FISIKA TANAH PENGERTIAN TANAH
TANAH
PERTANIAN
KERAMIK
ADA 2 VARIABEL YG MEMBEDAKAN •
UKURAN PARTIKEL
•
KEDALAMAN TANAH
•
TANAH : BAGIAN ATAS KULIT BUMI YANG TELAH MENGALAMI PELAPUKAN & TERDAPAT AKTIVITAS BIOLOGI
TANAH SEBAGAI BENDA ALAM
CONTOH •
BIDANG PERTANIAN : PERTUMBUHAN TANAMAN DIBATASI OLEH TEKSTUR, STRUKTUR, KEKUATAN TANAH DSB.
•
BIDANG TEKNIK : DAYA DUKUNG TANAH DITENTUKAN OLEH KEKUATAN TANAH, PERMEABILITAS, DAYA GESER, GAYA RUNTUH DSB.
SIFAT FISIKA TANAH : RELATIF TETAP
• CONTOH : TEKSTUR TANAH TIDAK AKAN BERUBAH DLM. WAKTU YANG LAMA
SIFAT FISIK SULIT DIRUBAH/DIPERBAIKI • CONTOH : TEKSTUR PASIR SULIT DIRUBAH MENJADI LEMPUNG ATAU TEKSTUR LIAT SULIT DIRUBAH MENJADI PASIR
PENGELOLAAN S.FISIK : TERBATAS • CONTOH : STRUKTUR TANAH, MULAI TAHUN 1894 TAPI SAMPAI SEKARANG BELUM MAMPU MENGELOLA ATAU MENGEVALUASI STRUKTUR TANAH DENGAN TEPAT. • JADI SAMPAI SEKARANG KITA BELUM MENGETAHUI APAKAH PENGOLAHAN TANAH (MEMBAJAK) YANG SELAMA INI UTK TANAMAN JAGUNG, KACANG DSB SUDAH TEPAT, KURANG ATAU SUDAH BERLEBIHAN
KERUSAKAN SIFAT FISIK TANAH SULIT DIKENAL KERUSAKAN DAPAT DIKENAL/DIKETAHUI SETELAH TERJADI KERUSAKAN LANJUT, SHG SULIT/TIDAK DAPAT DIPERBAIKI
•
BIDANG PERTANIAN : KEKUATAN TANAH KERUSAKAN AKAN DIKENAL SETELAH TANAMAN KURUS/MATI
•
BIDANG TEKNIK : KEKUATAN TANAH KERUSAKAN SIFAT FISIK DIKENAL SETELAH BANGUNAN ROBOH
PERBAIKAN SIFAT FISIK : LAMA CONTOH : AERASI BURUK KARENA STRUKTUR KURANG BAIK/PADAT. • PERBAIKAN DAPAT DILAKUKAN DENGAN PENAMBAHAN BAHAN ORGANIK ATAU KAPUR, TETAPI HASILNYA BARU TERLIHAT PADA WAKTU PENANAMAN KE 2
PERBAIKKAN TIDAK BERMANFAAT • BERDASARKAN HAL-HAL TERSEBUT DI ATAS MAKA ORANG MEMPUNYAI ANGGAPAN BAHWA PERBAIKAN SIFAT FISIK TANAH TIDAK BERMANFAAT, SEHINGGA ORANG MENJADI FRUSTASI UTK MENGEMBANGKAN FISIKA TANAH
TUGAS FISIKA TANAH • FISIKA TANAH SEBAGAI SALAH SATU CABANG ILMU TANAH DAPAT DIPANDANG SEBAGAI ILMU DASAR SEKALIGUS ILMU TERAPAN DENGAN MELIBATKAN BERBAGAI CABANG ILMU YANG LAIN SEPERTI : HIDROLOGI, KLIMATOLOGI, EKOLOGI, GEOLOGI, SEDIMENTOLOGI, AGRONOMI. • PEMAHAMAN FISIKA TANAH DAN SEBAGAI HASIL AKAL BUDI MANUSIA DAPAT DIGUNAKAN SEBAGAI DASAR UNTUK MENGELOLA SUMBERDAYA TANAH DAN AIR, SEPERTI KEGIATAN IRIGASI, DRAINASE, AERASI, KONSERVASI TANAH & AIR DAN KONSTRUKSI BANGUNAN
II. PERINCIAN TANAH SECARA FISIK
• TANAH MERUPAKAN SISTEM DISPERSI 3 FASE YANG SELALU DALAM KESEIMBANGAN DINAMIS
