Rancang Bangun Ditcher Berpengeruk untuk Pembuatan Saluran Drainase pada Budidaya Tebu Lahan Kering
RANCANG BANGUN DITCHER BERPENGERUK
UNTUK PEMBUATAN SALURAN DRAINASE
PADA BUDIDAYA TEBU LAHAN KERING
SAMSUL BAHRI
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2006
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Rancang Bangun
Ditcher Berpengeruk untuk Pembuatan Saluran Drainase pada Budidaya Tebu
Lahan Kering adalah karya saya sendiri dan belum diajukan dalam bentuk apa
pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau
dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain
telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian
akhir tesis ini.
Bogor, September 2006
Samsul Bahri
NIM F151030051
ABSTRAK
SAMSUL BAHRI. Rancang Bangun Ditcher Berpengeruk untuk Pembuatan
Saluran Drainase pada Budidaya Tebu Lahan Kering. Dibimbing oleh WAWAN
HERMAWAN dan I NENGAH SUASTAWA.
Salah satu faktor penentu keberhasilan budidaya tebu adalah
sistem drainase yang baik. Got malang merupakan saluran drainase melintang
untuk menyalurkan kelebihan air dari barisan tanam tebu. Pembuatan got malang
di PG. Jatitujuh dengan menggunakan rotary ditcher menghasilkan bentuk dan
dimensi saluran drainase seperti yang diharapkan, namun mempunyai
permasalahan pisau yang mudah tumpul dan aus, dan kerusakan pada PTO
traktor. Penggunaan kair mata satu lebih disukai, namun saluran yang dihasilkan
tidak sempurna dan juring tanaman tertutup oleh buangan tanah yang menumpuk
di kedua sisi saluran sehingga menutupi aliran air dari barisan tanam.
Penelitian ini bertujuan membuat ditcher drainase yang ditarik oleh traktor
roda-4 tanpa menggunakan tenaga PTO traktor untuk menghasilkan saluran
drainase berpenampang trapesium dengan lebar dasar 35 cm, lebar atas 90 cm,
kedalaman 40 cm dan buangan tanah pada cekungan guludan harus dipindahkan
ke punggung guludan.
Ditcher yang berhasil dirancang adalah ditcher yang dilengkapi pengeruk
tanah. Bagian ditcher berfungsi untuk membuat saluran drainase, sedangkan
bagian pengeruk untuk mengeruk tanah pada cekungan guludan. Mekanisme
pengerukan digerakkan oleh roda pada bagian depan dengan memanfaatkan
profil guludan lahan yang ditransmisikan melalui poros transmisi ke pengeruk di
bagian belakang. Struktur ditcher berpengeruk terdiri dari rangka, ditcher dan
mekanisme pengeruk. Rangka berbentuk segitiga dengan tiga titik gandeng yang
standar. Ditcher mempunyai sudut potong kedua pisau 70° dengan lebar
pemotongan tanah pada dasar saluran 60 cm, sudut angkat pisau 15°, dan
diameter kelengkungan singkal 65 cm. Konstruksi penggerak pengeruk terdiri
dari roda berdiameter 41 cm dengan panjang lengan 28 cm dan bilah pengeruk
40 cm x 55 cm dengan panjang lengan 68 cm. Ditcher berpengeruk mempunyai
dimensi panjang 173 cm, lebar 293 cm dan tinggi138 cm dengan berat 435 kg.
Setelah dilakukan beberapa modifikasi, ditcher berpengeruk dapat bekerja
dengan baik. Ditcher dapat membuat saluran drainase berpenampang trapesium
dengan lebar dasar, lebar atas dan kedalaman berturut-turut 39.1 cm, 113.1 cm
dan 33.1 cm untuk uji kinerja di lahan Leuwikopo dan 37.9 cm, 100.2 cm dan
38.7 cm untuk uji kinerja di lahan PG. Jatitujuh. Pengeruk dapat mengeruk tanah
buangan ditcher dan menempatkanya di punggung guludan dengan tinggi tanah
belum terkeruk pada cekungan guludan 6 cm pada lahan uji Leuwikopo, dan 15.8
cm pada lahan uji PG. Jatitujuh. Slip roda traktor, draft dan kapasitas lapang
teoritis berturut-turut 37.58%, 2.84 kN dan 3.72 ha/jam untuk lahan uji
Leuwikopo dan 63.12%, 6.49 kN dan 6.85 ha/jam untuk lahan uji PG. Jatitujuh.
ABSTRACT
SAMSUL BAHRI. Design of Ditcher Equipped with Scrapper for Making the
Drainage Channel on Dry Land Sugar Cane Plantation. Under the direction of
WAWAN HERMAWAN and I NENGAH SUASTAWA.
One factor determining the sugar cane production is a good drainage
system. The drainage channel that crosses the planting rows is used to drain the
excess water from sugar cane plantation. The drainage channel at PG. Jatitujuh
has been being formed by using a rotary ditcher. Shape and dimension of the
drainage channel were good enough as expected, but the rotary ditcher itself had
some disadvantages such as: its blades became dull and worn quickly, it tend to
break the tractor PTO system. On the other hand, the utilization of a furrower in
the ditch forming is preferred. But, the resulted shape and dimension channel
was not good enough. The soil dug out from the ditch covered both sides of the
planting rows along the channel. Consequently, it blocked the drain water flow
out from the planting rows.
The objective of the research was to design a ditcher equipped with a pair
of scrappers pulled by a four-wheel tractor. The ditcher operated without using
PTO. It’s designed to produce drainage channel with trapezoidal shape with the
lower side of 35 cm, upper side of 90 cm, and depth of 40 cm. It is also able to
place the dug soil on the top of initial ridges.
The prototype of the ditcher was equipped by a pair of soil scrappers. The
function of the ditcher is to make the drainage channel, whereas function of the
scrapper is to scrap the soils in between the ridges and put it on the top of the
ridges. Scrapping mechanism was driven by a front wheel that rolls on the
ridge’s profile. The drive force then was transmitted through a transmission shaft
to drive the scrapper. The structure of the scrapper ditcher consisted of a frame, a
ditcher, and a pair of scrappers. The frame had a triangular shape and equipped
with three standardized hitching points. The ditcher had share cutting angle of
70o, 60 cm in cutting width, share intersection angle of 15o, and the concaveness
radius of the mold of 65 cm. The construction of the scrapper driver consisted of
front wheel (41 cm in diameter), wheel arm (28 cm in length) and the scrapper
blade (40 cm x 55 cm in size), scrapper arm (68 cm in length). The dimension of
the scrapper ditcher was 173 cm in length, 293 cm in width, and 138 cm in
height, and the weight is 435 kg.
The modified scrapper ditcher operated successfully. The ditcher produced
the expected trapezoidal type drainage channel with a proper size. The test result
at Experimental Field of Leuwikopo showed that the length of lower side, upper
side and the depth of the ditcher were 39.1 cm, 113.1 cm and 33.1 cm
respectively. Whereas, the test result at PG. Jatitujuh showed that the length of
lower side, upper side and the depth of the ditcher were 37.9 cm, 100.2 cm and
38.7 cm respectively. The scrapper could scrap the discharged soils and then
placed the soils on the ridges. However, there was un-scrapped soil in between
the ridges which has 6 cm in height (at Leuwikopo), and 15.8 cm in height (at
PG. Jatitujuh). The wheel slip of the tractor, draft, and theoretical field capacity
were 37.58%, 2.84 kN and 3.72 ha/hour respectively (at Leuwikopo), and
63.12%, 6.49 kN, and 6.85 ha/hour respectively (at PG Jatitujuh).
© Hak cipta milik Institut Pertanian Bogor, tahun 2006
Hak cipta dilindungi
Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dari
Institut Pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam
bentuk apa pun, baik cetak, fotokopi, mikrofilm, dan sebagainya
RANCANG BANGUN DITCHER BERPENGERUK
UNTUK PEMBUATAN SALURAN DRAINASE
PADA BUDIDAYA TEBU LAHAN KERING
SAMSUL BAHRI
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Departemen Ilmu Keteknikan Pertanian
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2006
Judul Tesis
Nama
NIM
: Rancang Bangun Ditcher Berpengeruk untuk Pembuatan Saluran
Drainase pada Budidaya Tebu Lahan Kering
: Samsul Bahri
: F151030051
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Wawan Hermawan, MS
Ketua
Dr. Ir. I Nengah Suastawa, M.Sc.
Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi
Ilmu Keteknikan Pertanian
Dekan Sekolah Pascasarjana
Prof.Dr.Ir. Budi Indra Setiawan, M.Sc.
Prof.Dr.Ir. Khairil A. Notodiputro, MS.
Tanggal Ujian: 22 September 2006
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala
karuniaNya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih
dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Juli 2005 ini ialah mekanisasi
pertanian, dengan judul Rancang Bangun Ditcher Berpengeruk untuk Pembuatan
Saluran Drainase pada Budidaya Tebu Lahan Kering.
Penelitian ini telah berhasil mengembangkan alat mekanisasi baru, yaitu
Ditcher Berpengeruk. Semoga alat ini bermanfaat bagi mekanisasi pertanian,
khususnya dalam pelaksanaan program intensifikasi dan mekanisasi budidaya
tebu lahan kering guna peningkatan produksi tebu nasional.
Terimakasih penulis ucapkan kepada : Bapak Dr. Ir. Wawan Hermawan,
MS dan Bapak Dr. Ir. I Nengah Suastawa, M.Sc selaku pembimbing yang telah
memberikan arahan dan bimbingan dalam proses akademik dan selama
penelitian dan penulisan karya ilmiah ini, Bapak Prof. Dr. Ir. Asep Sapei, MS
selaku penguji luar komisi yang telah memberikan saran perbaikan penulisan
karya ilmiah ini, PT. Rajawali Nusantara Indonesia atas bantuan dana penelitian,
Unit Pabrik Gula Jatitujuh dan tim ditcher atas kerjasamanya dalam penelitian
ini, dan Direktur Politeknik Negeri Lhokseumawe atas pemberian kesempatan
pendidikan ini. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada ayahanda,
ibunda, keluarga penulis dan adik Tia, atas segala doa dan kasih sayangnya.
Bogor, September 2006
Samsul Bahri
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Kotabakti, Nanggroe Aceh Darussalam pada tanggal
1 Juni 1973 dari pasangan Bapak A. Hamid Usman dan Ibu Saleha. Penulis
merupakan anak keempat dari lima bersaudara
Pendidikan sarjana ditempuh di Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik
Universitas Syiah Kuala Banda Aceh, dan lulus sebagai sarjana pada Agustus
1997.
Sejak tahun 1999 penulis bekerja sebagai staf edukatif di Jurusan Mesin
Politeknik Negeri Lhokseumawe, Nanggroe Aceh Darussalam.
Pada tahun 2003, penulis diterima di Program Studi Ilmu Keteknikan
Pertanian IPB dengan beasiswa dari BPPS Dikti tahun 2004.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL.........................................................................................
xii
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................
xiii
DAFTAR LAMPIRAN.................................................................................
xvii
PENDAHULUAN ........................................................................................
Latar Belakang.....................................................................................
Tujuan Penelitian.................................................................................
1
1
3
TINJAUAN PUSTAKA ...............................................................................
Budidaya Tebu.....................................................................................
Iklim ...........................................................................................
Tanah..........................................................................................
Penanaman .................................................................................
Drainase ...............................................................................................
Fungsi Drainase..........................................................................
Sistem Drainase..........................................................................
Sifat Fisik dan Mekanik Tanah............................................................
Kadar Air....................................................................................
Tekstur Tanah.............................................................................
Kerapatan Isi Tanah ...................................................................
Struktur Tanah............................................................................
Tahanan Penetrasi Tanah ...........................................................
Traktor Roda-4 ....................................................................................
Ditcher .................................................................................................
Rotary Ditcher............................................................................
Furrower ....................................................................................
Mekanisme Penggerak Pengeruk.........................................................
4
4
4
5
5
7
7
8
10
10
10
10
10
11
11
12
13
14
17
METODE PENELITIAN..............................................................................
