BAB 3   PROFIL LULUHAWA

3.1   Pendahuluan

Pada amnya, iklim panas lembap sepanjang tahun di Malaysia menghasilkan profil zon terluluhawa yang tebal. Faktor yang memainkan peranan terpenting untuk mekanisme zon luluhawa tersebut adalah luluhawa kimia.

Profil luluhawa merupakan bahan bumi terluluhawa yang berasal dari batuan induk yang lazimnya merupakan bahan in situ. Profil ini mewakili suatu zon yang rata-ratanya agak kompleks dari segi struktur dan mineralogi. Ia mengandungi bahan yang serupa dengan batuan asalnya, tetapi terbeza dari segi bentuk yang mana jasad batuan akhirnya terubah menjadi tanah.

Profil luluhawa adalah penting bagi tujuan kejuruteraan, khasnya dari segi pembinaan dan kerja-kerja kejuruteraan awam. Profil luluhawa diperolehi dari cerapan di lapangan, yang mana merangkumi pengelasan dan pemetaan profil serta kajian lanjutan ke atas blok-blok sampel dan sampel tanah yang dilakukan di makmal. Pencirian profil luluhawa di lapangan merangkumi pencirian gred luluhawa, analisis ketakselanjaran dan survei seismik, iaitu seismos biasan yang menggunakan punca gelombang P dan gelombang S. Survei seismos ini akan dijelaskan dengan terperinci dalam bab 4. Kajian di makmal ke atas bahan terluluhawa dan sampel tanah pula merangkumi aspek petrografi, geokimia dan mineralogi; serta sifat-sifat kejuruteraan tanah dan batuan.


3.2   Pencirian profil luluhawa

3.2.1   Pendahuluan

Umumnya, batuan metamorf di Semenanjung Malaysia terdiri daripada filit, kuarzit dan syis (Ibrahim Komoo dan Jasni Yaakub, 1990).

Lazimnya zon luluhawa di kawasan beriklim tropika seperti Malaysia adalah agak tebal yang dipengaruhi secara ekstensif oleh luluhawa kimia. Ketebalan zon luluhawa ini dipengaruhi oleh beberapa faktor, seperti keadaan struktur jasad batuan, topografi dan proses-proses geomorfologi pada batuan induk. Bahan terluluhawa biasanya berasal dari batuan induk iaitu berkeadaan in situ. Profil luluhawa ini mewakili suatu zon yang rata-ratanya agak kompleks dari segi struktur dan mineraloginya. Pada kebiasaanya, ia mengandungi bahan yang serupa dengan batuan induk, cuma berubah bentuk dari jasad batuan kepada tanah baki.

3.2.2   Pencirian gred luluhawa (Pengelasan Bahan Terluluhawa)

Sebelum pemetaan profil luluhawa dijalankan, dilakukan terlebih dahulu penentuan gred luluhawa berdasarkan pengelasan bahan terluluhawa.

Pengelasan bahan terluluhawa dibuat berdasarkan sifat-sifat tekstur dan mineralogi bahan terluluhawa termasuk pengawetan tekstur, pelunturan warna, kekerasan dan kebolehancuran (friability) jasad batuan induk. Untuk tujuan pengelasan yang lebih tepat, pengelasan ini disediakan di lapangan mengikut kesesuaian dengan keadaan setempat. Ini merangkumi survei awal yang merangkumi peninjauan di seluruh kawasan kajian bagi memungut sampel secara rawak bagi tujuan pengelasan mengikut indeks atau gred bahan terluluhawa. Pengelasan yang dibuat adalah berdasarkan garis panduan oleh Ibrahim Komoo dan Jasni Yaakub (1990), Price (1993), ISRM (1981) dan IAEG (1981) . Pembahagian jenis bahan terluluhawa di antara unit tanah dan unit batuan ditentukan berdasarkan kebolehancuran (friability) bahan terluluhawa tersebut kerana sempadan antara 2 unit tersebut sukar ditentukan hanya berdasarkan kepada pelunturan warna dan pengawetan tekstur sahaja.