TANAH MERUPAKAN SISTEM DISPERSI 3 FASE YANG SELALU DALAM KESEIMBANGAN DINAMIS • SISTEM DISPERSI : TANAH TERDIRI ATAS UNITUNIT YANG KECIL, KEMUDIAN BERGABUNG MENJADI YANG LEBIH BESAR • 3 FASE : TANAH TERDIRI ATAS 3 BAHAN YANG BENTUKNYA BERBEDA (PADATAN, CAIRAN & GAS) • DINAMIS : KOMPOSISI KE 3 BAHAN TERSEBUT SELALU BERUBAH, TETAPI SELALU DALAM KEADAAN KESEIMBANGAN
HUBUNGAN ANTARA PENYUSUN TANAH Vu
Mu
Udara/Gas Vr Mt
Mc
Mp
Cairan
Padatan
Vc
Vp
Vt
1. BERAT VOLUME TANAH MP + MC + MU = Mt
b= VP + VC + VU = (Vt)
b = Kering, maka MC & MU = 0 MP
JADI b = Vt
FAKTOR-FAKTOR YANG BERPENGARUH b
•
STRUKTUR TANAH
•
TEKSTUR
•
KADAR BAHAN ORGANIK
CARA MENENTUKAN BERAT VOLUME TANAH • • •
RING SAMPEL CLOD AUGER/BORING
• •
BV TANAH = 0,8 – 1,7 BV TANAH PERTANIAN = 1,1 – 1,6
KEGUNAAN BERAT VOLUME TANAH •
INDIKATOR MENENTUKAN TANAH DAPAT/TIDAK DIJADIKAN LAHAN PERTANIAN
•
MENGHITUNG BERAT TANAH PER SATUAN LUAS
BERAT PARTIKEL DENSITY ( p) • PERBANDINGAN BERAT TANAH (MP) DENGAN VOLUME TANAH (VP) MP
– p= VP
FAKTOR-FAKTOR YANG BERPENGARUH :
• BAHAN ORGANIK • JENIS MINERAL • P TNH PERTANIAN = 2,6 – 2,70
CARA PENENTUKAN p • • • • • • •
TIMBANG LABU PIKNOMETER/ERLEMEYER, ( X G) TIMBANG TANAH KERING MUTLAK , MISALNYA 50 G TAMBAHKAN AIR SAMPAI SETELAH ISI PIKNOMETER DIDIHKAN SAMBIL MENGGOYANG SECARA HATI-HATI TAMBAHKAN AIR BEKAS MENDIDIK SAMPAI BATAS UKURAN TIMBANG, MISALNYA BERAT Z G Z = BERAT (TANAH + AIR + LABU) BERAT AIR = Z – (TANAH + LABU) • BERAT AIR = VOLUME AIR (KRN BV AIR = 1) • VOLUME TANAH = VOL. LABU – VOL. AIR (y CM3) • p = 50/y
VOLUME YANG DITEMPATI RUANG POROSITAS ( η ) DAN RASIO PORI ( e ) • η = PERBANDINGAN ANTARA VOLUME RUANG DENGAN VOLUME TOTAL Vr • η =
=
Vt • η
Vc + Vu
Vp + Vc + Vu
= TANAH PERTANIAN BERKISAR ANTARA 40 S.D 60 %
• η DIPENGARUHI : STRUKTUR UKURAN PARTIKEL
RASIO PORI ( e ) • e = PERBANDINGAN ANTARA VOLUME RUANG DENGAN VOLUME PADATAN Vr
• e= Vp
• e = TANAH PERTANIAN 0,3 – 2,0
HUBUNGAN ANTARA POROSITAS, BV, BJP
b η
= 1-
x 100 %
p
HUBUNGAN ANTARA POROSITAS DAN RASIO RUANG DAPAT DINYATAKAN RUMUS :
e •
η = (1+e) η atau e =
( 1 - η)
BAGIAN CAIRAN A. KANDUNGAN AIR MASSA (GRAMEMETRI WATER CONTENT) = W. B. KANDUNGAN AIR VOLUME (VOLUMETRIC CONTENT) = Ө W = PERBANDINGAN ANTARA MASSA CAIRAN DENGAN MASSA PADATAN KERING
Mc W=
X 100 % Mp
Ө = PERBANDINGAN ANTARA VOLUME CAIRAN DENGAN VOLUME PADATAN
Vc
Ө=
x 100% Vt
θ = w . ρb / ρc
VOLUME RUANG DITEMPATI CAIRAN (S) DAN UDARA (ηa)
Vc
•
S =
x 100 % Vr Vu
•
ηa =
X 100 % Vr
• Hubungan antara porositas, kadar air volume, derajat kejenuhan, dan pori terisi udara adalah sebagai berikut :