Tempat dan Waktu...............................................................................
Alat dan Bahan ....................................................................................
Alat Penelitian ............................................................................
Bahan Penelitian.........................................................................
Tahapan Penelitian ..............................................................................
Prosedur Pengujian ..............................................................................
Persiapan Alat ukur ....................................................................
Uji Fungsional ............................................................................
Persiapan Lahan Uji ...................................................................
Pengukuran Kondisi Tanah ........................................................
Pengujian Kinerja ditcher berpengeruk......................................
19
19
19
19
19
20
27
27
29
29
29
31
xi
RANCANG BANGUN DITCHER BERPENGERUK.................................
Kriteria rancangan ...............................................................................
Ditcher........................................................................................
Konstruksi Penggerak Pengeruk ................................................
Rangka........................................................................................
Rancangan Fungsional.........................................................................
Ditcher........................................................................................
Konstruksi Penggerak Pengeruk ................................................
Rangka........................................................................................
Rancangan Struktural ..........................................................................
Analisis Teknik ..........................................................................
Struktur Bagian-bagian Ditcher Berpengeruk ...........................
Pembuatan Prototipe ditcher berpengeruk...........................................
35
35
35
35
36
36
36
38
40
41
41
62
71
HASIL DAN PEMBAHASAN.....................................................................
Modifikasi Pertama..............................................................................
Penurunan Tiga Titik Gandeng ..................................................
Perubahan Konstruksi Lengan Roda ..........................................
Uji Lapangan Awal..............................................................................
Modifikasi Kedua ................................................................................
Pelepasan Pisau Samping dan Pelebaran Singkal ......................
Pelebaran Pisau Bajak ................................................................
Perpanjangan Pemegang Roda ...................................................
Penambahan Sisi Samping Pengeruk .........................................
Pembesaran Diameter Roda .......................................................
Uji Fungsional .....................................................................................
Ketinggian Pengeruk ..................................................................
Gaya Pengeruk ...........................................................................
Uji Lapangan Lanjutan ........................................................................
Kondisi Tanah ............................................................................
Uji Kinerja ditcher Berpengeruk................................................
72
72
72
73
74
76
76
77
78
79
79
80
81
82
83
83
85
SIMPULAN DAN SARAN ..........................................................................
91
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................
92
LAMPIRAN..................................................................................................
95
DAFTAR TABEL
Halaman
1
Dimensi tiga titik gandeng (ASAE 1998) ..............................................
12
2
Fungsi komponen ditcher berpengeruk ..................................................
41
3
Parameter pengukuran tanah ..................................................................
43
4
Faktor koreksi persamaan diagram kinematis empat batang
penghubung ............................................................................................
50
5
Kadar air dan kerapatan isi tanah ...........................................................
83
6
Hasil pengukuran penampang saluran drainase yang dihasilkan oleh
ditcher.....................................................................................................
85
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1
Sketsa got mujur dan got malang pada lahan plant cane .........................
2
2
Saluran drainase hasil furrower................................................................
2
3
Bentuk-bentuk saluran drainase (Schwab et al. 1981) .............................
9
4
Hubungan faktor-faktor dinamik pada pengolahan tanah dengan
kelembaban tanah (Baver et al. 1972)......................................................
10
5
Konstruksi tiga titik gandeng (ASAE 1998) ............................................
11
6
Estimasi panjang kontak roda pada permukaan (McKyes 1985) .............
12
7
Rotary ditcher (PG. Jatitujuh 2005) .........................................................
13
8
Kair mata satu (PG. Jatitujuh 2005) .........................................................
14
9
Penampang furrower (Nakazawa 1982).................................................
15
10 Parameter-parameter geometri desain bajak singkal (Mckyes 1985).......
16
11 Gaya pemotongan tanah dan diagram Mohr’s tegangan pada
permukaan bilah (McKyes 1985) .............................................................
16
12 Bentuk ridger hasil pengembangan dan tradisional (Gande 1996) ..........
17
13 Mekanisme 4 batang penghubung sejajar (4 bar parallel lingkage)........
18
14 Tahapan penelitian....................................................................................
20
15 Ukuran guludan lahan plant cane.............................................................
21
16 Ukuran guludan lahan ratoon cane ..........................................................
21
17 Penampang saluran drainase hasil rotary ditcher.....................................
21
18 Pembentuk saluran pada rotary ditcher (a) dan sketsa ukuran (b)...........
22
19 Tahanan penetrasi tanah pada guludan.....................................................
22
20 Konsep konstruksi ditcher........................................................................
23
21 Konstruksi empat batang penghubung murni...........................................
24
22 Profil guludan akhir yang dibentuk oleh mekanisme empat
batang penghubung murni ........................................................................
24
23 Konstruksi empat batang penghubung sederhana ....................................
24
24 Konstruksi dan profil guludan hasil mekanisme empat batang
penghubung terbalik .................................................................................
..................................................................................................................
25
25 Konstruksi dan profil guludan hasil mekanisme lengan ayun..................
25
26 Konstruksi desain rangka .........................................................................
26
xiv
Halaman
27 Alat ukur profil guludan dan kemiringan dinding saluran drainase .........
28
28 Instrumen dan kalibrasi load cell .............................................................
28
29 Peralatan pengukuran kadar air ................................................................
29
30 Pengukuran tahanan penetrasi ..................................................................
30
31 Pengukuran tahanan geser tanah ..............................................................
30
32 Pengukuran tahanan gesek tanah..............................................................
31
33 Sketsa posisi pengukuran pada guludan ...................................................
31
34 Pengukuran kecepatan maju traktor pada waktu pengolahan...................
32
35 Pengukuran tahanan tarik .........................................................................
32
36 Sketsa saluran drainase yang akan dibuat ................................................
35
37 Penampang saluran drainase yang diinginkan..........................................
36
38 Profil pengerukan hasil simulasi ..............................................................
40
39 Lebar ditcher ............................................................................................
42
40 Dimensi dan kondisi tanah saluran drainase yang akan dibuat ................
42
41 Bentuk kaki ditcher ..................................................................................
44
42 Skema gaya yang bekerja pada ditcher ....................................................
44
43 Beban lentur yang terjadi pada kaki ditcher.............................................
45
44 Skema gaya yang bekerja pada segitiga penahan kaki ditcher.................
46
45 Skema gaya kekuatan las segitiga bawah penahan ditcher ......................
46
46 Skema gaya yang bekerja pada pin penahan ............................................
48
47 Diagram kinematis mekanisme empat batang penghubung .....................
49
48 Gerakan lengan ayun roda dan pengeruk .................................................
50
49 Sketsa konstruksi penggerak pengeruk ....................................................
52
50 Sketsa gaya pengerukan ......................................................................... .
54
51 Sketsa gaya yang bekerja pada pengeruk .................................................
55
52 Sketsa gaya yang bekerja pada lengan pengeruk .....................................
56
53 Sketsa tahanan gelinding roda yang terjadi ..............................................
57
54 Sketsa gaya yang bekerja pada lengan roda .............................................
58
55 Sketsa gaya yang bekerja pada pemegang roda .......................................
59
56 Gerakan angkat ditcher pada beberapa posisi ..........................................
60
xv
Halaman
57 Skema gaya yang bekerja pada rangka pipa kotak...................................
61
58 Rancangan ditcher berpengeruk ...............................................................
62
59 Bagian-bagian dari ditcher .......................................................................
62
60 Bentuk pisau dan dudukannya..................................................................
63
61 Posisi singkal dan pisau samping .............................................................
64
62 Konstruksi penggerak pengeruk ...............................................................
64
63 Roda (a), pemegang roda (b), dan posisi pemegang roda terhadap poros
transmisi (c) ............................................................................................ .
65
64 Rancangan lengan roda (a), dan lengan pengeruk (b) ..............................
66
65 Rangka bentuk dan dudukan poros transmisi...........................................
67
66 Rancangan pengeruk (a), dan posisi pengeruk setelah melewati guludan
68
67 Rangka ditcher berpengeruk.....................................................................
69
68 Rancangan dudukan lengan penggerak pengeruk ....................................
70
69 Rancangan standar lengan pada dudukan lengan roda .............................
70
70 Sketsa ditcher berpengeruk pada saat operasi di lahan ............................
71
71 Model ditcher berpengeruk (a), dan prototipe ditcher berpengeruk (b)...
71
72 Penggandengan ditcher berpengeruk pada traktor roda-4........................
72
73 Modifikasi tiga titik gandeng , (a) sebelum diturunkan; (b) setelah
diturunkan.................................................................................................
72
74 Lengan ayun roda hasil modifikasi (a), dan plat tambahan
dudukan pillow block (b) ..........................................................................
73
75 Penggandengan ditcher berpengeruk setelah dimodifikasi ......................
73
76 Aliran tanah pada pisau samping..............................................................
74
77 Saluran drainase yang dihasilkan .............................................................
75
78 Slip roda traktor menggusur tanah guludan ke belakang .........................
76
79 Pelepasan pisau samping ditcher..............................................................
76
80 Pelebaran singkal berdasarkan sudut curah tanah ....................................
77
81 Modifikasi pada singkal ...........................................................................
77
82 Modifikasi pada pisau bajak.....................................................................
78
83 Pemegang roda setelah dimodifikasi ........................................................
79
84 Modifikasi pada pengeruk ........................................................................
79
xvi
Halaman
85 Roda hasil modifikasi ...............................................................................
80
86 Ditcher berpengeruk setelah di modifikasi...............................................
80
87 Hasil uji ketinggian pengeruk................................................................. .
81
88 Ketinggian pengeruk pada perubahan lubang joint pemegang.................
82
89 Gaya tarik pengeruk berdasarkan ketinggian roda ...................................
83
90 Tahanan penetrasi tanah lahan pengujian.................................................
84
91 Kelengketan tanah pada ditcher ............................................................. .
85
92 Profil saluran drainase yang dihasilkan oleh ditcher................................
86
93 Perbandingan dimensi pendekatan saluran hasil ditcher..........................
86
94 Profil hasil pengerukan roda kecil pemegang roda pendek pada
pengujian di lahan Leuwikopo .................................................................
87
95 Profil melintang hasil pengerukan roda kecil pemegang roda pendek
pada pengujian di lahan Leuwikopo.........................................................
87
96 Profil hasil pengerukan roda besar pemegang roda panjang pada
pengujian di lahan Leuwikopo .................................................................
88
97 Profil melintang hasil pengerukan roda besar pemegang roda panjang
pada pengujian di lahan Leuwikopo.........................................................
88
98 Kuantitas dan kualitas cekungan guludan baru yang dihasilkan
pada pengujian di Lahan Leuwikopo .......................................................
89
99 Profil hasil pengerukan roda besar pemegang roda panjang pada
pengujian di lahan PG. Jatitujuh...............................................................
89
100 Profil melintang hasil pengerukan roda besar pemegang roda panjang
pada pengujian di lahan PG. Jatitujuh ......................................................
90
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1
Data identifikasi masalah ....................................................................... .
