LAPORAN PRAKTIKUM MEKANIKA TANAH DASAR BAB 3 HYDROMETER
KELOMPOK 20
1206253786 1206240360
ALEXANDER KEVIN HANIF AUDINA YUDHISTIRA HERUBOWO
TANGGAL PRAKTIKUM ASISTEN PRAKTIKUM TANGGAL DISETUJUI NILAI PARAF ASISTEN
1206218026
: : : : :
12 APRIL 2014 FARID FARLANDI
LABORATORIUM MEKANIKA TANAH DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA DEPOK 2014
3. HYDROMETER 3.1
PENDAHULUAN
3.1.1 Tujuan Percobaan Menentukan distribusi dari butiran tanah yang memiliki diameter yang lebih kecil dari 0.074 mm (saringan no. 200 ASTM) dengan cara pengendapan (hydrometer).
3.1.2 Peralatan Dan Bahan 1. Hydrometer (tipe 152 H) 2. Hydrometer jar (1000 ml) 3. Gelas ukur 4. Larutan pendispersi 4% (water glass) 5. Sampel tanah lolos saringan No. 4 ASTM, masing – masing 50 gram (untuk 3 sampel) 6. Stopwatch 7. Pengaduk mekanis (mixer) 8. Oven 9. Termometer Celcius 10. Gelas belimbing 11. Saringan No. 200 ASTM 12. Timbangan (ketelitian 0.01 gram)
3.1.3 Landasan Teori
Hydrometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur berat jenis (atau kepadatan relatif) dari suatu cairan, yaitu rasio kepadatan cairan dengan densitas air. Hydrometer biasanya terbuat dari kaca dan terdiri dari sebuah batang silinder dan bola pembobotan dengan merkuri (raksa) untuk membuatnya mengapung tegak. Cara kerja hydrometer didasarkan pada prinsip Archimedes dimana benda padat yang tersuspensi pada fluida (dalam praktikum ini, benda padat yang dimaksud adalah tanah) akan terkena gaya ke atas sebesar gaya berat fluida yang dipindahkan. Dengan demikian, semakin rendah kerapatan zat tersebut, semakin jauh hydrometer tenggelam. Seberapa
jauh hydrometer tersebut teggelam dapat dilihat dari skala pembacaan yang terdapat dalam hydrometer itu sendiri.
Gambar 3.1: hydrometer dalam cairan Dasar tes ini adalah hukum stokes untuk jatuhnya bola dalam cairan kental dimana kecepatan terminal jatuh tergantung dari diameter butir dan kepadatan tanah dalam suspensi dan cairan sehingga diameter butir dapat dihitung dari data tentang jarak dan waktu jatuh. Hydrometer juga dapat meentukan berat jenis dari suspense dan jika memungkinkan, persentase partikel dan diameter partikel tertentu setara untuk dihitung.
Praktikum ini didasarkan pada hubungan antara kecepatan jatuh dari suatu butiran di dalam suatu larutan, diameter butiran, berat jenis butiran, berat jenis larutan dan kepekaan larutan tersebut. Hubungan tersebut dapat dijabarkan oleh hukum Stokes sebagai :
= =2
²
dengan: v
= kecepatan jatuh dari butiran (cm/s) = berat jenis butiran (gr/cm3) = berat jenis larutan (gr/cm3) = kepekatan larutan (dyne.s/cm2)
D
= diameter butiran (cm)
Sedangkan Batasan dari Hukum Stokes adalah: 1. Hukum ini hanya berlaku jika : 0.0002 mm < D < 0.2 mm 2. Butiran yang lebih besar dari 0.2 mm akan menyebabkan turbulensi pada larutan, sedangkan butiran yang lebih dari 0.0002 mm cenderung akan melakukan gerak Brown (hal ini dipengaruhi oleh gaya tarik dan tolak antar partikel) 3. Jumlah sampel yang dipergunakan harus jauh lebih sedikit dari pada butiran yang dipakai (±5 %) ini dilakukan agar tidak terjadi interferensi selama pengendapan berlangsung. Menurut Bowles, hydrometer tipe 152 H dikalibrasi untuk suspensi larutan yang mengandung 60 gram dalam 1000 ml air 4. Butiran tanah diasumsikan bundar, walaupun asumsi ini tidak 100 % benar. Tanah–tanah yang akan dipakai harus diuraikan dengan bahan dispersi berikut: ⇒ untuk tanah yang bersifat alkali/basa diberi sodium metafosfat (NaPO₃) dengan nama dagang Calgon ⇒ untuk tanah yang bersifat asam diberi sodium silikat (Na₂SiO₃) dengan nama dagang Water Glass
Kecepatan jatuh butiran dihitung menggunakan rumus sebagai berikut:
= L2 = L1 + 0,5 (L2 – Vb/A) dengan : v
= kecepatan jatuh dari butiran
L
= tinggi jatuh butiran
T
= waktu
Vb = volume Bulb Hydrometer
A
= luas penampang Hydrometer
L1 = dapat dilihat pada tabel 6.5 (lampiran*) sesuai pembacaan hydometer tipe 152 H dan dikoreksi terhadap miniskus
Untuk yang sudah dikoreksi:
RC = Raktual – Zero Correction + CT
dengan : CT = koreksi terhadap temperatur yang dapat dilihat pada tabel 6.3
untuk GS = 2.65 rumus yang digunakan :
100%
% finer =
sedangkan untuk Gs ≥ 2.65 :
%finer =
.
