Analisa Densitas Dan Porositas Batuan Da [PDF]

Citation preview

PRAKTIKUM BAHAN DENSITAS BATUAN 2016



1



Analisa Densitas dan Porositas Batuan dan Serbuk Muthia Diah Nurmalasari, Diajeng A, Yuli S, dan Nurul Amalia, Dr. M.Zaenuri Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail: [email protected] Telah dilakukan percobaan Analisa Densitas dan Porositas Batuan Padat yang menganalisa struktur batuan berdasarkan densitas, menganalisa pengaruh gaya Archimedes terhadap berat batuan, dan menentukan nilai densitas dan porositas dari material serbuk. Prinsip dari percobaan ini menggunakanprinsip hukum Archimedes. Percobaan ini menggunakan prinsip hukum archimedes. Diambil 5 sampel batuan Pertama-tama batu ditimbang dan dioven diatas suhu 1000C. Diukur massa kering dan basah batu dengan neraca ohaus dan diukur berat kering dan basah batu dengan neraca pegas. Hubungan antara densitas dan porositas batuan saling berbanding terbalik. Dari data diketahui bahwa nilai berat kering lebih besar jika dibandingkan dengan berat basah. Hal ini dapat terjadi karena adanya hukum archimedes yang berlaku pada percobaan. Pada berat basah maka berat benda akan mendapat gaya dorong atau gaya apung keatas yang sama besar dengan berat atau bagian benda yang tercelup ke air. Sehingga nilai berat basah akan selalu lebih kecil daripada nilai berat kering. Pada batu pertama densitasnya tak hingga, hal ini dikarenakan massa benda terlalu kecil dan berat benda selama di batu dan air sama, batu kedua dengan densitas 1980,75 kg/m3 merupakan batu sedimen, batu ketiga dengan densitas 2350 kg/m3 dan batu keempat 2219 kg/m3 juga merupakan batuan sedimen, sedangkan pada batu kelima dengan densitas 795 kg/m3. Nilai densitas terkecil dan porositas terbesar terdapat pada 5. Pada serbuk pasir pertama memiliki porositas 0,17% dan massa jenis 106,68 kg/m3. Untuk pasir kedua hanya diperoleh nilai porositas saja yakni sebesar 0,319%.



ataupun percobaan tertentu. Adapun persamaan untuk mencari densitas secara umum dituliskan sebagai berikut, 𝑚 𝜌 = ..............................................(1) 𝑉 Dimana 𝜌 besar densitas bahan, m merupakan massa bahan dan V adalah volume bahan [2]. 𝜌𝑎𝑖𝑟 𝑥 mkering x 𝑔 𝜌= ...............................(2) 𝐹𝑎 𝐹𝑎 = Wk − Wb...............................(3) Massa suatu bahan merupakan jumlah material penyusun bahan itu sendiri. Massa bahan berbeda dengan berat bahan. Berat bahan merupakan massa bahan yang dipengaruhi oleh percepatan gravitasi. Massa bernilai tetap dimanapun dia berada. Sedangkan berat bahan besarnya berubah – ubah sesuai dengan percepatan gravitasai tempat bahan itu berada[2]. Porositas merupakan perbandingan antara volume rongga-rongga (pori) dengan volume total keseluruhan bahan. Perbandingan ini biasanya dinyatakan dalam persen. Porositass diklasifikasikan menjadi dua jenis yaitu porositas primer dan porositas sekunder.porositas primer adalah porositas yang terbentuk pada waktu yang bersamaan dengan proses pengendapan atau ketika pembuatan suatu bahan berlangsung. Sedangkan porositas sekunder adalah porositas bahan yang terbentuk setelah proses pngendapan atau pembuatan bahan[3].



