PRELIMINARY STUDY OF KEREK CLAYSTONE PROPERTIES AND ITS APPLICATION AS A CLAYEY BARRIER

MONIKA APRIANTI POPANG, Teuku Faisal Fathani, S.T., M.T., Ph.D

2014 | Skripsi | TEKNIK SIPIL

Penelitian ini dilakukan untuk menyelidiki potensi penerapan claystone yang mengandung montmorillonit dari Formasi Kerek di Indonesia, sebagai material barrier tempat pembuangan akhir (TPA) sampah perkotaan. Claystone ini memiliki kadar air yang sangat rendah bahkan melebihi batas susutnya namun dapat berubah fase apabila kadar airnya meningkat. Koefisien permeabilitas (k) sampel aggregat dan slurry-made dievaluasi menggunakan cetakan akrilik berbentuk kolom berdiameter 150 mm dan cetakan oedometer berdiameter 60 mm. Sementara itu, kuat geser sampel remolded dikaji menggunakan alat geser langsung. Simulasi 1D sederhana dengan menggunakan piranti lunak Groundwater Modeling System (GMS) juga dilakukan untuk mempelajari efek parameter tertentu seperti koefisien permeabilitas, gradient hidrolis, longitudinal dispersivity, dan molecular diffusion terhadap proses transpor kontaminan. Performa liner jenis compacted clay liner (CCL) dan composite liner (CL) divalidasi berdasarkan hasil simulasi. Nilai k yang didapatkan dari sampel aggregat, bervariasi dan memiliki kisaran yang luas dibandingkan dengan hasil sampel slurry-made. Tergantung dari kadar air permulaan dan gradasi aggregat permulaan, nilai k berubah 10-5-10-10 m/s dibawah tekanan vertikal sebesar 10 hingga ±245 kPa. Nilai k yang didapat dari tekanan yang sama menggunakan sampel slurry-made berkisar antara 10-9 hingga 10-10 m/s. Kadar air pemulaan harus lebih dari batas plastis agar mendapatkan permeabilitas yang lebih rendah dari 10-8 m/s. Pada uji jangka panjang yang dilakukan saat tahap penurunan beban, ditemukan bahwa nilai k menurun seiring waktu walaupun volume pori sampel bertambah oleh swelling, yang diindikasikan oleh meningkatnya kadar air sampel yang dikeluarkan dari cetakan. Oleh karena mekanisme perubahan dari padat terkonsolidasi ke fase plastis inilah, yang memungkinkan pori antar aggregat menutup. Sementara itu, hasil uji geser langsung sampel menunjukkan nilai kohesi 19.5 dan 23 kPa dan nilai sudut geser 20° dan 28° dan dapat meningkat dengan kompaksi yang memadai. Simulasi GMS menunjukkan bahwa performa CL bergantung terhadap adanya defects. Simulasi juga menunjukkan bahwa nilai k adalah parameter yang sangat penting dalam proses transpor kontaminan khususnya pada CCL, untuk menjamin secure disposal. Untuk mendapatkan permeabilitas yang rendah, disintegrasi dan swelling dari claystone adalah mekanisme yang sangat vital. Disintegrasi dan swelling dipengaruhi diantaranya oleh kadar air permulaan, besar fraksi ukuran gravel, dan distribusi ukuran aggregat permulaan.

This research was carried out to investigate the applicability of Montmorillonitic claystone collected from Kerek Formation, Indonesia as a barrier material for solid waste landfills. The initial form of the claystone has very low water content, even less than the shrinkage limit of the clay, however able to change phase as water content increases. Hydraulic conductivity test of aggregated and slurry samples made from the claystone were assessed using 150 mm diameter column mold and 60 mm oedometer mold. Meanwhile, shear strength of remolded sample examined by direct shear test. Simple 1D software simulation by Groundwater Model System (GMS) is also conducted in order to study the effect of given parameters of hydraulic conductivity, hydraulic gradient, longitudinal dispersivity, and molecular diffusion to contaminant transport. Designed compacted clay liner (CCL) and composite liner (CL) performance was also validated through simulation. The hydraulic conductivities (k) obtained from the aggregated samples varied in a broad range compared with those from the slurry-made samples. Depending on the initial water content and initial gradation of the aggregate, the k values changed from 10-5 to 10-10 m/s under vertical stresses from 10 up to ±245 kPa. Meanwhile, the k values obtained in the slurry made samples under the same vertical stresses were range from 10-9 to 10-10 m/s. To achieve a low permeability less than 10-8 m/s, initial water content more than plastic limit should be secured. In long term test done at the end of unloading stage, the k value decreases with time although the volume or void volume of the sample increased by swelling which indicated by the increase of water content of later extruded samples. Due to this alteration mechanism of solid consolidation phase to more deformable plastic phase, enables the sample to decrease the large pore size. Shear strength of the sample shows cohesion 19.5 and 23 kPa from and friction angle 20° and 28° and may increase with proper compaction. GMS simulation shows that the performance of CL is dependent on presence of defects. Simulation also confirms that k value is a major parameter on contaminant transport, especially on CCL and it needs to be scrutinized in order to achieve secure disposal. In order to yield low permeability, breakdown and swelling of claystone is substantial. Breakdown and swelling are controlled by initial water content, initial gravel-sized fraction, and initial aggregate size distribution.

Kata Kunci : claystone; hydraulic conductivity; aggregate size; initial water content; swelling