100%
dimana: =
(
. 1,65 − 1) 2,65
atau harga a dapat dilihat dalam tabel 6.2 (lampiran*) Untuk memudahkan perhitungan :
=
(
30 )980 −
=
Keterangan : - satuan dalam L (cm) dan t (menit) - koefisien K dapat dilihat pada tabel 6.2 (lampiran*)
* semua tabel yang terlampir (6.2–6.5) bersumber dari “Engineering Properties of Soil and Their Measurement”
Setelah % finer dan D yang saling terkait telah dihitung, maka didapat suatu grafik distribusi butiran. Dari grafik ini akan didapat D10, D30 dan D60 dengan cara sebagai berikut: D10 = diameter yang koresponding dengan lolosnya butiran sebanyak 10% (%finer = 10%) D30 = diameter yang koresponding dengan lolosnya butiran sebanyak 30% (%finer = 30%) D60 = diameter yang koresponding dengan lolosnya butiran sebanyak 60% (%finer = 60%) Sehingga koefisien keseragaman (CU) kita bisa dapatkan dengan rumus:
= Definisi koefisien keseragaman untuk beberapa nilai: CU = 1 , tanah yang hanya memililki satu ukuran butiran 2 < CU < 3 , tanah yang gradasinya sangat buruk CU > 15 , tanah bergradasi baik
Selain itu koefisien curvature (kelengkungan) CC kita bisa dapatkan dengan rumus:
Cc =
1 < CC < 3, dapat dianggap suatu range untuk tanah yang bergradasi baik
PRAKTIKUM
3.2
3.2.1 Persiapan Percobaan -
Menyediakan contoh tanah lolos saringan 200 sebanyak 50 gram kering oven.
-
Menimbang 40 gram water glass sebagai bahan dispersi dan memasukkan water glass ke dalam hydrometer jar, kemudian dicampur dengan aquades hingga mencapai 1000 ml, diaduk hingga homogen dengan mixer. Campuran antara aquades dan water glass kemudian disebut sebagai larutan dispersi.
-
Menuangkan larutan dispersi sebanyak 125 ml ke dalam gelas belimbing yang sudah berisi tanah sebanyak 50 gram dan mendiamkannya selama ± 18 jam.
-
Kemudian menyiapkan satu tabung silinder (1000 ml) , kemudian memasukkan 125 ml larutan dispersi dan menambahkan air suling hingga 1000 ml ke dalam tabung silinder, tabung ini berfungsi sebagai tabung kontrol.
3.2.2 Jalannya Percobaan -
Memeriksa koreksi miniskus dan koreksi nol pada alat hydrometer tipe 152 H (larutan dalam kondisi jernih) dengan jalan memasukkannya ke dalam tabung kontrol dan pembacaan dicatat.
-
Memasukkan campuran tanah dan larutan dispersi yang telah direndam selama ± 18 jam ke dalam mixer cup secara hati-hati dengan bantuan pipet agar seluruh isi tanah dengan butiran kecil ikut masuk ke dalam mixer cup dan kemudian menambahkan sejumlah air suling dengan pipet untuk membersihkan permukaan gelas dari tanah agar tanah tidak ada yang tertinggal. Kemudian melaksanakan pengadukan selama 10 menit dengan menggunakan mixer.
-
Memindahkan campuran dari mixer cup ke dalam hydrometer jar dengan bantuan pipet agar seluruh butiran tanah ikut terbawa oleh air ke dalam hydrometer jar lalu menambahkan air suling hingga mencapai 1000 ml.
