BAB IV KADAR AIR ( MOISTURE CONTENT )

BAB IV

KADAR AIR ( MOISTURE CONTENT )

4.1. Maksud Dan Tujuan Praktikum

Maksud dari kegiatan praktikum ini adalah bagaimana pengaruh dari kadar air didalam tanah sehingga dapat diketahui mana tanah yang baik, berkadar air tinggikah atau yang kadar airnya rendah.

Sedangkan tujuan dari kegiatan praktikum ini adalah untuk menghitung nilai kadar air dalam tanah beradasarkan data yang telah dianalisa dari suatu percobaan.

4.2. Dasar Teori

Suatu contoh tanah kering dicampur dengan air sampai menyatu dalam keadaan plastis. Contoh tanah ini dibentuk dalam suatu tabung dengan berat ( W ), kemudian dicelupkan ke dalam air raksa dan dengan demikian volumenya ( V ) dapat ditentukan.

Kadar air ditentukan dengan menimbang contoh tanah kemudian dikeringkan dalan oven bertemperatur 105⁰ - 100⁰ C dan ditimbang kembali. Pengeringan harus dilakukan terus sampai tercapai selisih antara dua penimbangab berturut – turut tidak lebih dari 0,1 % massa mula – mula dengan intterval penimbangan empat jam. Kebanyakan tanah cukup dikeringkan dalam oven selama 24 jam kadar air tanah bersangkut paut dengan kondisi air tanah.

Kadar air (Water Content) W didefenisikan sebagai :

                                      W  =    x  100

            Persamaan ini memberikan kadar air  sebagai suatu variable bebas, karena Ws konstan untuk kondisi tanah dalam keadaan lunak (steady state). Beberapa ahli telah menggunakan defenisi kadar air sebagai berikut :

  =     =      x  100

            Dan ini merupakan persamaan yang dependen, diamana berat air ada pada pembilang ataupun penyebut. Oleh karena inilah maka persamaan tersebut tidak digunakan dalam insinyur geoteknik.

Batas-batas kadar air adalah :

0    W  ,  persen  <<~

Satu hal yang biasa untuk tanah-tanah didasar laut atau tanda-tanda organis didanau tidak mempunyai nilai kadar air sampai 300 – 400 %. Kadar air alami berada dibawah 60 %. Oleh karena air (water) pada 4^o C mempunyai kerapatan 1 gr/cm³ (sekitar 62,38 lb/Ft³), berat satuan air pada suhu 4^o C adalah

_w  =    =  62,4  lb/Ft³

Atau dalam satuan SI

γ_w = 1 gr/cm³ x 980,7 dynes/gr x { 1 x 10^-5 N/dyne ) x (1 x 10⁶ cm³/cm³) x     KN/1000N

    = 1 x 9,807

    = 9,807 KN/m³

            Kerapatan (berat satuan yang berhubungan dengan itu) untuk air berubah-ubah sedikit, tergantung kepada temperature tetapi untuk semua maksud-maksud teknis dapat diambil sebagai 9,807 kN/m³ (kerapatan sebesar 1 gr/cm³) untuk kisaran temperature 0 sampai 20^o , kecuali pada konteks persoalan ditentukan lain.

Apabila air dikumpulkan dan butir-buitr tanah dihancurkan sehingga tanah tersebut berbentuk zat padat yan tidak berpori, maka bentuk diagram blok pada gambar akan memperlihatkan volume satuan butir tanah yang sama.

Dalam mekanika tanah, seperti dalam bidang teknik lainnya, beberapa hubungan tertentu adalah merupakan fundamental sehingga ia menjadi suatu defenisi walaupun hubungannya dinyatakan sebagai rumus – rumus matematis. Dalam kasus-kasus lain, dan akan diuraikan atau dikembangkan dalam bagian ini dan bagian-bagian berikutnya :

 

 

Gambar 4.1. Hubungan antara berat volume untuk tanah

Perhatikan bahwa kita tidak memerlukan suatu kubus yang berbentuk teratu : kondisi-kondisi yang diperhatikan disini dapat berlaku selama dapat diperoleh volume lubang dan berat tanah yang dipindahkan dari lubang. Apabila seseorang pergi kelapangan, membersihkan permukaan tanah, dan (apabila secara fisik memungkinkan), mendapatkan kubus tanah dengan dimensi-dimensi satuan (missal 1 x 1 x 1 cm).

