PENENTUAN KEKUKUHAN JASAD BATUAN MENGGUNAKAN GELOMBANG PERMUKAAN Abdul Rahim Samsudin Suharsono *Khairul Anuar Mohd. Nayan
PUSAT PENGAJIAN SAINS SEKITARAN DAN SUMBER ALAM FAKULTI SAINS DAN TEKNOLOGI, UKM * FAKULTI KEJURUTERAAN BANGI 2004
PENDAHULUAN
Kekuatan dan kekukuhan tanah dan jasad batuan adalah merupakan parameter penting dalam penyiasatan kejuruteraan geologi bagi memastikan tahap keselamatan di dalam projek pembinaan dipatuhi.
PENDAHULUAN Kaedah geofizik, terutamanya kaedah seismos semakin mendapat perhatian jurutera pembinaan sebagai tambahan kepada ujian di makmal dan ujian in situ lainnya. Halaju perambatan gelombang seismos di dalam sesuatu media bergantung kepada nilai modulus elastik dan ketumpatan bahan tersebut. Salah satu teknik baru yang berpotensi digunakan selain daripada kaedah tradisi dalam langkah pengawalan mutu bahan ialah melalui kaedah Analisis Spektrum Gelombang Permukaan (SASW).
PRINSIP KAEDAH SASW Keputusan yang diperolehi daripada kaedah SASW Pengukuran dilakukan semula tetapi kedua-dua geofon Penganalisis spektral adalahjarak alat untuk merakam adalah halaju gelombang ricih yang menggambarkan diubahsuai, biasanya duakali jarak sebelumnya dengan mengelombang yang dikesan geofon dan mentransform Peralatan yangdigunakan digunakan secara umumnya dapat Geofon / transduser untuk mengesan gelombang Punca gelombang digunakan untuk menjanakan gelombang Cara kerja daripada kaedah SASW adalah seperti berikut : kekukuhan tanah / jasad batuan. jaga titik tengah pada kedudukan yang kekal. daripada domain masa kepada domain frekuensi. digolongkan kepada tiga bagian iaitu : Rayleigh yang merambat dari puncayang gelombang. dengan julat frekuensi sepertimana dikehendaki. Punca gelombang
Penganalisis spektral f
Geofon
G1
G2 Titik tengah
d
d
Peralatan yang digunakan dalam ujian kaedah SASW
Terdapat tiga prosedur utama yang terlibat dalam pengukuran menggunakan teknik SASW:
1. Penghasilan dan pengesanan gelombang Rayleigh yang bersesuaian 2. Analisis spektrum data lapangan 3. Penghasilan profil halaju gelombang
1. Penghasilan dan pengesanan gelombang Rayleigh yang bersesuaian
Julat frekuensi yang diperlukan bergantung kepada kedalaman dan resolusi ujian. Frekuensi yang tinggi diperlukan untuk mengesan bahagian yang cetek sementara frekuensi yang rendah adalah untuk mengesan bahagian yang lebih dalam. Secara amnya, ujian SASW di tapak tanah memerlukan julat frekuensi di antara 3 - 200 Hz, manakala untuk tapak turapan frekuensi maksima yang diperlukan lebih tinggi iaitu sehingga 10,000 Hz Nilai frekuensi yang dihasilkan oleh sesuatu punca bergantung kepada bentuk dan jisim punca tersebut (Matthews et al., 1996).
