Analisis tanaman olah (draft) lempeng datar pengolah tanah pada bak uji pengolahan tanah
ANALISIS TAHANAN OLAH (DRAFT)
LEMPENG DATAR PENGOLAH TANAH
PADA BAK UJI PENGOLAHAN TANAH
Oleh :
E. NAMAKEN SEMBIRING
TEP 89528
PROGRAM PASCASWANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
1996
E.NAWAKEN SEHBIRING. Analisis Tahanan Olah (draft) Lempeng
Datar Pengolah Tanah Pada Bak Uji Pengolahan Tanah. (Dibawah
BimbinganH.HoeljarnoDjojomartono sebagai Ketua, H-Kamaruddin
Abdullah, H-EIohammad Azron Dhalhar, H.Dasun Herudjito, H.H.
Surjono Surjokusumo, dan Isao Nishimura sebagai anggota).
Energi pengolahan tanah dapat dipandang sebagai energi
mekanis yang diperlukan untuk mengatasi tahanan olah (draft)
pengolahantanah. Tahanan olah pengolahan tanahterutamadigunakan untuk pergerakan atau perpindahan tanah dan pematahan
atau pemecahan tanah. Pada proses pemecahan tanah terlibat keruntuhan tanah dan keruntuhan tanah (soil failure) ditentukan
oleh ciri tanah, bentuk ukur alat, dan operasi pengolahan.
Penelitian ini bertujuan untuk : 1). Hempelajari proses
keruntuhan tanah di depan alat pengolah tanah, 2). Henentukan
parameter berperan dominan terhadap tahanan olah pengolahan
tanah, dan 3 ) . Hencari kondisi operasi pengolahan tanah yang
memberikan tahanan olah minimum menggunakan model alat pengolah tanah lempeng datar pada bak uji pengolahan tanah. Hasil
penelitian ini diharapkan bermanfaat dalam ha1 pemahilurn interaksi alat dan tanah yang lebih jelas sehingga dapat diguna-
kan sebagai dasar memacu penelitian dalar pengembangan alat
pengolah tanah yang lebih terarah.
Formulasi model tahanan olah pengolahan tanah pada lempeng datar dilakukan dengan renggunakan pendekatan potongan
tanah segitiga yang diterapkan pada potongan tanahtrapesium.
iii
Persamaan tahanan olah yang dihasilkan dibangun atas empatkelompok pengaruh yaitu kelompok bobot, kohesi, adhesidan gaya,
inersia tanah.
Pelaksanaan pengujian model tahanan olah pengolahantanah
dilaksanakan di bak uji pengolahan tanah. Bahan tanah yang digunakan berasal dari lahan kebun percobaan IPB, Darmaga yaitu
tanah latosol dengan kandungan pasir, debu dan liat berturutturut 8.41 %,
44.01 %,
dengan ayakan 2
BUU
dan 47.58 %.
Tanah yang sudah diayak
dimasukkan sampai penuh kedalam bak tanah
untuk kemudian dipadatkan pada 300 kPa tekanan hidrolik selama
12 detik. Alat pengolah tanah berupa lempeng datar berukuran
lebar 15 cm dan panjang 40 cm dioperasikan pada sudut olah 15"
dengan 15, 17.5, dan 20 cm kedalaman olah serta
20, 25, 30,
35, dan 40 mm/dt kecepatan olah.
Pengukuran tahanan olahdengan sensor strain gagemenghasilkan tahanan olah dalam bentuk grafik yang bergelombang deb
ngan waktu. Bentuk ini menunjukkan bahwa pada proses pengolahan tanah bekerja berbagai gaya yang berubah menurut waktu.
~engujianmodel dilakukan atas rata-rata gaya puncak-puncak
tahanan olah dimana diperhitungkan semua gaya dari model tahanan olah berperan. Verif ikasi antara tahanan olah hitung terhadap tahanan olah ukur menunjukkan kecenderungan yang sama
pada kelompok kadar air 30-39 % yaitu dengan koefisien determinasi sebesar 0.936, 0.867, dan 0.731 berturut-turut untuk
kedalaman olah 15, 17.5, dan 20 cm, sedang untuk selang kadar
air 40-49 %, kurang dari 0.70.
Pada kadar air 30-39 % diperki-
iv
rakan berlangsung proses keruntuhan geser yang rapuh sehingga
lebih sesuai dengan persamaan duga yang diujikan. Kesesuaian
ini dikarenakan dasar dari formulasi persamaan duga adalah
persamaan coulomb untuk kekuatan tanah. Pada kadar air 40-49
t diperkirakan berlangsung proses tekan yang mengalir dengan
pembentukan retak terbuka yaitu pada kondisi ini diperkirakan
tanah berada pada keadaan plastis.
Rata-rata total tahanan olah ukur untuk selang kadar air
tanah 30-39 % berkisar dari 0.4167 sampai 1.6182 kN dengan koefisien variasi berkisar dari 29.30 % sampai 50.19 %,
sedang
untuk selang kadar air 40-49 % rata-rata tahanan olah dari
1.7043 sampai 6.8046 kN dengan koefisien variasi dari 5.63 %
sampai 34.18 %. Variasi data yang rendah pada kadar air 40-49
% berarti tidak terjadi patahan tanah yang penuh, dan karena-
nya persamaan tahanan olah yang diajukan yang relibatkan konsep kepatahan tanah yang utuh kurang sesuai untuk menduga tahanan olah pada kadar air diatas 40 %.
Pada kadar air tanah
30-39 %, proses pengolahan tanah yang terjadi adalah perpindahan potongan tanah sepanjang lempeng pengolah tanah dan tegangan geser yang diakhiri keruntuhan tanah, sedang pada kadar
air 40-49 % proses yang terjadi yaitu perpindahan tanah dan
kompresi. Analisis sifat bahan dengan model reologi tipe Maxwell menghasilkan konstanta pegas sebesar 26 dan 60 kg/sing-rasing untuk kadar air bahan 30-39 % dan 40-49 %,
ma-
sedang
konstanta daspot rasing-rasing 2500 dan 13220 kg dt/mm. Hasil
analisis modelreologi tanah ini memperlihatkan nilaikonstan-
ta pegas dan daspot yang jauh lebih besar pada kadar air 40-49
% yang berarti tanah lebih bersifat plastis.
Analisis tahanan olah pada selang kadar air 30-39 % menggunakan persamaan duga, memperlihatkan bahwa komponen utama
.
yang menentukan nilai tahanan olah adalah kelompok kohesi yaitu antara 60-90 % dari tahanan olah total. Komponen kedua
yang berperan adalah kelompok adhesi diikuti dengan kelompok
bobot dan kelompok inersia. Kenaikan kadar air tanah diikuti
kenaikan peranan kelompok kohesi, sejalan dengan kenaikan tahanan kohesi karena kenaikan kadar air. Penurunan sudut potong
lempeng pengolah tanah diikuti dengan penurunan nilai kelompok
kohesi, Pada pengolahan tanah, faktor kadar air berperan dominan pada tahanan olah karena peranannya pada sifat kohesi tanah atau sifat reologi tanah.
Gaya horisontal (tahanan olah) yang terukur pada lengan
penunpu lempeng pengolah tanah adalah kelanjutan dari tekanan
y m g diterima penukaan lempeng pengolah tanah. Analisis distribusi tekanan normal yang dialami lempeng pengolah tanah dari hasil pengukuran menggunakan sensor gaya menghasilkan bentuk eksponensial. Tekanan terendah dial&
ujung atas lempeng
dan tertinggi pada ujung bawah yaitu pada bagian pemtong tanah, Beban yang tinggi di bagian bawah lempeng pengolah tanah
berakibat gesekan yang tinggi atau keausan yang cepat sehingga
dibutuhkan perlakuan khusus pada proses pembuatannya untuk reningkatkan kekuatan lempeng. Lokasi dari pusat beban pada lempeng pengolah tanah berdasarkan perhitungan gaya horisontal,
vi
gaya vertikal, dan momen, bergerak pada kisaran 4.2 cm dan
22.7 cm rasing-masing untuk selang kadar air 30-39 % dan 40-49
% atau antara 27.2 ke 31.4 a m dan 10.1 ke 32.8 cm dari permu-
kaan bawah lempeng. Perubahan pusat beban ini mengikuti perubahan arah gaya resultan terhadap lempeng pengolah tanah.
Projeksi lebar patahan tanah terhadap bidang horisontal
(sejajar arah gerak maju bak tanah) yang diamati pada akhir
proses pengolahan tanah atas potongan tanah yang berada diatas
lempeng pengolahtanah memperlihatkan bahwa kenaikan kadar air
cenderung diikuti dengan kenaikan lebar patahan tanah. Pada
kadar air 30-39 % lebar patahan tanah'berkisar antara 4.0 sampai 6.6 cm sedang pada kadar air 40-49 % berkisar antara 5.3
sampai 8.8 an. Perubahan lebar patahan menunjukkan bahwa intensitas patahan tanah berkaitan dengan intensitas siklus tahanan olah ukur yaitu intensitas yang tinggi pada kadar air
dibawah 40 %. Pengukuran patahan tanah berdasarkan pergerakan
pin yang dipasang di dalam tanah menunjukkan bahwa sudut patahan tanah berkisar antara 46" sampai 57.2" kearah bidang datar. Sedang pengukuran sudut patah tanah secara langsung pada
akhir proses pengolahan tanah diatas lempeng pengolahan tanah
menghasilkan sudut patahan tanah berkisar antara 30" sampai
45"
kearah bidang datar
. Perubahan ini terjadi karena peruba-
han arah gerak tanah oleh karena kemiringan alat.
Tahanan olah spesifik minimum untuk 30" sudut potong, 40
mm/dt kecepatan maju adalah pada kadar air 31 % dengan nilai
2.297 N/cm2, 2.508 N/cm2, dan 2.984 N/-2
berturut-turut untuk
vii
kedalaman olah 15, 17.5, dan 30 cm. Pada kadar air tanah 30 %
dan kecepatan maju 40 aun/dt dan kedalaman olah 15, 17.5, dan
20 cm, tahanan olah spesifik minimum adalah berturut-turut
pada sudut potong 18", 16", dan 16". Kenaikan kecepatan kerja
diikuti dengan kenaikantahanan olah spesifik dengan pola kuadratik, Pengolahan tanah yang membutuhkan tahanan olah minimum
adalah pada kedalaman olah di bawah 15 cm, 18" sudut potong
dan 30 % kadar air tanah. Perlu dilanjutkan penelaahan siklus
tahanan olah dalam kaitannya dengan tipe keruntuhan bahan tanah dan pergerakan tanah selama proses pengolahan tanah.
E. NAHAKEN SEHEBIRING. Draft Analysis Of Linear Blade On Soil-
bin System.(Advised by H.Hoeljarno Djojomartono as a chairman,
~.~amaruddin
Abdullah, H.HohammadAzron Dhalhar, H.Dasun Herudjito, H.H.Surjono Surjokusumo,and Isao Nishimura as members).
SUMMARY
The energy of soil tillage can be regarded as a mechanical energy which is necessary to overcome the tillage draft.
The tillage draft is mainly used for soil cutting or breaking
and movement or displacement of the soil. Soil failure is involved in the process of soil fracture and is determined by
the characteristic of soil, tool shape and tillage operation.
The objectives of this research are to study the process
of soil failure in the front of tillage tool, to determine the
parameters which plays to the tillage draft and the operational condition of tillage that gives a minimum draft by using
the model of linear blade tool on soil bin unit. It is expected that the result of this research will be useful in getting
more clear understanding of the soil-tillage tool interaction
so that the research on the development of tillage tool can be
accelerated.
The formulation of tillage draft model of linear blade
tillage tool uses the triangle ridge approach to the trapezoid
ridge. The equation of draft is built by group of soil weight,
soil cohesion, soil adhesion, and inertia force.
Soil bin unit makes conducting test of tillage draft model under controlled condition. The soil materials cores from
ix
the IPB Experimental Field Station, Darmaga, that is latosol
soil with component of sand, silt, and clay are 8.41 8 , 44.01
%,
and 47.58 % respectively. Soil sample which has been sieved
by 2 mm mesh, is to be put in the soil bin and then it is
pressed on 300 kPa hydraulic pressure for 120 seconds. A linear tillage blade with 15 cm in width and 40
cia
in length is
operated on 30" of cutting angle with 15, 17.5, and 20 cr of
tillage depth and 20, 25, 30, 35, and 40 mm/sec of tillage
speed.
The draft measurements using the strain gage sensor produces the draft in a graphic form which is fluctuated with
time. This form indicates that various forces which are changing with time are working in the tillage process. Tested model
is carried out on the average top of the fluctuated draft
whereas it is assumed all of the forces are acting upon tillage blade. Verification between calculated draft and measured
draft indicates that the same tendency have been found on the
group of 30-39 % moisture content which have coefficient of
determination of 0.936, 0.867, and 0.731 at the 15, 17.5, and
20
cm tillage depth respectively, whereas for the range of 40-
49 % moisture content is less than 0.70.
It is assumed that
the process of brittle shear failure has occurred and it is
more similar to the tested prediction equation. The process of
compression and flow with an open crack is assumed to have
been occurred on the range of 40-49 % moisture content,
The average total of draft measurement for the range of
X
30-39 % moisture content varies from 0.4167 to 1.6182 kN with
coefficient of variation from 29.30 to 50.19 % whereas for the
range of 40-49 % moisture content, the average draft varies
from 1.7043
to 6.8046 kN with the coefficient of variation
from 5.63 to 34.18 %. Low data variation on the range of 40-49
% moisture content means there is no clear rupture surface,
therefore, proposed draft prediction is not appropriate to
predict the draft on the moisture content above 40 %. On the
30-39 % moisture content, the tillage process is compression
and movement of the soil along the blade surface and shear
stress which end with soil rupture and movement of soil block
along the rupture plane. Analysis of sample characteristic by
using rheology model, maxwell type has resulted the spring
constant of 26 and 60 kg/m for the moisture content of 30-39
% and 40-49 % respectively, and 2500 and 13220 kg dt/m for
dashpot constant respectively.