-
Menutup tabung dengan karet penutup dan mengocoknya secara horizontal selama kurang lebih satu menit, sampai campuran air dengan butiran tanah serta water glass homogen (gambar 3.2).
Gambar 3.2 Proses pengadukan hydrometer jar -
Segera setelah tabung diletakkan, masukkan hydrometer tipe 152 H (lakukan dengan hati-hati seperti gambar 3.3). Tunggu sampai kedudukan hydrometer stabil untuk membaca skala. Baca hydrometer (R1) tepat pada menit pertama, lalu pada menit kedua kembali membaca hydrometer (R2) kemudian angkat kembali hydrometer.
Gambar 3.3 Cara memasukkan hydrometer yang benar (tidak dilepaskan tiba-tiba)
-
Pada menit yang ke-3, masukkan hydrometer kembali dan baca kembali (R3). Begitu pula untuk menit ke-4 (R4).
-
Kembali melakukan pembacaan hydrometer untuk menit ke-8, 15, 30, 60, 120 dan 1440.
-
Pada tiap pembacaan hydrometer, suhu pada tabung control juga selalu ikut dibaca.
-
Setelah seluruh sampel sudah dilakukan pencatatan, tuang larutan setiap sampel ke saringan No. 200 ASTM (jangan dicampur antara satu sampel dengan sampel
lainnya). Butiran tanah yang tertahan pada saringan ini selanjutnya akan dipakai pada percobaan Sieve analysis.
3.3
HASIL PRAKTIKUM
3.3.1 Data Hasil Praktikum Zero Correction
= 0,5
Meniscus Correction
= 0,5
Time of
Elapsed time min
Temp ⁰C
Reading
Actual Hyd Readig Ra
11.04
1
30
15,5
11.05
2
30,5
14
11.06
3
30,5
13
11.07
4
30,5
13
11.11
8
30,5
11
11.18
15
31
10,5
11.33
30
31
9
12.03
60
31
8,5
13.03
120
32
7
11.03
1440
31
4
3.3.2 Perhitungan Sampel Dari percobaan Specific Gravity (Gs)
= 2,64
Berat tanah Ws
= 50 gram
Koreksi nol
= 0,5
Koreksi miniskus
= 0,5
-
Nilai a berdasarkan tabel 6-2 :
Tabel 6.2 Correction Factors a for Unit Weight of Solids
.
.
.
.
. .
Specific Gravity
a
2.75
0.98
2.70
0.99
2.65
1.00
2.60
1.01
2.55
1.02
2.50
1.04
.
= .
= = ,
Pembacaan pada menit ke 30 : -
Pada T = 31⁰C, Nilai Cт menurut tabel 6-3
Tabel 6.3 Temperature Correction Factors Ct Temperature (⁰C)
Cт
25
+1.30
26
+1.65
27
+2.00
28
+2.50
29
+3.05
30
+3.80
31
+4.65
Maka,
Cт = +4.65 Ra = 9 Rc = Ra – zero correction + Cт Rc = 9 – 0,5 +4,65 Rc = 13,15
%
=
%
= %
-
. ,
100% ( ,
)
100%
= 26,35 %
R (Hydrometer Correction Only for Reading) = Ra + Zerro correction = 9 + 0,5 = 9,5
-
Dari tabel 6-5, dengan R = 9,5
Tabel 6.5 Values of Effective Depth Based on Hydrometer and Sedimentation Cylinder of Specifi Sizes
, ,
= = =
,
, , .