96
2
Kalibrasi load cell..................................................................................... 100
3
Cara pengukuran dan perhitungan kadar air dan kerapatan isi tanah ....... 101
4
Cara perhitungan kohesi tanah dan sudut gesekan dalam ........................ 102
5
Cara perhitungan adhesi dan sudut gesekan tanah-baja ........................... 103
6
Pendekatan profil guludan awal PG. Jatitujuh ......................................... 104
7
Pendekatan perhitungan profil lintasan roda traktor dan profil guludan
akhir.......................................................................................................... 105
8
Perhitungan volume tanah yang dipindahkan........................................... 108
9
Nilai faktor N............................................................................................ 112
10 Sifat-sifat mekanis bahan ......................................................................... 114
11 Berat komponen ditcher berpengeruk berdasarkan pendekatan
software AutoCAD................................................................................... 115
12 Tampilan simulasi gerakan penggerak pengeruk ..................................... 116
13 Spesifikasi traktor yang digunakan .......................................................... 117
14 Data uji fungsional mekanisme penggerak pengeruk............................... 118
15 Pengukuran kadar air dan bulk density pada waktu pengujian................. 122
16 Pengukuran tahanan penetrasi tanah pada waktu pengujian .................... 123
17 Pengukuran tahanan geser tanah pada waktu pengujian .......................... 125
18 Pengukuran tahanan gesek tanah pada waktu pengujian.......................... 126
19 Pengukuran penampang saluran drainase hasil ditcher berpengeruk....... 127
20 Pengukuran profil guludan hasil ditcher berpengeruk ............................. 129
21 Pengukuran kuantitas dan kualitas guludan yang dihasilkan pada
pengujian di lahan Leuwikopo ................................................................. 135
22 Pengukuran tahanan tarik ......................................................................... 137
23 Pengukuran slip roda traksi ...................................................................... 138
24 Pengukuran kapasitas lapang.................................................................... 139
25 Gambar kerja ............................................................................................ 140
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kebutuhan gula Indonesia dari tahun ke tahun terus meningkat. Sebagian
besar kebutuhan gula dipenuhi dari pabrik-pabrik gula di Indonesia dengan
bahan baku tebu. Produksi gula Indonesia saat ini belum dapat mencukupi
kebutuhan konsumsi dalam negeri sehingga masih dilakukan impor dari negara
lain (Pramuhadi 2005). Untuk meningkatkan hasil gula persatuan luas, perlu
diusahakan peningkatan produktivitas tebu dengan rendemen yang tinggi. Salah
satu usaha yang dapat dilakukan yaitu dengan melaksanakan program
intensifikasi dan mekanisasi budidaya tebu guna pencapaian produksi yang
maksimal.
Salah satu faktor penentu keberhasilan budidaya tebu berkaitan dengan
pengolahan tanah adalah sistem drainase yang baik (Wardojo 1995). Hal ini
dikarenakan tebu merupakan tanaman yang tergolong mesophit, di mana
tanaman ini mempunyai kepekaan terhadap kekurangan atau kelebihan air
selama periode tertentu.
Pada
umumnya
sistem
drainase
perkebunan
tebu
di
Indonesia
menggunakan saluran terbuka (drainase permukaan). Untuk perkebunan yang
cukup luas digunakan sistem alur sehingga lebih mempermudah penggunaan alat
mekanis (PAPMPI 1976). Saluran drainase tersebut dibuat dalam dua jenis yaitu
sejajar arah barisan tanam (got mujur) dan melintang barisan tanam (got
malang). Got malang berfungsi untuk menyalurkan kelebihan air dari barisanbarisan tanam. Pembuatan got malang dilakukan setelah pembuatan alur tanam
pada lahan seperti ditunjukkan pada Gambar 1.
Dalam pembuatan got malang, Pabrik Gula Jatitujuh menggunakan alat
khusus berupa rotary ditcher yang ditarik traktor roda empat dan diputar oleh
tenaga PTO traktor. Penggunaan rotary ditcher menghasilkan bentuk dan
dimensi saluran drainase seperti yang diharapkan, namun mempunyai beberapa
permasalahan, yaitu : pisau yang mudah tumpul, kerusakan PTO traktor, alat
mudah rusak dan masih kurang sempurnanya buangan tanah kesamping.
2
got mujur
got malang
guludan
tanah yang menutupi
alur tanam
alur tanam
(cekungan guludan)
Gambar 1 Sketsa got mujur dan got malang pada lahan plant cane.
Di samping rotary ditcher, PG. Jatitujuh juga menggunakan kair mata satu
(furrower) yang ditarik oleh traktor roda empat untuk pembuatan got malang.
Penggunaan furrower lebih disukai di lapangan karena lebih sederhana dalam
penggunaan maupun pemeliharaannya. Namun saluran berbentuk V yang
dihasilkan tidak sempurna, yaitu tertutupnya alur tanam (cekungan guludan) oleh
buangan tanah yang menumpuk di kedua sisi saluran. Dengan kondisi ini,
limpasan air dari arah melintang saluran akan terhalang oleh tanah di kedua sisi
Aliran air dari
barisan tanam
Saluran drainase
saluran tersebut, sehingga sistem drainase tidak efektif (Gambar 2).
tanah menutupi
alur tanam
Gambar 2 Saluran drainase hasil furrower.
Oleh karena itu perlu dibuat ditcher drainase yang dilengkapi dengan
pengeruk tanah yang menutupi alur tanam.
3
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah mendesain ditcher berpengeruk untuk
pembuatan saluran drainase (got malang) pada budidaya tebu lahan kering
dengan kriteria : 1) ditarik oleh traktor roda-4, 2) tidak menggunakan tenaga
PTO traktor, 3) ukuran dan bentuk saluran sesuai kebutuhan, dan 4) alur tanam
tebu pada pinggir saluran yang dihasilkan tidak tertutup tanah.
TINJAUAN PUSTAKA
Budidaya Tebu
Tanaman tebu (saccharum officinarum L.) merupakan salah satu tanaman
penting sebagai penghasil gula. Tebu termasuk kelas Monokotiledon, ordo
Glumaceae, famili Gramineae, kelompok Andropogoneaae, genus Saccharum
(Wardojo 1999). Fase pertumbuhan tebu ada empat, yaitu: 1) fase
perkecambahan, 2) fase pertunasan, 3) fase pemanjanganbatang, dan 4) fase
pemasakan batang. Dari keempat fase tersebut, fase 1, 2 dan 3 yang berlangsung
selama kurang lebih 9 bulan merupakan fase yang menentukan besar kecilnya
bobot tebu yang akan dipanen, fase keempat merupakan fase yang menentukan
besar kecilnya kadar sukrosa tebu (Oezer 1993).
Sebagai tanaman yang tergolong mesophit, tanaman ini mempunyai
kepekaan terhadap kekurangan atau kelebihan air selama periode tertentu. Carter
(1975) dalam Koto (1984) menyatakan bahwa terdapat hubungan linier yang
positif antara tinggi muka air tanah selama periode pertumbuhan dan periode
pemasakan terhadap produksi tebu. Tambahan produksi yang akan didapat
sebagai hasil penurunan muka air tanah sebesar 1 cm adalah sekitar 0.22 – 0.44
ton tebu per hektar. Kedalaman muka air tanah sedalam 120 cm dari permukaan
tanah merupakan keadaan yang optimal bagi pertumbuhan tanaman tebu pada
jenis tanah liat berlempung.
Iklim
Sutardjo (1994) menyatakan bahwa iklim berpengaruh besar terhadap
pertumbuhan dan hasil tebu, rendemen dan gula. Dalam masa pertumbuhan
tanaman tebu membutuhkan banyak air. Bagi daerah-daerah yang curah
hujannya rendah, kebutuhan air dapat digantikan dengan irigasi. Sedangkan
menjelang tebu masak untuk dipanen, dikehendaki keadaan kering tidak ada
hujan, sehingga pertumbuhannya terhenti. Apabila hujan terus menerus turun,
mengakibatkan kesempatan masak terus tertunda sehingga rendemen selalu
rendah (Anonim 1992)
Wardojo (1999) menyatakan bahwa pertumbuhan tebu menghendaki
adanya perbedaan nyata antara musim hujan dan musim kemarau. Waktu tanam
5
tebu terbaik di pulau Jawa adalah pada bulan Mei, Juni dan Juli . Hujan yang
terlambat turun menyebabkan pertumbuhan tanaman tebu lambat dan jumlah
tunas berkurang. Musim hujan yang terlalu pendek mengakibatkan tebu cepat
masak sebelum mencapai panjang batang yang cukup, sehingga dapat
menurunkan hasil.
Tanah
Di samping kesuburan tanah, tanaman tebu memerlukan sifat fisik tanah
yang baik. Oleh sebab itu penanaman tebu pada tanah yang sebelumnya ditanami
padi sawah (struktur lumpur) memerlukan pengolahan tanah khusus dengan
saluran drainase yang cukup memadai (Kartohadikusumo 1975). Tanaman tebu
dapat tumbuh baik pada berbagai macam tanah. Pada umumnya jenis tanah lahan
kering terdiri dari aluvial, podzolik, mediteran, latosol, regosol, kombisol, dan
grumosol (Oezer 1993). Pada tanah berat dapat ditanami tebu, yaitu dengan
menggunakan cara pengolahan tanah khusus. Buruknya drainase tanah
mengakibatkan berlimpahnya kation tereduksi dan gas metan dapat merupakan
racun bagi tanaman tebu (Notojoewono 1970).
Penanaman
Sutardjo (1994) menyatakan bahwa sebelum dilakukan penanaman tebu,
sebaiknya saluran drainase sudah dibuat. Masalah drainase lebih penting dari
pada irigasi karena selama tanah masih dalam keadaan basah belum bisa
dikerjakan dengan traktor (Kartohadikusumo 1975). Di Indonesia dikenal dua
macam cara menanam tebu, yaitu cara Reynoso dan cara bajak.
Cara Reynoso. Cara Reynoso biasanya diterapkan pada tanah bekas
sawah, dan tidak seluruh areal tanah diolah. Pembuatan saluran drainase dimulai
dengan pembuatan got keliling berpenampang lebar atas 70 cm, lebar bawah 45
cm, dan dalamnya 80-90 cm. Kemudian dibuat parit mujur yang panjangnya 100
m dan berpenampang lebar 60 cm, lebar bawah 40 cm, dan dalamnya 70 cm.
Jarak antara parit mujur adalah 10 m. Pada tanah yang bersifat basah, di antara
parit mujur dibuat parit pecahan yang berpenampang lebar atas 50 cm, lebar
6
bawah 30 cm, dan dalamnya 60 cm. Parit malang dibuat tegak lurus parit mujur
dengan penampang lebar atas 60 cm, lebar bawah 40 cm, dan dalamnya 60 cm.
Setelah pembuatan parit selesai kemudian dibuat alur untuk menanam
bibit. Cemplongan tersebut berpenampang lebar 40-50 cm dan dalamnya 30-35
cm. dengan jarak antar alur 0.80-1.10 m. Pada saat pembuatan cemplongan,
tanah galian ditimbun di sepanjang tanah yang tidak diolah dan dibiarkan
terjemur diterik matahari selama 2-3 minggu. Setelah kering sebagian tanah
dikembalikan lagi pada salah satu sisi cemplongan (kasuran) dan dibuat alur
kecil. Pembuatan kasuran pada salah satu sisi dimaksud untuk memungkinkan
drainase pada saat kelebihan air. Bibit diletakkan pada alur kecil tersebut dan
alur kemudian ditutup kembali (Wijanto 1988; Hadisaputro 1990).
Cara Bajak. Pada penanaman cara bajak, seluruh areal yang akan
ditanami diolah dengan menggunakan traktor. Pekerjaan dimulai dengan
subsoiling menggunakan subsoiler untuk memecah lapisan tanah sampai
kedalaman 50 cm, plowing menggunakan disc plows, harrowing menggunakan
disc harrow, dan plowing dengan arah tegak lurus pembajakan pertama yang
segara dilanjutkan harrowing kedua. Setelah tanah rata dan cukup hancur dibuat
alur tanam (juringan) menggunakan ridger dengan kedalaman 25 cm,
berpenampang segitiga terbalik dengan jarak antar alur ±150 cm (Wijanto 1988;
Oezer 1993).
Dengan varietas unggul, kelembaban tanah yang cukup dan pemupukan
dengan dosis tinggi, jarak antar alur yang optimal yaitu antara 1.35-1.65 m. Jarak
antar alur untuk pelaksanaan pekerjaan pemeliharaan tanaman dan penebangan
secara mekanis berkisar antara 1.30-1.50 m (Anonim 1982). Jarak tanam antar
alur 130 cm di tanah datar dan 110 cm di tanah yang miring (Sutardjo 1994).
Tanaman tebu dapat ditanam lonjoran, tapi biasanya dengan memotong bibit
terlebih dahulu. Dalamnya penanaman bibit dan tebalnya timbunan tanah di
atasnya bervariasi tergantung pada kondisi tanah. Timbunan tanah yang terlalu
tebal akan menghambat tumbuhnya tunas dan sering kali mengakibatkan matinya
bibit (Humbert 1968, diacu dalam Wijanto 1988).