The analysis of the draft in the 30-39 % moisture content
using predict equation shows the main component which determines the value of draft is cohesion group and it is among 60 to
90 % of total draft. The second component which plays important role is adhesion group followed by weight group and inertia group.
The increase of moisture content followed by the
increase of cohesion group goes along with the increase of soil cohesion caused by the increase of roisture content. The
decrease of soil cutting angle is follwed by the decrease of
the value of cohesion group.
Moisture content plays a very
xi
dominant part on the draft because its role on soil cohesion
or soil rheology character.
Analysis of normal pressure distribution on the surface
of tillage blade has given the exponential form. The lowest
pressure has occurred on the top and the highest at the bottom
of the blade. High load at the lower part of the blade has
caused high friction or rapid worn-out so that special treatment on the manufacturing process is needed in order to improve the durability of the blade.
The location of the
concentration load based on horizontal force, vertical force,
and moment, has moved around 4.2 cm and 22.7 cm for moisture
content of 30-39 % and 40-49 % respectively or between 27.2 to
31.4 can and 10.1 to 32.8 cm from the bottom of the blade.
The projection of the width of soil rupture toward horizontal plane (parallel to the direction of bin movement) which
has been measured at the end of tillage process on the soil
block which is laying on the surface of the blade, indicates
that the increase of moisture content tends to be followed by
the increase of the width of the soil fracture. At the 30-39
% moisture content, the width of the soil fracture is in the
range of 4.0 to 6.6 cm whereas at the 40-49 % moisture content
is in the range of 5. 3 to 8.8 cm. Measuring of soil rupture
based on the pin movement in the soil shows that the internal
rupture angle is from 46" to 57.2" toward horizontal plane. The
results of the rupture angle measurement directly at the end
of tillage process are in the range of 30" to 45".
xii
The specific draft minimum for 30" cutting angle, 40
mm/sec tillage speed is at the 32 % moisture content that are
-
2.297 n/cm2, 2.508 N/cm2, and 2.984 N/cm2 at the 15, 17.5, and
17.5
tillage depth respectively. At the 30 % soil moisture
content and 40 mn/sec speed at the 15, 17.5, and 20 cm depth
the specific draft minimum are at the 18", 16", and 16" of cutting angle respectively. Increasing of working speed is foll-
owed by the increase of specific draft as a quadratic function. Minimum draft of tillage operation is at the tillage
depth of 15 cm or less than 15 cm, 18" cutting angle and 30
of soil moisture content, It is important to continue on studying the relationship of the draft cyclic with the type of
soil failure, soil movement during tillage process and the
stress-displacement behavior of the Indonesian soil.
ANALISIS TAHANAN OLAH (DRAFT) LEMPENG DATAR
PENGOLAH TANAH PADA BAK UJI PENGOLAHAN TANAH
Oleh
E. NAMAKEN SEMBIRING
FPS-89528
Desertasi Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Mempefoleh Gelar
Doktor Dalam Bidang Ilmu-Ilmu Pertanian
Pada
Program Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor
PROGRAM PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
1996
I N S T I T U T
P R O G R A M
P E R T A N I A N
B O G O R
P A S C A S A R J A N A
Judul Penelitian : ~nalisisTahanan Olah (draft) Lempeng Datar
Pengolah Tanah Pada Bak Uji Pengolahan Tanah.
Nama Hahasiswa
: E. Namaken Sembiring
N o m r Pokok
: FPS
Program Studi
: Ilmu Keteknikan Pertanian
-
89528
Menyetujui :
1. ~omisiPembimbing
Anggota
.H,H.Azron Dhalhar HSAE,PhD)
Anggota
(Dr.H.Dasun Herudjito MSc)
Anggota
(Prof.Ir.H.H.SurjonoSurjok~s~~),~F,PN))(Prof.Dr.IsaoNisbimura)
Anggota
Anggota
2. Ketua Program Studi
Tanggal lulus 11 April 1996
ogram Pasca Sarjana
RIWAYAT HIDUP
~ e n u l i sdilahirkan di Kabanjahe, Kabupaten Karo, Sumatera
utara pada 13 Oktober 1946, putera sulung dari Sikel Sembiring
dan Almarhum Ianen Tarigan. Setelah tamat dari SR Negeri Kecamatan Tigapanah, Kabupaten Karo pada tahun 1958, mengulang di SR
Negeri IV Kabanjahe dan lulus tahun 1959. Sekolah lanjutan Pertama diselesaikan di SMP Negeri Kabanjahe tahun 1962 sedang sekolah lanjutan atas di SMA Megeri I1 Medan pada tahun 1965.
Tahun 1967 penulis mengikuti pendidikan tinggi di Institut
Pertanian Bogor dan menyelesaikan program Sarjana Mekanisasi
Pertanian pada tahun 1975. Sebelum mengikuti pendidikan tinggi
di Fakultas Mekanisasi dan Teknologi Hasil Pertanian IPB, penulis adalah mahasiswa Jurusan Teknik Industri, Fakultas Teknik,
~niversitasSumatera Utara dari tahun 1965 s/d 1967.
Penulis bekerja di Jurusan Mekanisasi Pertanian, Fakultas
~eknologiPertanian (dahulu Fakultas Mekanisasi dan Teknologi
kasil Pertanian) sebagai asisten tetap se jak 1974 hingga diangkat sebagai staf pengajar pada tahun 1978 sampai saat ini. Pada
tahun 1977, selama 12 bulan, penulis mendapat kesempatan mengikuti nindividual trainingw dalam bidang Traktor Pertanian di
l1Landbouw Hogeschool Wageningenn, Belanda dalam rangka bantuan
NUFFIC THE/LHW-1.
Penulis adalah salah seorang angkatan pertama program s2
Ilmu keteknikan pertanian Pascasarjana IPB dan lulus pada tahun
1983. Pada tahun 1989 penulis mendapat kesempatan melanjutkan
xvi
pendidikan S3 di Program Pascasarjana IPB, Program Studi Keteknikan Pertanian melalui bantuan Program Doktor (TMPD). DI dalam
proses pendidikan program S3 ini, yaitu pada tahun 1992 penulis
mendapat kesernpatan mengikuti 'tindividualtraining"selama sebelas bulan dalam bidang teknik budidaya pertanian di Universitas
Tokyo dan Universitas Kyushu, Jepang atas bantuan proyek kerjasama JICA-DGHE/IPB ADAET : JTA-9a/132.
~enulismenikah dengan Ninta Karina Bangun pada tahun 1978
di Medan Sumatera Utara dan dikaruniai 2 orang putri yang diberi
nama Steisianasari Nieleva dan Stevania Randalia.
UCAPAN TERIMA KASIH
Sejak penyusunan perencanaan penelitian pada awal 1993 Sampai selesainya tulisan ini, penulis telah menerima begitu banyak
bantuan moril maupun materil dari para bapak pembimbing, keluargal rekan sejawat, para sahabat dan lainnya. Melalui kesempatan
ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih sebesar
- besarnya
kepada Bapak H. Moeljarno Djojomartono MSA, PhD, staf pengajar
pada program studi keteknikan pertanian IPB yang bertindak sebagai Ketua Komisi Pembimbing dan telah memberikan bimbingan, dorongan dan arahan-arahan dengan penuh kesabaran dan pengertian.
Sulit bagi penulis menemukan kata penghargaan selain ucapan
terima kasih kepada anggota komisi pembimbing :
1. Bapak Profesor Dr. H. Kamaruddin Abdullah Staf Pengajar
2.
3.
4.
5.
Fakultas Teknologi Pertanian IPB.
Bapak Ir. H. M. Azron Dhalhar, MSAE,PhD Staf Pengajar
Fakultas Teknologi Pertanian IPB.
Bapak Dr. H. Dasun Herudjito, MSc Staf Pengajar Fakultas
~ertanianIPB.
Bapak Profesor Ir. H. M. Surjono Surjokusumo, MSF, PhD Staf
Pengajar Fakultas Kehutanan IPB.
Bapak Profesor Dr. Isao Nishimura "Long Term Expertw1
Proyek kerjasama JICA-DGHE/IPB JTA-ga(132).
yang telah memberikan saran-saran dan dukungan dalam persiapan,
pelaksanaan, analisis, penyusunan dan presentasi hasil penelitian serta dorongan semangat sehingga penulis mampu menyelesaikan
tulisan ini.
Terima kasih juga disampaikan kepada :
x v i ii
1. Bapak Rektor IPB dan Bapak Direktur Program Pascasarjana IPB,
serta Ketua Tim Manajemen Program Doktor (TMPD) atas kesempatan dan penyediaan pembiayaan yang diberikan pada penulis untuk melanjutkan pendidikan Pascasarjana di IPB.
2. Bapak Dekan FATETA dan Bapak Ketua Jurusan Mekanisasi Pertanian FATETA IPB atas fasilitas yang diberikan untuk penyelesaian pendidikan Pascasarjana bagi penulis.
3. Bapak Kepala Laboratorium Alat dan Mesin Budidaya Pertanian,
Dr. Frans Jusuf Daywin MSc. beserta seluruh staf Dr. Tineke
Mandang MS., Ir. R. Godfried Sitompul, Ir. Desrial MEng., Ir.
Gatot P., Ir. Imam Hidayat yang telah banyak membantu penulis
dalam pengadaan atau penggunaaan peralatan penelitian serta
dukungan moril yang tulus khususnya dampingan Ir. Radite PAS,
M.Agr., yang sungguh banyak memudahkan penulis dalam pelaksanaan dan analisis sampai penyusunan hasil penelitian.
4 . Proyek kerjasama JICA-DGHE/IPB ADAET : JTA-ga(132) atas bantuan tenaga ahli dan penyediaan fasilitas penelitian serta
mendapatkan latihan bagi penulis di Jepang.
5 . Bapak Profesor Osamu Kitani yang telah memperkenalkan soil
bin sistim kepada penulis sewaktu menjalani pelatihan di
~niversitasTokyo Jepang.
6, ~ehnisisdr Subandi dan Trisnadi yang telah banyak meringankan beban penulis selama pelaksanaan penelitian.
Terima kasih penulis sampaikan kepada semua yangtelah terlibat atau memberikan perhatian atas selesainya tulisan ini.
Akhirnya penulis sampaikanterima kasih kepada Ninta Karina
istriku serta kedua putriku Steisianasari dan Stevania atas ketabahan dan kesabaran yang diperlihatkan menanti penulis menyelesaikan pendidikan.
DAFTAR IS1
Halaman
..........................................
DAFTARGAMBAR .........................................
DAFTARTABEL
xxii
xxiv
. LATAR BELAKANG ........................................
2 . TUJUAN ............................................*...
TINJAUAN PUSTAKA .........................................
1 . PARAMETER-PARAMETER YANG TERLIBAT PADA PROSES
1
1
5
6
...................................... 6
1.1. Keruntuhan Tanah (soil failure) ..................... 7
1.2. Kekuatan Geser Tanah (shear strength) ............... 9
1.2.1. Kohesitanah ...................................... 12
1.2.2. Sudut gesekan tanah-tanah .......................... 14
1.2.3. Pengukuran kekuatan geser tanah ................... 15
1.3. Tahanan Geser (shear resistance) Tanah-alat ......... 16
1.3.1. Adhesi .............................................
18
1.3.2. Koefisiengesekan ................................. 18
2 . DRAFT PADA ALAT PENGOLAH TANAH SEDERHANA
BERBENTUKLEMPENG ..................................... 19
2.1. Mekanisme Proses Pengolahan Tanah ................... 19
2.2. Pengamatan Antara Ciri-Ciri dan Aspek Proses ........ 25
3 . PERPINDAHANTANAH ..................................... 29
PENGOLAHAN TANAH
.
1 WAKTUDANTEMPAT
......................................
.......................
..............................
32
3.1. Bak Tanah dan Lempeng Penekan
33
3.2. Lempeng PengolahTanah
34
...............
3.4. U n i t Kendali ........................................
4 . PENGUKURAN DAN ALAT UKUR ..............................
3.3. Pengukur Gaya Dan S i f a t Mekanik Tanah
...................................
T a h a n a n G e s e r .......................................
Tekanan Pada Permukaan Lempeng Pengolah Tanah .......
4.2. T a h a n a n P e n e t r a s i
4.3.
4.4.
..........
4.6. Kohesi Dan Sudut Gesekan D a l a m ......................
4.7. P e r p i n d a h a n T a n a h ...................................
5 . OPERAS1 PENGOWANTANAH ..............................
6 . ANALISIS DATA .......................................
6.1. Tahanan o l a h ( D r a f t ) Pengolahan Tanah ...............
6.2. A r a h P a t a h a n T a n a h ..................................
6.3. P u s a t Beban Pada Lempeng Pengolah Tanah .............
W I L D A N P E M B A H A S A N .....................................
1. PROSES PEMADATANTANAH ................................
2 . SIFAT FISIKDAN MEKANIKTANAH .........................
2.1. T a h a n a n P e n e t r a s i ...................................
2.2. D e n s i t a s Tanah ( b u l k d e n s i t y ) .......................
2.3. Tahanan Geser (vane s h e a r ) ..........................
2.4. U j i U n i a k s i a l .......................................
2 . 4 . 1 . K o h e s i T a n a h .....................................
2.4.2. SudutGesekan D a l a m ...............................
2.4.3. TeganganGeser ....................................
3 . ANALISIS SIKLUS TAHANAN OLAH PENGOLAHAN TANAH .........
