Bab Iii Berat Jenis.docx

BAB III BERAT JENIS (SPECIFIC GRAVITY)

3.1 Maksud dan Tujuan 3.1.1

Maksud Adapun maksud dari pelaksanaan paraktikum Specific Gravity ini adalah

untuk membandingkan antara berat butir tanah yang akan diuji dengan berat air (aquades) yang mempunyai isi sama pada suhu standart dan mengetahui seberapa penting peran berat jenis pada tanah dan memperhitungkan keadaan atau pengaruh yang dihasilkan.

3.1.2

Tujuan

Sedangkan tujuannya adalah untuk menentukan berat jenis dari contoh tanah yang akan duiji karena setiap tanah mempunyai berat jenis yang berbeda, tergantung oleh komposisi dari tanah tersebut.

MEKANIKA TANAH & BATUAN 3.2 Dasar Teori Berat jenis adalah nilai perbandingan antara massa dan volume dari bahan yang kita uji. Sedangkan penyerapan berarti tingkat atau kemampuan suatu bahan untuk menyerap air. Jumlah rongga atau pori yang didapat pada agregat disebut porositas. Berat jenis adalah konstanta atau tetapan bahan tergantung pada suhu untuk tubuh padat, cair, dan bentuk gas yang homogen. Berat jenis didefinisikan sebagai massa suatu bahan per satuan volume bahan tersebut.. Bentuk persamaannya satuan dari berat jenis adalah kg/dm3, g/cm3, atau g/ml. g/liter. Berat jenis tanah dapat ditentukan dengan cara membandingkan antara berat butir tanah tersebut dengan berat air (aquades) yang mempunyai isi sama pada suhu standart. Dikenal beberapa alat yang dapat digunakan untuk menentukan berat jenis, yaitu areometer, piknometer, dan neraca whestphaal. Untuk pekerjaan secara rutin dalam suatu laboratorium terdapat peralatan elektronik untuk menentukan berat jenis. Berat jenis relatif (spesifik) adalah perbandingan antara berat jenis zat pada suhu tertentu terhadap berat jenis air pada suhu tertentu pula. Berat jenis relatif tidak mempunyai satuan. Berat jenis relatif akan sama dengan berat jenis absolut bila sebagai pembanding adalah air pada suhu 40C.  Penentuan berat jenis zat cair dengan areometer Penentuan berat jenis dengan areometer berdasarkan pada prinsip Archimedes. Setiap benda yang dicelupkan ke dalam suatu cairan, akan mengalami gaya angkat yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan, karena adanya benda tersebut. Areometer berbentuk sebuah silinder yang berlubang. Agar areometer dapat tercelup dengan posisi yang tepat (skala tercelup dalam cairan), maka areometer diisi dengan butir-butir Pb. Skala - skala pada areometer menunjukkan berat jenis cairan. Semakin kecil berat jenis cairan, areometer akan tercelup semakin dalam. Karena itu skala pada areometer menunjukkan angka yang semakin besar dari atas ke bawah.  Penentuan berat jenis dengan piknometer Berat jenis suatu zat dapat dihitung yaitu mengukur secara langsung berat zat dalam piknometer (dengan menimbang) dan volume zat (ditentukan dengan piknometer). Prinsip metode ini didasarkan atas penentuan massa cairan dan penentuan ruangan yang ditempati cairan ini. Ruang piknometer dilakukan dengan

RISMA Y. DAULAY / 15.307.010

III -2

MEKANIKA TANAH & BATUAN menimbang air. Ketelitian metode piknometer akan bertambah sampai suatu optimum tertentu dengan bertambahnya volume piknometer. Optimun ini terletak sekitar isi ruang 30 ml. Ada dua tipe piknometer, yaitu tipe botol dengan tipe pipet. Faktor-faktor yang mempengaruhi berat jenis suatu zat adalah : 1.

Temperatur Dimana pada suhu yang tinggi senyawa yang diukur berat jenisnya dapat menguap sehingga dapat mempengaruhi berat jenisnya, demikian pula halnya pada suhu yang sangat rendah dapat menyebabkan senyawa membeku sehingga sulit untuk menghitung berat jenisnya. Oleh karena itu, digunakan suhu dimana biasanya senyawa stabil, yaitu pada suhu 25oC (suhu kamar).

2.

Massa zat Jika zat mempunyai massa yang besar maka kemungkinan berat jenisnya juga menjadi lebih besar.

3.