• η = θ/s • ηa = 1 – S
SOAL CONTOH TANAH DIAMBIL PADA KEDALAMAN 0 – 20 CM DENGAN RING SAMPEL (UKURAN DIAMETER = 8 CM, TINGGI = 7 CM) MEMPUNYAI BERAT 508 GRAM. KEMUDIAN DIOVEN PADA 1050 C. (24 JAM), SELANJUTNYA DITIMBANG BERATNYA 423 GRAM. JIKA BERAT JENIS PARTIKEL 2,65 GRAM/CM3
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
HITUNG : BERAT VOLUME TANAH POROSITAS KADAR AIR MASSA KADAR AIR VOLUME DERAJAT KEJENUHAN RASIO PORI JUMLAH AIR (LITER) YANG DIPERLUKAN UNTUK MENJENUHI TANAH SELUAS 1 HEKTAR PADA KEDALAMAN 20 CM.
III. BAHAN PENYUSUN TANAH BENTUK DAN SUSUNAN BAHAN ANORGANIK TANAH DIBEDAKAN MENJADI : 1. BAHAN BERBENTUK BUTIRAN DAN TIDAK BERSIFAT KOLOID : PASIR & DEBU 2. BAHAN YANG BERBENTUK KRISTAL ATAU LEMPENGAN, BERSIFAT KOLOID : MINERAL LIAT, ALUMINIUM SILIKAT 3. BAHAN YANG TIDAK BERBENTUK (AMORF), BERSIFAT KOLOID : MINERAL LIAT ALLOPHANE, OKSIDA BESI DAN ALUMINIUM BAHAN GOL. 2 DAN 3 BERUKURAN < 2 UM
UKURAN
BANYAK UKURAN DI ALAM SATU KELOMPOK UKURAN :FRAKSI
PASIR
DEBU
LIAT
FRAKSI PASIR DAN DEBU DIBEDAKAN UKURANNYA BERDASARKAN LEMBAGANYA
ANALISIS MEKANIK TUJUAN : MENGETAHUI DISTRIBUSI UKURAN PARTIKEL CARANYA : • DISPERSI PADA CAIRAN DGN PENAMBAHAN H2O2 DAN HCL • DEFLOKULASI DGN PENAMBAHAN NATRIUM METAFOSFAT (CALGON) • PEMISAHAN PARTIKEL
CARA PEMISAHAN • UKURAN > 0,05 MM PENGAYAKAN • UKURAN < 0,05 MM SEDIMENTASI PEMISAHAN INI DIDASARKAN HUKUM STOKE
ANALISIS TEKSTUR TANAH
CARA PEMISAHAN PARTIKEL
METODE ANALISIS TEKSTUR INI BERDASARKAN ASUMSI • • • • • •
DISPERSI PARTIKEL HARUS SEMPURNA SUSPENSI TANAH DLM. CAIRAN HARUS ENCER, SEHINGGA TERHINDAR TUBRUKAN SESAMA PARTIKEL PARTIKEL BULAN DENGAN PERMUKAAN YANG KERAS DAN LICIN SEMUA PARTIKEL MEMPUNYAI BERAT JENIS YANG SAMA TEMPERATUR SELAMA PROSES KONSTAN DINDING SILINDER TIDAK DIPENGARUHI SETTLING PARTIKEL DI DALAM SUSPENSI
HASIL ANALISIS TEKSTUR INI DITETAPKAN KELAS TEKSTUR TANAH PADA SEGITIGA TEKSTUR
SEGITIGA TEKSTUR
PERASAAN
TEKSTUR UTAMA 1. Tekstur pasir : - Kandungan pasir > 70 % - Kemampuan menahan air & hara rendah - Aerasi baik - Drainase baik & cepat - Kekuatan tanah berasal dari gesekan - Tidak mengembang/mengempis
2. Tekstur Liat - Kandungan liat > 35 % - Kemampuan menahan air & hara tinggi - Kohesi besar - Sulit diolah - Mempunyai sifat mengembang/ mengempis
3. Tekstur lempung : -
Merupakan tekstur peralihan Kemampuan menahan air & hara sedang Pergerakan air & hara cukup baik Kohesi sedang Mudah diolah.