3.1. T a h a n a n O l a h U k u r ...................................
4.5. Pengukuran Gaya Dan Momen Pengolahan Tanah
....................... 84
................................ 92
.. 95
............. 98
4 . TEKANAN PADA LEMPENG PENGOLAH TANAH ................... 99
4.1. H a s i l Pengukuran .................................... 99
4.2. K o n s e n t r a s i Beban Pada Lempeng Pengolah Tanah ....... 104
5 . ANALISISKOMPONENTAHANANOLAH ........................ 109
5.1. PersamaanDugaTahananOlah ......................... 109
5.2. V e r i f i k a s i Tahanan Olah H i t u n g ...................... 110
5.3. P e r a n a n Komponen Tahanan Olah ....................... 118
5.3.1. P e r a n a n Komponen Kohesi ........................... 119
5.3.2. PerananKomponen Adhesi ........................... 120
3.2.1. I n t e n s i t a s k e r u n t u h a n t a n a h
3.2.2. Arah p a t a h a n t a n a h
3.2.3. Arah p a t a h a n t a n a h t e r h a d a p a r a h gaya r e s u l t a n ( R )
3.2.4. Arah p e r g e r a k a n p i n d a n g a y a r e s u l t a n
............................ 122
.......................... 125
6 . TAHANAN OLAH SPESIFIK (SPECIFIC DRAFT) MINIMUM ....... 126
6.1. Kadar A i r Tanah ................................... 126
6.2. S u d u t A l a t ......................................... 128
6.3. KedalamanOlah ..................................... 129
5.3.3.
5.3.4.
PerananKomponenBobot
PerananKomponen I n e r s i a
6.5. O p e r a s i Pengolahan Tanah dengan Tahanan
.
2 SARAN
................................................ 138
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1.
Parameter kekuatan tanah dalam hubungannya
dengan densitas dan kelembaban tanah ............. 11
Tabel 2.2.
Kohesi dan sudut gesek dalam pada berbagai
kadar air
13
Densitas relatif dan sudut gesekan dalam
dari tanah butiran besifat gesekan
15
Metoda pengukuran parameter kekuatan tanah
dari persamaan Coulomb
16
Tabel 2.3.
Tabel 2.4.
........................................
...............
...........................
.............
Tabel 3.1.
~nalisatekstur dari bahan percobaan
Tabel 4.1.
Rata-rata tegangan pada permukaan atas dan bawah
tanah bahan percobaan(kPa)
Tabel 4.2.
Tabel
4.3.
Tabel 4.4.
Tabel 4.5.
Tabel 4.6.
Tabel 4.7.
Tabel 4.8.
Tabel 4.9.
.......................
Kebutuhan energi pengolahan tanah (kJ/m3) ........
32
55
80
Koefisien keragaman tahanan olah ukur terhadap
rata-rata tahanan olah. %
82
Rata-rata lebar patahan tanah (Tp) pada arah
sejajar sudut kerja lempeng pengolah tanah
86
Intensitas patahan tanah pada proses pengolahan
tanah (detik/patahan)
87
Koefisien regressi interval kejadian puncak
tahanan olah terhadap kejadian patahan tanah
92
........................
.......
............................
.....
Hasil pengukuran rata-rata sudut patahan tanah
dan arah pergerakan pin
.......................... 93
Arah gaya resultan terhadap bidang datar ......... 96
Beban pada lempeng pengolah tanah ................ 105
Tabel 4.10. Pusat resultan (Fz/Fx) pada lempeng pengolah
tanah. (AI). cm
................................. 106
Tabel 4.11. Hubungan linear antara pusat beban dengan arah
resultan gaya pada lempeng pengolah tanah
........ 108
Tabel 4.12. Rata-rata total nisbah gaya vertikal(~z) dengan
gaya horizontal (Fx)
Tabel 4.13.
............................. 109
Persamaan verifikasi tahanan olah hitung ......... 112
xxiii
Tabel 4.14. Konstanta pegas dan daspot tanah percobaan
.......
116
Tabel 4.15. Tahanan olah spesifik minimum pada
kedalaman olah
................................... 129
Tabel 4.16.
Persamaan Tahanan Olah dan Tahanan olah spesifik
sebagai Eungsi kecepatan
......................... 132
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1.
Keruntuhan tanah selama pemotongan dengan
pengolah tanah berbentuk lempeng
..............
Model bidang keruntuhan geser dari Coulomb ......
10
Gaya hipotetis dan hubungan secara geometris
antara kecepatan dan panjang untuk suatu potongan tanah beraksi pada alat pengolah tanah
20
Gambar 2.4.
Model lempeng sempit pemotong tanah
22
Gambar 2.5.
Diagram badan bebas gaya yang bekerja pada
potongan tanah yang dipindahkan olah alat
pengolah tanah sederhana
Gambar 2.2.
Gambar 2.3.
.....
............
........................
Gambar 2.6. Tipe proses pemasukan potongan tanah ...........
Gambar 2.7. Tipe aliran uatama potongan tanah .............
Gambar 3.1 . Bak tanah dan lempeng penekan ...................
Gambar 3.2. Lempeng datar pengolah tanah ....................
Gambar 3.3. Penetrometer dan Vane Shear .....................
Gambar 3.4. Diagram blok dari Unit kendali ..................
Gambar 3.5. Diagram pengukuran di Bak uji pengolahan tanah ..
Gambar 3.6. Diagram rangkaian pengukuran gaya dan momen .....
Gambar 3.7. Grafik kalibrasi Transduser ortogonal ...........
Gambar 3.8. Model uji uniaksiak .............................
Gambar 3.9. Pengamatan pergerakan tanah .....................
8
24
30
31
33
35
36
36
37
41
43
44
46
Gambar 3.10. Gaya-gaya yang bekerja pada blok potongan tanah
berbentuk trapesim menggunakan lempeng datar
pengolahtanah
47
Gambar 3.11. Arah patahan tanah dan resultante
gaya olah
53
Gambar 3.12.
54
.................................
Gambar 4.1.
.......................................
Lokasi pusat beban pengolahan tanah .............
Beban memanjang di permukaan tanah .............
56
xxv
Gambar
4.2.
Tegangan kearah horijontal (Pa) pada permukaan
tanah pada proses pemadatan
Gambar
4.3.
Gambar
4.4.
Gambar
4.5.
Gambar
4.6.
Gambar
4.7.
Tahanan geser (stress) pada kelompok kadar air
( 3 0 - 3 9 % dan 40-49 % )
Gambar
4.8.
Grafik kohesi pada selang kadar air tanah
bahan percobaan .................................
Gambar
4.9.
Hubungan koefisien gesekan dalam dengan kadar
air tanah
Gambar
4.10.
Tegangan geser pada perubahan kadar air
Gambar
4.11.
Gambar
4.12.
Gambar
4.13.
Gambar
4.14.
Gambar
4.15.
Tahanan olah spesifik ukur pada selang kadar air
30-39 % dan 40-49 %
Gambar
4.16.
Bentuk patahan tanah pada proses pengolahan
tanah dengan lempeng datar
Gambar
4.17.
Proses keruntuhan tanah pada siklus tahanan olah
.
ukur dan uji uniaksial, kadar air 3 9 %
Gambar
4.18.
Proses keruntuhan tanah pada siklus tahanan olah
ukur dan u ji uniaksial , kadar air 4 2 . 7 %.
Gambar
4.19.
Perhitungan terjadinya interval puncak tahanan
olah ukur , detik
Gambar
4.20.
Intensitas kejadian puncak tahanan olah dan
patahan tanah pada kadar air 30-39 %
Gambar
4.21.
Intensitas kejadian puncak tahanan olah dan
patahan tanah pada kadar air 40-49 %
....................
Tahanan penetrasi pada kadar air tanah 30-39 %. ..
Tahanan penetrasi pada kadar air tanah 40-49 % ..
Densitas tanah (basis kering) bahan pada
pembebanan 3 0 0 kPa
..............................
Momen puntir bahan pada perubahan kadar air .....
...........................
.......................................
....,....
Contoh siklus tahanan olah kadar air rendah .....
Contoh siklus tahanan olah kadar air tinggi .....
Tahanan olah ukur pengolahan tanah pada selang
kadar air 30-39 % dan 40-49 %
..................
Kadar air tanah bahan percobaan ..........,....,.
.............................
......................
.... .....
.......
..............................
............
..........,.
xxvi
Gambar 4.22. Sudut patah soil bin, sudut pergerakan pin dan
...
sudut patah uji uniaksial (KA = 30-39 % ) .
.. .
.
94
Gambar 4.23. Sudut patah soil bin, sudut pergerakan pin dan
sudut patah uji uniaksial (KA = 40-49 % ) . ....... 94
Gambar 4.24. Arah gaya resultan dan arah patahan tanah
.......
95
Gambar 4.25. Arah gaya resultan terhadap bidang datar dan
sudut patahan tanah pada Kadar air 30-39 %
97
Gambar 4.26. Arah gaya resultan terhadap bidang datar dan
sudut patahan tanah pada Kadar air 40-49 %
97
Gambar 4.27. Arah pergerakan pin dan gaya resultan pada
kadar air 30-39 %
98
......
.. . .. .
...............................
Gambar 4.28. Arah pergerakan pin dan gaya resultan pada
kadar air 40-49 %
Gambar 4.29.
............................... 98
Pola tekanan pada lempeng pengolah tanah ........ 100
Gambar 4.30. Tekanan pada lempeng pengolah tanah, kadar
air 30-39 % basis kering
........................ 101
Gambar 4.31. Tekanan pada lempeng pengolah tanah, kadar
air 40-49 % basis kering
........................ 101
Gambar 4..32. Penyebaran tekanan pada lempeng pengolah
tanah, kadar air 30-39 %
........................ 102
Gambar 4.33. Penyebaran tekanan pada lempeng pengolah
tanah, kadar air 40-49 %
........................ 102
Gambar 4.34. Beban utama pada ujung bawah lempeng pengolah
tanah
........................................... 103
4
Gambar 4.35. Pola penyebaran tekanan pada pemukaan
lempeng pengolah tanah
.......................... 104
Gambar 4.36. Lokasi pusat resultan (Fz/Fx) pada lempeng
pengolahtanah
.................................. 106
Gambar 4.37. Perubahan arah dan lokasi pusat gaya resultan
pada kadar air 30-39 %
.......................... 107
Gambar 4.38. Perubahan arah dan lokasi pusat gaya resultan
pada kadar air 40-49 %
..........................
107
Gambar 4.39. Grafik tahanan olah hitung dan ukur pada selang
110
kadar air 30-39 %
..............................
xxvi i
Gambar
4.40.
Grafik tahanan olah hitung dan ukur pada selang
kadar air 4 0 - 4 9 %
Gambar
4.41.
Pola penurunan tinggi uji uniaksial. kadar air
............................... 111
30-39 %
Gambar
4.42.
......................................... 1 1 3
Pola penurunan tinggi uji uniaksial. kadar air
......................................... 1 1 3
Model reologi tipe Maxwell ...................... 1 1 5
40-49 %
Gambar
4.43.
Gambar
4.44.
Gambar
4.45.
................... 1 1 6
Persentase komponen tahanan olah ................ 1 1 8
Gambar
4.46.
Koefisien dan nilai komponen kohesi
Gambar
4.47.
Peranan komponen kohesi pada perubahan sudut
potong alat
120
Peranan komponen adhesi(Newton) pada perubahan
kadarair
121
Gambar
4.48.
Kurva kecocokan model maxwell untuk selang
kadar air 30-39 % dan 4 0 - 4 9 %
............. 1 1 9
.....................................
.....................................
Gambar
4.49.
Peranan komponen adhesi pada perubahan sudut
potongalat
Gambar
4.50.
Perubahan komponen bobot dan koefisien komponen
bobot pada kadar air antara 30-39 %
Gambar
4.51.
Perubahan komponen bobot dan koefisien komponen
bobot pada perubahan sudut potong
Gambar
4.52.
Peranan komponen inersia pada kecepatan
kerjalapang
..................................... 1 2 2
............. 1 2 3
............... 1 2 4
..................................
125
Gambar
4.53.
Tahanan olah spesifik pada ekstrapolasi
kadar air
Gambar
4.54.
Tahanan olah spesifik pada perubahan sudut
kerjaalat
Gambar
4.55.
...................................... 1 2 8
Tahanan olah pada perubahan kecepatan ........... 1 3 1
Gambar
4.56.
Tahanan olah spesifik pada perubahan kecepatan
....................................... 1 2 7
.. 1 3 1
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
r am pi ran
1. Tabel pengukuran tegangan di permukaan atas dan
dasar bak tanah diakhir 120 detik pembebanan
sebesar 300 kPa
.................................
am pi ran
Lampiran
2. Tabel tahanan penetrasi, kadar air 30-39 % basis
kering(N/cm2)
147
...................................
3. Tabel data pengukuran densitas (Bulk density) . .. 149
Lampiran
............
5. Tabel data pengukuran uji uniaksial .............
Lampiran
6. Gambar grafik pengukuran tekanan normal pada
am pi ran
145
4.
Tabel moment puntir (vane shear), Nm
permukaan lempeng pengolah tanah
................
150
153
155
Lampiran 7, Tabel tekanan pada permukaan alat pengolah tanah. 170
Lampiran
8. Tabel koefisien persamaan tekanan pada permukaan
lempeng pengolahtanah
.......................... 171
am pi ran 9. Gambar grafik pengukuran tahanan olah
...........
172
am pi ran 10. Gaya horizontal, vertikal(Newton) dan moment (Nm) 189
............
190
.........................
196
Lampiran 11. Tabel hasil perhitungan tahanan olah
am pi ran 12. Tabel sudut patah tanah
am pi ran 13, Waktu kejadian puncak pada siklus draft..........
197
....
200
.,................................
201
~ampirab14. Tabel data kecenderungan arah pergerakan pin
Lampiran 15. Tabel perhitungan ragam data pengukuran
gayadanmomem
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
h am pi ran
1. Tabel pengukuran tegangan di permukaan atas dan
dasar bak tanah diakhir 120 detik pembebanan
sebesar 300 kPa
.................................
am pi ran
Lampiran
am pi ran
Lampiran
am pi ran
145
2. Tabel tahanan penetrasi, kadar air 30-39 % basis
kering(N/cm2)
147
..................................
