Muhd Fadhlullah Bin Rashid Kolej Komuniti Pasir Mas

KAJIAN TERHADAP KELAKUAN TANAH LIAT MENGGUNAKAN PENSTABIL KAPUR DAN SIMEN Nur Bazilah Binti Ishak Jabatan Kejuruteraan Awam, Politeknik Sultan Haji Ahmad Shah (nurbazilah@polisas.edu.my) Muhd Fadhlullah Bin Rashid Kolej Komuniti Pasir Mas (muhd_fadhlullah.kk@1gov.my) Siti Salwa Binti Mohamad Noor Jabatan Kejuruteraan Awam, Politeknik Sultan Haji Ahmad Shah (salwa@polisas.edu.my) ABSTRAK Kerja-kerja tambakan seperti jalan raya, jalan keretapi, bangunan dan sebagainya telah lama dilakukan. Sebelum sebarang kerja pembinaan tambakan dijalankan, masalah di bawah tambakan perlu dikaji semula untuk memastikan tiada masalah yang wujud dalam jangka masa yang pendek atau panjang. Seperti yang diketahui tanah liat seringkali menjadi masalah kepada jurutera awam dan geoteknik yang mana melibatkan masalah enapan, keupayaan galas dan kebolehtelapan air yang rendah. Bagi menyelesaikan masalah ini, bahan tambah kapur dan simen telah digunakan sebagai bahan penstabilan kepada tanah liat. Peratusan yang digunakan adalah sebanyak 3% kapur, 5% simen dan 1.5% kapur + 2.5% simen dan ia berdasarkan peratusan optimum daripada pengkaji-pengkaji lepas. Sampel tanah diambil pada kedalaman 1.0m, 1.5m, 2.0m dan 2.5m dan sampel yang diambil adalah jenis sampel tidak terusik. Berdasarkan hasil kajian yang dijalankan, nilai kandungan lembapan bertambah dan berkurang mengikut kedalaman dan berada dalam julat antara 53.95% hingga 74.65%. Keputusan Ujian had-had atterberg pula menunjukkan pada kedalaman 1.0m hingga 1.25m kategori pengkelasan tanah jenis CI, tanah liat berkeplastikan sederhana manakala bagi kedalaman 1.75m hingga 2.5m jenis tanah liat kelodak berkeplastikan tinggi, CH dan MH. Apabila tanah dicampur dengan bahan tambah simen, kapur dan simen+kapur, nilai indeks keplastikan didapati berkurang dari nilai yang asal. Nilai keupayaan galas tanah pula terletak antara 19.48 hingga 24.8 dan apabila distabilkan dengan 3% kapur, 5% simen dan 1.5% kapur + 2.5% simen, didapati julatnya bertambah masing-masing daripada 25.3 hingga 39.8, 24.3 hingga 35.3 dan 21.5 hingga 33.6. KATA KUNCI: tanah liat, bahan tambah, kapur, simen 1.0 PENGENALAN Tanah liat dikatakan salah satu jenis tanah yang seringkali mendatangkan masalah kepada jurutera awam, geoteknik dan alam sekitar dalam suatu projek pembinaan dan tambakan. Tanah liat dikatakan sebagai tanah yang berbutir halus disebabkan oleh kandungan zarahnya yang terlalu kecil. Menurut McCaarthy (2002), sesetengah bahagian zarah lempung susah 1