Kata Kunci— Densitas, Hukum archimedes, Porositas



I. PENDAHULUAN alam kehidupan sehari – hari kita selalu membutuhan bahan-bahan material. Misalnya saja untuk membangun rumah kita membutuhkan berbagai macam material yang memiliki manfaat dan kegunaan masing – masing. Dalam suatu proyek pembangunan sangat penting untuk mengetahui sifat dari bahan yang akan digunakan. Misalnya saja besar densitas dan pororositas bahan yang akan digunakan. Hal ini dikarenakan karakter atau sifat bahan akan mentukan kekuatan dan juga kualitas bangunan yang dikerjakan. Oleh karena itu dilakukan percobaan mengenai analisa densitas dan porositas batuan padat. Densitas suatu material merupakan suatu tingkat padatan material .pernyataan ini dapat dituliskan dalam fungsi berbandingan massa material per volume material. densitas material alam berbeda beda tergantung dari bahan penyusun suatu material tersebut. Semua benda yang bermasa memiliki nilai densitas masing – masing. Densitas merupakan salah satu sifat fisis dari bahan . Sifat fisis berarti sifat dari suatu bahan yang tidak dapat dilihat secara langsung oleh mata. Akan tetapi densitas dapat diketahui dengan melakukan perhitungan



D



Gambar 1. Macam-macam bentuk porositas bahan



Porositas suat suatu bahan atau batuan dipengarungi oleh beberapa faktor. Faktor tersebut diantaranya ukuran butiran penyusun bahana, komposisi bahan, distribusi bahan, sementasi dan juga angularitas atau kemiringan sudut bahan. Jika ukuran butir pada penyusun batuan kecil maka semakin rapat batuan tersebut. Sehingga antar permukaan butir saling bersentunhan yang nantinya meminimalisir rongga atau pori batuan. Komposisi bahan yang semakin homogen mengakibatkan porositas bahan semakin kecil, jika komposisi bahan batuan beragam maka porositasnya besar.distribusi



PRAKTIKUM BAHAN DENSITAS BATUAN 2016 bahan juga demikian, semakin teratur distribusi bahan maka porositas bahan semakin kecil, begitu juga sebaliknya. Yang dimaksud dengan dengan sementasi adalah adanya bahan atau material yang mengisi rongga-rongga bahan. Jika suatu batuan atau bahan tersementasi dengan baik maka porositas batuan semakin kecil, begitu pula sebaliknya. Sedangkan angularitas atau kemiringan sudut berarti jika bahan semakin menyudut maka antar materian bahan saling bersentuhan satu sama lain sehingga porositas atau pori semakin kecil[3]. 𝑚𝑏− mk 𝜌= 𝑥 100%.................................(4) 𝑚𝑘 Densitas dan porositas pada suatu material saling berhubungan . besar kecilnya porositas pada bahan akan mempengaruhi nilai densitas bahan tersebut. Densitas sendiri berati kepadatan, sehingga suatu bahan banyak berongga dan memiliki kerapatan yang rendah maka densitas batuan akan semakin kecil. Jika rapatan suatu benda besar maka rongga bahan semakin sedikit[1]. Pada suatu benda yang dicelupkan ke dalam air yang berada dalam wadah tertentu maka benda tersebut akan mengalami gaya tekan ke atas sama besar dengan bagian benda yang tercelup. Pernyataan ini sesuai dngan Hukum Archimedes yang menerangkan tentang gaya keatas oleh zat cair. Hukum Archimedes berbunyi sebagai berikut “suatu benda yang dicelupkan sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair akan mendapat gaya tekan ke atas yang besarnya sama dengan berat zat cair yang dipindahkan oleh benda tersebut”. Banyak teknologi jaman sekarang ini yang telah memanfaatkan prinsip dari hukum Archimedes ini. Misalnya saja teknologi kapal selam, Hidroneter, jembatan poton, teknologi balon udara dan masih banyak lagi yang lain[4]. Dari pernyataan Archimedes tersebut maka keadaan suatu benda dapat dikatakan dalam 3 posisi dalam zat cair. 3 posisi tersebut yaitu terapung, melayang dan tenggelam. Benda dikatakan terapung jika densitas suatu benda lebih kecil dari pada densitas zat cair yang digunakan. Benda dikatakan melayang jika densitas benda sama besar dengan densitas zat cair yang digunakan. Sedankan untuk benda yang tenggelam yaitu benda yang densitasnya lebih besar dari pada zat cair yang digunakan[4].