3. Tabel data pengukuran densitas (Bulk density) . . . 149
4 . Tabel moment puntir (vane shear), Nm ... .. . ...... 150
5. Tabel data pengukuran u j i uniaksial ............. 153
6. Gambar grafik pengukuran tekanan normal pada
permukaan lempeng pengolahtanah
................
Lampiran
7.
Lampiran
8. Tabel koefisien persamaan tekanan pada permukaan
155
Tabel tekanan pada permukaan alat pengolah tanah. 170
.......................... 171
9. Gambar grafik pengukuran tahanan olah ........... 172
lempeng pengolahtanah
am pi ran
Lampiran 10. Gaya horizontal, vertikal(Newt0n) dan moment (Nm) 189
............
Lampiran 12. Tabel sudut patah tanah .........................
Lampiran 11. Tabel hasil perhitungan tahanan olah
Lampiran 13. Waktu kejadian puncak pada siklus draft..........
190
196
197
....
200
..................................
201
Lampirab 14. Tabel data kecenderungan arah pergerakan pin
Lampiran 15. Tabel perhitungan ragam data pengukuran
gayadanmomem
Halaman
DAFTARTABEL
..........................................
xxii
.............................................. 1
1. LATAR BELAKANG ........................................ 1
2 . TUJUAN ................................................ 5
TINJAUAN PUSTAKA ........................................
6
PENDAHULUAN
1
. PARAMETER-PARAMETER
YANG TERLIBAT PADA PROSES
PENGOLAHAN TANAH ......................................
6
..................... 7
1 . 2 . Kekuatan Geser Tanah (shear strength) ............... 9
1 . 2 . 1 . Kohesitanah ..................................... 1 2
1 . 2 . 2 . Sudut gesekan tanah-tanah ......................... 14
1 . 2 . 3 . Pengukuran kekuatan geser tanah ................... 1 5
1 . 3 . Tahanan Geser (shear resistance) Tanah-alat ......... 16
1.3.l.Adhesi ...........................................
18
1 . 3 . 2 . Koefisiengesekan ................................. 1 8
2 . DRAFT PADA ALAT PENGOLAH TANAH SEDERHANA
BERBENTUKLEMPENG ..................................... 1 9
2 . 1 . Mekanisme Proses Pengolahan Tanah ................... 19
2 . 2 . Pengamatan Antara Ciri-Ciri dan Aspek Proses ........ 2 5
3 . PERPINDAHANTANAH ..................................... 2 9
METODAPENELITIAN ........................................ 3 2
1. WAKTUDANTEMPAT ...................................... 3 2
2 . B A H A N ................................................. 3 2
3.ALAT-ALAT ............................................. 33
3 . 1 . Bak Tanah dan Lempeng Penekan .......................
33
3 . 2 . Lempeng PengolahTanah .............................. 34
1.1. Keruntuhan Tanah (soil failure)
...............
3 . 4 . U n i t Kendali ........................................
4 . PENGUKURAN DANALAT UKUR ..............................
3.3.
Pengukur Gaya Dan S i f a t Mekanik Tanah
.......................................
4 . 4 . Tekanan Pada Permukaan Lempeng Pengolah Tanah .......
4 . 5 . Pengukuran Gaya Dan Mornen Pengolahan Tanah ..........
4 . 6 . Kohesi Dan Sudut Gesekan D a l a m ......................
4 . 7 . P e r p i n d a h a n T a n a h ...................................
5 . OPERAS1 PENGOLAHANTANAH ..............................
6 . ANALISIS DATA .........................................
6 . 1 . Tahanan o l a h ( D r a f t ) Pengolahan Tanah ...............
4 . 3 . TahananGeser
..................................
6 . 3 . P u s a t Beban Pada Lempeng Pengulah Tanah .............
HASILDANPEMBAHASAN .....................................
1. PROSES PEMADATANTANAH ................................
2 . SIFAT FISIK DAN MEKANIKTANAH .........................
2 . 1 . ~ a h a n a n p e n e t r a s i...................................
2 . 2 . D e n s i t a s Tanah ( b u l k d e n s i t y ) .......................
2 . 3 . Tahanan G e s e r (vane s h e a r ) ..........................
2 . 4 . U j i U n i a k s i a l .......................................
2 . 4 . 1 . KohesiTanah ......................................
2 . 4 . 2 . Sudut Gesekan D a l a m ...............................
6.2.
Arah P a t a h a n T a n a h
2.4.3.
3
TeganganGeser
....................................
. ANALISIS SIKLUS TAHANAN OLAH PENGOLAHAN TANAH .........
3.1.
TahananOlahUkur
3 . 2 . Keruntuhan Tanah
...................................
...................................
xxi
....................... 84
................................ 9 2
.. 9 5
............. 9 8
4 . TEKANAN PADA LEMPENG PENGOLAH TANAH ................... 99
4.1. H a s i l Pengukuran .................................... 99
4.2. K o n s e n t r a s i Beban Pada Lempeng Pengolah Tanah ....... 104
5 . ANALISIS KOMPONEN TAHANAN OLAH ........................ 109
5.1. Persamaan Duga Tahanan Olah ......................... 109
3.2.1.
3.2.2.
3.2.3.
3.2.4.
I n t e n s i t a s keruntuhan t a n a h
Arahpatahantanah
Arah p a t a h a n t a n a h t e r h a d a p a r a h gaya r e s u l t a n ( R )
Arah p e r g e r a k a n p i n d a n g a y a r e s u l t a n
...................... 110
5.3. P e r a n a n Komponen Tahanan O l a h ....................... 118
5.3.1. P e r a n a n Komponen Kohesi ........................... 119
5.3.2. PerananKomponen Adhesi ........................... 120
5.3.3. PerananKomponenBobot ............................ 122
5.3.4. PerananKomponen I n e r s i a .......................... 125
6 . TAHANAN OLAH SPESIFIK (SPECIFIC DRAFT) MINIMUM ....... 126
6.1. Kadar A i r Tanah ................................... 126
6.2. S u d u t A l a t ......................................... 128
6.3. KedalamanOlah ..................................... 129
5 . 2 . V e r i f i k a s i Tahanan Olah H i t u n g
6.5.
Operasi Pengolahan Tanah dengan Tahanan
LAMPIRAN-LAMPIRAN
.....................................
144
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1.
Tabel 2.2.
Tabel 2.3.
Tabel 2.4.
Tabel 3.1.
Tabel 4.1.
Parameter kekuatan tanah dalam hubungannya
dengan densitas dan kelembaban tanah
11
Kohesi dan sudut gesek dalam pada berbagai
kadar air
13
Densitas relatif dan sudut gesekan dalam
dari tanah butiran besifat gesekan
15
Metoda pengukuran parameter kekuatan tanah
dari persamaan Coulomb
16
.............
........................................
...............
...........................
Analisa tekstur dari bahan percobaan .............
Rata-rata tegangan pada permukaan atas dan bawah
tanah bahan percobaan(kPa)
32
.......................
55
........
80
Tabel 4.2.
Kebutuhan energi pengolahan tanah (kJ/m3)
Tabel 4.3.
Koefisien keragaman tahanan olah ukur terhadap
rata-rata tahanan olah. %
82
Rata-rata lebar patahan tanah (Tp) pada arah
sejajar sudut kerja lempeng pengolah tanah
86
Intensitas patahan tanah pada proses pengolahan
tanah (detik/patahan)
87
Koefisien regressi interval kejadian puncak
tahanan olah terhadap kejadian patahan tanah
92
Tabel 4.4.
Tabel 4.5.
Tabel 4.6.
Tabel 4.7.
Tabel 4.8.
Tabel 4.9.
........................
.......
............................
.....
Hasil pengukuran rata-rata sudut patahan tanah
dan arah pergerakan pin
.......................... 93
Arah gaya resultan terhadap bidang datar ......... 96
Beban pada lempeng pengolah tanah ................ 105
Tabel 4.10. Pusat resultan (Fz/Fx) pada lempeng pengolah
tanah. (AI). cm
.................................
106
Tabel 4.11. Hubungan linear antara pusat beban dengan arah
resultan gaya pada lempeng pengolah tanah
........ 108
Tabel 4.12. Rata-rata total nisbah gaya vertikal(F2) dengan
gaya horizontal (Fx)
Tabel 4.13.
............................. 109
Persamaan verifikasi tahanan olah hitung ......... 112
xxiii
.......
116
...................................
129
Tabel 4.14. Konstanta pegas dan daspot tanah percobaan
Tabel 4.15, Tahanan olah spesifik minimum pada
kedalaman olah
Tabel 4.16.
Persamaan Tahanan Olah dan Tahanan olah spesifik
sebagai fungsi kecepatan
......................... 132
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1.
Keruntuhan tanah selama pemotongan dengan
pengolah tanah berbentuk lempeng
..............
Coulomb ......
8
Gambar 2.2.
Model bidang keruntuhan geser dari
Gambar 2.3.
Gaya hipotetis dan hubungan secara geometris
antara kecepatan dan panjang untuk suatu potongan tanah beraksi pada alat pengolah tanah
20
Gambar 2.4.
Model lempeng sempit pemotong tanah
22
Gambar 2.5.
Diagram badan bebas gaya yang bekerja pada
potongan tanah yang dipindahkan olah alat
pengolah tanah sederhana
.....
............
........................
Garnbar 3.4.
...........
Tipe aliran uatama potongan tanah .............
Bak tanah dan lempeng penekan ...................
Lempeng datar pengolah tanah ....................
Penetrometer dan Vane Shear .....................
Diagram blok dari Unit kendali ..................
Gambar 3.5.
Diagram pengukuran di Bak uji pengolahan tanah
Gambar 3.6.
Diagram rangkaian pengukuran gaya dan momen
Gambar 2.6.
Gambar 2.7.
Gambar 3.1.
Gambar 3.2.
Gambar 3.3.
Gambar 3.7.
Gambar 3.8.
Gambar 3.9.
Tipe proses pemasukan potongan tanah
10
24
30
31
33
35
36
36
..
37
.....
41
...........
Model uji uniaksiak .............................
Pengamatan pergerakan tanah .....................
Grafik kalibrasi Transduser ortogonal
43
44
46
Gambar 3.10. Gaya-gaya yang bekerja pada blok potongan tanah
berbentuk trapesium menggunakan lempeng datar
pengolah tanah
47
Gambar 3.11. Arah patahan tanah dan resultante
gaya olah
53
.................................
.......................................
Gambar 3.12. Lokasi pusat beban pengolahan tanah
Gambar 4.1.
Beban memanjang di permukaan tanah
.............
.............
54
56
xxv
Gambar
4.2.
Tegangan kearah horijontal (Pa) pada permukaan
tanah pada proses pemadatan ....................
Gambar
4.3.
Tahanan penetrasi pada kadar air tanah
30-39
%.
Gambar
4.4.
Tahanan penetrasi pada kadar air tanah
40-49
%
Gambar
4.5.
Densitas tanah (basis kering) bahan pada
pembebanan 300 kPa
Gambar
4.6.
Gambar
4.7.
Gambar
Gambar
4.8.
4.9.
..
..
..............................
Momen puntir bahan pada perubahan kadar air .....
Hubungan koefisien gesekan dalam dengan kadar
air tanah
72
.......................................
4.11.
Gambar
4.12.
Contoh siklus tahanan olah kadar air tinggi
Gambar
4.13.
Tahanan olah ukur pengolahan tanah pada selang
kadar air 30-39 % dan 40-49 %
Gambar
Gambar
Gambar
Gambar
Gambar
Gambar
4.16.
4.17.
4.18.
4.19.
4.20.
4.21.
66
69
.................................
Gambar
4.15.
62
Grafik kohesi pada selang kadar air tanah
bahan percobaan
........,
Contoh siklus tahanan olah kadar air rendah ,....
Gambar
60
67
...........................
4.10.
4.14.
60
Tahanan geser (stress) pada kelompok kadar air
( 3 0 - 3 9 % dan 40-49 % )
Gambar
Gambar
58
Tegangan geser pada perubahan kadar air
.....
.............,....
Kadar air tanah bahan percobaan .................
73
75
75
77
78
Tahanan olah spesifik ukur pada selang kadar air
30-39 % dan 40-49 %
79
Bentuk patahan tanah pada proses pengolahan
tanah dengan lempeng datar
84
Proses keruntuhan tanah pada siklus tahanan olah
ukur dan uji uniaksial, kadar air 39 %
..........
88
Proses keruntuhan tanah pada siklus tahanan olah
,
ukur dan uji uniaksial , kadar air 4 2 . 7 %.
88
Perhitungan terjadinya interval puncak tahanan
olah ukur , detik
89
Intensitas kejadian puncak tahanan olah dan
patahan tanah pada kadar air 30-39 %
91
Intensitas kejadian puncak tahanan olah dan
patahan tanah pada kadar air 40-49 %
91
...........................,.
..................,...
... ...
..............................
............
............
xxvi
Gambar 4.22. Sudut patah soil bin, sudut pergerakan pin dan
sudut patah uji uniaksial (KA = 30-39 % ) . . . .
94
Gambar 4.23. Sudut patah soil bin, sudut pergerakan pin dan
sudut patah uji uniaksial (KA = 40-49 % ) . . ....
94
Gambar 4.24. Arah gaya resultan dan arah patahan tanah
95
. .. .
. .
.......
Gambar 4.25. Arah gaya resultan terhadap bidang datar dan
sudut patahan tanah pada Kadar air 30-39 %
97
Gambar 4.26. Arah gaya resultan terhadap bidang datar dan
sudut patahan tanah pada Kadar air 40-49 %
97
......
......
Gambar 4.27. Arah pergerakan pin dan gaya resultan pada
kadar air 30-39 %
................................ 98
Gambar 4.28. Arah pergerakan pin dan gaya resultan pada
kadar air 40-49 %
.................................