Seperti pada gambar 4.1. pemeriksaan visual akan memperhatikan bahwa blok tanah itu akan terdiri dari :

1. Pori atau ruang kosong (voids) yang merupakan ruang-ruang terbuka antara butir-butir tanah, dengan berbagai ukuran.
2. Butir-butir tanah yang mungkin makroskopis atau mikroskopis dalam ukurannya.
3. Kelembaban tanah yang akan menyebabkan tanah terlihat basah, lembab ataupun kering. Air didalam pori atau ruang kosong, atau disebut air pori, mungkin ada dalam kwantitas yang cukup untuk memnuhi ruang kosong atau hanya mengisi ruang kosong sebagian saja.

Pori-pori tanah tidak berisi tanah sudah tentu akan penuh dengan udara dan uap air. Apabila diletakkan kubus (dengan satuan volume), berat yang ditimbang dianggap sebagai berat satuan basah. Kasus khusu terjadi ketika semua ruang kosong terisi oleh air : berat yang dihasilkan oleh berat satuan jenuh (saturated). Apabila kubus tanah tersebut diletakkan kedalam oven dan dikeringkan sampai suatu berat yang konstan, dan ditimbang kembali, berat satuan kering (dry) dari tanah akan didapatkan. Kesemua ini dan symbol-simbol lain yang digunakan adalah konsisten dengan apa yang direkomendasikan oleh “Geoteknical Commite On Nomenclature for Soil Mekanics”. Perlu diketahui bahwa kubus tadi pecah-pecah didalam oven pada saat dikeringka, berat yang didapat tetapmerupakan berat satuan. Untuk kasus ini, apabila system saluran Foot – Pound – Sekon yang digunakan, berat satuan akan dinyatakan dalam Pound per foot kubik (lb/Ft³) dalam satuan SI dengan sebagai kilonewton per meter kubik.

Dari uraian tersebut, maka dapat diketahui berat satuan tanah (atau material lainnya) adalah :

γ  = 

Air Tanah

Semua jenis tanah bersifat lolos air (permeable), dimana air bebas mengalir melalui ruang – ruang kosong (pori – pori) yang terdapat diantara butiran - butiran tanah. Tekanan pori diukur relatif terhadap tekanan atmosfir, dan permukaan lapisan tanah yang tekanannya sama dengan tekanan atmosfir dinamakan muka air tanah atau permukaan freatik. Dibawah muka air tanah, tanah diasumsikan jenuh, walaupun sebenarnya tidak demikian karena adanya rongga – rongga udara. Dengan demikian tingkat kejenuhan tanah biasanya dibawah 100 %. Tinggi muka air tanah berubah ubah sesuai dengan keadaan iklim, tetapi dapat juga berubah karena pengaruh adanya kegiatan konstruksi. Di tempat itu dapat terjadi muka air tanah dangkal (perched water table), diatas muka air tanah biasa. Sedangkan kondisi dapat terjadi bila tanah dengan permeabilitas tinggi dipermukaan atasnya dibatasi oleh lapisan rapat air. Tekanan pada lapisan artesis tidak ditentukan berdasarkan tinggi muka air tanah setempat, tetapi berdasarkan tinggi muka air tanah pada suatu tempat lain yang lapisan atasnya tidak dibatasi oleh lapisan rapat air.