7
Drainase
Fungsi Drainase
Drainase merupakan usaha membuang kelebihan air yang tidak diperlukan
lagi oleh tanaman untuk meningkatkan hasil atau produktifitas pertanian. Sumber
kelebihan air dapat berasal dari air hujan, air susupan, irigasi yang kurang
efisien, pengaruh artesis, dan banjir.
Tanaman tebu menghendaki drainase perakaran yang baik. Bagi daerahdaerah yang bertanah poros dan mempunyai muka air tanah dalam (≥ 1m),
biasanya tidak dijumpai masalah drainase. Masalah ini timbul terutama di daerah
tanah berat, muka air tanah yang dangkal dan daerah yang datar di mana
pembuangan air selalu jadi masalah (PAPMPI 1976).
Sistem Reynoso merupakan salah satu cara untuk mengatasi drainase,
tetapi pada sistem ini penggunaan alat-alat mekanis kurang leluasa. Sistem alur
lebih dapat diterima untuk rencana penggunaan alat mekanis, akan tetapi masih
diperlukan saluran drainase, terutama bagi daerah-daerah dengan intensitas hujan
yang tinggi. Alur juga berfungsi membuang kelebihan air, akan tetapi untuk
pembuangan selanjutnya masih harus dibantu dengan adanya saluran kolektor
semacam got malang dan got mujur (Wardojo 1999).
Faktor-faktor yang mempengaruhi drainase meliputi faktor tanah, jenis
tanaman, iklim, topografi dan kedalaman muka air tanah (Schwab et al. 1981;
Kartasapoetra 1994). Hansen et al. (1992) menyatakan bahwa drainase yang
cukup meningkatkan susunan tanah dan menaikkan produktivitas tanah.
Keuntungan drainase antara lain :
- memberi kemudahan pembajakan dan penanaman
- memperpanjang musim tumbuh tanaman
- menyiapkan kelembaban tanah dan makanan untuk tanaman
- membantu ventilasi tanah
- mengurangi erosi tanah dengan meningkatkan infiltrasi air ke dalam tanah
- pertumbuhan yang cocok bagi bakteri tanah
- membersihkan penggaraman tanah, dan
- menjamin temperatur tanah lebih tinggi
8
Sistem Drainase
Drainase dapat dilakukan dengan dua cara yaitu drainase permukaan dan
drainase bawah permukaan. Drainase permukaan (surface drainage) mengalirkan
kelebihan air yang tergenang diatas permukaan tanah (Schwab et al. 1981).
Sistem drainase permukaan terdiri dari :
Sistem Acak. Sistem acak atau random cocok diterapkan pada lahan yang
bertopografi tidak beraturan tetapi cukup datar atau mempunyai lekukan-lekukan
tanah yang berisi genangan air yang tersebar di beberapa tempat. Saluran
drainase ditempatkan memotong lekukan-lekukan tadi sepanjang yang
memungkinkan
untuk diteruskan ke bagian lahan yang lebih rendah untuk
mencapai pengeluaran yang tersedia. Penggunaan sistem random ini kurang
sesuai untuk lahan pertanian yang menggunakan alat-alat mekanis.
Sistem Kasuran. Sistem kasuran merupakan sistem yang terdapat pada
lahan yang diolah dengan plow secara menyempit. Batas alur (dead-furrower)
memanjang mengikuti kemiringan lahan. Sistem ini hanya cocok untuk
kemiringan yang kurang dari 1.5% dengan kondisi permeabilitas tanah yang
lambat. Dalam perancangan tata letak saluran sistem ini yang perlu diperhatikan
adalah lebar alur yang merupakan jarak antar saluran. Penentuan lebar alur dan
kedalaman saluran tergantung dari kemiringan lahan, karakteristik drainase tanah
dan teknik penanaman yang dilakukan.
Sistem Pararel. Pada prinsipnya sistem pararel ini sejenis dengan sistem
alur hanya saja jarak antar saluran dan kapasitas saluran pada sistem pararel lebih
besar dan dengan jarak antar saluran yang tidak seragam. Sistem ni diterapkan
pada tanah yang relatif datar (kurang dari 2%). Keberhasilan sistem ini
tergantung pada kemiringan lahan dan saluran drainase pada masing-masing
lahan pararel.
Sistem Paralel Lateral. Perbedaan sistem ini dengan sistem paralel
hanyalah pada kedalaman salurannya.Untuk sistem ini pada lahan yang datar
kedalaman minimum yang ditetapkan adalah 60 cm dengan kemiringan dinding
saluran kurang dari 4:1. Dengan saluran yang dalam maka pada sistem paralel
lateral ini kelebihan air pada daerah perakaran dapat diikutsertakan, ketinggian
muka air tanah yang dapat dibuang bisa mencapai kedalaman 120 cm.
9
Sistem Memotong Kemiringan. Untuk lahan yang kemiringannya besar
dapat ditempatkan satu atau lebih saluran yang memotong kemiringan.
Kemiringan dasar saluran yang paling baik disarankan tidak lebih dari 2%.
Saluran dibuat menyimpang sedikit dari garis kontur dengan perbedaan
kemiringan antara 0.1- 1.0 %. Pada sistem ini semua pengoperasian alat-alat
mekanis paralel dengan saluran.
Schwab et al. (1981) menyatakan bahwa pemilihan sistem didasarkan
pada keadaan topografi lahan dan jenis pengolahannya tanaman. Sistem yang
digunakan tersebut harus:
- layak untuk suatu sistem pertanian,
- mempunyai kapasitas pengaliran yang cukup,
- arah aliran kelebihan air mulai dari lahan menuju saluran tanpa bahaya erosi
dan pengendapan, dan
- tidak menggangu oprasi peralatan.
Penggunaan
drainase
permukaan
tanah
sebagai
sistem
drainase
memberikan keuntungan sebagai berikut :
Di samping memberikan keuntungan, drainase permukaan juga
memberikan beberapa kerugian yaitu :
- luas pertanian akan berkurang,
- operasi traktor dan alat-alat pertanaian akan terganggu, dan
- diperlukan pemeliharaan yang teratur.
Schwab et al. (1981) menyatakan untuk merancang bentuk saluran dikenal
ada beberapa jenis yang umum yaitu bentuk trapezoidal, segitiga dan parabola
(Gambar 3). Di samping itu, ada bentuk persegi panjang, lingkaran, ellips dan
eksponensial (French 1985).
(a) trapezoidal
Gambar 3 Bentuk-bentuk saluran drainase (Schwab et al. 1981).
10
Sifat Fisik dan Mekanik Tanah
Kadar Air
Das (1993) menyatakan bahwa kadar air tanah didefinisikan sebagai
perbandingan antara berat cair dan berat butiran padat dari volume tanah yang
diselidiki. Baver et al. (1972) menyatakan bahwa kadar air mempunyai pengaruh
terhadap pengolahan tanah (Gambar 4). Kadar air juga berkaitan dengan kelas
drainase tanah, yaitu mudah tidaknya air hilang dari dalam tanah. Air terdapat di
dalam tanah karena ditahan (diserap) oleh massa tanah, tertahan oleh lapisan
kedap air, atau keadaan drainase yang kurang baik (Hardjowigeno 1987).
Gambar 4 Hubungan faktor-faktor dinamik pada pengolahan tanah
dengan kelembaban tanah (Baver et al. 1972).
Tekstur Tanah
Tekstur tanah adalah perbandingan relatif antara butir primer pasir, debu
dan liat (Hardiyatno 1992). Hardjowigeno (1987) menyatakan tekstur tanah
menunjukkan kasar halusnya tanah berdasarkan perbandingan banyaknya butirbutir pasir, debu dan liat. Tekstur tanah dipengaruhi oleh ukuran tiap-tiap butir
yang ada di dalam tanah (Das 1993). Penentuan jenis tekstur tanah dapat
dilakukan berdasarkan perbandingan masing-masing partikel tanah. Selanjutnya,
proporsi masing-masing partikel ditentukan berdasarkan kriteria yang terdapat di
dalam segitiga tekstur menurut USDA.
Kerapatan Isi Tanah
Wesley (1973) menyatakan bahwa berat isi tanah menunjukkan
perbandingan antara berat tanah seluruhnya dengan isi tanah seluruhnya. Metode
11
pengukuran kerapatan isi tanah tergantung dari massa suatu tanah yang sudah
diketahui volumenya terlebih dahulu (Davies et al. 1993). Kerapatan isi tanah
menunjukkan kepadatan tanah. Semakin padat sutau tanah maka semakin tinggi
kerapatan isinya, yang berarti semakin sulit meneruskan air atau ditembus oleh
akar tanaman (Hardjowigeno 1987).
Tahanan Penetrasi Tanah
Mandang dan Nishimura (1991) menyatakan kekuatan tanah adalah
kemampuan dari suatu tanah untuk melawan gaya yang bekerja. Nilai tahanan
penetrasi diukur dengan menggunakan penetrometer dengan parameter cone
index (indeks kerucut), yaitu suatu indeks untuk menyatakan kemampuan tanah
melawan atau menahan gaya penetrasi dari suatu kerucut. Faktor yang
mempengaruhi nilai cone index adalah kerapatan isi, kadar air, jenis tanah dan
biasanya digunakan sebagai pembanding antara tempat-tempat yang berbeda
pada areal lahan yang sama pada hari yang sama (Devies et al. 1993). Tahanan
penetrasi dapat dijadikan ukuran untuk menggambarkan besarnya kemampuan
tanah yang diperlukan oleh peralatan pertanian untuk bekerja atau akar tanaman
untuk menembus tanah.
Traktor Roda-4
Traktor roda-4 merupakan penarik, penggerak dan penyaluran daya bagi
alat pengolahan tanah atau implemen. ASAE (1998), membagi kapasitas lapang
pengolahan tanah dikelompokkan menurut 4 kelompok traktor, yaitu traktor kecil
(mini) dengan daya 15 kW sampai 35 kW, traktor sedang 30 kW sampai 75 kW,
traktor besar 60 kW sampai 168 kW dan traktor sangat besar 168 sampai 300
kW. Load transfer implement diberikan melalui tiga titik gandeng yang
kontruksinya seperti ditunjukkan pada Gambar 5 (Alcock 1986).
Gambar 5 Konstruksi tiga titik gandeng (ASAE 1998).
12
Dimensi tiga titik gandeng memiliki ukuran yang standar berdasarkan
daya traktor seperti ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Dimensi tiga titik gandeng (ASAE 1998)
Rozaq (1989) menyatakan bahwa torsi pada roda traktor akan
mengakibatkan pemadatan tanah sampai tingkat kepadatan tertentu. Menurut
Liljedahl (1989) tekanan yang diberikan oleh roda traktor terhadap tanah adalah
bobot traktor di bagi luasan kontak (0.78 × lebar roda × panjang kontak roda
dengan tanah). Estimasi luasan kontak antara mesin dan permukaan tanah relatif
konstan untuk kebanyakan sinkage, dengan panjang kontak seperti ditunjukkan
pada Gambar 6 (McKyes 1985)
Gambar 6 Estimasi panjang kontak roda pada permukaan (McKyes 1985).
Alcock (1986) menyatakan bahwa besarnya tenaga traktor yang
dibutuhkan tergantung pada tahanan spesifik tanah, lebar dan kedalaman
pengolahan serta kecepatan operasi pengolahan.
Ditcher
Ditcher drainase adalah alat pengeruk tanah untuk pembuatan saluran
drainase. Ditcher drainase permukaan yang biasanya digunakan berupa rotary
13
ditcher, furrower atau ridger. Disamping itu juga terdapat chain ditcher dan
ladder ditcher untuk penggunaan khusus.
Rotary Ditcher
Rotary ditcher merupakan implemen pengeruk tanah yang menggunakan
sudu yang diputar oleh tenaga PTO traktor dan ditarik oleh traktor roda empat.