Gambar 4.29. Pola tekanan pada lempeng pengolah tanah
98
........ 100
Garnbar 4.30. Tekanan pada lempeng pengolah tanah, kadar
air 30-39 % basis kering
.........................101
Galnbar 4.31. Tekanan pada lempeng pengolah tanah, kadar
air 40-49 %
LEMPENG DATAR PENGOLAH TANAH
PADA BAK UJI PENGOLAHAN TANAH
Oleh :
E. NAMAKEN SEMBIRING
TEP 89528
PROGRAM PASCASWANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
1996
E.NAWAKEN SEHBIRING. Analisis Tahanan Olah (draft) Lempeng
Datar Pengolah Tanah Pada Bak Uji Pengolahan Tanah. (Dibawah
BimbinganH.HoeljarnoDjojomartono sebagai Ketua, H-Kamaruddin
Abdullah, H-EIohammad Azron Dhalhar, H.Dasun Herudjito, H.H.
Surjono Surjokusumo, dan Isao Nishimura sebagai anggota).
Energi pengolahan tanah dapat dipandang sebagai energi
mekanis yang diperlukan untuk mengatasi tahanan olah (draft)
pengolahantanah. Tahanan olah pengolahan tanahterutamadigunakan untuk pergerakan atau perpindahan tanah dan pematahan
atau pemecahan tanah. Pada proses pemecahan tanah terlibat keruntuhan tanah dan keruntuhan tanah (soil failure) ditentukan
oleh ciri tanah, bentuk ukur alat, dan operasi pengolahan.
Penelitian ini bertujuan untuk : 1). Hempelajari proses
keruntuhan tanah di depan alat pengolah tanah, 2). Henentukan
parameter berperan dominan terhadap tahanan olah pengolahan
tanah, dan 3 ) . Hencari kondisi operasi pengolahan tanah yang
memberikan tahanan olah minimum menggunakan model alat pengolah tanah lempeng datar pada bak uji pengolahan tanah. Hasil
penelitian ini diharapkan bermanfaat dalam ha1 pemahilurn interaksi alat dan tanah yang lebih jelas sehingga dapat diguna-
kan sebagai dasar memacu penelitian dalar pengembangan alat
pengolah tanah yang lebih terarah.
Formulasi model tahanan olah pengolahan tanah pada lempeng datar dilakukan dengan renggunakan pendekatan potongan
tanah segitiga yang diterapkan pada potongan tanahtrapesium.
iii
Persamaan tahanan olah yang dihasilkan dibangun atas empatkelompok pengaruh yaitu kelompok bobot, kohesi, adhesidan gaya,
inersia tanah.
Pelaksanaan pengujian model tahanan olah pengolahantanah
dilaksanakan di bak uji pengolahan tanah. Bahan tanah yang digunakan berasal dari lahan kebun percobaan IPB, Darmaga yaitu
tanah latosol dengan kandungan pasir, debu dan liat berturutturut 8.41 %,
44.01 %,
dengan ayakan 2
BUU
dan 47.58 %.
Tanah yang sudah diayak
dimasukkan sampai penuh kedalam bak tanah
untuk kemudian dipadatkan pada 300 kPa tekanan hidrolik selama
12 detik. Alat pengolah tanah berupa lempeng datar berukuran
lebar 15 cm dan panjang 40 cm dioperasikan pada sudut olah 15"
dengan 15, 17.5, dan 20 cm kedalaman olah serta
20, 25, 30,
35, dan 40 mm/dt kecepatan olah.
Pengukuran tahanan olahdengan sensor strain gagemenghasilkan tahanan olah dalam bentuk grafik yang bergelombang deb
ngan waktu. Bentuk ini menunjukkan bahwa pada proses pengolahan tanah bekerja berbagai gaya yang berubah menurut waktu.
~engujianmodel dilakukan atas rata-rata gaya puncak-puncak
tahanan olah dimana diperhitungkan semua gaya dari model tahanan olah berperan. Verif ikasi antara tahanan olah hitung terhadap tahanan olah ukur menunjukkan kecenderungan yang sama
pada kelompok kadar air 30-39 % yaitu dengan koefisien determinasi sebesar 0.936, 0.867, dan 0.731 berturut-turut untuk
kedalaman olah 15, 17.5, dan 20 cm, sedang untuk selang kadar
air 40-49 %, kurang dari 0.70.
Pada kadar air 30-39 % diperki-
iv
rakan berlangsung proses keruntuhan geser yang rapuh sehingga
lebih sesuai dengan persamaan duga yang diujikan. Kesesuaian
ini dikarenakan dasar dari formulasi persamaan duga adalah
persamaan coulomb untuk kekuatan tanah. Pada kadar air 40-49
t diperkirakan berlangsung proses tekan yang mengalir dengan
pembentukan retak terbuka yaitu pada kondisi ini diperkirakan
tanah berada pada keadaan plastis.
Rata-rata total tahanan olah ukur untuk selang kadar air
tanah 30-39 % berkisar dari 0.4167 sampai 1.6182 kN dengan koefisien variasi berkisar dari 29.30 % sampai 50.19 %,
sedang
untuk selang kadar air 40-49 % rata-rata tahanan olah dari
1.7043 sampai 6.8046 kN dengan koefisien variasi dari 5.63 %
sampai 34.18 %. Variasi data yang rendah pada kadar air 40-49
% berarti tidak terjadi patahan tanah yang penuh, dan karena-
nya persamaan tahanan olah yang diajukan yang relibatkan konsep kepatahan tanah yang utuh kurang sesuai untuk menduga tahanan olah pada kadar air diatas 40 %.
Pada kadar air tanah
30-39 %, proses pengolahan tanah yang terjadi adalah perpindahan potongan tanah sepanjang lempeng pengolah tanah dan tegangan geser yang diakhiri keruntuhan tanah, sedang pada kadar
air 40-49 % proses yang terjadi yaitu perpindahan tanah dan
kompresi. Analisis sifat bahan dengan model reologi tipe Maxwell menghasilkan konstanta pegas sebesar 26 dan 60 kg/sing-rasing untuk kadar air bahan 30-39 % dan 40-49 %,
ma-
sedang
konstanta daspot rasing-rasing 2500 dan 13220 kg dt/mm. Hasil
analisis modelreologi tanah ini memperlihatkan nilaikonstan-
ta pegas dan daspot yang jauh lebih besar pada kadar air 40-49
% yang berarti tanah lebih bersifat plastis.
Analisis tahanan olah pada selang kadar air 30-39 % menggunakan persamaan duga, memperlihatkan bahwa komponen utama
.
yang menentukan nilai tahanan olah adalah kelompok kohesi yaitu antara 60-90 % dari tahanan olah total. Komponen kedua
yang berperan adalah kelompok adhesi diikuti dengan kelompok
bobot dan kelompok inersia. Kenaikan kadar air tanah diikuti
kenaikan peranan kelompok kohesi, sejalan dengan kenaikan tahanan kohesi karena kenaikan kadar air. Penurunan sudut potong
lempeng pengolah tanah diikuti dengan penurunan nilai kelompok
kohesi, Pada pengolahan tanah, faktor kadar air berperan dominan pada tahanan olah karena peranannya pada sifat kohesi tanah atau sifat reologi tanah.
Gaya horisontal (tahanan olah) yang terukur pada lengan
penunpu lempeng pengolah tanah adalah kelanjutan dari tekanan
y m g diterima penukaan lempeng pengolah tanah. Analisis distribusi tekanan normal yang dialami lempeng pengolah tanah dari hasil pengukuran menggunakan sensor gaya menghasilkan bentuk eksponensial. Tekanan terendah dial&
ujung atas lempeng
dan tertinggi pada ujung bawah yaitu pada bagian pemtong tanah, Beban yang tinggi di bagian bawah lempeng pengolah tanah
berakibat gesekan yang tinggi atau keausan yang cepat sehingga
dibutuhkan perlakuan khusus pada proses pembuatannya untuk reningkatkan kekuatan lempeng. Lokasi dari pusat beban pada lempeng pengolah tanah berdasarkan perhitungan gaya horisontal,
vi
gaya vertikal, dan momen, bergerak pada kisaran 4.2 cm dan
22.7 cm rasing-masing untuk selang kadar air 30-39 % dan 40-49
% atau antara 27.2 ke 31.4 a m dan 10.1 ke 32.8 cm dari permu-
kaan bawah lempeng. Perubahan pusat beban ini mengikuti perubahan arah gaya resultan terhadap lempeng pengolah tanah.
Projeksi lebar patahan tanah terhadap bidang horisontal
(sejajar arah gerak maju bak tanah) yang diamati pada akhir
proses pengolahan tanah atas potongan tanah yang berada diatas
lempeng pengolahtanah memperlihatkan bahwa kenaikan kadar air
cenderung diikuti dengan kenaikan lebar patahan tanah. Pada
kadar air 30-39 % lebar patahan tanah'berkisar antara 4.0 sampai 6.6 cm sedang pada kadar air 40-49 % berkisar antara 5.3
sampai 8.8 an. Perubahan lebar patahan menunjukkan bahwa intensitas patahan tanah berkaitan dengan intensitas siklus tahanan olah ukur yaitu intensitas yang tinggi pada kadar air
dibawah 40 %. Pengukuran patahan tanah berdasarkan pergerakan
pin yang dipasang di dalam tanah menunjukkan bahwa sudut patahan tanah berkisar antara 46" sampai 57.2" kearah bidang datar. Sedang pengukuran sudut patah tanah secara langsung pada
akhir proses pengolahan tanah diatas lempeng pengolahan tanah
menghasilkan sudut patahan tanah berkisar antara 30" sampai
45"
kearah bidang datar
. Perubahan ini terjadi karena peruba-
han arah gerak tanah oleh karena kemiringan alat.
Tahanan olah spesifik minimum untuk 30" sudut potong, 40
mm/dt kecepatan maju adalah pada kadar air 31 % dengan nilai
2.297 N/cm2, 2.508 N/cm2, dan 2.984 N/-2
berturut-turut untuk
vii
kedalaman olah 15, 17.5, dan 30 cm. Pada kadar air tanah 30 %
dan kecepatan maju 40 aun/dt dan kedalaman olah 15, 17.5, dan
20 cm, tahanan olah spesifik minimum adalah berturut-turut
pada sudut potong 18", 16", dan 16". Kenaikan kecepatan kerja
diikuti dengan kenaikantahanan olah spesifik dengan pola kuadratik, Pengolahan tanah yang membutuhkan tahanan olah minimum
adalah pada kedalaman olah di bawah 15 cm, 18" sudut potong
dan 30 % kadar air tanah. Perlu dilanjutkan penelaahan siklus
tahanan olah dalam kaitannya dengan tipe keruntuhan bahan tanah dan pergerakan tanah selama proses pengolahan tanah.
E. NAHAKEN SEHEBIRING. Draft Analysis Of Linear Blade On Soil-
bin System.(Advised by H.Hoeljarno Djojomartono as a chairman,
~.~amaruddin
Abdullah, H.HohammadAzron Dhalhar, H.Dasun Herudjito, H.H.Surjono Surjokusumo,and Isao Nishimura as members).
SUMMARY
The energy of soil tillage can be regarded as a mechanical energy which is necessary to overcome the tillage draft.
The tillage draft is mainly used for soil cutting or breaking
and movement or displacement of the soil. Soil failure is involved in the process of soil fracture and is determined by
the characteristic of soil, tool shape and tillage operation.
The objectives of this research are to study the process
of soil failure in the front of tillage tool, to determine the
parameters which plays to the tillage draft and the operational condition of tillage that gives a minimum draft by using
the model of linear blade tool on soil bin unit. It is expected that the result of this research will be useful in getting
more clear understanding of the soil-tillage tool interaction
so that the research on the development of tillage tool can be
accelerated.
The formulation of tillage draft model of linear blade
tillage tool uses the triangle ridge approach to the trapezoid
ridge. The equation of draft is built by group of soil weight,
soil cohesion, soil adhesion, and inertia force.
Soil bin unit makes conducting test of tillage draft model under controlled condition. The soil materials cores from
ix
the IPB Experimental Field Station, Darmaga, that is latosol
soil with component of sand, silt, and clay are 8.41 8 , 44.01
%,
and 47.58 % respectively. Soil sample which has been sieved
by 2 mm mesh, is to be put in the soil bin and then it is
pressed on 300 kPa hydraulic pressure for 120 seconds. A linear tillage blade with 15 cm in width and 40
cia
in length is
operated on 30" of cutting angle with 15, 17.5, and 20 cr of
tillage depth and 20, 25, 30, 35, and 40 mm/sec of tillage
speed.
The draft measurements using the strain gage sensor produces the draft in a graphic form which is fluctuated with
time. This form indicates that various forces which are changing with time are working in the tillage process. Tested model
is carried out on the average top of the fluctuated draft
whereas it is assumed all of the forces are acting upon tillage blade. Verification between calculated draft and measured
draft indicates that the same tendency have been found on the
group of 30-39 % moisture content which have coefficient of
determination of 0.936, 0.867, and 0.731 at the 15, 17.5, and
20
cm tillage depth respectively, whereas for the range of 40-
49 % moisture content is less than 0.70.
It is assumed that
the process of brittle shear failure has occurred and it is
more similar to the tested prediction equation. The process of
compression and flow with an open crack is assumed to have
been occurred on the range of 40-49 % moisture content,
The average total of draft measurement for the range of
X
30-39 % moisture content varies from 0.4167 to 1.6182 kN with
coefficient of variation from 29.30 to 50.19 % whereas for the
range of 40-49 % moisture content, the average draft varies
from 1.7043
to 6.8046 kN with the coefficient of variation
from 5.63 to 34.18 %. Low data variation on the range of 40-49
% moisture content means there is no clear rupture surface,
therefore, proposed draft prediction is not appropriate to
predict the draft on the moisture content above 40 %. On the
30-39 % moisture content, the tillage process is compression
and movement of the soil along the blade surface and shear
stress which end with soil rupture and movement of soil block
along the rupture plane. Analysis of sample characteristic by
using rheology model, maxwell type has resulted the spring
constant of 26 and 60 kg/m for the moisture content of 30-39
% and 40-49 % respectively, and 2500 and 13220 kg dt/m for
dashpot constant respectively.