Diatas muka air tanah, air mendapat tekanan negatif akibat adanya gaya kapiler, makin kecil ukuran pori, maka makin besar kadar air / kemampuan air untuk naik melebihi muka air tanah. Besarnya efek kapilaritaas tidak beraturan pada setiap bagian tanah , karena ukuran pori – pori yang dilewatinya bersifat acak pula. Pada bagian terbawah dari zona kapiler, kondisi tanah hampir jenuh, tetapi secara umum tingkat kejenuhannya akan turun bila posisi yang titinjau makin tinggi. Ketika air meletus (percolate) dari permukaan tanah kepermukaan air tanah menimbulkan gaya – gaya tarik antar partikel. Tekanan negatif air yang berada diatas muka air tanah menimbulkan gaya – gaya tarik antar partikel. Gaya tarik – menarik ini disebut penghisapan tanah (soil suction) yang merupakan fungsi dari ukuran pori – pori dan kadar air. Kadar air juga berhubungan dengan permeabilitas.

Permeabilitas

Untuk aliran air satu dimensi pada lapisan tanah jenuh sempurna, digunakan rumus empiris Darcy:

q = A.k.i

atau

            = k.i

Dimana q = volume aliran air per satuan waktu, A = luas penampang tanah yang dilewati air, k = koefisien permeabilitas, i = gradien hidrolik, dan V = kecepatan aliran (discharge velocity). Satuan koefisien permeabilitas sama dengan satuan kecepatan, yaitu m/ detik.

            Koefisien permeabilitas terutama tergantung ukuran rata – rata pori yang dipengaruhi oleh distribusi ukuran partikel, bentuk partikel, dan struktur tanah. Secara garis besar, makin kecil ukuran partikel, makin kecil pula ukuran pori dan makin rendahnya koefisien permeabilitasnya. Berat suatu lapisan tanah berbutir kasar yang mengandung butiran – butiran halus memiliki harga k yang lebih rendah dari tanah ini, koefisien permeabilitas merupakan fungsi dari angka pori. Kalau tanahnya berlapis – lapis permeabilitas untuk aliran tegak lurus lapisan. Permeabilitas lempung yang bercelah (fissured) lebih besar dari pada lempung yang tidak bercelah (unfissured). Koefisien permeabilitas juga bervariasi tergantung pada suhu (viscositas air juga tergantung pada suhu). Kalau harga k diambil 100 % pada 20⁰ C maka nilainya pada 10⁰ C dan 0⁰ C berturut – turut 77 % dan 56 % koefisien permeabilitas dapat juga dinyatakan dengan rumus:

 K

Dalam praktikum kadar air ini rumus yang dipakai adalah:

Dimana

W_{1  =} Weight of Continer

W₂  = Weight of Continer + Wet Soil

W₃ = Weight of Continer + Dry Soil

W_w = Weight of Water

W₄ = Weight of Dry Soil

4.3. Bahan Dan Peralatan

4.3.1.      Bahan Dan Fungsinya

Adapun bahan yang dipergunakan dalam percobaan ini adalah sebagai berikut :

1.      Conto tanah kering yang lolos ayakan no. 40, fungsinya sebagai sampel yang digunakan dalam praktikum.

2.      Air suling, fungsinya sebagai fluida yang dipakai untuk membasahi suatu sampel tanah yang digunakan dalam percobaan.

4.3.2.      Peralatan Dan Fungsinya

Adapun bahan yang dipergunakan dalam percobaan ini adalah sebagai berikut :

1.      Cawan , fungsinya seagai tempat / media tempat conto sampel  yang akan dijadikan percobaan.

2.      Timbangan dengan ketelitian masing – masing 0,1 gr, sebagai alat untuk menimbang krus aluminium baik sebelum berisi maupun sesudah berisi sampel

3.      Oven, fungsinya sebagai alat untuk membantu proses penguapan / pengeringan sampel dengan suhu yang telah ditentukan

4.      Sekop berfungsi sebagai alat untuk mengambil conto kedalam ayakan no 40

                        Cawan                                          Timbangan Elektrik            

 

                  Oven                                                                 Sekop

Gambar 4.2 Alat – alat dalam percobaan kadar air

4.4. Prosedur Percobaan

Adapun proses percobaan dalam kegiatan ini adalah :