Volume zat Jika volume zat besar maka berat jenisnya akan berpengaruh tergantung pula dari massa zat itu sendiri, dimana ukuran partikel dari zat, berat molekulnya serta kekentalan dari suatu zat dapat mempengaruhi berat jenisnya.

Berat jenis didefenisikan sebagai rasio dari berat isi bahan terhadap berat isi air. Table 3.1. menunjukkan daftar berat jenis dari sejumlah bahan yang biasa terdapat dalam tanah. Sebagian besar tanah (butiran – butiran individu yang terkumpul) mengandung banyak kwarsa (quarts) dan feldspart dan dalam jumlah yang lebih kecil mika (mica) dan mineral – mineral berdasarkan besi. Hasil – hasil penentuan berat jenis dari sebagian besar tanah menunjukkan bahwa nilai-nilai dari 2,5 sampai 2,80 merupakan nilai – nilai yang biasa terdapat, diamana nilai - nilai antara 2,6 dan 2,75 merupakan nilai yang paling banyak terdapat. Pada kenyataannya, uji berat jenis jarang dilakukan, dan nilai – nilai diambil secara kasar sebagai berikut :  Pasir, Kerikil, bahan-bahan berbutir kasar

Gs = 2,65 - 2,67

Tanah kohesif, sebagai campuran  Lempung, lanau , pasir dan sebagainya

RISMA Y. DAULAY / 15.307.010

Gs = 2,68 - 2,72

III -3

MEKANIKA TANAH & BATUAN Nilai kasar tersebut diperoleh dari sampel antara lain pasir, kerikil, lempung, lanau, dan sebagainya. Nilai dari berat jenis dihitung dengan menggunakan persamaan : GS 

W .S . W4  WS  W3

Dimana : WS

= Weight of soil ( berat asli tanah )

α

= Specific gravity water pada temperatur tertentu

W4

= Weight of bottle + water

GS

= Specific gravity

W3

= Weight of bottle + soil + water

Tabel 3.1 Nilai – nilai khas berat jenis untuk mineral - mineral tanah

Mineral

Berat Jenis

Bentonit

2,13 – 218

Gipsum

2,30

Gibsit

2,30 – 2,40

Monmorilonit

2,40

Feldspart Ortoklas

2,56

Illit

2,00

Kuarsa

2,60

Kaolinit

2,60 – 2,63

Klorit

2,60 – 3,00

Feldspart Plagioklas

2,62 – 2,76

Talk

2,70 – 2,80

Kalsit

2,80 – 2,90

Muskovit

2,80 – 2,90

Dolomit

2,87

Argonit

2,92

Anhydrit

3,00

Biotit

3,00 – 3,10

RISMA Y. DAULAY / 15.307.010

III -4

MEKANIKA TANAH & BATUAN Hornblende

3,00 – 3,47

Augit

3,20 – 3,40

Olivine

3,27 – 3,37

Limonit

3,8

Siderit

3,83 – 3,88

Hematit

4,90 – 5,30

Magnetit

5,17 – 5,18

Suatu petunjuk akan adanya kesalahan perhitungan dalam angka pori apabila nilai Gs = 2,65 digunakan apabila nilai sebenarnya sebesar 2,60 akan didapatkan dari uji laboratorium yang dihitung sebagai berikut : Diberikan γd = 1,80 g/cm3 (dapat merupakan wakil dari nilai sebenarnya walaupun masih memungkinkan kesalahan sampai ± 0,005 g/cm3). Dari defenisi berat jenis :

Gs =

Ws Vs x γw

Maka volume butir adalah : Vs

=

1,80 2,60 (1)

= 0,629 cm3

(benar)

Vs

=

1,80 2,65 (1)

= 0,679 cm3

(asumsi)

Volume rongga Vv untuk kedua kasus diatas adalah ; Vv = 1 - 0,0692 = 0,308



e =



e’ =

0,308 = 0,445 0,692

Dan Vv’ = 1 - 0,679

= 0,321

RISMA Y. DAULAY / 15.307.010

0,321 = 0,473 0,679

III -5

MEKANIKA TANAH & BATUAN Persentase pertambahan angka pori akibat pemakaian nilai Gs yang salah adalah : Persen = =

e' x 100 e

0,473 x 100 0,445

= 106 persen Angka pori 6 persen lebih besar akibat pemakaian nilai 2,65 yang salah. Karena penyelesaiannya juga tergantung pada  d = 1,80 yang secara statistik benar, maka terdapat kesalahan yang lebih kecil. Apabila perhitungan yang sama dilakukan untuk 