2. Analisis spektrum data lapangan
Berdasarkan kepada ciri-ciri serakan gelombang Rayleigh, lengkung serakan yang menghubungkan di antara panjang gelombang dan halaju fasa akan diplot. t( f )
( f ) 360. f
Masa perambatan di antara dua pengesan untuk setiap frekuensi dalam spektrum fasa dikira menggunakan rumus berikut:
t( f )
( f ) 360. f
Oleh itu, halaju gelombang Rayleigh bagi frekuensi berkenaan adalah:
d VR f t f dan panjang gelombang bagi gelombang Rayleigh tersebut adalah:
VR f L R f f
Dengan mengulangi prosedur yang digariskan melalui rumus (2) hingga (4) bagi setiap frekuensi dan jarak pengesan, lengkung serakan lapangan akan dapat dihasilkan
Contoh lengkung serakan untuk tapak kajian Rawang
3. Penghasilan profil halaju gelombang
Proses bagi mendapatkan halaju perambatan sebenar pada kedalaman yang berbeza (profil halaju) dari lengkung serakan lapangan dikenali sebagai songsangan. Kaedah songsangan dimulai dengan mengandaikan suatu profil ramalan yang terdiri daripada beberapa lapisan. Bagi setiap lapisan, ketebalan (H), halaju gelombang ricih (Vs), nisbah Poisson () atau halaju gelombang mampatan (Vp), dan ketumpatan jisim () perlu diberikan
Profil awal tapak yang diandaikan
Profil sebenar hasil songsangan
HASIL DAN PERBINCANGAN
Pengukuran SASW telah dijalankan di tiga tapak yang berlainan untuk menunjukkan kesesuaian kaedah ini dalam mengukur halaju gelombang Rayleigh . Kajian ini dibuat dengan menggunakan 2 geofon (frekuensi 2 Hz) yang disusun dalam satu garisan lurus dengan sela jarak 1m, 2m, 4m, 8m, dan 16m Tapak 1 Kedalaman (m)
Vs (ms-1)
Purata (Vs) ms-1
Kawasan kajian 1 terletak di tapak bekas kuari batuan. 0.00 – 0.66 64.50 – 256.26 160.38 Halaju gelombang ricih ( Vs ) berjulat dari 64.50 m/s – 389.28 m/s dengan kedalaman 0.00m – 12.24m. 0.66 – 4.30 julat 256.26 – 218.60 237.43 Pada stesen ini terdapat tiga zon perubahan halaju 4.30 – 12.24 218.60 – 389.28 303.94 iaitu pada Zon 1, Zon 2, dan Zon 3 seperti berikut :
Pengiraan nilai halaju gelombang ricih pada tapak kajian Rawang dibandingkan dengan kaedah seismos Profil halaju gelombang Melawan Kedalaman Halaju Gelombang Ricih
5
0
200
0 -1
0
359 ms 2
-1
1000 ms
-10 Kedalaman (m)
Kedalaman (m)
-5
-15
400
600
251 ms-1 -1
1053 ms
Penampang Seismik dan kerapatan retakan Tapak kajian Rawang -1
186.2 ms
-1
1145.7 ms
SASW
-1
217.3 ms
1176 ms-1
1
4
22
6
3794.2 ms-1
-1
3602.7 ms
2400 ms-1
-20 8 -25
10
-30 12
-35 0.0 3.0 6.0 9.0 12.0 15.0 18.0 21.0 24.0 27.0 30.0 33.0 36.0 39.0 42.0 45.0 48.0 51.0 54.0 57.0 60.0 63.0 66.0 14 Jarak (m)
3
Tapak 2
Hasil kajian menunjukkan terdapat tiga zon perubahan Vs terhadap kedalaman. Pada Zon 1, julat kedalaman adalah dari 0.00m – 0.23m dengan Vs berjulat 120.14 m/s – 262.50 m/s. Zon ini dicirikan oleh tanah tambakan dan memang bersesuaian dengan halaju gelombang ricih yang diperolehi dari ujian SASW. Ini kerana halaju gelombang ricih yang didapati pada zon ini adalah rendah.
Pada Zon 2 pula, julat kedalaman adalah dari 0.23m – 4.53m dengan Vs berjulat dari 262.50 m/s – 451.81 m/s. Daripada maklumat yang diperolehi dari lubang gerudi, didapati zon ini mempunyai litologi berjulat dari tanah tambakan sehingga ke pasir halus yang sangat longgar.