2 batu apung , batu marmer dan lain sebagainya. Berikut merupakan tabel besar nilai densitas pada batuan tertentu [5]. Tabel 1. Nilai Refrensi densitas batuan



Batuan



Densitas (g/cm3)



Batu batako Batu bata Batu Kerikil Batu Kali Batu Koral



600 2403 1928 1723 1580



II. METODOLOGI Pada percobaan analisa densitas dan porositas batuan padat dibutuhkan beberapa alat dan bahan yaitu oven , tali rafia, neraca pegas, neraca ohaus, gelas ukur , 5 macam batuan berporus dan air. Oven berfungsi untuk mengerikan batuan sehingga diperoleh massa kering batuan. Tali rafia berfungsi untuk menggantungkan batuan pada neraca pegas. Neraca pegas untuk mengukur berat batuan. Neraca ohaus berfungsi untuk mngukur besar massa batuan. Gelas ukur digunakan sebagai wadah air, 5 batuan berporus sebagai bahan uji dalam percobaan. Dan air digunakan sebagai media untuk mengukur berat basah batuan. Alat dan bahan seperti pda gambar berikut,



(a)



(b) Gambar 3.(a) Alat dan Bahan Percobaan (b) Oven pemanas Gambar 2. Tiga keadaan benda dalam zat cair akibat



Batuan di alam memiliki densitas yang brbeda-beda. Hal terjadi akibat proses pembentukan yang berbeda – beda pula dan komposisi yang membentuk batuan tersebut juga berbedabeda. Ada banyak jenis batuan seperti batu kapu, batu andesit,



A. Densitas dan Porositas Batuan Adapun langkah-langkah percobaan sebagai berikut. Pertama ditimbang batuan uji dengan menggunakan neraca ohaus. Lalu dikeringkan batuan uji pda oven pemanas selama 10 menit dengan suhu minimal 900C. Batuan uji ditimbang kembali dengan neraca ohaus. Proses pengovenan dilakukan



PRAKTIKUM BAHAN DENSITAS BATUAN 2016



3



berulang-ulang hingga massa batuan uji konstan. Jika sudah konstan dicatat massa batuan uji sebagi massa kering (mk). Batu digantungakn pada neraca pegas dengan tali rafia dan diukur berat batuan sebagai berat kering (W k). Dicelupkan batuan uji kedalam air dan ditunggu hingga gelembung – gelembung udara hilang. Kemudan batuan uji digantung dengan tali rafia lagi dan diukur berat basah (W b) dengan neraca pegas. Lalu ditimbang lagi batuan uji dengan neraca ohaus dan diperoleh massa basah batuan (mb). Lalu dihitung massa jenis dan porositasnya dengan rumus seperti berikut ini 𝜌 𝑥 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑘𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔𝑥𝑔 𝜌𝑏𝑎𝑡𝑢𝑎𝑛 = 𝑎𝑖𝑟 (5) 𝑏𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑘𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔−𝑏𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑏𝑎𝑠𝑎ℎ



Pada percobaan ini dilakukan dua percobaan berbeda yaitu untuk mengidentifikasi densitas dan porositas padasetiap jenis serbuk pasir. Pada percobaan untuk mengidentifikasi densitas dilakukan percobaan dengan cara ditimbang massa pasir pada neraca ohauss. Kemudian ditimbang alat picnometer dan tutupnya dengan menggunakan neraca ohauss dicatat sebagai massa satu (m1). Lalu ditimbang massa piknometer dengan fluida dicatat sebagai m2, selanjutnya ditimbang massa piknometer, dan pasir dicatat sebagai m3, tahap selanjutnya dicampur massa piknometer, air, dan pasir dan dicatat sebagai m4. Langkah ini diulangi untuk jenis pasir yang lain. Lalu dihitung massa jenis nya dengan persamaan :