Dimensi sudu dan penahan belakang didesain sesuai dengan ukuran saluran yang
diinginkan (Gambar 7). Ditcher ini
UNTUK PEMBUATAN SALURAN DRAINASE
PADA BUDIDAYA TEBU LAHAN KERING
SAMSUL BAHRI
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2006
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Rancang Bangun
Ditcher Berpengeruk untuk Pembuatan Saluran Drainase pada Budidaya Tebu
Lahan Kering adalah karya saya sendiri dan belum diajukan dalam bentuk apa
pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau
dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain
telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian
akhir tesis ini.
Bogor, September 2006
Samsul Bahri
NIM F151030051
ABSTRAK
SAMSUL BAHRI. Rancang Bangun Ditcher Berpengeruk untuk Pembuatan
Saluran Drainase pada Budidaya Tebu Lahan Kering. Dibimbing oleh WAWAN
HERMAWAN dan I NENGAH SUASTAWA.
Salah satu faktor penentu keberhasilan budidaya tebu adalah
sistem drainase yang baik. Got malang merupakan saluran drainase melintang
untuk menyalurkan kelebihan air dari barisan tanam tebu. Pembuatan got malang
di PG. Jatitujuh dengan menggunakan rotary ditcher menghasilkan bentuk dan
dimensi saluran drainase seperti yang diharapkan, namun mempunyai
permasalahan pisau yang mudah tumpul dan aus, dan kerusakan pada PTO
traktor. Penggunaan kair mata satu lebih disukai, namun saluran yang dihasilkan
tidak sempurna dan juring tanaman tertutup oleh buangan tanah yang menumpuk
di kedua sisi saluran sehingga menutupi aliran air dari barisan tanam.
Penelitian ini bertujuan membuat ditcher drainase yang ditarik oleh traktor
roda-4 tanpa menggunakan tenaga PTO traktor untuk menghasilkan saluran
drainase berpenampang trapesium dengan lebar dasar 35 cm, lebar atas 90 cm,
kedalaman 40 cm dan buangan tanah pada cekungan guludan harus dipindahkan
ke punggung guludan.
Ditcher yang berhasil dirancang adalah ditcher yang dilengkapi pengeruk
tanah. Bagian ditcher berfungsi untuk membuat saluran drainase, sedangkan
bagian pengeruk untuk mengeruk tanah pada cekungan guludan. Mekanisme
pengerukan digerakkan oleh roda pada bagian depan dengan memanfaatkan
profil guludan lahan yang ditransmisikan melalui poros transmisi ke pengeruk di
bagian belakang. Struktur ditcher berpengeruk terdiri dari rangka, ditcher dan
mekanisme pengeruk. Rangka berbentuk segitiga dengan tiga titik gandeng yang
standar. Ditcher mempunyai sudut potong kedua pisau 70° dengan lebar
pemotongan tanah pada dasar saluran 60 cm, sudut angkat pisau 15°, dan
diameter kelengkungan singkal 65 cm. Konstruksi penggerak pengeruk terdiri
dari roda berdiameter 41 cm dengan panjang lengan 28 cm dan bilah pengeruk
40 cm x 55 cm dengan panjang lengan 68 cm. Ditcher berpengeruk mempunyai
dimensi panjang 173 cm, lebar 293 cm dan tinggi138 cm dengan berat 435 kg.
Setelah dilakukan beberapa modifikasi, ditcher berpengeruk dapat bekerja
dengan baik. Ditcher dapat membuat saluran drainase berpenampang trapesium
dengan lebar dasar, lebar atas dan kedalaman berturut-turut 39.1 cm, 113.1 cm
dan 33.1 cm untuk uji kinerja di lahan Leuwikopo dan 37.9 cm, 100.2 cm dan
38.7 cm untuk uji kinerja di lahan PG. Jatitujuh. Pengeruk dapat mengeruk tanah
buangan ditcher dan menempatkanya di punggung guludan dengan tinggi tanah
belum terkeruk pada cekungan guludan 6 cm pada lahan uji Leuwikopo, dan 15.8
cm pada lahan uji PG. Jatitujuh. Slip roda traktor, draft dan kapasitas lapang
teoritis berturut-turut 37.58%, 2.84 kN dan 3.72 ha/jam untuk lahan uji
Leuwikopo dan 63.12%, 6.49 kN dan 6.85 ha/jam untuk lahan uji PG. Jatitujuh.
ABSTRACT
SAMSUL BAHRI. Design of Ditcher Equipped with Scrapper for Making the
Drainage Channel on Dry Land Sugar Cane Plantation. Under the direction of
WAWAN HERMAWAN and I NENGAH SUASTAWA.
One factor determining the sugar cane production is a good drainage
system. The drainage channel that crosses the planting rows is used to drain the
excess water from sugar cane plantation. The drainage channel at PG. Jatitujuh
has been being formed by using a rotary ditcher. Shape and dimension of the
drainage channel were good enough as expected, but the rotary ditcher itself had
some disadvantages such as: its blades became dull and worn quickly, it tend to
break the tractor PTO system. On the other hand, the utilization of a furrower in
the ditch forming is preferred. But, the resulted shape and dimension channel
was not good enough. The soil dug out from the ditch covered both sides of the
planting rows along the channel. Consequently, it blocked the drain water flow
out from the planting rows.
The objective of the research was to design a ditcher equipped with a pair
of scrappers pulled by a four-wheel tractor. The ditcher operated without using
PTO. It’s designed to produce drainage channel with trapezoidal shape with the
lower side of 35 cm, upper side of 90 cm, and depth of 40 cm. It is also able to
place the dug soil on the top of initial ridges.
The prototype of the ditcher was equipped by a pair of soil scrappers. The
function of the ditcher is to make the drainage channel, whereas function of the
scrapper is to scrap the soils in between the ridges and put it on the top of the
ridges. Scrapping mechanism was driven by a front wheel that rolls on the
ridge’s profile. The drive force then was transmitted through a transmission shaft
to drive the scrapper. The structure of the scrapper ditcher consisted of a frame, a
ditcher, and a pair of scrappers. The frame had a triangular shape and equipped
with three standardized hitching points. The ditcher had share cutting angle of
70o, 60 cm in cutting width, share intersection angle of 15o, and the concaveness
radius of the mold of 65 cm. The construction of the scrapper driver consisted of
front wheel (41 cm in diameter), wheel arm (28 cm in length) and the scrapper
blade (40 cm x 55 cm in size), scrapper arm (68 cm in length). The dimension of
the scrapper ditcher was 173 cm in length, 293 cm in width, and 138 cm in
height, and the weight is 435 kg.
The modified scrapper ditcher operated successfully. The ditcher produced
the expected trapezoidal type drainage channel with a proper size. The test result
at Experimental Field of Leuwikopo showed that the length of lower side, upper
side and the depth of the ditcher were 39.1 cm, 113.1 cm and 33.1 cm
respectively. Whereas, the test result at PG. Jatitujuh showed that the length of
lower side, upper side and the depth of the ditcher were 37.9 cm, 100.2 cm and
38.7 cm respectively. The scrapper could scrap the discharged soils and then
placed the soils on the ridges. However, there was un-scrapped soil in between
the ridges which has 6 cm in height (at Leuwikopo), and 15.8 cm in height (at
PG. Jatitujuh). The wheel slip of the tractor, draft, and theoretical field capacity
were 37.58%, 2.84 kN and 3.72 ha/hour respectively (at Leuwikopo), and
63.12%, 6.49 kN, and 6.85 ha/hour respectively (at PG Jatitujuh).
© Hak cipta milik Institut Pertanian Bogor, tahun 2006
Hak cipta dilindungi
Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dari
Institut Pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam
bentuk apa pun, baik cetak, fotokopi, mikrofilm, dan sebagainya
RANCANG BANGUN DITCHER BERPENGERUK
UNTUK PEMBUATAN SALURAN DRAINASE
PADA BUDIDAYA TEBU LAHAN KERING
SAMSUL BAHRI
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Departemen Ilmu Keteknikan Pertanian
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2006
Judul Tesis
Nama
NIM
: Rancang Bangun Ditcher Berpengeruk untuk Pembuatan Saluran
Drainase pada Budidaya Tebu Lahan Kering
: Samsul Bahri
: F151030051
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Ir. Wawan Hermawan, MS
Ketua
Dr. Ir. I Nengah Suastawa, M.Sc.
Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi
Ilmu Keteknikan Pertanian
Dekan Sekolah Pascasarjana
Prof.Dr.Ir. Budi Indra Setiawan, M.Sc.
Prof.Dr.Ir. Khairil A. Notodiputro, MS.
Tanggal Ujian: 22 September 2006
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala
karuniaNya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih
dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Juli 2005 ini ialah mekanisasi
pertanian, dengan judul Rancang Bangun Ditcher Berpengeruk untuk Pembuatan
Saluran Drainase pada Budidaya Tebu Lahan Kering.
Penelitian ini telah berhasil mengembangkan alat mekanisasi baru, yaitu
Ditcher Berpengeruk. Semoga alat ini bermanfaat bagi mekanisasi pertanian,
khususnya dalam pelaksanaan program intensifikasi dan mekanisasi budidaya
tebu lahan kering guna peningkatan produksi tebu nasional.
Terimakasih penulis ucapkan kepada : Bapak Dr. Ir. Wawan Hermawan,
MS dan Bapak Dr. Ir. I Nengah Suastawa, M.Sc selaku pembimbing yang telah
memberikan arahan dan bimbingan dalam proses akademik dan selama
penelitian dan penulisan karya ilmiah ini, Bapak Prof. Dr. Ir. Asep Sapei, MS
selaku penguji luar komisi yang telah memberikan saran perbaikan penulisan
karya ilmiah ini, PT. Rajawali Nusantara Indonesia atas bantuan dana penelitian,
Unit Pabrik Gula Jatitujuh dan tim ditcher atas kerjasamanya dalam penelitian
ini, dan Direktur Politeknik Negeri Lhokseumawe atas pemberian kesempatan
pendidikan ini. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada ayahanda,
ibunda, keluarga penulis dan adik Tia, atas segala doa dan kasih sayangnya.
Bogor, September 2006
Samsul Bahri
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Kotabakti, Nanggroe Aceh Darussalam pada tanggal
1 Juni 1973 dari pasangan Bapak A. Hamid Usman dan Ibu Saleha. Penulis
merupakan anak keempat dari lima bersaudara
Pendidikan sarjana ditempuh di Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik
Universitas Syiah Kuala Banda Aceh, dan lulus sebagai sarjana pada Agustus
1997.
Sejak tahun 1999 penulis bekerja sebagai staf edukatif di Jurusan Mesin
Politeknik Negeri Lhokseumawe, Nanggroe Aceh Darussalam.
Pada tahun 2003, penulis diterima di Program Studi Ilmu Keteknikan
Pertanian IPB dengan beasiswa dari BPPS Dikti tahun 2004.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL.........................................................................................
xii
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................
xiii
DAFTAR LAMPIRAN.................................................................................
xvii
PENDAHULUAN ........................................................................................
Latar Belakang.....................................................................................
Tujuan Penelitian.................................................................................
1
1
3
TINJAUAN PUSTAKA ...............................................................................
Budidaya Tebu.....................................................................................
Iklim ...........................................................................................
Tanah..........................................................................................
Penanaman .................................................................................
Drainase ...............................................................................................
Fungsi Drainase..........................................................................
Sistem Drainase..........................................................................
Sifat Fisik dan Mekanik Tanah............................................................
Kadar Air....................................................................................
Tekstur Tanah.............................................................................
Kerapatan Isi Tanah ...................................................................
Struktur Tanah............................................................................
Tahanan Penetrasi Tanah ...........................................................
Traktor Roda-4 ....................................................................................
Ditcher .................................................................................................
Rotary Ditcher............................................................................
Furrower ....................................................................................
Mekanisme Penggerak Pengeruk.........................................................
4
4
4
5
5
7
7
8
10
10
10
10
10
11
11
12
13
14
17
METODE PENELITIAN..............................................................................
Tempat dan Waktu...............................................................................