untuk dilihat. Tanah liat adalah berwarna coklat hingga terang kegelapan, mempunyai kandungan lembapan yang tinggi dan kebolehmampatan dan kekuatan ricih yang rendah. Kekuatan sesuatu tanah adalah bergantung kepada ciri-ciri pengukuhan, kekuatan ricih dan keupayaan galas. Jika ia ditingkatkan, maka struktur suatu bangunan atau pembinaan akan lebih selamat. Bagi projek kajian yang dijalankan ini, kaedah perawatan menggunakan campuran kapur dan simen digunakan untuk memastikan kaedah perawatan ini boleh digunakan atau tidak dengan iklim dan faktor persekitaran di Malaysia. Penstabilan simen telah dijalankan sejak 1915 lagi dan kebanyakannya untuk kerja-kerja pada bahagian tapak dan turapan jalan. Simen dikatakan lebih efektif kegunaannya kerana ianya sesuai untuk pelbagai jenis tanah, termasuklah kelikir, kelodak dan tanah liat. Menurut kajian daripada Nadhirah (2016), semakin tinggi peratus simen yang dicampurkan dalam tanah, semakin tinggi kekuatan dan keupayaan galas tanah. Beliau juga turut menyatakan, bahan penstabil tanah diperlukan untuk memastikan tanah yang menjadi asas untuk pembinaan jalan raya dan bangunan mestilah kukuh dan selamat dari segi keupayaan menanggung beban. Terdapat pelbagai jenis kapur yang diketahui, antaranya adalah kapur dolomitik, kapur tohor dan kapur mati. Kapur merupakan sejens bahan pengikat yang telah digunakan dalam perusahaan binaan bangunan sejak zaman dahulu. Dalam projek ini, kapur mati akan digunakan sebagai bahan penstabil, manakala bagi simen pula adalah jenis simen portland biasa. Peratusan kapur dan simen adalah mengikut peratusan kandungan optimum berdasarkan pengkaji-pengkaji yang sebelum ini. Peratusan bahan tambah yang digunakan bagi kapur ialah 3%, simen pula 5% manakal campuran kapur simen ialah separuh daripada peratusan masing-masing iaitu 1.5% kapur dan 2.5% simen mengikut peratusan kandungan ideal daripada pengkaji lepas seperti Norsuzana (2003) dan Anagnostopoulos et al. (2003). Manakala kajian dari Gendut Hantoro dan Agus Setyo Muntohar (2000) membentangkan hasil kajian mengenai pengaruh kapur terhadap ciri-ciri kejuruteraan subgred tanah liat berkelodak. 1.1 Kepentingan Kajian Setelah melalukan penyiasatan dan kajian terhadap tanah liat lembut di RECESS, UTHM, beberapa kepentingan kajian dapat dikenalpasti seperti dapat memberi pengetahuan kepada pengkaji tentang keadaan sebenar ditapak dan kelakuan pada tanah liat apabila dirawat menggunkana bahan tambah seperti simen, kapur dan kapu+simen. Disamping itu, peratusan yang ideal bagi bahan tambah juga dapat ditentukan berdasarkan kajian yang dijalankan serta dapat dijadikan rujukan untuk pengkaji-pengkaji pada masa hadapan. 2.0 KAJIAN LITERATUR 2.1 Tanah Liat Tanah liat dikatakan sebagai tanah berbutir halus disebabkan oleh kandungan zarahnya yang terlalu kecikl. Secara umumnya, tanah liat didominasikan oleh zarah-zarah yang mempunyai saiz kurang daripada 0.002mm dan keadaannya yang boleh berubah bentuk. Ia terbentuk 2

daripada kombinasi antara tanah liat dan lumpur. Kandungan lumpur di dalamnya hampir 50%. Pada amnya, tanah liat jarang wujud dalam keadaan tulin, tetapi kebiasaannya ia bercampur dengan kelodak, pasir halus dan koloid (<0.001mm). Berdasarkan Aminanton et al. (1993), beliau mendapati struktur tanah liat dapat dikenalpasti dalam keadaan terselerak, berbuku, bookhouse, turbostatik dan tanah jelekit semulajadi. 2.2 Kapur Kapur seringkali digunakan dalam menstabilkan tanah terutamanya bagi tanah lembut. Kelebihan apabila menggunakan kapur sebagai bahan penstabil ialah ia berupaya dalam meningkatkan kebolehtelapan air. Berdasarkan Khairul Nizar M Y et al. (2007), peningkatan kekuatan tanah terhasil daripada tindakbalas pozzolona dan menghasilkan silikat hidrat dan kalsium aluminat stabil sebagai kalsium daripada tindakbalas bersama aluminat dan silikat terlarut daripada tanah, Kalsium Hidroksida Ca(OH) 2 paling meluas digunakan berbanding kalsium oksida CaO. Jadual 1: Peratusan kapur yang dicadangkan (Agus et al. (2000)) Jenis tanah Kandungan untuk Penstabilan (%) Batu hancur halus - Tanah liat berkelikir berkeadaan baik ~3 Pasir - Tanah liat berpasir ~5 Tanah liat berkelodak 2-4 Tanah liat kuat 3-8 Tanah liat sangat kuat 3-8 Tanah organik - *Nota (-) tidak dicadangkan Peratusan kapur yang dicadangkan oleh Agus et al. (2000) dapat dilihat pada Jadual 1. Kepentingan yang diperolehi hasil daripada penstabilan menggunakan kapur ialah ia dapat memperbaiki kekuatan ricih tanah liat itu serta meningkatkan nilai modulus kekenyalan. 2.3 Simen Simen Portland adalah sejenis simen hidraulik, yang mana kekuatannya adalah bergantung hasil daripada tindakbalasnya dengan air. Hasil tindakbalas ini, kekerasan dan peningkatan dari segi kekuatan dapat diubah dengan pada perubahan kalsium oksida, silikat dan aluminat ketika ia terhidrat. Menurut kajian yang dijalankan oleh Bell (2003), beliau menyatakan bahawa simen portland biasa paling meluas digunakan dalam kerja-kerja pembaikan. Kajian oleh Anagnostopoulus dan Stavridakis (2003) menyatakan teknik penstabilan simen telah lama digunakan di Japan, Sweedan dan Finland dan mereka telah membentangkan kajian mengenai ciri-ciri kejuruteraan fizikal tanah lembut apabila dirawat dengan bahan tambah simen. 3