Sedangkan untuk menghitung porositas batuan 𝑃𝑜𝑟𝑜𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 (∅) =



𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑏𝑎𝑠𝑎ℎ−𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑘𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑘𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔



𝑥100%



𝜌𝑠𝑒𝑟𝑏𝑢𝑘 = 𝜌𝑎𝑖𝑟 (𝑚



(6)



Berikut merupkan flowchart dalam percobaan ini, Start Ditimbang batu dengan neraca ohaus Dioven batu selama 10 menit Ditimbang batu dengan neraca ohaus Hinggga massa kering konstan



(𝑚3 −𝑚1 )



(7)



2 −𝑚1 )+(𝑚4 −𝑚3 )



Untukmenentukannilaiporositas serbuk pasir, langkah pertamadiukur diameter dan tinggi tabungkecil, dengan cara pasir dimasukkan dalam tabung yang kemudian diukur dengan penggaris ketinggian pasir tersebut. Lalu proses selanjutnya pasir dikeluarkan dari tabung, diganti dengan air, diukur ketinggian air yang berada dalam tabung kecil tersebut. Langkah selanjutnyadicampur antara air dan pasir yang telah diukur ketinggiannya, lalu diukur ketinggian total gabungan pasir dan air. Langkah ini dilakukan pada jenis pasir yang lain. Dengan demikian untuk menghitung porositas serbuk menggunakan rumus sebagai berikut 𝑃𝑜𝑟𝑜𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 (∅) =



𝑉𝑎𝑖𝑟+𝑉𝑝𝑎𝑠𝑖𝑟 −𝑉𝑐𝑎𝑚𝑝𝑢𝑟𝑎𝑛 𝑉𝑐𝑎𝑚𝑝𝑢𝑟𝑎𝑛



𝑥100%



(8)



Diukur Berat kering dengan neraca pegas Dimasukka batu dlam air hingga gelembung udara hilang



Ditimbang massa basah batu dengan neraca ohaus Diukur berat basah batu dengan neraca pegas Variasi 5 batuan Apakah sudah dilakukan pada semua sampel ?



II. HASIL DAN PEMBAHASAN Telah dilakukan percobaan analisa densitas dan porositas batuan padat yang bertujuan untuk mengetahui hubungan antara densitas dan porositas pada batuan , untuk menentukan nilai densitas suatu batuan ,dan untuk menentukan nilai porositas suatu batuan. Dari percobaan diperoleh data berupa maasa kering (mk) , massa basah (mb), berat kering (Wk) dan berat basah (Wb) yang tersaji dalam tabel berikut,  Densitas dan Porositas Batuan Tabel 1. Hasil pengukuran untuk densitas dan porositas batuan pada percobaan pertama



bat u



1 2 3



Finish



4 5



m awal (gr)



m kering (kg)



m basah (kg)



w kering (N)



w basah(N)



1,6



0,0016



1,69



0,2



0,2



17,59



0,01759



17,7



0,4



0,3



15,56



0,01556



15,97



0,35



0,3



14,7



0,0147



14,9



0,4



0,3



3,54



0,00354



4,49



0,25



0,2



Gambar 5. Flow chart percobaan densitas batuan



B. Densitas dan Porositas Serbuk Pasir Percobaan ini dilakukan dengan peralatan dan bahan yaitu neraca ohauss, piknometer, tabung kecil, air, dua jenis pasir.