,
,
cm
Pada menit ke 30, maka -
,
=
= 0,49
Dengan T = 31⁰C dan Gs = 2,64 menurut tabel 6-4 maka :
Tabel 6.4 Values of k Use in Equation for Computing Diameter of Particle in Hydrometer Analysis
,
,
,
,
=
,
=
,
,
, , ,
,
= 0,01214 -
Untuk memperoleh nilai D = = 0,01214 = ,
,
⁻³cm
Perhitungan semua hasil praktikum didapatkan :
Time of Reading
11.04
Elaps ed time min 1
11.05 11.06
Tem p ⁰C
Ra
Cт
30
15,50
2
30,5
14,00
3
30,5
13,00
11.07
4
30,5
13,00
11.11
8
30,5
11,00
11.18
15
31
10,50
11.33
30
31
9,00
12.03
60
31
8,50
13.03
120
32
7,00
11.03
1440
31
4,00
3,80 4,23 4,23 4,23 4,23 4,65 4,65 4,65 5,62 4,65
% finer
37,68 35,52 33,52 33,52 29,51 29,36 26,35 25,35 24,29 16,33
R
16,00 14,50 13,50 13,50 11,50 11,00 9,50 9,00 7,50 4,50
L (cm)
13,7 13,92 14,08 14,08 14,41 14,5 14,75 14,8 15,07 15,56
L/t (cm/me nit) 13,70 6,96 4,69 3,52 1,80 0,97 0,49 0,25 0,13 0,01
k
D (cm)
0,01224 0,01219 0,01219 0,01219 0,01219 0,01214 0,01214 0,01214 0,01204 0,01214
Grafik Distribusi Tanah 040 035
y = 5.7982ln(x) + 54.94
% finer
030 025 020 015 010 005 000 1
0.1
0.01 Ukuran butiran
y = 5,7982ln (x) + 54,94
untuk D₆₀ y = 5,7982ln (x) + 54,94 60 = 5,7982ln (x) + 54,94 Ln x = 0,87 X = 2,39
0.001
4,53E-02 3,22E-02 2,64E-02 2,29E-02 1,64E-02 1,19E-02 8,51E-03 6,03E-03 4,27E-03 1,26E-03
untuk D₃₀ y = 5,7982ln (x) + 54,94 30 = 5,7982ln (x) + 54,94 Ln x = -4,30 X = 0,0135 untuk D₁₀ y = 5,7982ln (x) + 54,94 10 = 5,7982ln (x) + 54,94 Ln x = -7,75 X = 0,000431
-
Diperoleh hasil Cu = Cc=
=
, ,
=5545,24 =
( , ,
) ,
=
0,177
3.4
ANALISA i.
Analisa Percobaan Pada percobaan hydrometer ini bertujuan untuk menentukan distribusi dari butiran tanah yang memiliki diameter lebih kecil dari 0.074 mm atau lolos saringan no. 200 ASTM dengan cara pengendapan (hydrometer). Percobaan ini dilakukan menggunakan prinsip dari pengendapan yakni butiran yang lebih besar diameternya akan lebih cepat mengendap sedangkan untuk butiran yang lebih kecil akan membutuhkan waktu yang lama untuk mengendap, selain itu dikarenakan ukuran butiran yang sangat kecil maka percobaan hydrometer ini juga dilakukan percobaan sieve analysis setelah percobaan hydrometer selesai, fungsinya untuk mengidentifikasi gradasi butiran dari bahan yang diuji. Yang pertama dilakukan adalah membuat larutan dispersi yang dibuat dari sampuran 40 gram waterglass dengan 125 mL air, keduanya dituangkan kedalam wadah yang kemudian diaduk dengan menggunakan mixer, hal ini dilakukan untuk didapatkan larutan dispersi antara aquades dan waterglass yang diinginkan. Selanjutnya menyiapkan tanah lolos saringan 200 sebanyak 50 gram yang ditempatkan dalam wadah gelas belimbing. Langkah berikutnya yang dilakukan setelah didapatkan larutan dispersi yang diinginkan adalah menempatkan larutan tersebut kedalam gelas belimbing yang telah berisi tanah sampel yang kemudian didiamkan selama ± 18 jam untuk mendapatkan keadaan tanah yang menjadi jenuh oleh air. Selanjutnya campuran larutan pendisperi dengan tanah dipindahkan kedalam wadah besi untuk kemudian dicampur kembali menggunakan mixer selama 10 menit untuk memecah ikatan antar butiran tanah yang mengendap selama proses pendiaman selama ± 18. Larutan yang telah tercampur dimasukkan kedalam hydrometer jar dan dibersihkan sampai tidak ada lagi butiran tanah yang menempel pada wadah mixer menggunakan aquades, pemindahan bahan uji secara teliti dan hati-hati ini dilakukan agar sampel tanah yang diuji tidak mengalami perubahan berat dikarenakan ukuran tanah yang sangat kecil sehingga sangat rentan terjadi pengurangan masa. Stelah seluruh bahan uji dipindahkan kedalam hydrometer jar diisi penuh air sampai 1000mL. Sebelumnya dalam wadah hydrometer jar yang sama dengan volume
air yang sama diukur terlebih dahulu nilai koreksi nol dan koreksi miniskus, ini dilakukan karena terjadinya adhesi pada alat hydrometer ketika masuk kedalam air sehingga permukaan air disekitar pembacaan hydrometer akan naik dan tidak berada pada ketinggian air yang sebenarnya, maka dari itu pembacaan koreksi miniskus dan nol perlu dilakukan, selain itu pembacaan pada jenis air yang jernih sebelum dilakukan percobaan adalah untuk memudahkan pembacaan berikutnya, karena larutan yang telah tercampur oleh sampel tanah akan berwarna gelap dan sangat sulit untuk membaca nilai koreksi nol nya. Campuran sampel tanah yang telah terisi 1000mL tersebut kemudian dikocok secara horizontal, pengocokan ini dilakukan untuk memecah gumpalan atau endapan yang berada pada dasar hydrometer. Setelah itu menaruh hydrometer kedalam hydrometer jar tersebut dengan hati-hati dan dilakukan pembacaan dalam rentan waktu 1, 2, 3 ,4, 8, 15, 30, 60, 120, 1440 menit. Selama rentan waktu tersebut melalui wadah yang berbeda namun dengan volume air yang sama pembacaan suhu juga dilakukan, ini untuk mengukur suhu air pada saat pembacaan dilakukan akibat kondisi udara sekitar.