1.      Menimbang cawan (krus aluminium) ( W₁ ) dan mencatat nomornya.

2.      Memasukkan conto ke dalam cawan (krus aluminium) dan menimbang beratnya ( W₂ )

3.      Memasukkan conto beserta krus aluminium ke dalam oven dengan temperatur tetap 110⁰ selama 24 jam.

4.      Mengeluarkan krus aluminium dari oven dan biarkan sampai beratnya konstan.

5.      Menimbang dan mencatat beratnya setelah kering untuk menghitung W₃

4.5. Pembahasan

Dari hasil kegiatan percobaan akan diperoleh masing – masing nilai kadar air yang bervariasi, hal ini dipengaruhi berat krus aluminium dengan tanah basah yang mana hal tersebut akan menetukan banyaknya atau sedikitnya kandungan air yang diambil dari sampel.

Kadar air merupakan tingkat perbandingan antara berat air dengan berat kering, maka jumlah kandungan air ditentukan dari nilai serta berat dari sampel terutama sampel yang mengandung air.

Dari hasil percobaan akan diperoleh data sebagai berikut :

Tabel 4.1. Distribusi Kadar Air

No	Keterangan Percobaan	I	II
1	Berat cawan (W1)	76,79 gr	78,29 gr
2	Berat cawan + tanah basah (W2)	316,5 gr	299,4 gr
3	Berat cawan + tanah kering (W3)	283,4 gr	273,5 gr
4	Berat air (Ww)	33,1 gr	26,9 gr
5	Berat tanah kering (W4)	206,6 gr	194,3 gr
6	Kadar air (W5)	16 %	13,8 %
7	Average	4,9 %

Persamaan umum perhitungan kadar air :

-                

Dimana :

                        - Berat Air (Ww) = ( Berat Cawan + Tanah Basah )

                –  ( Berat Cawan + Tanah Kering )

-    Pada Percobaan I

Berat air (Ww) (1)       = W₂ – W₃

                                       = 316,5 gr – 283,4 gr

                                       = 33,1 gr

-    Pada percobaan II

Berat Air (Ww) (2)     = W₂ – W₃

                                                    = 299,4 gr – 273,5 gr

                                       = 26,9  gr

             - Berat Tanah Kering = ( Berat Tanah Kering + Cawan )

                                 – (Berat Cawan)

-    Pada percobaan I

Berat tanah kering (W₄) (1)     = W₃ – W₁

                                                   = 283,4 gr – 76,79 gr

                                                   = 206,61 gr

-    Pada Percobaan II

Berat tanah kering (W₄) (2)     = W₃ – W₁

                                                                    = 273,5 gr– 78,2 gr

                                                   = 194,3 gr

            Perhitungan kadar air :

v  Pada Percobaan I Ww    = 33,1 gr W4    = 206,6 gr W5    = ( Moisture Content ) ? W5  =          =          = 16 %

v  Pada Percobaan II Ww    = 26,9 gr W4    = 194,3 gr W5    = (Moisture Content) ? W5 =          =          = 13,8 %

Maka kadar air rata – rata ( Average of Moisture Content ) keseluruhan adalah :

           

4.6. Kesimpulan Dan Saran

4.6.1.      Kesimpulan

Adapun kesimpulan dari percobaan ini adalah :

a.       Kadar air merupakan tingkat perbandingan antara berat air ( Ww ) dengan berat kering ( Ws )

b.      Kandunagn air dari suatu sampel sangat dipengaruhi berat dari fluida yang tercampur dengan sampel.

c.       Dalam kegiatan selanjutnya, kadar air tanah dapat dinyatakan dengan batas – batas konsistensi tanah.

d.      Batas – batas konsistensi tanah meliputi batas cair, batas plastis, dan batas susut.

4.6.2.      Saran

Sebaiknya untuk mendapatkan nilai kadar air yang konstan diperlukan pemanasan dengan oven yang memiliki suhu optimum ± 120⁰ C dan waktu 24 jam, sehingga kadar air yang dimiliki sampel dapat dikoreksi.