Pelunturan warna melibatkan perubahan warna asal mineral kepada warna baru disebabkan oleh luluhawa. Didapati warna syis kuarza mika di sini berubah dari warna hijau gelap atau kekelabuan hingga coklat kemerahan dan dari coklat kemerahan kepada coklat gelap, iaitu bagi bahan tanah.

Pengawetan tekstur merujuk kepada fabrik batuan seperti foliasi dan sempadan antara mineral, khasnya antara mineral mika dan kuarza. Keintensitian bahan terluluhawa ditunjukkan oleh pemusnahan tekstur yang berlaku secara beransur-ansur dengan peningkatan gred luluhawa. Fitur ini penting dalam membezakan gred-gred luluhawa 2, 3, 4, 5 dan 6.

Disebabkan oleh luluhawa kimia, sebahagian mineral primer akan terubah secara beransur-ansur menjadi mineral sekunder. Misalannya, kuarza akan terubah menjadi butiran yang lebih kecil, manakala mineral-mineral seperti feldspar alkali, biotit dan muskovit akan terubah secara mutlak kepada mineral lempung (sila rujuk bahagian 3.4). Oleh kerana keterbezaan ketahanan mineral terhadap luluhawa adalah berbeza, maka pencirian ini boleh dijadikan panduan dalam penentuan profil luluhawa bahan.

Bagi tujuan pengelasan yang lebih praktikal di lapangan, istilah subjektif seperti lemah, sederhana dan keras serta sangat keras digunakan bagi mencirikan kekerasan batuan di lapangan.

Pencirian luluhawa kimia berdasarkan komposisi mineral adalah tidak praktikal untuk dilakukan cerapan secara makroskopik kerana pada umumnya, batuan syis adalah berbutir halus. Namun, pencirian ini dilakukan secara mikroskopik dengan melihat irisan nipis batuan dan hasil analisis XRD.

3.2.3   Profil bahan terluluhawa

Pada umumnya, pengelasan dibuat berdasarkan cerapan makroskopik di lapangan. Lazimnya, kesukaran timbul disebabkan oleh ketidakhomogenan struktur, litologi serta variasi tekstur dan pelunturan warna pada jasad batuan. Kesukaran dalam membezakan sempadan antara unit batuan dan tanah bagi profil luluhawa syis juga timbul sekiranya pengelasan oleh ISRM (1981) dijadikan sebagai asas pengelasan di lapangan.

Namun, pengelasan yang disyorkan oleh ISRM (1981) ini masih boleh diterima pakai selepas sedikit pengubahsuaian yang disesuaikan dengan keadaan sebenar di lapangan. Sekiranya timbul bahan terluluhawa yang tidak homogen, indeks luluhawa yang lebih dominan dijadikan sebagai gred yang mewakili keseluruhan jasad atau bahan terluluhawa tersebut. Pengelasan bahan terluluhawa bagi profil luluhawa syis kuarza mika di kawasan kajian ditunjukkan oleh Jadual 3.1. Rajah 3.1 menunjukkan profil luluhawa pada teren di lapangan berdasarkan pengelasan di atas. Sifat kejuruteraan bahan tanah dan batuan akan diperincikan selanjutnya dalam Bab 6.


3.3   Pemetaan profil luluhawa

Kaedah pemetaan ini melibatkan 2 profil utama, iaitu profil survei geometri dan pemetaan bahan terluluhawa.

3.3.1   Profil survei geometri

Tujuan survei ini dilakukan adalah bagi menentukan kedudukan muka cerun, garis profil seismik dan garis imbasan bagi pencirian luluhawa bagi jasad batuan serta bahan terluluhawa dengan tepat.