3.0 METODOLOGI KAJIAN Kajian ini bermula dengan lawatan tapak di RECESS, UTHM untuk menentukan kawasan lokasi yang dipilih bagi pengambilan sampel. Diikuti dengan menentukur peralatan makmal, melakukan ujikaji makmal, data yang diperolehi dikumpul untuk tujuan penganalisaan. Akhir sekali kesimpulan telah dibuat berdasarkan keputusan dan analisis yang telah dibuat. Kaedah Hand Auger digunakan untuk pengambilan sampel seperti ditunjukkan dalam Gambar 1 di mana gerimit akan ditekan dan dimasukkan ke dalam tanah sehingga kedalaman yang ditetapkan. Gambar 1: Pengambilan sampel menggunakan kaedah Hand Auger Sampel tidak terusik pada kedalaman 1.0m hingga 2.5m akan diambil di dalam tabung pencontoh seperti Gambar 2 untuk tujuan ujian mampatan tak terkurung. Kemudian sampel dibawa ke makmal Geoteknik, Politeknik Sultan Haji Amhad Shah, POLISAS untuk menjalankan ujikaji fizikal seperti ujian pemadatan, ujikaji indeks seperti kandungan lembapan, ayakan, had atterberg manakala ujikaji mekanikal seperti ujian mampatan tak terkurung. Gambar 2: Sampel tidak terusik 4

Kesemua ujikaji yang dijalankan adalah mengikut piawai British BS 1377. Sampel yang diambil telah diuji untuk menentukan keadaan tanah liat dari segi kekuatan ricihnya, keupayaan galas dan keplastikan apabila menggunakan bahan tambah seperti kapur, simen dan kapur+simen. Jadual 2 meruapakan jumlah bilangan sampel yang telah diuji bagi setiap ujian Jadual 2: Bilangan Sampel Ujikaji Bil Ujian Tanah 3% Kapur 5% simen 1.5% kapur + 2.5% simen 1. Pemadatan 5 5 5 5 2. Kandungan lembapan 5 - - - 3. Taburan saiz tanah 5 - - - 4. Had Atterberg 5 5 5 5 5. Kekuatan ricih 5 5 5 5 *Nota: (-) tiada ujikaji dijalankan 4.0 ANALISIS DAN KEPUTUSAN Ujikaji di makmal merupakan peranan penting dalam kajian terhadap ciri-ciri kejuruteraan tanah bagi mengenalpasi ciri-ciri dan kelakuan tanah. Ujikaji ini dijalankan agar tanah dapat dikelaskan di dalam kumpulan yang betul dan juga dapat menentukan aspek kekuatan bagi sesuatu tanah tersebut dalam keadaan asal dan bila distabil menggunakan bahan tambah. 4.1 Ujian Pemadatan Ujian ini dijalankan untuk mendapatkan nilai ketumpatan kering dan kandungan lembapan yang optimum berdasarkan piawaian yang telah ditetapkan oleh JKR iaitu 95% daripada ketumpatan kering optimum. Keputusan ujian seperti Jadual 3, manakala nilai ketumpatan kering dan kandungan lembapan berdasarkan kepada piawaian yang telah ditetapkan oleh JKR iaitu 95% ditunjukkan pada Jadual 4. Gambar 3 merupakan ujian pemadatan yang dijalankan. Jadual 3: Keputusan Ujian Pemadatan berdasarkan peratus bahan tambah Bahan tambah Peratusan kandungan lembapan optimum Ketumpatan kering (kn/m 3 ) 3% kapur 19.5 1480 5% simen 19.0 1569 1.5% kapur + 2.5% simen 10.8 1556.5 5