Halaju Gelombang Ricih (m/s)
0 0
2
4 Kedalaman (m)
Manakala pada Zon 3, julat halaju gelombang ricih ialah 451.81m/s – 1134.20 m/s dengan julat kedalaman 4.53m – 9.53m. Bahan yang terdapat pada zon ini ialah butiran pasir halus yang longgar ke batu kapur yang terluluhawa sederhana.
Profil Halaju Gelombang Ricih (m/s) melawan Kedalaman (m)
6
8
10
12
500
1000
1500
Tapak 3 Kawasan ini merupakan kawasan tanah lapang yang mana permukaan kawasan kajian telah ditambak. Kawasan kajian merupakan sebahagian daripada batuan metasedimen (Syis Howthornden) dan tanah yang dilihat di kawasan kajian masih menunjukkan foliasi–foliasi yang jelas. Kedalaman maksimum yang dapat dikesan melalui kaedah SASW (Rajah 3c) ialah 6.62m dengan julat halaju gelombang ricih 177.48 m/s – 531.56 m/s. Terdapat dua zon perubahan halaju gelombang ricih yang boleh dilihat pada profil yang telah diplot.
Pada zon 1, julat halaju gelombang ricih yang didapati ialah 177.48 m/s – 435.32 m/s dengan julat kedalaman 0.00m – 1.62m. Bahan di dalam zon ini ditafsirkan sebagai lempung berkelikir hingga lempung berpasir yang kurang pejal dan merupakan bahan tambakan. Gmaks zon ini ialah 0.40 GPa. Julat kedalaman yang dapat dikesan dalam zon kedua ialah 1.62m – 6.62m tetapi halaju gelombang ricih yang terdapat dalam zon ini menurun dari 531.56 m/s -420.35m/s. Zon ini mempunyai berbagai litologi berjulat dari lempung berpasir berbutir halus sehingga ke lempung berpasir yang kurang pejal. Gmak zon ini ialah 0.5 GPa.
Profil Halaju Gelombang Ricih (Vs) Melawan Kedalaman (m) Halaju Gelom bang Ricih (Vs)
0
100
200
300
400
500
600
0
12876 Ohm m 1
Kedalaman (m)
2
3
4
6676 Ohm m 3462 Ohm m 1795 Ohm m 931 Ohm m
5
483 Ohm m
6
250 Ohm m
7
130 Ohm m
Profil Halaju gelombang ricih tapak kajian Putrajaya dibandingkan dengan data keberintangan elektrik.
KESIMPULAN
Kaedah analisis gelombang permukaan atau lebih kenali sebagai kaedah SASW berpotensi untuk digunakan sebagai kaedah rutin dalam kajian tapak kejuruteraan kerana kaedah ini boleh dijalankan dengan cepat, boleh dipercayai dan bersifat tanpa memusnahkan bagi mendapatkan profil halaju gelombang ricih yang berkait rapat dengan kekukuhan bahan bumi sesuatu tapak.
Kaedah ini boleh menjimatkan perbelanjaan kerana tidak melibatkan penggunaan terlalu banyak lubang gerudi dan peralatan yang besar. Pengukuran yang dibuat meliputi zon yang lebih luas berbanding dengan kaedah lain. Data daripada kajian kes yang telah diperolehi menunjukkan bahawa teknik SASW ini adalah bersesuaian dan dapat memberikan maklumat kedalaman dan kekukuhan bahan bawah permukaan bumi yang diperlukan oleh jurutera pembinaan kedua-dua tapak yang dikaji.
PENGHARGAAN
Kajian ini dibiayai melalui peruntukan IRPA No. 02-02-02-0008 - EA110 daripada Kementerian Sains, Teknologi dan Alam Sekitar. Penulis juga ingin merakamkan penghargaan kepada: En. Tajul Arus Othman dan En. Syahrizal Deris di Program Geologi, Pusat Pengajian Sains Sekitaran dan Sumber Alam, Fakulti Sains dan Teknologi dan semua pelajar tahun akhir yang terlibat membantu dan mengumpul data di lapangan.
TERIMA KASIH