12 Kelas Tekstur (USDA) 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Pasir Pasir berlempung Lempung berpasir Lempung Lempung berdebu Lemp. liat berdebu
7. Lempung berliat 8. Lemp. Liat berpasir 9. Liat berdebu 10. Liat berpasir 11. Debu 12. Liat
Mineral Liat • Perbedaan Mineral Liat & berukuran Liat - Berukuran Liat : Semua bahan penyusun tanah yg.berukuran < 2 um - Mineral Liat : kumpulan mineral yg. benbentuk kristal yg. Terdiri atas : Aluminium Silikat dgn. Beberapa logam diantaranya.
Bahan Berukuran Liat terdiri atas : • Bahan yg. Berbentuk kristal (Mineral liat) terdiri atas : Susunan Silika tetra hedral & Al-oktahedral, beberapa logam (Mg, Ca, Na) di antaranya • Bahan yg. tidak berbentuk Misalnya : Hasil pelapukan batuan Oksida besi & Aluminium Bahan Organik
TIPE MINERAL LIAT • Mineral liat tipe 1 : 1 artinya 1 lapisan Silika Tetrahedral 1 lap. Aluminium Oktahedral Contoh : Kaolinit, Halloysit dan dickite • Mineral Liat tipe 2 : 1 artinya 2 lap. Silika tetrahedral 1 lap. Aluminium oktahedral Contoh : Monmorillonit & Ilit
Skhema Tipe Mineral liat
Mineral Liat Kaolinit • Terdapat pada tanah yg. Telah mengalami pelapukan intensif (CH ) • Merupakan mineral dominan pada tanah Latosol • Daya simpan air & hara relatif rendah • Batas plastis & cairnya rendah
Mineral Liat Monmorillonit • Terbentuk dari abu volkan • Drainase jelek • Tersusun atas dua kisi Si-tetrahedral yg. Mengikat satu kisi Al-oktahedral • Mempunyai 2 permukaan dalam dan luar • Diantara susunan tsb. terdapat air • Luas permukaan besar • Kemampuan menyimpan air tinggi • Mengembang jika basah, mengkerut jika kering • Batas plastis dan cair tinggi
Mineral Liat Illit (Tipe 2 : 1) • Terbentuk pada batuan sidemen di daerah beriklim temperate dan kering • Adanya ion K diantara 2 susunan, shg. Menghambat sifat menembang dan mengempis • Sifatnya antara kaolinit & monmorilonit
5.3. LUAS PERMUKAAN • Jumlah luas permukaan menentukan aktivitas semua proses terjadi pada permukaan • Luas permukaan dinyatakan dgn. Permukaan jenis (Specific Surface) yaitu perband. Jumlah luas permukaan dengan berat. Jml. Luas Permukaan (m2) S= Berat
Tanah berbtk. Butiran dengan Ø “d” atau jari2 r dan berat jenis partikel p • Persamaan menjadi : 4πr2 S= 4/3π2 p Jika partikel tanah berbentuk kubus dengan sisi “s” 6 s2 S= s3 p = 6/s p
• Jika partikel berbtk. Lempengan dgn. Panjang l & tebal r, maka :
Karena r sangat tipis maka r dianggap nol, maka s = 2/r p • Ini berarti Permukaan jenis dgn makin kecilnya ukuran partikel
• Jika partikel berbtk. Lempengan dgn. Panjang l & tebal r, maka :
2l 4lr s 2 l rp 2
Karena r sangat tipis maka r dianggap nol, maka s = 2/r p • Ini berarti Permukaan jenis dgn makin kecilnya ukuran partikel
Contoh: • Pasir berdiameter 1 mm dgn. Permukaan jenis 60 m2/g, sedangkan debu diameter 0,02 mm dan permukaan jenis 300 m2/g. Permukaan jenis disamping dipengaruhi ukuran partikel, juga dipengaruhi oleh permukaan dalam • Mineral Kaolinit (r = 50 Ao) dan hanya memp. Permukaan luar, permukaan jenis S = 19 m2/g, sedangkan monmorilonit r = 2 Ao dan memp. Permukaan jenis S = 733 m2/g.