ii.
Analisa Hasil Seperti tujuan dari praktikum ini adalah untuk mendapatkan nilai gradasi dari bahan sampel yang diuji dan lolos saringan nomor 200, Dari hasil percobaan dan penghitungan berdasarkan literatur untuk memperoleh diameter sampel pada waktu pengukuran Berdasarkan rumus :
=
Maka untuk mengukur diameter dibutuhkan besarnya nilai L yakni hasil interpolasi dari tabel 6-5 yang diperoleh dari nilai R (Hydrometer Correction Only for Reading) hasil selisih dari Ra + zerro correction. Sedangkan nilai k didapatkan dari hasil interpolasi tabel 6-4 yang diperoleh dari besarnya nilai Gs pada praktikum specific gravity dan suhu pada saat waktu pengecekan. Sedangkan nilai t adalah menit waktu pengecekan. Sedangkan persamaan distribusi tanah yang diperoleh dari praktikum ini adalah :
y = 5,7982ln (x) + 54,94 Maka diperoleh hasil besarnya nilai koefisien keseragaman (Cu) adalah 5545,24 ini menandakan bahwa tanah memiliki gradasi yang baik karena nilai koefisien keseragamannya bernilai lebih dari 15 (Cu > 15) sedangkan nilai koefisien curvature (Cc) 0,177 berbanding terbalik, nilai Cc menujukan jika kondisi sampel tanah memiliki gradasi yang buruk karena rentan nilai Cc tidak berada diantara rentan nilai 1 < Cc < 3. Ini menunjukan bahwa sampel tanah memiliki gradasi yang baik namun memiliki koefisien kelengkungan yang buruk, sehingga jenis tanah tersebut tergolong tanah bergradasi buruk.
iii.
Analisa Kesalahan Analisa kesalahan yang terjadi pada praktikum ini adalah : -
Kesalahan estimasi waktu pembacaan
-
Ketidak hati-hatian praktikan ketika memindahkan sampel tanah dari satu alat uji ke alat uji lainnya yang mengakibatkan pengurangan jumlah massa tanah
-
Kesalahan pembacaan angka pada termometer dan hydrometer
-
Kesalahan perhitungan dikarenakan tidak adanya suhu atau angka yang tepat pada tabel yang ada.
iv.
Aplikasi Percobaan Pada percobaan hydrometer ini dapat diaplikasikan dalam bentuk kerja dilapangan seperti: -
Pembuatan pondasi dan letak bangunan : untuk mengetahui letak bangunan dan pondasi yang sesuai maka uji hydrometer ini berguna untuk mengetahui karakteristik gradasi tanah serta mengetahui jenis tanah pada daerah tempat pembangunan.
3.5
KESIMPULAN Berdasarkan hasil praktikum, perhitungan dan analisa maka diperoleh kesimpulan bahwa : -
Sampel tanah memiliki gradasi yang baik karena nilai Cu yang diperoleh adalah 5545,24 dan berada pada interval (Cu > 15)
-
Sedangkan sampel tanah memiliki gradasi yang buruk karena memiliki koefisien kelengkungan yang buruk yakni sebesar 0,177 dan tidak berada dalam interval tanah bergradasi baik yaitu (1 < Cc < 3)
3.6
REFERENSI -
Lambe T.W. “Soil Testing For Engineers”. John Willey and Sons. New York. 1951.
-
Punmia, B.C. “Soil Mechanic and Foundation”. Standard Book House. Delhie. 1981.
-
Wesley, LD. “Mekanika Tanah”. Badan Penerbit Pekerjaan Umum. 1977.
3.7
LAMPIRAN
