BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 LOKASI PENGAMBILAN BAHAN LUMPUR
Sudah satu tahun lebih sejak 29 Mei 2006, lautan lumpur panas telah menyembur di
daerah Porong Sidoarjo, Jawa Timur, 35 Km di selatan kota kedua terbesar Indonesia,
Surabaya. Awal terjadinya erupsi lumpur berada pada sumur eksplorasi gas Banajr
Panji-1 yang telah mencapai pengeboran pada kedalaman 3 Km dari permukaan
tanah. Lumpur awalnya mengalir lewat celah pengeboran sampai 1,8 Km dimana
semen dimasukan untuk menghentikan aliran tersebut. Hal ini menyebabkan lumpur
yang tertekan mencari celah lain untuk sampai ke permukaan yang akhirnya muncul
di sekitar 180 m dari posisi sumur eksplorasi tersebut.
Erupsi lumpur ini bukan hanya terus berlanjut tetapi debitnya pun meningkat dari
pada awalnya 5000 m3/hari sampai 150.000 m3/hari yang dilaporkan pada Januari
2007. Diliahat dari kejadian ini dan berdasarkan data-data geologi, hal ini adalah
peristiwa geologis yang disebut ”Mud Volcano’ yang kemungkinan besar sulit untuk
dihentikan dan bisa berlangsung dalam jangka waktu yang cukup lama hingga
puluhan tahun.
Bahan lumpur untuk sampel uji diambil di bagian utara dari kolam lumpur di Porong
Sidoarjo Jawa Timur yaitu daerah yang terdekat dengan pusat semburan lumpur yang
terbesar. Hal ini dimaksudkan agar sampel yang terambil belum terkontaminasi
dengan zat atau mineral ikutan lain yang ada dalam kolam penampungan atau pond,
sehingga sampel yang terambil merupakan lumpur yang masih baru.
6
Gambar 2.1 : Peta lokasi pengambilan sampel lumpur dari Porong, Sidoarjo Jawa Timur (3)
Gambar 2.2 : Citra satelit kolam penampungan luapan lumpur (4).
2.2 FENOMENA GUNUNG LUMPUR
Banjar Panji-1 adalah Sumur eksplorasi yang menargetkan gas yang ada pada jaman
Oligo-Miocene pada Forasi Karbonat Kujang di Basin Jawa Timur. Pada tanggal 29
Mei 2006 adalah awal terjadinya erupsi gas, air dan lumpur di lokasi pengeboran
eksplorasi milik PT. Lapindo Brantas. Semburan lumpur ini kemudian disebut ”LuSi”
atau Lumpur ”mud” Sidoarjo yang terjadi pada saat pengeboran disekitar lubang bor
Banjar Panji-1. Hal ini diduga dipipicu oleh pengeboran pada daerah ”overpressured
porous and permeable limestones” pada kedalaman 2830 meter di bawah permukaan
tanah, dan diyakini bahwa lubang bor menyebabkan adanya koneksi tekanan tinggi
7
antara aquifer dan lapisan lumpur dibawah tanah. Jika pada titik ini tidak terlindung
oleh steel casing, maka tekanan yang besar akan menyebabkan ”hydarulic fracture”
atau keretakan, dan fracture dapat menjalar sampai ke permukaaan dimana fluida dan
sediment yang terperangkap dapat ikut terbawa sehingga terjadi erupsi.
Gambar 2.3 : Skema tiga dimensi dari proses pembentukan mud volcano (5)
Mud volcano atau gunung lumpur adalah gejala alam yang unik dan biasa terjadi di
daerah ”compressional tectonic belts” serta slope di bawah laut. Pada basin Jawa
Timur, terdapat serangkaian ”East-west Striking half-graben” yang aktif pada masa
Paleogene dan aktif kembali terkompresi pada masa awal Miocene sampai sekarang.
Pada basin oligo-miocene sampai sekarang dipenuhi material carbonate laut dangkal
dan lumpur laut yang beberapa bagian mengalami ”overpressured” dan sebagian kecil
dari daerah inilah lokasi dari sumur eksplorasi Banjar Panji-1 Porong Sidoarjo.
8
Skema 3 dimensi proses terjadinya erupsi lumpur pada sumur Banjar Panji-1 dapat
dilihat pada gambar berikut :
Gambar 2.4 : Skema tiga dimensi proses terjadinya luapan lumpur di Porong, Sidoarjo (6).