3.6. Adsorbsi Air dan Ion • Adsorbsi Air Air yg. Mengelilingi permuk. Liat disebut air teradsorbsi. Air ini mempengaruhi :- plastisitas tanah - Berikatannya partikel - Pemadatan & pergerakan air dalam tanah % liat dlm. Tanah berpengaruh besar thd. Banyaknya air teradsorbsi.
• Air teradsorbsi memp. Sifat : - Lebih kental (Viskositasnya >) - Berat jenis > (1,4 g/cm3) dan menurun jika lebih jauh dr. permuk liat - Lap. Mol. Air I pada permuk. Liat 100 x > dari air bebas.
• Muatan Listrik • Permukaan liat bermuatan negatif, dgn. Ciri : adanya kation yg. Berikatan pada muka liat • Selain liat, B.O juga bermuatan Θ • Muatan Θ berasal dari ionisasi H pada gugusan karbosil/penolik • Jika tanah bermuatan Θ dimasukkan kedalam larutan yg. Mengand. kation, maka muatan Θ dinetralisir oleh kation2 (H+, Ca++, Mg++ dll) • Jadi kation tsb. diadsorbsi oleh muka liat, shg. disebut Kation terjerat
• Jml. Kation yg. Dijerat oleh tanah = jml. Θ disebut Kapasitas Tukar Kation (KTK) satuannya me/100 g • Jadi pada kompleks jerapan, kation2 yg. Terjerat Ca++, Mg++, K+, Na+ & H+ • Nisbah jml. Basa terjerat thd. KTK disebut % Kejenuhan Basa (KB)
Contoh : • Tanah memp. KTK = 20 me/100 g dan KB = 80 % dengan perincian Ca = 30 %, Mg = 20 %, K = 20 % & Na = 10 %, maka kation yg. Terdapat per 100 g tanah adalah - Ca = 6 me/100 g = 6 x 40/2 = 120 mg - Mg = 4 me/100 g = 4 x 24/2 = 48 mg - K = 4 me/100 g = 4 x 23 = 92 mg - Na = 2 me/100 g = 2 x 39 = 76 mg
Tabel beberapa sifat mineral liat Mineral liat
Tabel A susunan dasar tanah
mineral
S (m2/g)
KTK
Kaolinit
70 -20
400-500
5-20
5-15
illit
10
50-80
100-200
20-40
Montmorilonit
1
5-10
700-800
80-90
Allopan
40-70
Kation yang berada pd
komplek jerapan Dapat ditukar dengan kation yang berada dalam larutan Disebut reaksi pertukaran kation
Jika liat mengabsopsi • Jika liat mengabsorpsi K+ ke dlm lar CaCl2 Liat : K+ + CaCl2 Ca+ + 2KCL • Proses pertukaran kation dipengaruhi oleh - Valensi kation - Ukuran kation - Sifat mineral terhadap kation - Konsentrasi kation pd larutan ion bervalensi tinggi dpt dg mudah mengganti ion bervalensi
contoh • Ca++ dapat dengan mudah mengganti K+ Jika valensi sama => makin besar ukuran kation, => besar kemampuan menukar kation terjerap
• Untuk lebih mudah proses pertukaran kation dikenal deret : • Li+
Hub kation terjerap dg yang terlarut • Pers : mt+m
Ml+m =k
Nt+n Nl+n m = valensi t = dpt ditukar l = kation pada larutan k = bil konst
Contoh soal • Jika illit dg k=0,4 (l/mole) ditempatkan kedalam larutan yang mengandung 0,02 M CaCl2 & 0,02M NaCl. Hitung nisbah Na dpt ditukar terhadap Ca dpt ditukar, jika illit KTK 40 me/100 g liat, berapa Ca & Na yang ada pd permukaan jerapan