The analysis of the draft in the 30-39 % moisture content
using predict equation shows the main component which determines the value of draft is cohesion group and it is among 60 to
90 % of total draft. The second component which plays important role is adhesion group followed by weight group and inertia group.
The increase of moisture content followed by the
increase of cohesion group goes along with the increase of soil cohesion caused by the increase of roisture content. The
decrease of soil cutting angle is follwed by the decrease of
the value of cohesion group.
Moisture content plays a very
xi
dominant part on the draft because its role on soil cohesion
or soil rheology character.
Analysis of normal pressure distribution on the surface
of tillage blade has given the exponential form. The lowest
pressure has occurred on the top and the highest at the bottom
of the blade. High load at the lower part of the blade has
caused high friction or rapid worn-out so that special treatment on the manufacturing process is needed in order to improve the durability of the blade.
The location of the
concentration load based on horizontal force, vertical force,
and moment, has moved around 4.2 cm and 22.7 cm for moisture
content of 30-39 % and 40-49 % respectively or between 27.2 to
31.4 can and 10.1 to 32.8 cm from the bottom of the blade.
The projection of the width of soil rupture toward horizontal plane (parallel to the direction of bin movement) which
has been measured at the end of tillage process on the soil
block which is laying on the surface of the blade, indicates
that the increase of moisture content tends to be followed by
the increase of the width of the soil fracture. At the 30-39
% moisture content, the width of the soil fracture is in the
range of 4.0 to 6.6 cm whereas at the 40-49 % moisture content
is in the range of 5. 3 to 8.8 cm. Measuring of soil rupture
based on the pin movement in the soil shows that the internal
rupture angle is from 46" to 57.2" toward horizontal plane. The
results of the rupture angle measurement directly at the end
of tillage process are in the range of 30" to 45".
xii
The specific draft minimum for 30" cutting angle, 40
mm/sec tillage speed is at the 32 % moisture content that are
-
2.297 n/cm2, 2.508 N/cm2, and 2.984 N/cm2 at the 15, 17.5, and
17.5
tillage depth respectively. At the 30 % soil moisture
content and 40 mn/sec speed at the 15, 17.5, and 20 cm depth
the specific draft minimum are at the 18", 16", and 16" of cutting angle respectively. Increasing of working speed is foll-
owed by the increase of specific draft as a quadratic function. Minimum draft of tillage operation is at the tillage
depth of 15 cm or less than 15 cm, 18" cutting angle and 30
of soil moisture content, It is important to continue on studying the relationship of the draft cyclic with the type of
soil failure, soil movement during tillage process and the
stress-displacement behavior of the Indonesian soil.
ANALISIS TAHANAN OLAH (DRAFT) LEMPENG DATAR
PENGOLAH TANAH PADA BAK UJI PENGOLAHAN TANAH
Oleh
E. NAMAKEN SEMBIRING
FPS-89528
Desertasi Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Mempefoleh Gelar
Doktor Dalam Bidang Ilmu-Ilmu Pertanian
Pada
Program Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor
PROGRAM PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
1996
I N S T I T U T
P R O G R A M
P E R T A N I A N
B O G O R
P A S C A S A R J A N A
Judul Penelitian : ~nalisisTahanan Olah (draft) Lempeng Datar
Pengolah Tanah Pada Bak Uji Pengolahan Tanah.
Nama Hahasiswa
: E. Namaken Sembiring
N o m r Pokok
: FPS
Program Studi
: Ilmu Keteknikan Pertanian
-
89528
Menyetujui :
1. ~omisiPembimbing
Anggota
.H,H.Azron Dhalhar HSAE,PhD)
Anggota
(Dr.H.Dasun Herudjito MSc)
Anggota
(Prof.Ir.H.H.SurjonoSurjok~s~~),~F,PN))(Prof.Dr.IsaoNisbimura)
Anggota
Anggota
2. Ketua Program Studi
Tanggal lulus 11 April 1996
ogram Pasca Sarjana
RIWAYAT HIDUP
~ e n u l i sdilahirkan di Kabanjahe, Kabupaten Karo, Sumatera
utara pada 13 Oktober 1946, putera sulung dari Sikel Sembiring
dan Almarhum Ianen Tarigan. Setelah tamat dari SR Negeri Kecamatan Tigapanah, Kabupaten Karo pada tahun 1958, mengulang di SR
Negeri IV Kabanjahe dan lulus tahun 1959. Sekolah lanjutan Pertama diselesaikan di SMP Negeri Kabanjahe tahun 1962 sedang sekolah lanjutan atas di SMA Megeri I1 Medan pada tahun 1965.
Tahun 1967 penulis mengikuti pendidikan tinggi di Institut
Pertanian Bogor dan menyelesaikan program Sarjana Mekanisasi
Pertanian pada tahun 1975. Sebelum mengikuti pendidikan tinggi
di Fakultas Mekanisasi dan Teknologi Hasil Pertanian IPB, penulis adalah mahasiswa Jurusan Teknik Industri, Fakultas Teknik,
~niversitasSumatera Utara dari tahun 1965 s/d 1967.
Penulis bekerja di Jurusan Mekanisasi Pertanian, Fakultas
~eknologiPertanian (dahulu Fakultas Mekanisasi dan Teknologi
kasil Pertanian) sebagai asisten tetap se jak 1974 hingga diangkat sebagai staf pengajar pada tahun 1978 sampai saat ini. Pada
tahun 1977, selama 12 bulan, penulis mendapat kesempatan mengikuti nindividual trainingw dalam bidang Traktor Pertanian di
l1Landbouw Hogeschool Wageningenn, Belanda dalam rangka bantuan
NUFFIC THE/LHW-1.
Penulis adalah salah seorang angkatan pertama program s2
Ilmu keteknikan pertanian Pascasarjana IPB dan lulus pada tahun
1983. Pada tahun 1989 penulis mendapat kesempatan melanjutkan
xvi
pendidikan S3 di Program Pascasarjana IPB, Program Studi Keteknikan Pertanian melalui bantuan Program Doktor (TMPD). DI dalam
proses pendidikan program S3 ini, yaitu pada tahun 1992 penulis
mendapat kesernpatan mengikuti 'tindividualtraining"selama sebelas bulan dalam bidang teknik budidaya pertanian di Universitas
Tokyo dan Universitas Kyushu, Jepang atas bantuan proyek kerjasama JICA-DGHE/IPB ADAET : JTA-9a/132.
~enulismenikah dengan Ninta Karina Bangun pada tahun 1978
di Medan Sumatera Utara dan dikaruniai 2 orang putri yang diberi
nama Steisianasari Nieleva dan Stevania Randalia.
UCAPAN TERIMA KASIH
Sejak penyusunan perencanaan penelitian pada awal 1993 Sampai selesainya tulisan ini, penulis telah menerima begitu banyak
bantuan moril maupun materil dari para bapak pembimbing, keluargal rekan sejawat, para sahabat dan lainnya. Melalui kesempatan
ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih sebesar
- besarnya
kepada Bapak H. Moeljarno Djojomartono MSA, PhD, staf pengajar
pada program studi keteknikan pertanian IPB yang bertindak sebagai Ketua Komisi Pembimbing dan telah memberikan bimbingan, dorongan dan arahan-arahan dengan penuh kesabaran dan pengertian.
Sulit bagi penulis menemukan kata penghargaan selain ucapan
terima kasih kepada anggota komisi pembimbing :
1. Bapak Profesor Dr. H. Kamaruddin Abdullah Staf Pengajar
2.
3.
4.
5.
Fakultas Teknologi Pertanian IPB.
Bapak Ir. H. M. Azron Dhalhar, MSAE,PhD Staf Pengajar
Fakultas Teknologi Pertanian IPB.
Bapak Dr. H. Dasun Herudjito, MSc Staf Pengajar Fakultas
~ertanianIPB.
Bapak Profesor Ir. H. M. Surjono Surjokusumo, MSF, PhD Staf
Pengajar Fakultas Kehutanan IPB.
Bapak Profesor Dr. Isao Nishimura "Long Term Expertw1
Proyek kerjasama JICA-DGHE/IPB JTA-ga(132).
yang telah memberikan saran-saran dan dukungan dalam persiapan,
pelaksanaan, analisis, penyusunan dan presentasi hasil penelitian serta dorongan semangat sehingga penulis mampu menyelesaikan
tulisan ini.
Terima kasih juga disampaikan kepada :
x v i ii
1. Bapak Rektor IPB dan Bapak Direktur Program Pascasarjana IPB,
serta Ketua Tim Manajemen Program Doktor (TMPD) atas kesempatan dan penyediaan pembiayaan yang diberikan pada penulis untuk melanjutkan pendidikan Pascasarjana di IPB.
2. Bapak Dekan FATETA dan Bapak Ketua Jurusan Mekanisasi Pertanian FATETA IPB atas fasilitas yang diberikan untuk penyelesaian pendidikan Pascasarjana bagi penulis.
3. Bapak Kepala Laboratorium Alat dan Mesin Budidaya Pertanian,
Dr. Frans Jusuf Daywin MSc. beserta seluruh staf Dr. Tineke
Mandang MS., Ir. R. Godfried Sitompul, Ir. Desrial MEng., Ir.
Gatot P., Ir. Imam Hidayat yang telah banyak membantu penulis
dalam pengadaan atau penggunaaan peralatan penelitian serta
dukungan moril yang tulus khususnya dampingan Ir. Radite PAS,
M.Agr., yang sungguh banyak memudahkan penulis dalam pelaksanaan dan analisis sampai penyusunan hasil penelitian.
4 . Proyek kerjasama JICA-DGHE/IPB ADAET : JTA-ga(132) atas bantuan tenaga ahli dan penyediaan fasilitas penelitian serta
mendapatkan latihan bagi penulis di Jepang.
5 . Bapak Profesor Osamu Kitani yang telah memperkenalkan soil
bin sistim kepada penulis sewaktu menjalani pelatihan di
~niversitasTokyo Jepang.
6, ~ehnisisdr Subandi dan Trisnadi yang telah banyak meringankan beban penulis selama pelaksanaan penelitian.
Terima kasih penulis sampaikan kepada semua yangtelah terlibat atau memberikan perhatian atas selesainya tulisan ini.
Akhirnya penulis sampaikanterima kasih kepada Ninta Karina
istriku serta kedua putriku Steisianasari dan Stevania atas ketabahan dan kesabaran yang diperlihatkan menanti penulis menyelesaikan pendidikan.
DAFTAR IS1
Halaman
..........................................
DAFTARGAMBAR .........................................
DAFTARTABEL
xxii
xxiv
. LATAR BELAKANG ........................................
2 . TUJUAN ............................................*...
TINJAUAN PUSTAKA .........................................
1 . PARAMETER-PARAMETER YANG TERLIBAT PADA PROSES
1
1
5
6
...................................... 6
1.1. Keruntuhan Tanah (soil failure) ..................... 7
1.2. Kekuatan Geser Tanah (shear strength) ............... 9
1.2.1. Kohesitanah ...................................... 12
1.2.2. Sudut gesekan tanah-tanah .......................... 14
1.2.3. Pengukuran kekuatan geser tanah ................... 15
1.3. Tahanan Geser (shear resistance) Tanah-alat ......... 16
1.3.1. Adhesi .............................................
18
1.3.2. Koefisiengesekan ................................. 18
2 . DRAFT PADA ALAT PENGOLAH TANAH SEDERHANA
BERBENTUKLEMPENG ..................................... 19
2.1. Mekanisme Proses Pengolahan Tanah ................... 19
2.2. Pengamatan Antara Ciri-Ciri dan Aspek Proses ........ 25
3 . PERPINDAHANTANAH ..................................... 29
PENGOLAHAN TANAH
.
1 WAKTUDANTEMPAT
......................................
.......................
..............................
32
3.1. Bak Tanah dan Lempeng Penekan
33
3.2. Lempeng PengolahTanah
34
...............
3.4. U n i t Kendali ........................................
4 . PENGUKURAN DAN ALAT UKUR ..............................
3.3. Pengukur Gaya Dan S i f a t Mekanik Tanah
...................................
T a h a n a n G e s e r .......................................
Tekanan Pada Permukaan Lempeng Pengolah Tanah .......
4.2. T a h a n a n P e n e t r a s i
4.3.
4.4.
..........
4.6. Kohesi Dan Sudut Gesekan D a l a m ......................
4.7. P e r p i n d a h a n T a n a h ...................................
5 . OPERAS1 PENGOWANTANAH ..............................
6 . ANALISIS DATA .......................................
6.1. Tahanan o l a h ( D r a f t ) Pengolahan Tanah ...............
6.2. A r a h P a t a h a n T a n a h ..................................
6.3. P u s a t Beban Pada Lempeng Pengolah Tanah .............
W I L D A N P E M B A H A S A N .....................................
1. PROSES PEMADATANTANAH ................................
2 . SIFAT FISIKDAN MEKANIKTANAH .........................
2.1. T a h a n a n P e n e t r a s i ...................................
2.2. D e n s i t a s Tanah ( b u l k d e n s i t y ) .......................
2.3. Tahanan Geser (vane s h e a r ) ..........................
2.4. U j i U n i a k s i a l .......................................
2 . 4 . 1 . K o h e s i T a n a h .....................................
2.4.2. SudutGesekan D a l a m ...............................
2.4.3. TeganganGeser ....................................
3 . ANALISIS SIKLUS TAHANAN OLAH PENGOLAHAN TANAH .........