9
Menurut sumber data geologi yang ada, dari bulan Maret sampai Mei 2006 proses
pengeboran awalnya memasuki (A)lapisan masa Pleistocene yaitu formasi Pucangan
dan Kabuh, (B)Pada Mei 2006 kemudian ~1000 M memasuki lapisan ”overpressured
muds” dan sebagian ”sand interbeds” yaitu pada lapisan ’upper Kalibeng Formation”,
(C)lalu ~1300 M memasuki lapisan ”interbeded sands and muds”,dan (D)akhirnya
mata bor menenembus lapisan limestone yang dianggap sebagai Formasi Kujung
yang juga overpressured dan kemudian terjadi ”kick” atau influx fluida ke dalam
sumur bor, karena tidak ada casing hal ini menyebabkan hydrofracture di lapisan
tersebut. Selanjutnya fluida dan drilling mud memasuki sumur bor dan menekan
keatas melewati lapisan berpori ( permeable ) dan fracture system. Hal ini terjadi
terus-menerus yang menyebabkan terjadinya mixing pada lapisan lumpur dan
terdorong keatas hingga mencapai permukaan. Karena banyaknya material yang
keluar maka pada lapisan tersebut terjadi pergeseran kebawah sehingga di permukaan
tanah terjadi subsidence, dan pada lubang dipermukaan akan terbentuk kaldera.
Lumpur panas yang keluar berasal dari suatu lapisan tebal di bawah tanah yang berisi
lumpur ”overpressured shale” yang dapat keluar karena adanya perbedaaan tekanan
tinggi, lebih tinggi dari pada tekanan hidrostatis. Lapisan itu bersifat labil dan sangat
mudah bergerak. Hal ini karena belum matangnya proses sedimentasi pada lapisan
tersebut atau lapisan ini belum terkompaksi secara sempurna. Lumpur ini berasal dari
sedimentasi batuan vulkanik yang umurnya tidak lebih dari 5 juta tahun yang
diendapkan pada laut dangkal. Hal ini diperkuat dengan rasa air yang keluar bersama
lumpur tersebut yang terasa asin. Hasil analisa memperlihatkan kandungan air
didominasi oleh unsur Natrium (Na), Magnesium (Mg), dan Kalsium (Ca) dengan
rata-rata kandungan diatas 8 mg/L dan Klorida (Cl) rata-rata 1.8 mg/L ( ).
Pada lapisan batuan yang telah mengalami proses perubahan hidrotermal (panas air)
yang berasal dari endapan laut kuno biasanya dijumpai adanya kandungan mineralmineral seperti pirit, albit, kaolinit, dan halit. Mineral-mineral ini kemungkinan
terkandung dalam lumpur yang menyembur di Porong ini, dan dapat dilihat hasilnya
jika dilakukan pengujian dengan difraksi sinar-x.
10
Tabel 2.1 Kandungan mineral Lumpur dari Mud Volcano (7)
Nama
Mineral
Nama Senyawa
Rumus Senyawa
Albite
Sodium aluminum silicate
NaAlSi3O8
Quartz
Silicone Oxide
SiO2
Orthoclas
Potasium sodium aluminum silicate
(Na,K) (Al Si3 O8)
Kaolinite
Aluminum hydroxide silicate
Potassium calcium magnesium sufate
hydrate
Al2Si2O5(OH)4
Halite
K2Ca2Mg(SO4)4.2H2O
2.3 Karakteristik Lumpur Sidoarjo
Sediment laut dangkal dapat terkumpul pada lempeng oceanic dan bergeser kebawah
lempeng continental, jika sediment tersebut terakumulasi secara cepat kebawah
lempeng continental maka air dapat terjebak di dalam pori dan hal ini dapat
menyebabkan sediment tidak terkompaksi oleh tekanan, sehingga reservoir lumpur
terjebak di dalam. Pada kasus di Sidoarjo reservoir lumpur terdapat di sekitar 2.7 Km
dibawah permukaan tanah.