d

= 2,0 dan 1,5 g/cm3. Persentase pertambahannya menjadi masing-

masing 8,2 dan 4,5 persen. Juga nilai yang “benar” sebesar 2,60 itu dapat dianggap benat hanya apabila sejumlah kecil tanah (biasanya sekitar 150 g) yang digunakan untuk menentukana Gs benar-benar mewakili massa tanah yang hendak diteliti. Permukaan Specific Permukaan specific menghubungkan luas permukaan suatu bahan dengan berat atau volume bahan tersebut, dimana volume biasanya lebih banyak dipilih. Dengan menggunakan defenisi yang terakhir, permukaan specific adalah : Luas Permukaan Permukaan Specific =

Volume

Secara fisik, kegunaan permukaan spesific ini dapat diperlihatkan dengan menggunakan kubus 1 x 1 x1 cm sebagai berikut : Luas Permukaan Permukaan specific

=

Volume

6 = 1

= 6

Jumlah kubus

= 2x2x2x2 = 8

Luas permukaan

= (0,5)2 (6) (8) = 12 cm 2

Permukaan specific

=

12 = 12 1

RISMA Y. DAULAY / 15.307.010

III -6

MEKANIKA TANAH & BATUAN Sekarang membagi sifat-sifat tersebut dengan 10 : Jumlah kubus

= 10 x 10 x 10 = 1000

Luas permukaan

= (0,1)2 (6) (1000) = 60 cm2

Dan Permukaan specific

=

60 1

= 60

Ini memperlihkan bahwa partikel – partikel yang besar, apakah itu kubus atau partikel tanah, mempunyai luas permukaan persatuan volume yang lebih kecil dan karena itu mempunyai permukaan specific yang lebih kecil jika dibandingakan dengan butiran-butiran tanah yang kecil. Sekarang apabila terdapat air yang cukup untuk melembabkan permukaan dalam contoh diatas, maka diperlukan air 10 kali lebih banyak untuk membasahi semua permukaan butiran apabila kubusnya berukuran 0,1 x 0,1 x 0,1 cm jika dibandingkan apabila volume yang sama itu menempati kubus tuggal berukuran 1 cm3. Hubungan Antar Fase Tanah merupakan komposisi dari dua atau tiga fase yang berbeda. Tanah yang benar benar kering terdiri dari dua fase, yang disebut partikel padat dan udara mengisi pori (disebut udara pori). Tanah yang jenuh sempurna (fully saturated) juga terdiri dari dua fase, yaitu partikel padat dan air pori. Sedangkan tanah yang jenuh sebagian terdiri dari tiga fase, yaitu partikel padat dan air pori. Komponen komponen tanah dapat digambarkan dalam suatu diagram fase seperti berikut:

Gambar 3.1 Diagram fase pada tanah

RISMA Y. DAULAY / 15.307.010

III -7

MEKANIKA TANAH & BATUAN Secara umum tanah dapat terdiri dari tiga bagian : a.

Tanah kering, hanya terdiri dari dua bagian, yaitu butir - butir tanah dan pori pori udara.

b.

Tanah jenuh juga terdapat dua bagian, yaitu bagian padat atau butiran dan air pori.

c.

Tanah tidak jenuh terdiri dari tiga bagian, yaitu bagian padat atau butiran, pori - pori udara, dan air pori.

Bagian - bagian tanah dapat digambarkan dalam bentuk diagram fase, seperti yang ditunjukkan gambar 3.2.

Gambar 3.2 Bagian tanah dalam bentuk diagram fase

Gambar 3.2 (a) memperlihatkan elemen tanah yang mempunyai volume V dan berat total W, sedang Gambar 3.2 (b) memperlihatkan hubungan berat dan volumenya. Dari gambar tersebut dapat dibentuk persamaan berikut : W = WS + W W dan V = Vs + Vw + Va Vv = Vw + Va Dengan : Ws

= Berat butiran padat

Vw

= Berat air

Vs

= Volume butiran padat

RISMA Y. DAULAY / 15.307.010

III -8

MEKANIKA TANAH & BATUAN Vw

= Volume air

Va

= Volume udara

Wa (berat udara) dianggap sama dengan nol. Hubungan - hubungan antar parameter tanah tersebut di atas adalah sebagai berikut : Kadar air ( w ), yakni perbandingan antara berat air ( Ww ) dengan berat butiran ( Ws ) dalam tanah tersebut, dinyatakan dalam persen.