Alat dan Bahan ....................................................................................
Alat Penelitian ............................................................................
Bahan Penelitian.........................................................................
Tahapan Penelitian ..............................................................................
Prosedur Pengujian ..............................................................................
Persiapan Alat ukur ....................................................................
Uji Fungsional ............................................................................
Persiapan Lahan Uji ...................................................................
Pengukuran Kondisi Tanah ........................................................
Pengujian Kinerja ditcher berpengeruk......................................
19
19
19
19
19
20
27
27
29
29
29
31
xi
RANCANG BANGUN DITCHER BERPENGERUK.................................
Kriteria rancangan ...............................................................................
Ditcher........................................................................................
Konstruksi Penggerak Pengeruk ................................................
Rangka........................................................................................
Rancangan Fungsional.........................................................................
Ditcher........................................................................................
Konstruksi Penggerak Pengeruk ................................................
Rangka........................................................................................
Rancangan Struktural ..........................................................................
Analisis Teknik ..........................................................................
Struktur Bagian-bagian Ditcher Berpengeruk ...........................
Pembuatan Prototipe ditcher berpengeruk...........................................
35
35
35
35
36
36
36
38
40
41
41
62
71
HASIL DAN PEMBAHASAN.....................................................................
Modifikasi Pertama..............................................................................
Penurunan Tiga Titik Gandeng ..................................................
Perubahan Konstruksi Lengan Roda ..........................................
Uji Lapangan Awal..............................................................................
Modifikasi Kedua ................................................................................
Pelepasan Pisau Samping dan Pelebaran Singkal ......................
Pelebaran Pisau Bajak ................................................................
Perpanjangan Pemegang Roda ...................................................
Penambahan Sisi Samping Pengeruk .........................................
Pembesaran Diameter Roda .......................................................
Uji Fungsional .....................................................................................
Ketinggian Pengeruk ..................................................................
Gaya Pengeruk ...........................................................................
Uji Lapangan Lanjutan ........................................................................
Kondisi Tanah ............................................................................
Uji Kinerja ditcher Berpengeruk................................................
72
72
72
73
74
76
76
77
78
79
79
80
81
82
83
83
85
SIMPULAN DAN SARAN ..........................................................................
91
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................
92
LAMPIRAN..................................................................................................
95
DAFTAR TABEL
Halaman
1
Dimensi tiga titik gandeng (ASAE 1998) ..............................................
12
2
Fungsi komponen ditcher berpengeruk ..................................................
41
3
Parameter pengukuran tanah ..................................................................
43
4
Faktor koreksi persamaan diagram kinematis empat batang
penghubung ............................................................................................
50
5
Kadar air dan kerapatan isi tanah ...........................................................
83
6
Hasil pengukuran penampang saluran drainase yang dihasilkan oleh
ditcher.....................................................................................................
85
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1
Sketsa got mujur dan got malang pada lahan plant cane .........................
2
2
Saluran drainase hasil furrower................................................................
2
3
Bentuk-bentuk saluran drainase (Schwab et al. 1981) .............................
9
4
Hubungan faktor-faktor dinamik pada pengolahan tanah dengan
kelembaban tanah (Baver et al. 1972)......................................................
10
5
Konstruksi tiga titik gandeng (ASAE 1998) ............................................
11
6
Estimasi panjang kontak roda pada permukaan (McKyes 1985) .............
12
7
Rotary ditcher (PG. Jatitujuh 2005) .........................................................
13
8
Kair mata satu (PG. Jatitujuh 2005) .........................................................
14
9
Penampang furrower (Nakazawa 1982).................................................
15
10 Parameter-parameter geometri desain bajak singkal (Mckyes 1985).......
16
11 Gaya pemotongan tanah dan diagram Mohr’s tegangan pada
permukaan bilah (McKyes 1985) .............................................................
16
12 Bentuk ridger hasil pengembangan dan tradisional (Gande 1996) ..........
17
13 Mekanisme 4 batang penghubung sejajar (4 bar parallel lingkage)........
18
14 Tahapan penelitian....................................................................................
20
15 Ukuran guludan lahan plant cane.............................................................
21
16 Ukuran guludan lahan ratoon cane ..........................................................
21
17 Penampang saluran drainase hasil rotary ditcher.....................................
21
18 Pembentuk saluran pada rotary ditcher (a) dan sketsa ukuran (b)...........
22
19 Tahanan penetrasi tanah pada guludan.....................................................
22
20 Konsep konstruksi ditcher........................................................................
23
21 Konstruksi empat batang penghubung murni...........................................
24
22 Profil guludan akhir yang dibentuk oleh mekanisme empat
batang penghubung murni ........................................................................
24
23 Konstruksi empat batang penghubung sederhana ....................................
24
24 Konstruksi dan profil guludan hasil mekanisme empat batang
penghubung terbalik .................................................................................
..................................................................................................................
25
25 Konstruksi dan profil guludan hasil mekanisme lengan ayun..................
25
26 Konstruksi desain rangka .........................................................................
26
xiv
Halaman
27 Alat ukur profil guludan dan kemiringan dinding saluran drainase .........
28
28 Instrumen dan kalibrasi load cell .............................................................
28
29 Peralatan pengukuran kadar air ................................................................
29
30 Pengukuran tahanan penetrasi ..................................................................
30
31 Pengukuran tahanan geser tanah ..............................................................
30
32 Pengukuran tahanan gesek tanah..............................................................
31
33 Sketsa posisi pengukuran pada guludan ...................................................
31
34 Pengukuran kecepatan maju traktor pada waktu pengolahan...................
32
35 Pengukuran tahanan tarik .........................................................................
32
36 Sketsa saluran drainase yang akan dibuat ................................................
35
37 Penampang saluran drainase yang diinginkan..........................................
36
38 Profil pengerukan hasil simulasi ..............................................................
40
39 Lebar ditcher ............................................................................................
42
40 Dimensi dan kondisi tanah saluran drainase yang akan dibuat ................
42
41 Bentuk kaki ditcher ..................................................................................
44
42 Skema gaya yang bekerja pada ditcher ....................................................
44
43 Beban lentur yang terjadi pada kaki ditcher.............................................
45
44 Skema gaya yang bekerja pada segitiga penahan kaki ditcher.................
46
45 Skema gaya kekuatan las segitiga bawah penahan ditcher ......................
46
46 Skema gaya yang bekerja pada pin penahan ............................................
48
47 Diagram kinematis mekanisme empat batang penghubung .....................
49
48 Gerakan lengan ayun roda dan pengeruk .................................................
50
49 Sketsa konstruksi penggerak pengeruk ....................................................
52
50 Sketsa gaya pengerukan ......................................................................... .
54
51 Sketsa gaya yang bekerja pada pengeruk .................................................
55
52 Sketsa gaya yang bekerja pada lengan pengeruk .....................................
56
53 Sketsa tahanan gelinding roda yang terjadi ..............................................
57
54 Sketsa gaya yang bekerja pada lengan roda .............................................
58
55 Sketsa gaya yang bekerja pada pemegang roda .......................................
59
56 Gerakan angkat ditcher pada beberapa posisi ..........................................
60
xv
Halaman
57 Skema gaya yang bekerja pada rangka pipa kotak...................................
61
58 Rancangan ditcher berpengeruk ...............................................................
62
59 Bagian-bagian dari ditcher .......................................................................
62
60 Bentuk pisau dan dudukannya..................................................................
63
61 Posisi singkal dan pisau samping .............................................................
64
62 Konstruksi penggerak pengeruk ...............................................................
64
63 Roda (a), pemegang roda (b), dan posisi pemegang roda terhadap poros
transmisi (c) ............................................................................................ .
65
64 Rancangan lengan roda (a), dan lengan pengeruk (b) ..............................
66
65 Rangka bentuk dan dudukan poros transmisi...........................................
67
66 Rancangan pengeruk (a), dan posisi pengeruk setelah melewati guludan
68
67 Rangka ditcher berpengeruk.....................................................................
69
68 Rancangan dudukan lengan penggerak pengeruk ....................................
70
69 Rancangan standar lengan pada dudukan lengan roda .............................
70
70 Sketsa ditcher berpengeruk pada saat operasi di lahan ............................
71
71 Model ditcher berpengeruk (a), dan prototipe ditcher berpengeruk (b)...
71
72 Penggandengan ditcher berpengeruk pada traktor roda-4........................
72
73 Modifikasi tiga titik gandeng , (a) sebelum diturunkan; (b) setelah
diturunkan.................................................................................................
72
74 Lengan ayun roda hasil modifikasi (a), dan plat tambahan
dudukan pillow block (b) ..........................................................................
73
75 Penggandengan ditcher berpengeruk setelah dimodifikasi ......................
73
76 Aliran tanah pada pisau samping..............................................................
74
77 Saluran drainase yang dihasilkan .............................................................
75
78 Slip roda traktor menggusur tanah guludan ke belakang .........................
76
79 Pelepasan pisau samping ditcher..............................................................
76
80 Pelebaran singkal berdasarkan sudut curah tanah ....................................
77
81 Modifikasi pada singkal ...........................................................................
77
82 Modifikasi pada pisau bajak.....................................................................
78
83 Pemegang roda setelah dimodifikasi ........................................................
79
84 Modifikasi pada pengeruk ........................................................................
79
xvi
Halaman
85 Roda hasil modifikasi ...............................................................................
80
86 Ditcher berpengeruk setelah di modifikasi...............................................
80
87 Hasil uji ketinggian pengeruk................................................................. .
81
88 Ketinggian pengeruk pada perubahan lubang joint pemegang.................
82
89 Gaya tarik pengeruk berdasarkan ketinggian roda ...................................
83
90 Tahanan penetrasi tanah lahan pengujian.................................................
84
91 Kelengketan tanah pada ditcher ............................................................. .
85
92 Profil saluran drainase yang dihasilkan oleh ditcher................................
86
93 Perbandingan dimensi pendekatan saluran hasil ditcher..........................
86
94 Profil hasil pengerukan roda kecil pemegang roda pendek pada
pengujian di lahan Leuwikopo .................................................................
87
95 Profil melintang hasil pengerukan roda kecil pemegang roda pendek
pada pengujian di lahan Leuwikopo.........................................................
87
96 Profil hasil pengerukan roda besar pemegang roda panjang pada
pengujian di lahan Leuwikopo .................................................................
88
97 Profil melintang hasil pengerukan roda besar pemegang roda panjang
pada pengujian di lahan Leuwikopo.........................................................
88
98 Kuantitas dan kualitas cekungan guludan baru yang dihasilkan
pada pengujian di Lahan Leuwikopo .......................................................
89
99 Profil hasil pengerukan roda besar pemegang roda panjang pada
pengujian di lahan PG. Jatitujuh...............................................................
89
100 Profil melintang hasil pengerukan roda besar pemegang roda panjang
pada pengujian di lahan PG. Jatitujuh ......................................................
90
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1
Data identifikasi masalah ....................................................................... .