Survei dilakukan pada bulan April dan sekali lagi pada bulan Julai 1999. Kawasan kajian yang terdiri daripada 10 teres diberikan nombor rujukannya masing-masing berdasarkan nombor rujukan datum pada teres 1, yang juga merupakan teres terbawah sekali. Survei yang dilakukan menggunakan alat theodolit dengan bantuan Jabatan Kejuruteraan Awam, Universiti Kebangsaan Malaysia. Data yang diperolehi kemudiannya diproses dengan perisian Microsoft Excel bagi menghasilkan gambaran cerun dalam bentuk unjuran menegak muka cerun (Rajah 3.2) dan pandangan pelan (plan view) (Rajah 3.3). Jarak menegak diwakili oleh paksi x manakala jarak z mewakili jarak dalam satah menegak (juga mewakili ketinggian) dan jarak muka cerun dari theodolit diwakili oleh paksi y.

3.3.2   Pemetaan bahan terluluhawa

Teknik pemetaan melibatkan 2 peringkat; peringkat pertama melibatkan profil luluhawa yang dilakukan pada muka cerun dalam suatu tingkap bergrid 2 x 2m sepanjang titik-titik pada garis imbasan yang direntangkan pada teres yang terlibat. Peringkat kedua pula melibatkan pencirian bahan terluluhawa dan pemberian nilai indeks luluhawa berdasarkan kaedah yang disebutkan di atas. Bagi bahan-bahan terluluhawa yang tidak homogen, pemberian nilai indeks adalah berdasarkan bahan terluluhawa yang lebih dominan dalam grid tersebut.

Pemetaan profil luluhawa telah dijalankan pada hampir kesemua teres di lokasi ini. Teren hadapan melibatkan 6 teres utama manakala teres 7, 8 dan 9 terletak pada arah hampir tenggara di atas teren hadapan; yang juga merupakan singkapan utama pada km 67 di lebuhraya ini. Hasil pemetaan profil luluhawa ditunjukkan seperti Rajah 3.1. Indeks luluhawa diwakili oleh garis-garis kontur pada peta tersebut.


3.4   Sifat mineralogi batuan syis kuarza-mika

Dalam bahagian ini akan dibincangkan petrografi batuan induk dan beberapa aspek mineralogi batuan syis kuarza-mika.

3.4.1   Kajian irisan nipis

Batuan biasanya mengalami alterasi dan kadangkalanya terurai dan menghasilkan mineral sekunder. Sebanyak 6 irisan nipis batuan syis telah dikaji untuk melihat perubahan yang dialami oleh batuan induk disebabkan oleh luluhawa. Blok-blok batuan dengan indeks luluhawa I hingga III telah dipilih secara rawak di lapangan dan dibuat keratan irisan nipis di makmal.

Kajian petrografi menunjukkan mineral-mineral feldspar dan biotit mengalami alterasi dan mengalami perubahan lengkap menjadi mineral sekunder.

Mineral pirit masih lagi kelihatan segar dan hanya memperlihatkan sedikit perluluhawaan dalam batuan syis yang segar. Dalam batuan bergred II, didapati kuarza, ortoklas dan muskovit masih lagi segar manakala biotit pula menunjukkan proses alterasi awal bertukar menjadi coklat gelap dan iranya semakin pudar (Fotomikro 3.1; 3.2).

Tekstur batuan pula dicirikan oleh mineral mika yang juga memperlihatkan sifat kesyisan yang jelas. Pengenalan kepada tekstur dan mineralogi batuan telah dihuraikan secara terperinci dalam bahagian 2.4.2.

Dalam batuan bergred III, mineral feldspar telah mula menunjukkan alterasi menjadi serisit (Fotomikro 3.3). Kehadiran serisit iaitu sejenis muskovit juga ditunjukkan oleh analisis XRD bagi sampel bergred IV hingga VI. Dari analisis XRD juga didapati ortoklas masih lagi hadir dalam sampel bergred IV, sebelum ianya terubah secara lengkap dalam sampel tanah bergred V.

Dari cerapan petrografi, dapat disimpulkan bahawa ketahanan mineral terhadap luluhawa berkurangan dalam turutan berikut: kuarza, ortoklas, muskovit, plagioklas dan biotit.

