LAPORAN PRAKTIKUM MEKANIKA TANAH DASAR

BAB 3

HYDROMETER

KELOMPOK 20

ALEXANDER KEVIN 1206253786

HANIF AUDINA 1206240360

YUDHISTIRA HERUBOWO 1206218026

TANGGAL PRAKTIKUM : 12 APRIL 2014

ASISTEN PRAKTIKUM : FARID FARLANDI

TANGGAL DISETUJUI :

NILAI :

PARAF ASISTEN :

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 :

% finer = ��

��� 100%

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

3.2 PRAKTIKUM

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

Reading

Elapsed time min Temp ⁰C 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

Elapsed time min

Temp ⁰C

Ra Cт % finer R L (cm) L/t (cm/menit)

k D (cm)

11.04 1 30 15,50 3,80 37,68 16,00 13,7 13,70 0,01224 4,53E-02

11.05 2 30,5 14,00 4,23 35,52 14,50 13,92 6,96 0,01219 3,22E-02

11.06 3 30,5 13,00 4,23 33,52 13,50 14,08 4,69 0,01219 2,64E-02

11.07 4 30,5 13,00 4,23 33,52 13,50 14,08 3,52 0,01219 2,29E-02

11.11 8 30,5 11,00 4,23 29,51 11,50 14,41 1,80 0,01219 1,64E-02

11.18 15 31 10,50 4,65 29,36 11,00 14,5 0,97 0,01214 1,19E-02

11.33 30 31 9,00 4,65 26,35 9,50 14,75 0,49 0,01214 8,51E-03

12.03 60 31 8,50 4,65 25,35 9,00 14,8 0,25 0,01214 6,03E-03

13.03 120 32 7,00 5,62 24,29 7,50 15,07 0,13 0,01204 4,27E-03

11.03 1440 31 4,00 4,65 16,33 4,50 15,56 0,01 0,01214 1,26E-03

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

y = 5.7982ln(x) + 54.94

000

005

010

015

020

025

030

035

040

0.0010.010.11

% f

ine

r

Ukuran butiran

Grafik Distribusi Tanah

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 = � ��

� �� =

�,��

�,������=5545,24

Cc=� ���

� �� � ��=

(�,����)�

�,������ � �,��= 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