Tabel 2. Hasil pengukuran untuk densitas dan porositas batuan pada percobaan kedua



PRAKTIKUM BAHAN DENSITAS BATUAN 2016



bat u



m awal (gr)



m kering (kg)



m basah (kg)



w kering (N)



4



w basah(N)



1



1,6



0,0016



1,67



0,2



0,2



2



17,62



0,01762



17,64



0,38



0,3



3



15,88



0,01588



16,09



0,4



0,3



4



14,84



0,01484



14,91



0,35



0,3



5



4,41



0,00441



4,52



0,25



0,2



Tabel 3. Hasil perhitungan untuk densitas dan porositas batuan Batu Densitas (kg/m3) Porositas (%) 1 #DIV/0!



5



1980,75



0,369431



2350



1,97869



2219



0,916121



795



14,66524



2 3



perhitungan pada Tabel 3, untuk porositas tertinggi memiliki densitas terendah, yakni pada batu ke 5  Densitas dan Porositas Serbuk Pasir Dari percobaan yang telah dilakukan diperoleh data sebagai berikut Tabel4. Hasil pengukuran untuk densitas dan porositas serbuk pasir pertama Variasi Tinggi pasir Tinggi air(mm) Tinggi air+pasir serbuk (mm) (mm) 1 7 9 13 2 5 10 13 3 6 11 14 Tabel5. Hasil pengukuran untuk densitas dan porositas serbuk kedua Variasi Tinggi pasir Tinggi air(mm) Tinggi air+pasir serbuk (mm) (mm) 1 6 11 13 2 7 7 11 3 7 8 12



4 5



Percobaan densitas dan porositas batuan padat ini dilakukan pada 5 buah sampel batuan. Hal ini ditujukan untuk mengetahui pada setiap bahan memiliki densitas dan juga porositas yang berbeda-beda. Dari data yang diperoleh diketahui bahwa nilai berat kering lebih besar jika dibandingkan dengan berat basah. Hal ini dapat terjadi karena adanya hukum archimedes yang berlaku pada percobaan. Pada berat basah maka berat benda akan mendapat gaya dorong atau gaya apung keatas yang sama besar dengan berat atau bagian benda yang tercelup ke air. Sehingga nilai berat bassah akan selalu lebih kecil daripada nilai berat kering. Dari percobaan yang dilakukan ternyata diperoleh data yang berbeda dengan teori yang ada. Yaitu pada batu ketiga dan keempat. Pada batu ketiga memiliki densitas yang lebih besar dibandingkan batu keempat, namun memiliki porositas yang juga lebih tinggi dibandingkan batu keempat, padahal seharunya porositasnya lebih kecil atau dengan kata lain, nilainya berbanding terbalik seharusnya. Hal ini dapat terjadi karena adanya beberapa factor error yang mempengaruhi. Praktikum ini. Misalnya ketelitian alat yang digunakan. Pada neraca pegas, ketelitiannya hanya mencapai 0,5 N sehingga sangat sulit menentukan nilai berat kering dan berat basah batu tersebut dalam skala yang ada. Selain itu, ketelitian praktikan untuk mengamati setiap gelembung yang keluar dari pori-pori batuan kurang maksimal. Sehingga berpengaruh pada perhitungan densitas dari batu tersebut. Kemudian, pada jenis batu yang sama, belum tentu memiliki kerapatan yang hampir sama. Bisa saja jauh berbeda, karena dipengaruhi oleh keadaan disekitar batu tersebut. Dapat diketahui bahwa nilai densitas batuan yang semakin besar maka nilai porositasnya semakin kecil. Hal ini sesuai dengan teori yang ada yaitu jika densitas suatu bahan besar maka nilai porositas suatu bahan akan semakin kecil. Berarti jika suatu bahan memiliki kerapatan yang baik maka semakin sedikit jumlah pori – pori yang ada pada bahan tersebut. Jika bahan yang digunakan memiliki kerapatan yang buruk , maka akan terdapat banyak pori atau rongga pada bahan. Hal ini dapat kita lihat misalkan pada data hasil