Jawaban Na t 0,4 x 0.002 = = 0,057 Ca t 0,02 Na = 0,057 x 100% = 5,7 % Na = 5,7 x 40 me/100 g = 228 me/100 g
LAP LISTRIK GANDA • Adanya muatan – liat & muatan + kation kation tertarik kepermukaan. Liat => ttp energi termal + tsb menyebabkan menjauhi dr permukaan liat • Adanya gaya keseimbangan dari gaya tarik coloumb & gaya tolak yang berasal dr energi termal kation => terb lap ion baur • Adanya permukaan bermuatan yang berada dalam satuan larutan => lap listrik ganda (Von Helmholts).
Interaksi antara mineral liat • Partikel liat saling mengadakan interaksi mll air terabsorpsi, lap baur & pd bbp mll kontak langsung. • Karena adanya muatan listrik => partikel liat saling tarik menarik dengan gaya tolak menolak => mempengaruhi ; - Pengaturan - Penyusunan • Jika 2 mineral liat berada pd jarak 15 A0 => kation dapat ditukar tersebar merata => gaya tarik menarik • Pada jarak 15 A0 => membtk lap baur => gaya tolak menolak • Akibat adanya gaya tarik menarik & tolak menolak => gejala flokulasi & dispersi • Jika hasil akhir dari interaksi adalah : gaya tarik menarik => partikel liat mengalami flokulasi • Dan sebaliknya terjadi gaya tolak menolak => dispersi
3.8 Sifat IFAT (RHEOLOGI) • Perilaku rheologi tanah terutama tanah yang mengandung liat => selalu berubah dg perubahan kand air • Pd kand air => tanah berupa suspensi (sifat seperti benda cair) • Jika kandungan air tanah berangsur2 => tanah spt pasta • Pe – air berikutnya => tanah lekat/plastik => dpt dibtk • Pe – lagi => tanah keras, tdk plastik, sukar dibtk & memp sifat benda padat • Sifat fisik tanah pd kandungan air +++ => konsistensi adl : daya tahan/ketahanan tanah terhadap pengaruh luar yang akan mengubah keadaanya. • Konsistensi dipengaruhi oleh gaya tarik menarik diantara partikel / agregat • Konsistensi dlm keadaan kering diukur dr kekerasan • Konsistensi dlm keadaan basah diukur dr plastisitas & kegemburan
PLASTISITAS • Hanya partikel liat yg mamp sifat plastis • Kand air tertinggi disebut batas cair • Pd kandungan air yg dibawah batas plastis jika dikerjakan; tanah menggumpal & pecah • Diatas batas cair => tanah bersifat spt benda cair • Penentuan batas cair plastis dipelopori oleh A++berg krn itu dis : angka pembatas A++berg • Selisih kandungan antr batas air & batas plastis disbt : indeks plastisitas • Batas plastis >> dg >> nilai permk jenis, cth: batas plastis montmorilonit 2 – 3 x >> dr koalinit • Kand air tanah diatas batas cair => tnh memp sifat Rheotrophy yaitu : tanah berubah mjd lebih cair jika diaduk & kembali menjadi agak padat jika dibiarkan / istirahat atau disb Thixotrophy • Thixotrophy => gel – sol – gel • Adanya Thixotrophy => perub viskositas, perub kekuatan tnh mengg kekuatan gesit & mengg kekuatan penetrasi