96
2
Kalibrasi load cell..................................................................................... 100
3
Cara pengukuran dan perhitungan kadar air dan kerapatan isi tanah ....... 101
4
Cara perhitungan kohesi tanah dan sudut gesekan dalam ........................ 102
5
Cara perhitungan adhesi dan sudut gesekan tanah-baja ........................... 103
6
Pendekatan profil guludan awal PG. Jatitujuh ......................................... 104
7
Pendekatan perhitungan profil lintasan roda traktor dan profil guludan
akhir.......................................................................................................... 105
8
Perhitungan volume tanah yang dipindahkan........................................... 108
9
Nilai faktor N............................................................................................ 112
10 Sifat-sifat mekanis bahan ......................................................................... 114
11 Berat komponen ditcher berpengeruk berdasarkan pendekatan
software AutoCAD................................................................................... 115
12 Tampilan simulasi gerakan penggerak pengeruk ..................................... 116
13 Spesifikasi traktor yang digunakan .......................................................... 117
14 Data uji fungsional mekanisme penggerak pengeruk............................... 118
15 Pengukuran kadar air dan bulk density pada waktu pengujian................. 122
16 Pengukuran tahanan penetrasi tanah pada waktu pengujian .................... 123
17 Pengukuran tahanan geser tanah pada waktu pengujian .......................... 125
18 Pengukuran tahanan gesek tanah pada waktu pengujian.......................... 126
19 Pengukuran penampang saluran drainase hasil ditcher berpengeruk....... 127
20 Pengukuran profil guludan hasil ditcher berpengeruk ............................. 129
21 Pengukuran kuantitas dan kualitas guludan yang dihasilkan pada
pengujian di lahan Leuwikopo ................................................................. 135
22 Pengukuran tahanan tarik ......................................................................... 137
23 Pengukuran slip roda traksi ...................................................................... 138
24 Pengukuran kapasitas lapang.................................................................... 139
25 Gambar kerja ............................................................................................ 140
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kebutuhan gula Indonesia dari tahun ke tahun terus meningkat. Sebagian
besar kebutuhan gula dipenuhi dari pabrik-pabrik gula di Indonesia dengan
bahan baku tebu. Produksi gula Indonesia saat ini belum dapat mencukupi
kebutuhan konsumsi dalam negeri sehingga masih dilakukan impor dari negara
lain (Pramuhadi 2005). Untuk meningkatkan hasil gula persatuan luas, perlu
diusahakan peningkatan produktivitas tebu dengan rendemen yang tinggi. Salah
satu usaha yang dapat dilakukan yaitu dengan melaksanakan program
intensifikasi dan mekanisasi budidaya tebu guna pencapaian produksi yang
maksimal.
Salah satu faktor penentu keberhasilan budidaya tebu berkaitan dengan
pengolahan tanah adalah sistem drainase yang baik (Wardojo 1995). Hal ini
dikarenakan tebu merupakan tanaman yang tergolong mesophit, di mana
tanaman ini mempunyai kepekaan terhadap kekurangan atau kelebihan air
selama periode tertentu.
Pada
umumnya
sistem
drainase
perkebunan
tebu
di
Indonesia
menggunakan saluran terbuka (drainase permukaan). Untuk perkebunan yang
cukup luas digunakan sistem alur sehingga lebih mempermudah penggunaan alat
mekanis (PAPMPI 1976). Saluran drainase tersebut dibuat dalam dua jenis yaitu
sejajar arah barisan tanam (got mujur) dan melintang barisan tanam (got
malang). Got malang berfungsi untuk menyalurkan kelebihan air dari barisanbarisan tanam. Pembuatan got malang dilakukan setelah pembuatan alur tanam
pada lahan seperti ditunjukkan pada Gambar 1.
Dalam pembuatan got malang, Pabrik Gula Jatitujuh menggunakan alat
khusus berupa rotary ditcher yang ditarik traktor roda empat dan diputar oleh
tenaga PTO traktor. Penggunaan rotary ditcher menghasilkan bentuk dan
dimensi saluran drainase seperti yang diharapkan, namun mempunyai beberapa
permasalahan, yaitu : pisau yang mudah tumpul, kerusakan PTO traktor, alat
mudah rusak dan masih kurang sempurnanya buangan tanah kesamping.
2
got mujur
got malang
guludan
tanah yang menutupi
alur tanam
alur tanam
(cekungan guludan)
Gambar 1 Sketsa got mujur dan got malang pada lahan plant cane.
Di samping rotary ditcher, PG. Jatitujuh juga menggunakan kair mata satu
(furrower) yang ditarik oleh traktor roda empat untuk pembuatan got malang.
Penggunaan furrower lebih disukai di lapangan karena lebih sederhana dalam
penggunaan maupun pemeliharaannya. Namun saluran berbentuk V yang
dihasilkan tidak sempurna, yaitu tertutupnya alur tanam (cekungan guludan) oleh
buangan tanah yang menumpuk di kedua sisi saluran. Dengan kondisi ini,
limpasan air dari arah melintang saluran akan terhalang oleh tanah di kedua sisi
Aliran air dari
barisan tanam
Saluran drainase
saluran tersebut, sehingga sistem drainase tidak efektif (Gambar 2).
tanah menutupi
alur tanam
Gambar 2 Saluran drainase hasil furrower.
Oleh karena itu perlu dibuat ditcher drainase yang dilengkapi dengan
pengeruk tanah yang menutupi alur tanam.
3
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah mendesain ditcher berpengeruk untuk
pembuatan saluran drainase (got malang) pada budidaya tebu lahan kering
dengan kriteria : 1) ditarik oleh traktor roda-4, 2) tidak menggunakan tenaga
PTO traktor, 3) ukuran dan bentuk saluran sesuai kebutuhan, dan 4) alur tanam
tebu pada pinggir saluran yang dihasilkan tidak tertutup tanah.
TINJAUAN PUSTAKA
Budidaya Tebu
Tanaman tebu (saccharum officinarum L.) merupakan salah satu tanaman
penting sebagai penghasil gula. Tebu termasuk kelas Monokotiledon, ordo
Glumaceae, famili Gramineae, kelompok Andropogoneaae, genus Saccharum
(Wardojo 1999). Fase pertumbuhan tebu ada empat, yaitu: 1) fase
perkecambahan, 2) fase pertunasan, 3) fase pemanjanganbatang, dan 4) fase
pemasakan batang. Dari keempat fase tersebut, fase 1, 2 dan 3 yang berlangsung
selama kurang lebih 9 bulan merupakan fase yang menentukan besar kecilnya
bobot tebu yang akan dipanen, fase keempat merupakan fase yang menentukan
besar kecilnya kadar sukrosa tebu (Oezer 1993).
Sebagai tanaman yang tergolong mesophit, tanaman ini mempunyai
kepekaan terhadap kekurangan atau kelebihan air selama periode tertentu. Carter
(1975) dalam Koto (1984) menyatakan bahwa terdapat hubungan linier yang
positif antara tinggi muka air tanah selama periode pertumbuhan dan periode
pemasakan terhadap produksi tebu. Tambahan produksi yang akan didapat
sebagai hasil penurunan muka air tanah sebesar 1 cm adalah sekitar 0.22 – 0.44
ton tebu per hektar. Kedalaman muka air tanah sedalam 120 cm dari permukaan
tanah merupakan keadaan yang optimal bagi pertumbuhan tanaman tebu pada
jenis tanah liat berlempung.
Iklim
Sutardjo (1994) menyatakan bahwa iklim berpengaruh besar terhadap
pertumbuhan dan hasil tebu, rendemen dan gula. Dalam masa pertumbuhan
tanaman tebu membutuhkan banyak air. Bagi daerah-daerah yang curah
hujannya rendah, kebutuhan air dapat digantikan dengan irigasi. Sedangkan
menjelang tebu masak untuk dipanen, dikehendaki keadaan kering tidak ada
hujan, sehingga pertumbuhannya terhenti. Apabila hujan terus menerus turun,
mengakibatkan kesempatan masak terus tertunda sehingga rendemen selalu
rendah (Anonim 1992)
Wardojo (1999) menyatakan bahwa pertumbuhan tebu menghendaki
adanya perbedaan nyata antara musim hujan dan musim kemarau. Waktu tanam
5
tebu terbaik di pulau Jawa adalah pada bulan Mei, Juni dan Juli . Hujan yang
terlambat turun menyebabkan pertumbuhan tanaman tebu lambat dan jumlah
tunas berkurang. Musim hujan yang terlalu pendek mengakibatkan tebu cepat
masak sebelum mencapai panjang batang yang cukup, sehingga dapat
menurunkan hasil.
Tanah
Di samping kesuburan tanah, tanaman tebu memerlukan sifat fisik tanah
yang baik. Oleh sebab itu penanaman tebu pada tanah yang sebelumnya ditanami
padi sawah (struktur lumpur) memerlukan pengolahan tanah khusus dengan
saluran drainase yang cukup memadai (Kartohadikusumo 1975). Tanaman tebu
dapat tumbuh baik pada berbagai macam tanah. Pada umumnya jenis tanah lahan
kering terdiri dari aluvial, podzolik, mediteran, latosol, regosol, kombisol, dan
grumosol (Oezer 1993). Pada tanah berat dapat ditanami tebu, yaitu dengan
menggunakan cara pengolahan tanah khusus. Buruknya drainase tanah
mengakibatkan berlimpahnya kation tereduksi dan gas metan dapat merupakan
racun bagi tanaman tebu (Notojoewono 1970).
Penanaman
Sutardjo (1994) menyatakan bahwa sebelum dilakukan penanaman tebu,
sebaiknya saluran drainase sudah dibuat. Masalah drainase lebih penting dari
pada irigasi karena selama tanah masih dalam keadaan basah belum bisa
dikerjakan dengan traktor (Kartohadikusumo 1975). Di Indonesia dikenal dua
macam cara menanam tebu, yaitu cara Reynoso dan cara bajak.
Cara Reynoso. Cara Reynoso biasanya diterapkan pada tanah bekas
sawah, dan tidak seluruh areal tanah diolah. Pembuatan saluran drainase dimulai
dengan pembuatan got keliling berpenampang lebar atas 70 cm, lebar bawah 45
cm, dan dalamnya 80-90 cm. Kemudian dibuat parit mujur yang panjangnya 100
m dan berpenampang lebar 60 cm, lebar bawah 40 cm, dan dalamnya 70 cm.
Jarak antara parit mujur adalah 10 m. Pada tanah yang bersifat basah, di antara
parit mujur dibuat parit pecahan yang berpenampang lebar atas 50 cm, lebar
6
bawah 30 cm, dan dalamnya 60 cm. Parit malang dibuat tegak lurus parit mujur
dengan penampang lebar atas 60 cm, lebar bawah 40 cm, dan dalamnya 60 cm.
Setelah pembuatan parit selesai kemudian dibuat alur untuk menanam
bibit. Cemplongan tersebut berpenampang lebar 40-50 cm dan dalamnya 30-35
cm. dengan jarak antar alur 0.80-1.10 m. Pada saat pembuatan cemplongan,
tanah galian ditimbun di sepanjang tanah yang tidak diolah dan dibiarkan
terjemur diterik matahari selama 2-3 minggu. Setelah kering sebagian tanah
dikembalikan lagi pada salah satu sisi cemplongan (kasuran) dan dibuat alur
kecil. Pembuatan kasuran pada salah satu sisi dimaksud untuk memungkinkan
drainase pada saat kelebihan air. Bibit diletakkan pada alur kecil tersebut dan
alur kemudian ditutup kembali (Wijanto 1988; Hadisaputro 1990).
Cara Bajak. Pada penanaman cara bajak, seluruh areal yang akan
ditanami diolah dengan menggunakan traktor. Pekerjaan dimulai dengan
subsoiling menggunakan subsoiler untuk memecah lapisan tanah sampai
kedalaman 50 cm, plowing menggunakan disc plows, harrowing menggunakan
disc harrow, dan plowing dengan arah tegak lurus pembajakan pertama yang
segara dilanjutkan harrowing kedua. Setelah tanah rata dan cukup hancur dibuat
alur tanam (juringan) menggunakan ridger dengan kedalaman 25 cm,
berpenampang segitiga terbalik dengan jarak antar alur ±150 cm (Wijanto 1988;
Oezer 1993).
Dengan varietas unggul, kelembaban tanah yang cukup dan pemupukan
dengan dosis tinggi, jarak antar alur yang optimal yaitu antara 1.35-1.65 m. Jarak
antar alur untuk pelaksanaan pekerjaan pemeliharaan tanaman dan penebangan
secara mekanis berkisar antara 1.30-1.50 m (Anonim 1982). Jarak tanam antar
alur 130 cm di tanah datar dan 110 cm di tanah yang miring (Sutardjo 1994).
Tanaman tebu dapat ditanam lonjoran, tapi biasanya dengan memotong bibit
terlebih dahulu. Dalamnya penanaman bibit dan tebalnya timbunan tanah di
atasnya bervariasi tergantung pada kondisi tanah. Timbunan tanah yang terlalu
tebal akan menghambat tumbuhnya tunas dan sering kali mengakibatkan matinya
bibit (Humbert 1968, diacu dalam Wijanto 1988).