Tabel6. Hasil pengukuran mengggunakan picnometer pada serbuk pertama Perlakuan Massa (gram) M1 21,59 M2 31,81 M3 23,73 M4 33,57



Keterangan: M1 = Piknometer + Tutup M2 = Piknometer + Tutup + Fluida M3 = Piknometer + Tutup + Pasir M4 = Piknometer + Tutup + Pasor + Fluida Tabel7. Hasil perhitungan porositas dan densitas serbuk Jenis pasir Porositas (%) Massa jenis (kg/m3) 1 0,172161 106,67996 2 0,319231



Dari data hasil percobaan diatas, maka dilakukan perhitungan untuk mencari nilai densitas porositasnya, dan diperoleh nilai porositas serbuk pasir 1 sebesar 0,17% dan massa jenis 106,68 kg/m3. Untuk pasir kedua hanya diperoleh nilai porositas saja yakni sebesar 0,319%, densitasnya tidak dapat kami hitung karena tidak dilakukan pengambilan data menggunakan piknometer seperti pada serbuk pasir pertama. Sehingga tidak bisa dibandingkan dan membuktikan teori hubungan porositas dan massa jenis yang berbanding terbalik. III. KESIMPULAN Setelah dilakukan percobaan analisa densitas dan porositas batuan padat maka dapat diambil kesimpulan yakni hubungan antara densitas dan porositas batuan saling berbanding terbalik. Jika nilai densitas batuan besar maka porositas batuan kecil, begitupula sebaliknya. Dari perhitungan densitasnya dapat diketahui jenis batuannya. Pada batu pertama tidak dapat dihitung karena hasil yang diperoleh menjadi tak hingga, batu kedua dengan densitas 1980,75 kg/m3 merupakan batu sedimen, batu ketiga dengan densitas 2350 kg/m3dan batu keempat 2219 kg/m3 juga merupakan batuan sedimen, sedangkan pada batu kelima dengan densitas 795 kg/m3tidak diketahu karena tidak dapat ditemukan pada tabel referensi. .



PRAKTIKUM BAHAN DENSITAS BATUAN 2016 Dari data diketahui bahwa nilai berat kering lebih besar jika dibandingkan dengan berat basah. Hal ini dapat terjadi karena adanya hukum archimedes yang berlaku pada percobaan. Pada berat basah maka berat benda akan mendapat gaya dorong atau gaya apung keatas yang sama besar dengan berat atau bagian benda yang tercelup ke air. Sehingga nilai berat basah akan selalu lebih kecil daripada nilai berat kering. Pada serbuk pasir pertama memiliki porositas 0,17% dan massa jenis 106,68 kg/m3. Untuk pasir kedua hanya diperoleh nilai porositas saja yakni sebesar 0,319%.



IV. UCAPAN TERIMAKASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada bapak Dr. M.Zaenuri selaku dosen mata kuliah fisika Laboratorium, asisten laboratorium Fisika Laboratorium yaitu Diajeng A, Yuli S, dan Nurul Amalia T, serta teman-teman satu kelompok praktikum dan semua pihak yang telah membantu dan memberikan dukungan terkait pratikum ini. DAFTAR PUSTAKA [1] [2] [3] [4] [5]



Incropera, Frank P. and Dewitt, David P. 2002. Fundamentals Of Heat and Mass Transfer 5th edition. Singapore, John Wiley & Sons, Inc. R.E Smallman and R.J Bishop. 2000.”Modern Physics Metallurgy & Materials Engineeering 6th Edition. Jakarta, Erlangga Sears and Zemansky. 2002.”Physics Universcity”.Jakarta. Erlangga Surdia, Tata. 1984. Pengetahuan Bahan Teknik. Jakarta: Pradnya Paramita Vlack, Lawrence H.Van,1994,”Ilmu dan Teknologi Bahan” Erlangga: Jakarta



5