3.4.2   Mineralogi lempung

Analisis XRD atau pembelauan sinar-X telah dilakukan ke atas sampel tanah bagi mengkaji perubahan batuan induk dari segi mineraloginya. Sampel tanah tersebut dianalisis tanpa sebarang perawatan atau proses persediaan yang kompleks kecuali penyingkiran butiran serpihan yang kasar dengan kaedah ayak kering.

Jadual 3.2 menunjukkan mineral-mineral lempung utama yang hadir, iaitu kaolinit, gibsit, ilit dan kuarza dari keputusan analisis XRD yang dilakukan ke atas 6 sampel tanah yang merangkumi bahan terluluhawa yang bergred IV, V dan VI. Pengelasan bahan terluluhawa ini adalah berdasarkan pengelasan bahan terluluhawa yang telah diterangkan sebelumnya.

Kaolinit mungkin terhasil dari hidrolisis biotit (Kronberg et al., 1982) seperti yang ditunjukkan dalam rumusan berikut;
K₂Mg₆Si₆Al₂O₂(OH)₄ + 14H⁺ + 14HCO₃^- + H₂0 --> Al₂SiO₅(OH)₄ + 4Si(OH)₄ + 2K⁺ + 6Mg²⁺ + 14HCO₃^-
        biotit                                                       kaolinit

Silika yang tidak bergabung membentuk kaolinit dalam tindak balas tersebut akan terlarut menjadi asid silisik.
SiO₂ + H₂O ---> 4Si(OH)₄ (atau H₄SiO₄)
silika                  asid silisik

Di sekitaran yang kurang berasid dan dengan sumber air yang mencukupi, serta oleh pengaliran air yang bebas, lebih banyak silika dapat disingkirkan. Keadaan ini membolehkan gibsit membentuk kaolinit;
2Al₂SiO₅(OH)₄ + 105H₂O --> 42Al(OH)₃ + 42Si(OH)₄
   kaolinit                              gibsit


gibsit juga mungkin terbentuk dari penguraian plagioklas (jenis albit);
2NaAl₂Si₃O₈ + 3H₂O + CO₂ --> Al(OH)₃ + 3H₄SiO₄ + Na⁺ + OH^-
     albit                                 gibsit     asid silisik

Gibsit terbentuk daripada tindak balas hidrolisis dan lazimnya merupakan hasil di bawah keadaan luluhawa tinggi. Sungguhpun gibsit boleh terbentuk secara terus dari plagioklas, namun ia sering dianggap sebagai hasil penguraian kaolinit dalam profil luluhawa tersebut (Kronberg et al., 1982).

Menurut Kronberg et al. (1982), pembentukan gibsit diiringi dengan peningkatan porositi disebabkan oleh kehilangan isipadu molar yang menjangkau 70%.

Pada amnya, tindakbalas hidrolisis mungkin terbantut di bawah keadaan kekurangan air; menghasilkan lempung jenis pertengahan di mana sebahagian daripada kation logam dibebaskan;
8NaAl₂Si₃O₈ + 6H⁺ + 28H₂0 --> 3Na_0.66Al_2.66Si_3.33O₁₀(OH)₂ + 14H₄SiO₄ +6Na⁺
      albit                                             smektit

ataupun tindakbalas berikut;
6KAlSi₃O₈ + 4H₂0 + 4CO₂ --> 4K⁺ + K₂Al₄(Si₆Al₂O₂₀)(OH)₄+ 4HCO₃^- + 12SiO₂
 ortoklas                                                 ilit

Kehadiran mineral berbesi dalam tindakbalas luluhawa juga penting dan lazimnya terhasil dari perluluhawaan silika berbesi seperti fayalit atau mineral-mineral lain seperti pirit.


3.4.3   Kesimpulan

Pada amnya, batuan syis kuarza mika di kawasan kajian tergolong dalam kawasan tropika yang mengalami proses perluluhawaan yang intensif, yang akhirnya membentuk kaolinit dan gibsit. Walaubagaimanapun, kehadiran mineral-mineral lempung tidak dapat dikorelasikan dengan gred luluhawa.