7
Drainase
Fungsi Drainase
Drainase merupakan usaha membuang kelebihan air yang tidak diperlukan
lagi oleh tanaman untuk meningkatkan hasil atau produktifitas pertanian. Sumber
kelebihan air dapat berasal dari air hujan, air susupan, irigasi yang kurang
efisien, pengaruh artesis, dan banjir.
Tanaman tebu menghendaki drainase perakaran yang baik. Bagi daerahdaerah yang bertanah poros dan mempunyai muka air tanah dalam (≥ 1m),
biasanya tidak dijumpai masalah drainase. Masalah ini timbul terutama di daerah
tanah berat, muka air tanah yang dangkal dan daerah yang datar di mana
pembuangan air selalu jadi masalah (PAPMPI 1976).
Sistem Reynoso merupakan salah satu cara untuk mengatasi drainase,
tetapi pada sistem ini penggunaan alat-alat mekanis kurang leluasa. Sistem alur
lebih dapat diterima untuk rencana penggunaan alat mekanis, akan tetapi masih
diperlukan saluran drainase, terutama bagi daerah-daerah dengan intensitas hujan
yang tinggi. Alur juga berfungsi membuang kelebihan air, akan tetapi untuk
pembuangan selanjutnya masih harus dibantu dengan adanya saluran kolektor
semacam got malang dan got mujur (Wardojo 1999).
Faktor-faktor yang mempengaruhi drainase meliputi faktor tanah, jenis
tanaman, iklim, topografi dan kedalaman muka air tanah (Schwab et al. 1981;
Kartasapoetra 1994). Hansen et al. (1992) menyatakan bahwa drainase yang
cukup meningkatkan susunan tanah dan menaikkan produktivitas tanah.
Keuntungan drainase antara lain :
- memberi kemudahan pembajakan dan penanaman
- memperpanjang musim tumbuh tanaman
- menyiapkan kelembaban tanah dan makanan untuk tanaman
- membantu ventilasi tanah
- mengurangi erosi tanah dengan meningkatkan infiltrasi air ke dalam tanah
- pertumbuhan yang cocok bagi bakteri tanah
- membersihkan penggaraman tanah, dan
- menjamin temperatur tanah lebih tinggi
8
Sistem Drainase
Drainase dapat dilakukan dengan dua cara yaitu drainase permukaan dan
drainase bawah permukaan. Drainase permukaan (surface drainage) mengalirkan
kelebihan air yang tergenang diatas permukaan tanah (Schwab et al. 1981).
Sistem drainase permukaan terdiri dari :
Sistem Acak. Sistem acak atau random cocok diterapkan pada lahan yang
bertopografi tidak beraturan tetapi cukup datar atau mempunyai lekukan-lekukan
tanah yang berisi genangan air yang tersebar di beberapa tempat. Saluran
drainase ditempatkan memotong lekukan-lekukan tadi sepanjang yang
memungkinkan
untuk diteruskan ke bagian lahan yang lebih rendah untuk
mencapai pengeluaran yang tersedia. Penggunaan sistem random ini kurang
sesuai untuk lahan pertanian yang menggunakan alat-alat mekanis.
Sistem Kasuran. Sistem kasuran merupakan sistem yang terdapat pada
lahan yang diolah dengan plow secara menyempit. Batas alur (dead-furrower)
memanjang mengikuti kemiringan lahan. Sistem ini hanya cocok untuk
kemiringan yang kurang dari 1.5% dengan kondisi permeabilitas tanah yang
lambat. Dalam perancangan tata letak saluran sistem ini yang perlu diperhatikan
adalah lebar alur yang merupakan jarak antar saluran. Penentuan lebar alur dan
kedalaman saluran tergantung dari kemiringan lahan, karakteristik drainase tanah
dan teknik penanaman yang dilakukan.
Sistem Pararel. Pada prinsipnya sistem pararel ini sejenis dengan sistem
alur hanya saja jarak antar saluran dan kapasitas saluran pada sistem pararel lebih
besar dan dengan jarak antar saluran yang tidak seragam. Sistem ni diterapkan
pada tanah yang relatif datar (kurang dari 2%). Keberhasilan sistem ini
tergantung pada kemiringan lahan dan saluran drainase pada masing-masing
lahan pararel.
Sistem Paralel Lateral. Perbedaan sistem ini dengan sistem paralel
hanyalah pada kedalaman salurannya.Untuk sistem ini pada lahan yang datar
kedalaman minimum yang ditetapkan adalah 60 cm dengan kemiringan dinding
saluran kurang dari 4:1. Dengan saluran yang dalam maka pada sistem paralel
lateral ini kelebihan air pada daerah perakaran dapat diikutsertakan, ketinggian
muka air tanah yang dapat dibuang bisa mencapai kedalaman 120 cm.
9
Sistem Memotong Kemiringan. Untuk lahan yang kemiringannya besar
dapat ditempatkan satu atau lebih saluran yang memotong kemiringan.
Kemiringan dasar saluran yang paling baik disarankan tidak lebih dari 2%.
Saluran dibuat menyimpang sedikit dari garis kontur dengan perbedaan
kemiringan antara 0.1- 1.0 %. Pada sistem ini semua pengoperasian alat-alat
mekanis paralel dengan saluran.
Schwab et al. (1981) menyatakan bahwa pemilihan sistem didasarkan
pada keadaan topografi lahan dan jenis pengolahannya tanaman. Sistem yang
digunakan tersebut harus:
- layak untuk suatu sistem pertanian,
- mempunyai kapasitas pengaliran yang cukup,
- arah aliran kelebihan air mulai dari lahan menuju saluran tanpa bahaya erosi
dan pengendapan, dan
- tidak menggangu oprasi peralatan.
Penggunaan
drainase
permukaan
tanah
sebagai
sistem
drainase
memberikan keuntungan sebagai berikut :
Di samping memberikan keuntungan, drainase permukaan juga
memberikan beberapa kerugian yaitu :
- luas pertanian akan berkurang,
- operasi traktor dan alat-alat pertanaian akan terganggu, dan
- diperlukan pemeliharaan yang teratur.
Schwab et al. (1981) menyatakan untuk merancang bentuk saluran dikenal
ada beberapa jenis yang umum yaitu bentuk trapezoidal, segitiga dan parabola
(Gambar 3). Di samping itu, ada bentuk persegi panjang, lingkaran, ellips dan
eksponensial (French 1985).
(a) trapezoidal
Gambar 3 Bentuk-bentuk saluran drainase (Schwab et al. 1981).
10
Sifat Fisik dan Mekanik Tanah
Kadar Air
Das (1993) menyatakan bahwa kadar air tanah didefinisikan sebagai
perbandingan antara berat cair dan berat butiran padat dari volume tanah yang
diselidiki. Baver et al. (1972) menyatakan bahwa kadar air mempunyai pengaruh
terhadap pengolahan tanah (Gambar 4). Kadar air juga berkaitan dengan kelas
drainase tanah, yaitu mudah tidaknya air hilang dari dalam tanah. Air terdapat di
dalam tanah karena ditahan (diserap) oleh massa tanah, tertahan oleh lapisan
kedap air, atau keadaan drainase yang kurang baik (Hardjowigeno 1987).
Gambar 4 Hubungan faktor-faktor dinamik pada pengolahan tanah
dengan kelembaban tanah (Baver et al. 1972).
Tekstur Tanah
Tekstur tanah adalah perbandingan relatif antara butir primer pasir, debu
dan liat (Hardiyatno 1992). Hardjowigeno (1987) menyatakan tekstur tanah
menunjukkan kasar halusnya tanah berdasarkan perbandingan banyaknya butirbutir pasir, debu dan liat. Tekstur tanah dipengaruhi oleh ukuran tiap-tiap butir
yang ada di dalam tanah (Das 1993). Penentuan jenis tekstur tanah dapat
dilakukan berdasarkan perbandingan masing-masing partikel tanah. Selanjutnya,
proporsi masing-masing partikel ditentukan berdasarkan kriteria yang terdapat di
dalam segitiga tekstur menurut USDA.
Kerapatan Isi Tanah
Wesley (1973) menyatakan bahwa berat isi tanah menunjukkan
perbandingan antara berat tanah seluruhnya dengan isi tanah seluruhnya. Metode
11
pengukuran kerapatan isi tanah tergantung dari massa suatu tanah yang sudah
diketahui volumenya terlebih dahulu (Davies et al. 1993). Kerapatan isi tanah
menunjukkan kepadatan tanah. Semakin padat sutau tanah maka semakin tinggi
kerapatan isinya, yang berarti semakin sulit meneruskan air atau ditembus oleh
akar tanaman (Hardjowigeno 1987).
Tahanan Penetrasi Tanah
Mandang dan Nishimura (1991) menyatakan kekuatan tanah adalah
kemampuan dari suatu tanah untuk melawan gaya yang bekerja. Nilai tahanan
penetrasi diukur dengan menggunakan penetrometer dengan parameter cone
index (indeks kerucut), yaitu suatu indeks untuk menyatakan kemampuan tanah
melawan atau menahan gaya penetrasi dari suatu kerucut. Faktor yang
mempengaruhi nilai cone index adalah kerapatan isi, kadar air, jenis tanah dan
biasanya digunakan sebagai pembanding antara tempat-tempat yang berbeda
pada areal lahan yang sama pada hari yang sama (Devies et al. 1993). Tahanan
penetrasi dapat dijadikan ukuran untuk menggambarkan besarnya kemampuan
tanah yang diperlukan oleh peralatan pertanian untuk bekerja atau akar tanaman
untuk menembus tanah.
Traktor Roda-4
Traktor roda-4 merupakan penarik, penggerak dan penyaluran daya bagi
alat pengolahan tanah atau implemen. ASAE (1998), membagi kapasitas lapang
pengolahan tanah dikelompokkan menurut 4 kelompok traktor, yaitu traktor kecil
(mini) dengan daya 15 kW sampai 35 kW, traktor sedang 30 kW sampai 75 kW,
traktor besar 60 kW sampai 168 kW dan traktor sangat besar 168 sampai 300
kW. Load transfer implement diberikan melalui tiga titik gandeng yang
kontruksinya seperti ditunjukkan pada Gambar 5 (Alcock 1986).
Gambar 5 Konstruksi tiga titik gandeng (ASAE 1998).
12
Dimensi tiga titik gandeng memiliki ukuran yang standar berdasarkan
daya traktor seperti ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Dimensi tiga titik gandeng (ASAE 1998)
Rozaq (1989) menyatakan bahwa torsi pada roda traktor akan
mengakibatkan pemadatan tanah sampai tingkat kepadatan tertentu. Menurut
Liljedahl (1989) tekanan yang diberikan oleh roda traktor terhadap tanah adalah
bobot traktor di bagi luasan kontak (0.78 × lebar roda × panjang kontak roda
dengan tanah). Estimasi luasan kontak antara mesin dan permukaan tanah relatif
konstan untuk kebanyakan sinkage, dengan panjang kontak seperti ditunjukkan
pada Gambar 6 (McKyes 1985)
Gambar 6 Estimasi panjang kontak roda pada permukaan (McKyes 1985).
Alcock (1986) menyatakan bahwa besarnya tenaga traktor yang
dibutuhkan tergantung pada tahanan spesifik tanah, lebar dan kedalaman
pengolahan serta kecepatan operasi pengolahan.
Ditcher
Ditcher drainase adalah alat pengeruk tanah untuk pembuatan saluran
drainase. Ditcher drainase permukaan yang biasanya digunakan berupa rotary
13
ditcher, furrower atau ridger. Disamping itu juga terdapat chain ditcher dan
ladder ditcher untuk penggunaan khusus.
Rotary Ditcher
Rotary ditcher merupakan implemen pengeruk tanah yang menggunakan
sudu yang diputar oleh tenaga PTO traktor dan ditarik oleh traktor roda empat.
Dimensi sudu dan penahan belakang didesain sesuai dengan ukuran saluran yang
diinginkan (Gambar 7). Ditcher ini