Analisa kimia mengenai kandungan yang terdapat didalam lumpur asal Sidoarjo ini
dapat diperlihatkan melalui tabel 2.2. Pada sampel lumpur yang merupakan campuran
antara padatan dan cairan ini kemudian dilkukan pengendapan untuk memisahkan
antara air dan padatannya. Air hasil pemisahan ini terasa asin, hal ini menjelaskan
adanya kandungan garam didalamnya.
Lumpur ini diperkirakan berasal dari lapisan sedimentasi laut dangkal Madura Purba
yang terkubur pada zaman Pleistocene pada daerah Upper Kalibeng Formation.
Karena lumpur yang keluar merupakan lumpur panas, hasil mixing antara fluidsediment yang ada pada lapisan ini kemungkinan besar didaerah tersebut juga
berlangsung aktivitas geotermal yang memiliki temperatur tinggi sehingga erupsi
lumpur tersebut memiliki temperatu sekitar 60 0C dan mengeluarkan gas hidrogen
sulfida yang bersifat asam. Hasil analisa XRD untuk sampel lumpur memperlihatkan
adanya keunikan pada karakteristiknya yaitu terdapatnya mineral albit.
11
Mineral albit merupakan mineral silikat yang terbentuk dari proses altreasi pada
lingkungan yang asam yang berasal dari mineral jenis feldspar dengan proses yang
disebut albitisasi baik pada temperatur tinggi maupun rendah. Adanya mineral ini
menunjukan bahwa lumpur ini berasal dari proses sedimentasi pada lautan dangkal.
Sedangkan pada lapisan lempung biasa terdapat kandungan Kaolonit, Montmorillonit,
dan Illit.
Perdebatan terjadi apakah lumpur tersebut aman untuk dialirkan kelaut. Menurut para
pakar, lumpur ini berasal dari laut maka tidak ada salahnya jika kembali dialirkan ke
laut. Dari hasil komposisi kimia dari lumpur juga dapat memperlihatkan bahwa
kandungan unsur yang terdapat dalam lumpur rata-rata memilki ambang batas standar
yang diperbolehkan untuk dibuang ke laut. Namun mekanismenya harus ditentukan
secara seksama.
Tabel 2.1 Karakteristik Kimiawi Air Lumpur Sidoarjo (8)
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
Parameter
Bau
Temperatur
pH
Besi (Fe)
Mangan (Mn)
Tembaga (Cu)
Seng (Zn)
Fluorida (F)
Chromium (Cr)
Cadmium (Cd)
Timbal (Pb)
Cobalt (Co)
Nikel (Ni)
Sianida (CN)
Belerang (S)
Nitrat
Nitrit
Amoniak bebas
Klorin (Cl)
Phenol
Oil and grease
Satuan
Standar
C
40
6.5 - 9
15
5
3
15
20
1
0.1
1
0.6
0.5
0.5
0.1
30
3
5
0.04
1
15
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
Hasil
Minimum
bau
25
6.81
0.36
0
0.015
0.084
0
0.0027
0.0003
0.01
0.34
0.08
< 0.01
0.01
< 0.1
0.003
< 0.04
0
0.023
3
Lab
Maksimum
bau
31
7.48
6.99
3.6
0.08
0.145
0.63
0.23
0.001
0.31
0.73
0.62
0.04
0.1
1.32
0.02
42.73
0.02
17.25
35
12
2.4 PROSES PEMBAKARAN BAHAN KERAMIK
Keramik adalah bahan padat anorganik non logam yang dibakar pada suhu tinggi.
Bahan keramik merupakan bahan dasar penyusun kerak bumi seperti SiO2, Al2O3,
CaO, MgO, K2O, Na2O dan sebaginya yang tersedia di alam. Beberapa produk
keramik diantaranya adalah gerabah, porselan, gelas, semen, bata dan refrraktori.
Produk keramik dapat diproduksi dalam berbagai bentuk ukuran, komposisi bahan,
temperatur pembakaran dan bermacam-macam bentuk produk. Beberapa proses yang
dilakukan untuk pembuatan keramik yaitu: penyiapan bahan mentah, proses
pembentukan, dan proses pembakaran. Proses pembakaran terdiri dari beberapa
tahapan yaitu: Reaksi pendahuluan menuju sintering, termasuk didalamnya habis
terbakarnya bahan pengikat, sintering, dan pendinginan termasuk didalamnya
annealing secara thermal dan kimia.