3.1. T a h a n a n O l a h U k u r ...................................
4.5. Pengukuran Gaya Dan Momen Pengolahan Tanah
....................... 84
................................ 92
.. 95
............. 98
4 . TEKANAN PADA LEMPENG PENGOLAH TANAH ................... 99
4.1. H a s i l Pengukuran .................................... 99
4.2. K o n s e n t r a s i Beban Pada Lempeng Pengolah Tanah ....... 104
5 . ANALISISKOMPONENTAHANANOLAH ........................ 109
5.1. PersamaanDugaTahananOlah ......................... 109
5.2. V e r i f i k a s i Tahanan Olah H i t u n g ...................... 110
5.3. P e r a n a n Komponen Tahanan Olah ....................... 118
5.3.1. P e r a n a n Komponen Kohesi ........................... 119
5.3.2. PerananKomponen Adhesi ........................... 120
3.2.1. I n t e n s i t a s k e r u n t u h a n t a n a h
3.2.2. Arah p a t a h a n t a n a h
3.2.3. Arah p a t a h a n t a n a h t e r h a d a p a r a h gaya r e s u l t a n ( R )
3.2.4. Arah p e r g e r a k a n p i n d a n g a y a r e s u l t a n
............................ 122
.......................... 125
6 . TAHANAN OLAH SPESIFIK (SPECIFIC DRAFT) MINIMUM ....... 126
6.1. Kadar A i r Tanah ................................... 126
6.2. S u d u t A l a t ......................................... 128
6.3. KedalamanOlah ..................................... 129
5.3.3.
5.3.4.
PerananKomponenBobot
PerananKomponen I n e r s i a
6.5. O p e r a s i Pengolahan Tanah dengan Tahanan
.
2 SARAN
................................................ 138
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1.
Parameter kekuatan tanah dalam hubungannya
dengan densitas dan kelembaban tanah ............. 11
Tabel 2.2.
Kohesi dan sudut gesek dalam pada berbagai
kadar air
13
Densitas relatif dan sudut gesekan dalam
dari tanah butiran besifat gesekan
15
Metoda pengukuran parameter kekuatan tanah
dari persamaan Coulomb
16
Tabel 2.3.
Tabel 2.4.
........................................
...............
...........................
.............
Tabel 3.1.
~nalisatekstur dari bahan percobaan
Tabel 4.1.
Rata-rata tegangan pada permukaan atas dan bawah
tanah bahan percobaan(kPa)
Tabel 4.2.
Tabel
4.3.
Tabel 4.4.
Tabel 4.5.
Tabel 4.6.
Tabel 4.7.
Tabel 4.8.
Tabel 4.9.
.......................
Kebutuhan energi pengolahan tanah (kJ/m3) ........
32
55
80
Koefisien keragaman tahanan olah ukur terhadap
rata-rata tahanan olah. %
82
Rata-rata lebar patahan tanah (Tp) pada arah
sejajar sudut kerja lempeng pengolah tanah
86
Intensitas patahan tanah pada proses pengolahan
tanah (detik/patahan)
87
Koefisien regressi interval kejadian puncak
tahanan olah terhadap kejadian patahan tanah
92
........................
.......
............................
.....
Hasil pengukuran rata-rata sudut patahan tanah
dan arah pergerakan pin
.......................... 93
Arah gaya resultan terhadap bidang datar ......... 96
Beban pada lempeng pengolah tanah ................ 105
Tabel 4.10. Pusat resultan (Fz/Fx) pada lempeng pengolah
tanah. (AI). cm
................................. 106
Tabel 4.11. Hubungan linear antara pusat beban dengan arah
resultan gaya pada lempeng pengolah tanah
........ 108
Tabel 4.12. Rata-rata total nisbah gaya vertikal(~z) dengan
gaya horizontal (Fx)
Tabel 4.13.
............................. 109
Persamaan verifikasi tahanan olah hitung ......... 112
xxiii
Tabel 4.14. Konstanta pegas dan daspot tanah percobaan
.......
116
Tabel 4.15. Tahanan olah spesifik minimum pada
kedalaman olah
................................... 129
Tabel 4.16.
Persamaan Tahanan Olah dan Tahanan olah spesifik
sebagai Eungsi kecepatan
......................... 132
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1.
Keruntuhan tanah selama pemotongan dengan
pengolah tanah berbentuk lempeng
..............
Model bidang keruntuhan geser dari Coulomb ......
10
Gaya hipotetis dan hubungan secara geometris
antara kecepatan dan panjang untuk suatu potongan tanah beraksi pada alat pengolah tanah
20
Gambar 2.4.
Model lempeng sempit pemotong tanah
22
Gambar 2.5.
Diagram badan bebas gaya yang bekerja pada
potongan tanah yang dipindahkan olah alat
pengolah tanah sederhana
Gambar 2.2.
Gambar 2.3.
.....
............
........................
Gambar 2.6. Tipe proses pemasukan potongan tanah ...........
Gambar 2.7. Tipe aliran uatama potongan tanah .............
Gambar 3.1 . Bak tanah dan lempeng penekan ...................
Gambar 3.2. Lempeng datar pengolah tanah ....................
Gambar 3.3. Penetrometer dan Vane Shear .....................
Gambar 3.4. Diagram blok dari Unit kendali ..................
Gambar 3.5. Diagram pengukuran di Bak uji pengolahan tanah ..
Gambar 3.6. Diagram rangkaian pengukuran gaya dan momen .....
Gambar 3.7. Grafik kalibrasi Transduser ortogonal ...........
Gambar 3.8. Model uji uniaksiak .............................
Gambar 3.9. Pengamatan pergerakan tanah .....................
8
24
30
31
33
35
36
36
37
41
43
44
46
Gambar 3.10. Gaya-gaya yang bekerja pada blok potongan tanah
berbentuk trapesim menggunakan lempeng datar
pengolahtanah
47
Gambar 3.11. Arah patahan tanah dan resultante
gaya olah
53
Gambar 3.12.
54
.................................
Gambar 4.1.
.......................................
Lokasi pusat beban pengolahan tanah .............
Beban memanjang di permukaan tanah .............
56
xxv
Gambar
4.2.
Tegangan kearah horijontal (Pa) pada permukaan
tanah pada proses pemadatan
Gambar
4.3.
Gambar
4.4.
Gambar
4.5.
Gambar
4.6.
Gambar
4.7.
Tahanan geser (stress) pada kelompok kadar air
( 3 0 - 3 9 % dan 40-49 % )
Gambar
4.8.
Grafik kohesi pada selang kadar air tanah
bahan percobaan .................................
Gambar
4.9.
Hubungan koefisien gesekan dalam dengan kadar
air tanah
Gambar
4.10.
Tegangan geser pada perubahan kadar air
Gambar
4.11.
Gambar
4.12.
Gambar
4.13.
Gambar
4.14.
Gambar
4.15.
Tahanan olah spesifik ukur pada selang kadar air
30-39 % dan 40-49 %
Gambar
4.16.
Bentuk patahan tanah pada proses pengolahan
tanah dengan lempeng datar
Gambar
4.17.
Proses keruntuhan tanah pada siklus tahanan olah
.
ukur dan uji uniaksial, kadar air 3 9 %
Gambar
4.18.
Proses keruntuhan tanah pada siklus tahanan olah
ukur dan u ji uniaksial , kadar air 4 2 . 7 %.
Gambar
4.19.
Perhitungan terjadinya interval puncak tahanan
olah ukur , detik
Gambar
4.20.
Intensitas kejadian puncak tahanan olah dan
patahan tanah pada kadar air 30-39 %
Gambar
4.21.
Intensitas kejadian puncak tahanan olah dan
patahan tanah pada kadar air 40-49 %
....................
Tahanan penetrasi pada kadar air tanah 30-39 %. ..
Tahanan penetrasi pada kadar air tanah 40-49 % ..
Densitas tanah (basis kering) bahan pada
pembebanan 3 0 0 kPa
..............................
Momen puntir bahan pada perubahan kadar air .....
...........................
.......................................
....,....
Contoh siklus tahanan olah kadar air rendah .....
Contoh siklus tahanan olah kadar air tinggi .....
Tahanan olah ukur pengolahan tanah pada selang
kadar air 30-39 % dan 40-49 %
..................
Kadar air tanah bahan percobaan ..........,....,.
.............................
......................
.... .....
.......
..............................
............
..........,.
xxvi
Gambar 4.22. Sudut patah soil bin, sudut pergerakan pin dan
...
sudut patah uji uniaksial (KA = 30-39 % ) .
.. .
.
94
Gambar 4.23. Sudut patah soil bin, sudut pergerakan pin dan
sudut patah uji uniaksial (KA = 40-49 % ) . ....... 94
Gambar 4.24. Arah gaya resultan dan arah patahan tanah
.......
95
Gambar 4.25. Arah gaya resultan terhadap bidang datar dan
sudut patahan tanah pada Kadar air 30-39 %
97
Gambar 4.26. Arah gaya resultan terhadap bidang datar dan
sudut patahan tanah pada Kadar air 40-49 %
97
Gambar 4.27. Arah pergerakan pin dan gaya resultan pada
kadar air 30-39 %
98
......
.. . .. .
...............................
Gambar 4.28. Arah pergerakan pin dan gaya resultan pada
kadar air 40-49 %
Gambar 4.29.
............................... 98
Pola tekanan pada lempeng pengolah tanah ........ 100
Gambar 4.30. Tekanan pada lempeng pengolah tanah, kadar
air 30-39 % basis kering
........................ 101
Gambar 4.31. Tekanan pada lempeng pengolah tanah, kadar
air 40-49 % basis kering
........................ 101
Gambar 4..32. Penyebaran tekanan pada lempeng pengolah
tanah, kadar air 30-39 %
........................ 102
Gambar 4.33. Penyebaran tekanan pada lempeng pengolah
tanah, kadar air 40-49 %
........................ 102
Gambar 4.34. Beban utama pada ujung bawah lempeng pengolah
tanah
........................................... 103
4
Gambar 4.35. Pola penyebaran tekanan pada pemukaan
lempeng pengolah tanah
.......................... 104
Gambar 4.36. Lokasi pusat resultan (Fz/Fx) pada lempeng
pengolahtanah
.................................. 106
Gambar 4.37. Perubahan arah dan lokasi pusat gaya resultan
pada kadar air 30-39 %
.......................... 107
Gambar 4.38. Perubahan arah dan lokasi pusat gaya resultan
pada kadar air 40-49 %
..........................
107
Gambar 4.39. Grafik tahanan olah hitung dan ukur pada selang
110
kadar air 30-39 %
..............................
xxvi i
Gambar
4.40.
Grafik tahanan olah hitung dan ukur pada selang
kadar air 4 0 - 4 9 %
Gambar
4.41.
Pola penurunan tinggi uji uniaksial. kadar air
............................... 111
30-39 %
Gambar
4.42.
......................................... 1 1 3
Pola penurunan tinggi uji uniaksial. kadar air
......................................... 1 1 3
Model reologi tipe Maxwell ...................... 1 1 5
40-49 %
Gambar
4.43.
Gambar
4.44.
Gambar
4.45.
................... 1 1 6
Persentase komponen tahanan olah ................ 1 1 8
Gambar
4.46.
Koefisien dan nilai komponen kohesi
Gambar
4.47.
Peranan komponen kohesi pada perubahan sudut
potong alat
120
Peranan komponen adhesi(Newton) pada perubahan
kadarair
121
Gambar
4.48.
Kurva kecocokan model maxwell untuk selang
kadar air 30-39 % dan 4 0 - 4 9 %
............. 1 1 9
.....................................
.....................................
Gambar
4.49.
Peranan komponen adhesi pada perubahan sudut
potongalat
Gambar
4.50.
Perubahan komponen bobot dan koefisien komponen
bobot pada kadar air antara 30-39 %
Gambar
4.51.
Perubahan komponen bobot dan koefisien komponen
bobot pada perubahan sudut potong
Gambar
4.52.
Peranan komponen inersia pada kecepatan
kerjalapang
..................................... 1 2 2
............. 1 2 3
............... 1 2 4
..................................
125
Gambar
4.53.
Tahanan olah spesifik pada ekstrapolasi
kadar air
Gambar
4.54.
Tahanan olah spesifik pada perubahan sudut
kerjaalat
Gambar
4.55.
...................................... 1 2 8
Tahanan olah pada perubahan kecepatan ........... 1 3 1
Gambar
4.56.
Tahanan olah spesifik pada perubahan kecepatan
....................................... 1 2 7
.. 1 3 1
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
r am pi ran
1. Tabel pengukuran tegangan di permukaan atas dan
dasar bak tanah diakhir 120 detik pembebanan
sebesar 300 kPa
.................................
am pi ran
Lampiran
2. Tabel tahanan penetrasi, kadar air 30-39 % basis
kering(N/cm2)
147
...................................
3. Tabel data pengukuran densitas (Bulk density) . .. 149
Lampiran
............
5. Tabel data pengukuran uji uniaksial .............
Lampiran
6. Gambar grafik pengukuran tekanan normal pada
am pi ran
145
4.
Tabel moment puntir (vane shear), Nm
permukaan lempeng pengolah tanah
................
150
153
155
Lampiran 7, Tabel tekanan pada permukaan alat pengolah tanah. 170
Lampiran
8. Tabel koefisien persamaan tekanan pada permukaan
lempeng pengolahtanah
.......................... 171
am pi ran 9. Gambar grafik pengukuran tahanan olah
...........
172
am pi ran 10. Gaya horizontal, vertikal(Newton) dan moment (Nm) 189
............
190
.........................
196
Lampiran 11. Tabel hasil perhitungan tahanan olah
am pi ran 12. Tabel sudut patah tanah
am pi ran 13, Waktu kejadian puncak pada siklus draft..........
197
....
200
.,................................
201
~ampirab14. Tabel data kecenderungan arah pergerakan pin
Lampiran 15. Tabel perhitungan ragam data pengukuran
gayadanmomem
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
h am pi ran
1. Tabel pengukuran tegangan di permukaan atas dan
dasar bak tanah diakhir 120 detik pembebanan
sebesar 300 kPa
.................................
am pi ran
Lampiran
am pi ran
Lampiran
am pi ran
145
2. Tabel tahanan penetrasi, kadar air 30-39 % basis
kering(N/cm2)
147
..................................
3. Tabel data pengukuran densitas (Bulk density) . . . 149
4 . Tabel moment puntir (vane shear), Nm ... .. . ...... 150
5. Tabel data pengukuran u j i uniaksial ............. 153
6. Gambar grafik pengukuran tekanan normal pada
permukaan lempeng pengolahtanah
................