Jadual 4: Keputusan ujian pemadatan berdasarkan peratus bahan tambah mengikut piawaian JKR, 95% Bahan tambah Peratusan kandungan lembapan optimum Ketumpatan kering (kn/m 3 ) 3% kapur 31 1406 5% simen 30.5 1490.6 1.5% kapur + 2.5% simen 23.2 1478.7 4.2 Kandungan Lembapan Gambar 3: Ujikaji pemadatan Hasil daripada ujikaji didapati peningkatan kandungan lembapan adalah pada kedalaman 0.75m hingga 2.25m. Kandungan lembapan yang tinggi ketika kedalaman 2.25m iaitu sebanyak 74.65%, manakala kandungan lembapan yang rendah pula pada kedalaman 0.75m iaitu sebanyak 58.87%. Menurut kajian yang dijalankan oleh Norashikin (2005) menyatakan bahawa keadaan kandungan lembapan meningkat dan menurun adalah tidak seragam dan kehadiran masalah organik juga menyebabkan peningkatan kandungan lembapan yang tidak seragam. 4.3 Taburan Saiz Zarah (Analisis Ayakan) Penganalisa zarah digunakan untuk menentukan taburan saiz zarah dan hasil keputusan menunjukkan taburan bagi zarah lempung adalah antara 13.67% hingga 15.14%, manakala bagi kelodak adalah antara 84.86% hingga 86.33% dan ini menunjukkan tanah adalah lebih berkelodak. Sampel ujikaji ayakan seperti Gambar 4 6

Gambar 4: Analisis Ayakan 4.4 Had-had Atterberg Nilai indeks keplastikan, Ip adalah antara 18.82% hingga 28.96%. Apabila terstabil 5% simen, 3% kapur dan 1.5% kapur + 2.5% simen, nilai indeks keplastikan berkurang iaitu masingmasing berjulat antara 15.67% hingga 20.83%, 11.08% hingga 20.07% dan 11.06 hingga 26.84%. Apabila dilihat dari hasil analisis yang telah dibuat apabila menggunakan bahan tambah seperti kapur, simen dan kapur+simen, nilai keplastikan akan berkurang daripada tanah yang asal. Ini turut diperakui oleh kajian yang telah dijalankan oleh Nasha, et al. (2003) menyatakan bahan tambah seperti simen dapat mengurangkan keplastikan tanah. Pengurangan ini disebabkan oleh kehadiran ion kalsium dan magnesium dalam bahan tambah berupaya menggantikan kation seperti natrium atau kalium dalam zarah tanah. 4.5 Ujian Mampatan Tak Terkurung Ujikaji ini dijalankan untuk menentukan kekuatan ricih tanah. Hasil daripada keputusan yang diperolehi berdasarkan kepada puncak graf tegasan dan terikan didapati nilai keupayaan galas tanah, qu adalah antara 19.48 hingga 24.8. Menurut kajian yang dijalankan oleh Terzaghi, et al.(1996), menyatakan bahawa konsistenan untuk keupayaan galas tanah qu didapati berada kurang daripada 25 dan ia dikelaskan sebagai tanah liat yang lembut. Peningkatan qu tercapai apabila terstabil 5% simen, 3% kapur dan 1.5% kapur + 2.5% simen iaitu masing-masing berjulat antara 25.3 hingga 39.8, 24.3 hingga 35.3 dan 21.5 hingga 33.6. Menurut kajian yang dijalankan oleh Bell (2003) menyatakan semakin tinggi nilai peratusan simen, semakin tinggi nilai kekuatan dan keupayaan galasnya dan kebolehtelapan semakin bertambah. Selain itu, nilai kejelekitan tanah, c bagi setiap kedalaman jua turut meningkat dengan menggunakan bahan terstabil 5% simen, 3% kapur dan 1.5% kapur + 2.5% simen. Ringkasan keputusan seperti Jadual 5. 7

