah pada batuan tersebut, dan merupakan tempat rembesan air yang mempercepat proses pelapukan.

• Morfologi

Keadaan morfologi suatu daerah akan sangat mempengaruhi kemantapan lereng didaerah tersebut. Morfologi yang terdiri dari keadaan fisik, karakteristik dan bentuk permukaan bumi, sangat menentukan laju erosi dan pengendapan yang terjadi, menent ukan arah aliran air  permukaan maupun air tanah dan proses pelapukan batuan.

• Iklim

Iklim mempengaruhi temperatur dan jumlah hujan, sehingga berpengaruh pula pada proses  pelapukan. Daerah tropis yang panas, lembab dengan curah hujan tinggi akan menyebabkan  proses pelapukan batuan jauh lebih cepat daripada daerah sub-tropis. Karena itu ketebalan tanah di daerah tropis lebih tebal dan kekuatannya lebih rendah dari batuan segarnya.

• Tingkat pelapukan

Tingkat pelapukan mempengaruhi sifat-sifat asli dari batuan, misalnya angka kohesi,  besarnya sudut geser dalam, bobot isi, dll. Semakin tinggi tingkat pelapukan, maka kekuatan  batuan akan menurun.

• Hasil kerja manusia

Selain faktor alamiah, manusia juga memberikan andil yang tidak kecil. Misalnya, suatu lereng yang awalnya mantap, karena manusia menebangi pohon pelindung, pengolahan tanah yang tidak baik, saluran air yang tidak baik, penggalian / tambang, dan lainnya menyebabkan lereng tersebut menjadi tidak mantap, sehingga erosi dan longsoran mudah terjadi.

Pada dasarnya longsoran akan terjadi karena dua sebab, yaitu naiknya tegangan geser (she ar st ree s) dan menurunnya kekuatan geser (shear strenght). Adapun faktor yang dapat menaikkan tegangan geser adalah : • Pengurangan penyanggaan lateral, antara lain karena erosi, longsoran terdahulu yang menghasilkan lereng baru dan kegiatan manusia. •  Pertambahan tegangan, antara lain karena penambahan beban, tekanan air rembesan, dan penumpukan. • 

Gaya

dinamik,

yang

disebabkan

oleh

gempa

dan

getaran

lainnya.

• Pengangkatan atau penurunan regional, yang disebabkan oleh gerakan pembentukan pegunungan dan perubahan sudut kemiringan lereng.

•  Pemindahan penyangga, yang disebabkan oleh pemotongan tebing oleh sungai, pelapukan dan erosi di bawah permukaan, kegiatan pertambangan dan terowongan, berkurangnya/hancurnya material dibagian dasar. • Tegangan lateral, yang ditimbulkan oleh adanya air di rekahan serta pembekuan air, penggembungan lapisan lempung dan perpindahan sisa tegangan.

Sedangkan faktor yang mengurangi kekuatan geser adalah : • Keadaan atau rona awal, memang sudah rendah dari awal disebabkan oleh komposisi, tekstur, struktur dan geometri lereng. •  Perubahan karena pelapukan dan reaksi kimia fisik, yang menyebabkan lempung berposi

menjadi

lunak,

disinteggrasi

batuan

granular,

turunnya

kohesi,

pengggembungan lapisan lempung, pelarutan material penyemen batuan • Perubahan gaya antara butiran karena pengaruh kandungan air dan tekanan air pori. •  Perubahan struktur, seperti terbentuknya rekahan pada lempung yang terdapat di tebing / lereng.

Geometri Jenjang (Bench Dimension)

Sebelum mengetahui beberapa pendapat mengenai dimensi jenjang, perlu diketahui istilah  pada jenjang seperti terlihat di bawah ini. Dalam penentuan gometri jenjang, beberapa hal yang dipertimbangkan, antara lain : o Sasaran produksi harian dan tahunan o Ukuran alat mekanis yang digunakan o Sesuai dengan ultimate pit slope o Sesuai dengan kriteria slope stability

Elemen-elemen suatu jenjang terdiri dari tinggi, lebar dan kemiringan yang penentuan dimensinya dipengaruhi oleh: (1) alat-alat berat yang dipakai (terutama alat gali dan angkut), (2) kondisi geologi, (3) sifat fisik batuan, (4) selektifitas pemisahan yang diharapkan antara bijih dan buangan, (5) laju produksi dan (6) iklim. Tinggi jenjang adalah jarak vertikal diantara level horisontal pada pit; lebar jenjang adalah jarak horisontal lantai tempat di mana seluruh aktifitas penggalian, pemuatan dan pengeboran-peledakan dilaksanakan; dan kemiringan jenjang adalah sudut lereng jenjang. Batas ketinggian jenjang diupayakan sesuai dertgan tipe alat muat yang dipakai agar bagian puncaknya terjangkau oleh boom alat muat.

Disamping itu batas ketinggian jenjang pun harus mempertimbangkan aspek kestabilan lereng, yaitu tidak longsor karena getaran peledakan atau akibat hujan. Tinggi pada tambang terbuka dan quarry batu andesit dan granit sekitar 15 m, sedangkan pada tambang uranium hanya sekitar 1,0 m.