Lampiran
7.
Lampiran
8. Tabel koefisien persamaan tekanan pada permukaan
155
Tabel tekanan pada permukaan alat pengolah tanah. 170
.......................... 171
9. Gambar grafik pengukuran tahanan olah ........... 172
lempeng pengolahtanah
am pi ran
Lampiran 10. Gaya horizontal, vertikal(Newt0n) dan moment (Nm) 189
............
Lampiran 12. Tabel sudut patah tanah .........................
Lampiran 11. Tabel hasil perhitungan tahanan olah
Lampiran 13. Waktu kejadian puncak pada siklus draft..........
190
196
197
....
200
..................................
201
Lampirab 14. Tabel data kecenderungan arah pergerakan pin
Lampiran 15. Tabel perhitungan ragam data pengukuran
gayadanmomem
Halaman
DAFTARTABEL
..........................................
xxii
.............................................. 1
1. LATAR BELAKANG ........................................ 1
2 . TUJUAN ................................................ 5
TINJAUAN PUSTAKA ........................................
6
PENDAHULUAN
1
. PARAMETER-PARAMETER
YANG TERLIBAT PADA PROSES
PENGOLAHAN TANAH ......................................
6
..................... 7
1 . 2 . Kekuatan Geser Tanah (shear strength) ............... 9
1 . 2 . 1 . Kohesitanah ..................................... 1 2
1 . 2 . 2 . Sudut gesekan tanah-tanah ......................... 14
1 . 2 . 3 . Pengukuran kekuatan geser tanah ................... 1 5
1 . 3 . Tahanan Geser (shear resistance) Tanah-alat ......... 16
1.3.l.Adhesi ...........................................
18
1 . 3 . 2 . Koefisiengesekan ................................. 1 8
2 . DRAFT PADA ALAT PENGOLAH TANAH SEDERHANA
BERBENTUKLEMPENG ..................................... 1 9
2 . 1 . Mekanisme Proses Pengolahan Tanah ................... 19
2 . 2 . Pengamatan Antara Ciri-Ciri dan Aspek Proses ........ 2 5
3 . PERPINDAHANTANAH ..................................... 2 9
METODAPENELITIAN ........................................ 3 2
1. WAKTUDANTEMPAT ...................................... 3 2
2 . B A H A N ................................................. 3 2
3.ALAT-ALAT ............................................. 33
3 . 1 . Bak Tanah dan Lempeng Penekan .......................
33
3 . 2 . Lempeng PengolahTanah .............................. 34
1.1. Keruntuhan Tanah (soil failure)
...............
3 . 4 . U n i t Kendali ........................................
4 . PENGUKURAN DANALAT UKUR ..............................
3.3.
Pengukur Gaya Dan S i f a t Mekanik Tanah
.......................................
4 . 4 . Tekanan Pada Permukaan Lempeng Pengolah Tanah .......
4 . 5 . Pengukuran Gaya Dan Mornen Pengolahan Tanah ..........
4 . 6 . Kohesi Dan Sudut Gesekan D a l a m ......................
4 . 7 . P e r p i n d a h a n T a n a h ...................................
5 . OPERAS1 PENGOLAHANTANAH ..............................
6 . ANALISIS DATA .........................................
6 . 1 . Tahanan o l a h ( D r a f t ) Pengolahan Tanah ...............
4 . 3 . TahananGeser
..................................
6 . 3 . P u s a t Beban Pada Lempeng Pengulah Tanah .............
HASILDANPEMBAHASAN .....................................
1. PROSES PEMADATANTANAH ................................
2 . SIFAT FISIK DAN MEKANIKTANAH .........................
2 . 1 . ~ a h a n a n p e n e t r a s i...................................
2 . 2 . D e n s i t a s Tanah ( b u l k d e n s i t y ) .......................
2 . 3 . Tahanan G e s e r (vane s h e a r ) ..........................
2 . 4 . U j i U n i a k s i a l .......................................
2 . 4 . 1 . KohesiTanah ......................................
2 . 4 . 2 . Sudut Gesekan D a l a m ...............................
6.2.
Arah P a t a h a n T a n a h
2.4.3.
3
TeganganGeser
....................................
. ANALISIS SIKLUS TAHANAN OLAH PENGOLAHAN TANAH .........
3.1.
TahananOlahUkur
3 . 2 . Keruntuhan Tanah
...................................
...................................
xxi
....................... 84
................................ 9 2
.. 9 5
............. 9 8
4 . TEKANAN PADA LEMPENG PENGOLAH TANAH ................... 99
4.1. H a s i l Pengukuran .................................... 99
4.2. K o n s e n t r a s i Beban Pada Lempeng Pengolah Tanah ....... 104
5 . ANALISIS KOMPONEN TAHANAN OLAH ........................ 109
5.1. Persamaan Duga Tahanan Olah ......................... 109
3.2.1.
3.2.2.
3.2.3.
3.2.4.
I n t e n s i t a s keruntuhan t a n a h
Arahpatahantanah
Arah p a t a h a n t a n a h t e r h a d a p a r a h gaya r e s u l t a n ( R )
Arah p e r g e r a k a n p i n d a n g a y a r e s u l t a n
...................... 110
5.3. P e r a n a n Komponen Tahanan O l a h ....................... 118
5.3.1. P e r a n a n Komponen Kohesi ........................... 119
5.3.2. PerananKomponen Adhesi ........................... 120
5.3.3. PerananKomponenBobot ............................ 122
5.3.4. PerananKomponen I n e r s i a .......................... 125
6 . TAHANAN OLAH SPESIFIK (SPECIFIC DRAFT) MINIMUM ....... 126
6.1. Kadar A i r Tanah ................................... 126
6.2. S u d u t A l a t ......................................... 128
6.3. KedalamanOlah ..................................... 129
5 . 2 . V e r i f i k a s i Tahanan Olah H i t u n g
6.5.
Operasi Pengolahan Tanah dengan Tahanan
LAMPIRAN-LAMPIRAN
.....................................
144
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1.
Tabel 2.2.
Tabel 2.3.
Tabel 2.4.
Tabel 3.1.
Tabel 4.1.
Parameter kekuatan tanah dalam hubungannya
dengan densitas dan kelembaban tanah
11
Kohesi dan sudut gesek dalam pada berbagai
kadar air
13
Densitas relatif dan sudut gesekan dalam
dari tanah butiran besifat gesekan
15
Metoda pengukuran parameter kekuatan tanah
dari persamaan Coulomb
16
.............
........................................
...............
...........................
Analisa tekstur dari bahan percobaan .............
Rata-rata tegangan pada permukaan atas dan bawah
tanah bahan percobaan(kPa)
32
.......................
55
........
80
Tabel 4.2.
Kebutuhan energi pengolahan tanah (kJ/m3)
Tabel 4.3.
Koefisien keragaman tahanan olah ukur terhadap
rata-rata tahanan olah. %
82
Rata-rata lebar patahan tanah (Tp) pada arah
sejajar sudut kerja lempeng pengolah tanah
86
Intensitas patahan tanah pada proses pengolahan
tanah (detik/patahan)
87
Koefisien regressi interval kejadian puncak
tahanan olah terhadap kejadian patahan tanah
92
Tabel 4.4.
Tabel 4.5.
Tabel 4.6.
Tabel 4.7.
Tabel 4.8.
Tabel 4.9.
........................
.......
............................
.....
Hasil pengukuran rata-rata sudut patahan tanah
dan arah pergerakan pin
.......................... 93
Arah gaya resultan terhadap bidang datar ......... 96
Beban pada lempeng pengolah tanah ................ 105
Tabel 4.10. Pusat resultan (Fz/Fx) pada lempeng pengolah
tanah. (AI). cm
.................................
106
Tabel 4.11. Hubungan linear antara pusat beban dengan arah
resultan gaya pada lempeng pengolah tanah
........ 108
Tabel 4.12. Rata-rata total nisbah gaya vertikal(F2) dengan
gaya horizontal (Fx)
Tabel 4.13.
............................. 109
Persamaan verifikasi tahanan olah hitung ......... 112
xxiii
.......
116
...................................
129
Tabel 4.14. Konstanta pegas dan daspot tanah percobaan
Tabel 4.15, Tahanan olah spesifik minimum pada
kedalaman olah
Tabel 4.16.
Persamaan Tahanan Olah dan Tahanan olah spesifik
sebagai fungsi kecepatan
......................... 132
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1.
Keruntuhan tanah selama pemotongan dengan
pengolah tanah berbentuk lempeng
..............
Coulomb ......
8
Gambar 2.2.
Model bidang keruntuhan geser dari
Gambar 2.3.
Gaya hipotetis dan hubungan secara geometris
antara kecepatan dan panjang untuk suatu potongan tanah beraksi pada alat pengolah tanah
20
Gambar 2.4.
Model lempeng sempit pemotong tanah
22
Gambar 2.5.
Diagram badan bebas gaya yang bekerja pada
potongan tanah yang dipindahkan olah alat
pengolah tanah sederhana
.....
............
........................
Garnbar 3.4.
...........
Tipe aliran uatama potongan tanah .............
Bak tanah dan lempeng penekan ...................
Lempeng datar pengolah tanah ....................
Penetrometer dan Vane Shear .....................
Diagram blok dari Unit kendali ..................
Gambar 3.5.
Diagram pengukuran di Bak uji pengolahan tanah
Gambar 3.6.
Diagram rangkaian pengukuran gaya dan momen
Gambar 2.6.
Gambar 2.7.
Gambar 3.1.
Gambar 3.2.
Gambar 3.3.
Gambar 3.7.
Gambar 3.8.
Gambar 3.9.
Tipe proses pemasukan potongan tanah
10
24
30
31
33
35
36
36
..
37
.....
41
...........
Model uji uniaksiak .............................
Pengamatan pergerakan tanah .....................
Grafik kalibrasi Transduser ortogonal
43
44
46
Gambar 3.10. Gaya-gaya yang bekerja pada blok potongan tanah
berbentuk trapesium menggunakan lempeng datar
pengolah tanah
47
Gambar 3.11. Arah patahan tanah dan resultante
gaya olah
53
.................................
.......................................
Gambar 3.12. Lokasi pusat beban pengolahan tanah
Gambar 4.1.
Beban memanjang di permukaan tanah
.............
.............
54
56
xxv
Gambar
4.2.
Tegangan kearah horijontal (Pa) pada permukaan
tanah pada proses pemadatan ....................
Gambar
4.3.
Tahanan penetrasi pada kadar air tanah
30-39
%.
Gambar
4.4.
Tahanan penetrasi pada kadar air tanah
40-49
%
Gambar
4.5.
Densitas tanah (basis kering) bahan pada
pembebanan 300 kPa
Gambar
4.6.
Gambar
4.7.
Gambar
Gambar
4.8.
4.9.
..
..
..............................
Momen puntir bahan pada perubahan kadar air .....
Hubungan koefisien gesekan dalam dengan kadar
air tanah
72
.......................................
4.11.
Gambar
4.12.
Contoh siklus tahanan olah kadar air tinggi
Gambar
4.13.
Tahanan olah ukur pengolahan tanah pada selang
kadar air 30-39 % dan 40-49 %
Gambar
Gambar
Gambar
Gambar
Gambar
Gambar
4.16.
4.17.
4.18.
4.19.
4.20.
4.21.
66
69
.................................
Gambar
4.15.
62
Grafik kohesi pada selang kadar air tanah
bahan percobaan
........,
Contoh siklus tahanan olah kadar air rendah ,....
Gambar
60
67
...........................
4.10.
4.14.
60
Tahanan geser (stress) pada kelompok kadar air
( 3 0 - 3 9 % dan 40-49 % )
Gambar
Gambar
58
Tegangan geser pada perubahan kadar air
.....
.............,....
Kadar air tanah bahan percobaan .................
73
75
75
77
78
Tahanan olah spesifik ukur pada selang kadar air
30-39 % dan 40-49 %
79
Bentuk patahan tanah pada proses pengolahan
tanah dengan lempeng datar
84
Proses keruntuhan tanah pada siklus tahanan olah
ukur dan uji uniaksial, kadar air 39 %
..........
88
Proses keruntuhan tanah pada siklus tahanan olah
,
ukur dan uji uniaksial , kadar air 4 2 . 7 %.
88
Perhitungan terjadinya interval puncak tahanan
olah ukur , detik
89
Intensitas kejadian puncak tahanan olah dan
patahan tanah pada kadar air 30-39 %
91
Intensitas kejadian puncak tahanan olah dan
patahan tanah pada kadar air 40-49 %
91
...........................,.
..................,...
... ...
..............................
............
............
xxvi
Gambar 4.22. Sudut patah soil bin, sudut pergerakan pin dan
sudut patah uji uniaksial (KA = 30-39 % ) . . . .
94
Gambar 4.23. Sudut patah soil bin, sudut pergerakan pin dan
sudut patah uji uniaksial (KA = 40-49 % ) . . ....
94
Gambar 4.24. Arah gaya resultan dan arah patahan tanah
95
. .. .
. .
.......
Gambar 4.25. Arah gaya resultan terhadap bidang datar dan
sudut patahan tanah pada Kadar air 30-39 %
97
Gambar 4.26. Arah gaya resultan terhadap bidang datar dan
sudut patahan tanah pada Kadar air 40-49 %
97
......
......
Gambar 4.27. Arah pergerakan pin dan gaya resultan pada
kadar air 30-39 %
................................ 98
Gambar 4.28. Arah pergerakan pin dan gaya resultan pada
kadar air 40-49 %
.................................
Gambar 4.29. Pola tekanan pada lempeng pengolah tanah
98
........ 100
Garnbar 4.30. Tekanan pada lempeng pengolah tanah, kadar
air 30-39 % basis kering
.........................101
Galnbar 4.31. Tekanan pada lempeng pengolah tanah, kadar
air 40-49 %