Sintering adalah istilah yang digunakan untuk menggambarkan kondisi produk
selama pembakaran. Kondisi ini menunjukkan bahwa dalam produk, partikel-partikel
telah saling bergabung, bersama-sama membentuk agregat yang lebih kuat. Istilah
sintering sering diinterpretasikan untuk menyatakan telah terjadinya penyusutan dan
densifikasi. Temperatur sintering produk umumnya tidak melebihi 1/2 sampai 2/3
temperatur leleh namun cukup untuk mendifusi atom dalam keadaan padat. Sintering
terdiri dari tiga tahap yaitu : 1. Tahap awal, memiliki ciri :
•
Bentuk pori membulat
•
Pembentukan leher di titik kontak antar partikel
•
Densitas relatif berkisar 0.5 – 0.6 densitas teoritis
2. Tahap menengah, memiliki ciri :
•
Ukuran leher bertambah
•
Jumlah porositas berkurang
•
Jarak antar partikel mengecil
•
Terbentuk saluran pori berbentuk pipa
•
Densitas relatif mencapai 0.8 -0.9 densitas teoritis
13
3. Tahap akhir, memiliki ciri :
•
Hubungan antar pori terputus
•
Terbentuk pori yang terisolasi di batas partikel
•
Ukuran butir meningkat
Gambar 2.5: Perubahan geometri partikel bola selama sintering, (a) Sebelum berlangsung, (b)
Tahap awal, (c) Tahap antara, (d) Tahap akhir, (e) Proses selesai ( ).
Tahap awal sintering sangat berpengaruh terhadap penyusutan benda uji.
Pembentukan dan pertumbuhan leher terjadi melalu beberapa mekanisme
perpindahan massa, diantarnya :
1. Evaporasi kondensasi
2. Difusi kisi pada permukaan
3. Difusi permukaan
4. Difusi batas butir
5. Difusi kisi pada batas butir
14
Gamabar 2.6 Mekanisme perpindahan massa pada sintering : (1) Evaporasi kondensasi; (2) Difusi
kisi pada permukaan; (3) Difusi permukaan; (4) Difusi batas butir; (5) Difusi kisi pada batas butir
Mekanisme 1, 2, dan 3 dikenal sebagai mekanisme adhesi karena hanya
menyebabkan perpindahan massa dari permukaan menuju leher tanpa mengalami
penyusutan permukaan partikel. Sedangkan mekanisme 4 dan 5 dikenal sebagai
densifikasi karena menyebabkan penyusutan produk sinter.
Gambar 2.7 : Skematik geometri partikel bola yang mengalami perpindahan massa( ).
Berdasarkan pengetahuan bahwa pembakaran pada suhu tertentu terhadap suatu
material akan menyebabkan perubahan sifat fisik mekanik dan mineraloginya, maka
dalam penelitian ini akan dicoba mencampurkan lumpur tersebut dengan bahan lain
agar sesuai untuk bahan pembuatan batubata misalnya, ditambahkan clay atau pasir,
yang kemudian dibakar pada suhu tertentu untuk melihat perubahan sifat fisik dan
mekaniknya.
15
Dalam pembuatan batubata ataupun bahan keramik lainnya, ada tiga faktor bahan
baku yang berperan dalam prosesnya, faktor-faktor tersebut adalah :
1. Bahan pengikat
2. Bahan pengisi
3. Bahan pelebur
1) Bahan pengikat, harus memiliki sifat plastis dan fungsinya pada saat sebelum
dibakar adalah kemudahan untuk dibentuk dan kekuatan kering. Sedangkan
apabila telah dibakar akan memberikan warna yang spesifik dan kekutan
bakar yang tinggi. Contohnya ball clay.
2) Bahan pengisi, sifatnya harus memiliki susut yang rendah dan titik lebur yang
tinggi. Sebelum dibakar berfungsi sebagai kerangka/agregat yang mencegah
perubahan bentuk dan mengatur susut kering. Setelah dibakar dapat sebagai
kerangka/agregat dan mengurangi susut bakar, tetapi bahan pengisi ini dapat
memperbesar porositas. Comtohnya silika
3) Bahan pelebur, biasanya memiliki susut lebur rendah. Sebelum pembakaran
berfungsi sebagai kerangka/agregat, mengurangi susut kering dan mencegah
perubahan bentuk. Setelah pembakaran bahan pelebur dapat membentuk
massa gelas, mengikat butiran agregat satu dengan lain sehingga menjadi
kompak, mengurangi porositas dan menambah susut bakar. Contohnya
feldspar.