Porositas ( n ), yakni perbandingan antara volume rongga ( Vv ) dengan volume total ( V ). dapat digunakan dalam bentuk persen maupun desimal.

Angka pori ( e ), perbandingan volume rongga (Vv) dengan volume butiran (Vs). Biasanya dinyatakan dalam desimal.

Berat volume basah ( gb ), adalah perbandingan antara berat butiran tanah termasuk air dan udara ( W ) dengan volume tanah ( V ).

Dengan W = Ww + Ws + Wv ( Wv = berat udara = 0 ). Bila ruang udara terisi oleh air seluruhnya (Va = 0), maka tanah menjadi jenuh. Berat volume kering (gd), adalah perbandingan antara berat butiran ( Ws ) dengan volume total ( V ) tanah.

Berat volume butiran padat ( gs ), adalah perbandingan antara berat butiran padat ( Ws ) dengan volume butiran padat ( Vs ).

RISMA Y. DAULAY / 15.307.010

III -9

MEKANIKA TANAH & BATUAN Berat jenis ( specific gravity ) tanah ( Gs ), adalah perbandingan antara berat volume butiran padat ( gs ) dengan berat volume air ( gw ) pada temperatur 4o C.

Gs tidak berdimensi. Berat jenis dari berbagai jenis tanah berkisar antara 2,65 sampai 2,75. Nilai berat jenis sebesar 2,67 biasanya digunakan untuk tanah - tanah tak berkohesi. Sedang untuk tanah kohesif tak organik berkisar di antara 2,68 sampai 2,72. Nilai - nilai berat jenis dari berbagai jenis tanah diberikan dalam tabel 3.2. Tabel 3.2 Berat jenis tanah

Macam Tanah

Berat Jenis Gs

Kerikil

2,65 - 2,68

Pasir

2,65 - 2,68

Lanau tak organik

2,62 - 2,68

Lempung organik

2,58 - 2,65

Lempung tak organik

2,68 - 2,75

Humus

1,37

Gambut

1,25 - 1,80

Derajat kejenuhan (S), adalah perbandingan volume air ( Vw) dengan volume total rongga pori tanah ( Vv ). Biasanya dinyatakan dalam persen.

Tanah jenuh, maka S = 1. Berbagai macam derajat kejenuhan tanah ditampilkan pada Tabel 3.3 di bawah ini.

RISMA Y. DAULAY / 15.307.010

III -10

MEKANIKA TANAH & BATUAN Tabel 3.3 Derajat kejenuhan dan kondisi tanah

Keadaan Tanah

Derajat Kejenuhan S

Tanah kering

0

Tanah agak lembab

> 0 - 0,25

Tanah lembab

0,26 - 0,50

Tanah sangat lembab

0,51 - 0,75

Tanah basah

0,76 - 0,99

Tanah Jenuh

1

Dari persamaan-persamaan tersebut di atas dapat disusun hubungan antara masing-masing persamaan, yaitu :  Hubungan antara angka pori dengan porositas.

 Berat volume basah dapat dinyatakan dalam rumus berikut

 Untuk tanah jenuh air ( S = 1 )

 Untuk tanah kering sempurna

 Bila tanah terendam air, berat volume dinyatakan sebagai g¢, dengan

RISMA Y. DAULAY / 15.307.010

III -11

MEKANIKA TANAH & BATUAN g¢ = g sat − g w Bila g w = 1, maka g¢ = g sat − 1 Nilai-nilai porositas, angka pori dan berat volume pada keadaan asli di alam dari berbagai jenis tanah diberikan oleh Terzaghi (1947) seperti terlihat pada tabel 3.4. Tabel 3. Nilai n, e, w, g d dan g b untuk tanah keadaan asli lapangan.

n Macam tanah

E

(%)

w

gd(g /

gb(g /

(%)

cm3)

cm3)

Pasir seragam, tidak padat

46

0,85

32

1,43

1,89

Pasir seragam, padat

34

0,51

19

1,75

2,09

Pasir berbutir campuran, tidak

40

0,67

25

1,59

1,99

Pasir berbutir campuran, padat

30

0,43

16

1,86

2,16

Lempung lunak sedikit organis

66

1,90

70

−

1,58

Lempung lunak sangat organis

75

3,0

110

−

1,43

padat

RISMA Y. DAULAY / 15.307.010

III -12