Rajah 5: Gambarajah sampel tanah yang telah gagal Jadual 5: Ujian Mampatan Tak Terkurung Tanah 3% Kapur 5% simen 1.5% kapur + Kedalaman 2.5% simen (m) qu c qu c qu c qu c 1.0 21.6 10.8 24.3 12.15 25.3 12.65 21.5 10.75 1.5 24.8 12.4 35.3 17.65 39.8 19.9 33.6 16.8 2.0 24.6 12.3 27.5 13.75 30.25 15.13 28.3 14.15 2.5 19.48 9.74 28.3 14.15 30.47 15.24 23.39 11.7 5.0 KESIMPULAN Berdasarkan keputusan analisis data yang telah dilakukan, penggunaan simen dan kapur sebagai bahan penstabil dapat diterima dan beberapa kesimpulan kajian telah dibuat: i. Hasil daripada keputusan ujian pemadatan, nilai ketumpatan kering yang optimum bagi 3% kapur ialah 1480 dan peratus bagi kandungan lembapannya pula ialah 19.5%, bagi 5% simen pula ialah 1569 dan kandungan lembapannya ialah 19%. manakala bagi 1.5% kapur + 2.5% simen ialah sebanyak 1556.6 dan kandungan lembapannya ialah 10.8%. Ketumpatan kering bagi 5% simen adalah tinggi daripada 3% kapur dan 1.5% kapur + 2.5% simen. Pada kandungan air yang optimum, air menghasilkan perlinciran kepada tanah dan menambahkan kebolehkerjaannya. ii. Kandungan lembapan yang diperolehi menunjukkan peningkatan dan penurunan yang tidak seragam bagi setiap kedalaman disebabkan oleh kehadiran masalah organik dalam tanah dan keadaan aras air bumi dikawasan itu yang tidak sekata. iii. Keadaan taburan saiz zarah menunjukkan tanah dikawasan kajian adalah lebih kepada tanah liat berkelodak dan carta keplastikan (USCS) telah menunjukkan kedalaman 0.75m, 1.25m dan 2.25m adalah kategori tanah yang sama iaitu CI, manakala kedalaman 1.75m dan 2.75m adalah jenis tanah liat berkelodak tinggi CH dan MH. iv. Nilai keplastikan tanah berkurang apabila terstabil 5% simen, 3% kapur dan 1.5% kapur + 2.5% simen dan pengurangan ini jelas menunjukkan bahawa kehadiran ion kalsium dari kapur dan simen berupaya mengurangkan keplastikan tanah liat dan menyebabkan tanah lebih rapuh dan mudah dibentuk. 8

v. Hasil daripada analisis yang telah dibuat berdasarkan julat tanah tak terstabil dengan tanah terstabil kapur, simen dan kapur+simen, didapati penstabilan menggunakan simen lebih tinggi nilai keupayaan galas dan kejelekitannya berbanding kapur dan kapur+simen. Apabila tanah liat menggunakan simen sebagai bahan tambah, sebahagian tindak balas kimia seperti penukaran ion cas positif dan aglomerasi-flokulasi akan berlaku. Menurut kajian yang dijalankan oleh Bell (2003), beliau menyatakan bahawa semakin tinggi nilai peratusan simen, semakin tinggi nilai kekuatan dan keupayaan galasnya tetapi kebolehtelapan semakin berkurang disamping menurunkan peratusan kandungan air dalam tanah. RUJUKAN Agus. S. M. & Gendut. H. (2000). Influence of Rice Huck As and Lime on engineering Properties of a Clayey Subgred. Journal of Geology Engineering. 1-13 Aminaton Marto. (1996). Volumetric Compression of a Silt under Periodic Loading. University of Bradford: Tesis Ph.D Bell, F.G. (2003). Engineering Treatment of Soils. Department of Geology and Applied Geology, University of Natal, Durban. David F. McCarthy (2002). Essentials of Soil Mechanics and Foundation. Basic Geotechnics-6th edition. Khairul Nizzar M. Y., Mohd Hazreek Z. A., Zaihasrat A. T (2007). Ciri-ciri Indeks dan Mekanikal Bagi Tanah Liat Terstabil Simen dan Kapur di semenanjung, Malaysia. Lembaga Lebuhraya malaysia (1989a). Proc. Of the international Symp. On Trial Embankment on Malaysian Marine Clays. Kuala Lumpur. Vol1 Norsuzana Zakaria. (2003). Study on The Shear Strenght and Consolidation of Silty Clay Soil at KUiTTHO by using Lime Stabilization Method. KUiTTHO: Tesis Sarjana Muda. Norashikin Marzuki (2005). The Engineering Properties of Soft Clay at Research Centre for Soft Soil (Recess). KUiTTHO: Tesis Sarjana Muda. Saiful Azhar (2004). Ciri-ciri Kejuruteraan, Minerologgi dan Mikrostruktur Tanah Liat Lembut di Semenanjung Malaysia. Tesis Sarjana Kejuruteraan Awam, UTM. Ting dan Ooi (1977). Some Properties of the Coastal Alluvium of Peninsular Malaysia. Proc. Of the Int. Symp. On Soft Clay. Bangkok. 89-101. 9