Pengujian sifat fisik dalam penelitian ini bertujuan untuk mengetahui sifat-sifat fisik
dari batubata yang dihasilkan apakah dapat digolongkan ke dalam klasifikasi batubata
sebagai bahan konstruksi yang memiliki sifat fisik cukup baik atau tidak. Karena
pembakaran produk yang dihasilkan berasal dari lumpur asal Sidoarjo ini akan
diterapkan untuk pembuatan batubata, maka acuan yang dipakai adalah Standar
Nasional Indonesia dalam pembuatan batubata dan sifat-sifat yang perlu diperhatikan
dalam pembuatan batubata adalah :
1. Penyusutan
16
2. Densifikasi
3. Waktu pembakaran
4. Kuat lentur
2.4.1 Penyusutan Linear
Penyusutan linear atau penyusutan panjang adalah proses berkurangnya ukuran
panjang dari suatu benda uji dari tanah-tanah dan masa-masa keramik, baik dalam
keadaan kering maupun dalam keadaan sesudah dibakar yang dibandingkan
terhadap waktu pembakaran. Penyusutan dalam keramik dibedakan antara susut
kering dan susut bakar. Susut kering adalah pengurangan panjang suatu benda uji
dari keadaan plastis ke keadaan kering udara, yang diperhitungkan dari keadaan
plastis, atau berkurangnya ukuran benda uji setelah dikeringkan terhadap ukuran
benda uji pada waktu masih basah atau setelah dicetak (dalam %). Susut kering
sebaiknya tidak lebih dari 10% (menurut manuskrip Standard SNI,1983)
Susut bakar adalah berkurangnya ukuran benda uji setelah dibakar terhadap ukuran
benda uji setelah kering (dalam %). Biasanya susut kering dijumlah dengan susut
bakar, hasil penjumlahan tersebut sering disebut susut jumlah.
∆l
x100%
lo
W − W2
Susut Bakar = 1
x100%
W1
Penyusutan =
dimana : ∆l adalah perubahan panjang benda uji (mm)
lo adalah panjang awal (mm)
sedangkan untuk penyusutan linear dihitung dengan menggunakan rumus :
t2
⎡ ∆L ⎤
⎢⎣ Lo ⎥⎦ = Z (T ). Am
n
2.4.2 Susut Bakar
Pengukuran ini dilakukan untuk mengetahui seberapa berat benda uji pada awal
sebelum pembakaran dengan berat setelah pembakaran pada suhu tertentu. Hal ini
dimaksudkan supaya dapat diketahui pengurangan berat benda uji seiring dengan
penambahan atau pengurangan bahan bakunya dari berbagai suhu pembakaran.
17
Cara pengukuran densifikasi adalah benda uji setelah kering, dibakar, kemudian
ditimbang dan diukur panjang, lebar serta tingginya. Volum benda uji dapat
dihitung dari perkalian panjang, lebar, dan tinggi.
2.4.3 Kuat Lentur
Kuat lentur adalah hasil bagi momen lentur yang terbesar dan momentum
perlawanan yang terjadi pada beban lentur maksimum atau pada patahnya benda
uji. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui seberapa besar benda uji dapat
menahan beban (beban pada saat patahnya benda uji). Pengujian dilakukan dengan
alat khusus dimana benda uji ditempatkan pada dua buah batang penumpu
berbentuk silinder atau persegi panjang dan berjarak sumbu 10 cm kemudian diberi
beban secara tegak lurus dengan kecepatan tertentu sampai benda uji patah.
Beban maksimum yang mematahkan benda uji diberi symbol G. adapun kuat lentur
benda uji dapat dihitung dengan rumus:
K
=
3 .G . P
2 . L .t 2
Gambar 2.8 : Skema pengujian kuat lentur (8)
Dimana : K = kuat lentur (kg/cm2)
G = beban yang mematahkan benda uji (kg)
P = Jarak antara kedua titik penumpu (cm)
L = Lebar benda uji (cm)
t = Tebal benda uji (cm)
18