Perubahan Densitas Dan Draft Spesifik Pembajakan Tanah Menggunakan Bajak Singkal Kayu Dan Berlapis Plastik Pada Berbagai Kecepatan Pembajakan
PERUBAHAN DENSITAS DAN DRAFT SPESIFIK PEMBAJAKAN
TANAH MENGGUNAKAN BAJAK SINGKAL KAYU DAN
BERLAPIS PLASTIK PADA BERBAGAI KECEPATAN
PEMBAJAKAN
SUMARLIN SANTOSO SINAGA
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER
INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul Perubahan
Densitas dan Draft Spesifik Pembajakan Tanah Menggunakan Bajak Singkal
Kayu dan Berlapis Plastik pada Berbagai Kecepatan Pembajakan adalah benar
karya saya dengan arahan dari dosen pembimbing akademik 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 skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, April 2016
Sumarlin Santoso Sinaga
NIM F14110013
ABSTRAK
SUMARLIN SANTOSO SINAGA.Perubahan Densitas dan Draft Spesifik
Pembajakan Tanah Menggunakan Bajak Singkal Kayu dan Berlapis Plastik pada
Berbagai Kecepatan Pembajakan. Dibimbing oleh GATOT PRAMUHADI.
Pengolahan tanah adalah suatu usaha untuk mempersiapkan lahan bagi
pertumbuhan tanaman dengan cara menciptakan kondisi dan struktur tanah yang
dibutuhkan oleh tanaman. Penelitian ini bertujuan untuk menentukan perubahan
densitas dan draft spesifik pembajakan tanah menggunakan bajak singkal kayu
dan berlapis plastik pada beberapa perubahan kecepatan pembajakan. Nilai
densitas kering tanah yang dihasilkan menggunakan bajak singkal kayu berkisar
antara 1.06 g/cc hingga 1.09 g/cc, sedangkan nilai densitas kering tanah yang
dihasilkan menggunakan bajak singkal kayu berlapis plastik berkisar antara 1.02
g/cc hingga 1.14 g/cc. Nilai draft spesifik pembajakan tanah menggunakan bajak
singkal kayu meningkat dari 0.75 kgf/cm2 hingga 1.18 kgf/cm2 pada tingkat
kecepatan pembajakan dari 0.53 m/detik hingga 1.79 m/detik, sedangkan nilai
draft spesifik pembajakan tanah menggunakan bajak singkal kayu berlapis plastik
juga meningkat dari 0.56 kgf/cm2 hingga 0.92 kgf/cm2 pada tingkat kecepatan
pembajakan dari 0.59 m/detik hingga 1.81 m/detik.
Kata kunci: Bajak singkal kayu, bajak singkal kayu berlapis plastik, densitas tanah,
draft spesifik pembajakan tanah, kecepatan pembajakan
ABSTRACT
SUMARLIN SANTOSO SINAGA. The Density Changing and Specific
Draft of Soil Plowing Using Wooden Moldboard Plow and Plastic Coated
Wooden Moldboard Plow on Difference Plowing Speed. Supervised by GATOT
PRAMUHADI.
Soil tillage is an efford to prepare soil for plants growing by creating
conditions and soil structure that needed by plants. The objectives of the research
was to determine the change of soil dry bulk density and specific draft of soil
plowing utilized wooden moldboard plow and plastic coated wooden moldboard
plow on various plowing speeds. Soil dry bulk density values were generated
using a wooden plow ranges of 1.06 g/cc up to 1.09 g/cc, while the values of soil
dry bulk density were produced using plastic coated wooden moldboard plow
ranges between 1.02 g/cc up to 1.14 g/cc. The specific draft values of soil plowing
using wooden moldboard plow increased by 0.75 kgf/cm2 up to 1.18 kgf/cm2 on
the speed level from 0.53 m/s up to 1.79 m/s, while the values of specific draft of
soil plowing using plastic coated wooden moldboard plow was also increased
from 0.56 kgf/cm2 up to 0.92 kgf/cm2 on the speed level from 0.58 m/s up to 1.83
m/s.
Key words: Wooden moldboard plow, plastic coated wooden moldboard plow,
soil dry bulk density, specific draft of plowing, plowing speed
PERUBAHAN DENSITAS DAN DRAFT SPESIFIK PEMBAJAKAN
TANAH MENGGUNAKAN BAJAK SINGKAL KAYU DAN
BERLAPIS PLASTIK PADA BERBAGAI KECEPATAN
PEMBAJAKAN
SUMARLIN SANTOSO SINAGA
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
pada
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
PRAKATA
Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan karuniaNya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul Perubahan
Densitas Tanah dan Draft Spesifik Pembajakan Tanah Menggunakan Bajak
Singkal Kayu dan Kayu Berlapis Plastik pada Berbagai Kecepatan Pembajakan.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr Ir Gatot Pramuhadi, MSi
selaku dosen pembimbing akademik atas bimbingan dan arahan yang telah
diberikan kepada penulis selama penelitian dan penyusunan skripsi ini
berlangsung, ungkapan terima kasih kepada Bapak Dr Ir I Wayan Astika, MSi dan
Bapak Ir Mad Yamin, MT selaku dosen penguji ketika penulis melaksanakan
ujian sidang. Ungkapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada ayah, ibu,
kakak, adik, pacar, serta seluruh keluarga yang terus memberikan dukungan dan
doa. Saya juga mengucapkan terima kasih kepada teman-teman TMB 48,
COMBAT 48 dan IKANMASS IPB yang memberikan bantuan dan semangat
selama menempuh pendidikan di IPB.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, April 2016
Sumarlin Santoso Sinaga
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
viii
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Tujuan Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
2
TINJAUAN PUSTAKA
2
Sifat-sifat fisik tanah
2
Slip Roda Traktor
4
Bajak Singkal
4
Gaya Tarik (Draft) Spesifik Pembajakan Tanah
5
METODOLOGI
6
Waktu dan Tempat Penelitian
6
Alat dan Bahan
6
Parameter Pengukuran
7
Prosedur Penelitian
8
HASIL DAN PEMBAHASAN
13
Kondisi Awal Tanah
13
Perubahan Densitas dan Draft Spesifik Pembajakan Tanah
14
Hubungan Kadar Air dan Densitas Tanah
16
SIMPULAN DAN SARAN
18
Simpulan
18
Saran
18
DAFTAR PUSTAKA
18
LAMPIRAN
20
RIWAYAT HIDUP
26
DAFTAR TABEL
1 Kondisi awal tanah rata-rata sebelum dibajak pada lima titik contoh
2 Data hasil pengukuran perubahan densitas dan draft spesifik
pembajakan
3 Data hasil pengukuran perubahan densitas dan draft spesifik
pembajakan tanah menggunakan bajak singkal kayu berlapis plastik
4 Parameter-parameter pengukuran
13
14
14
17
DAFTAR GAMBAR
1 Bagian-bagian bajak singkal (ESCAP, 1995)
2 Bajak singkal kayu tampak atas dan samping (ESCAP, 1995)
3 Jenis bajak: bajak singkal kayu (kiri) dan bajak singkal kayu berlapis
plastik (kanan)
4 Diagram alir uji kondisi tanah sebelum pengolahan tanah
menggunakan metode uji homogenitas tanah
5 Diagram alir prosedur pengukuran saat pengolahan tanah
menggunakan bajak singkal kayu dan singkal kayu berlapis plastik
6 Penentuan titik-titik pengambilan contoh tanah
7 Rangkaian alat dan instrumen pengukuran draft spesifik pembajakan
8 Grafik hubungan kecepatan maju traktor penarik dengan draft spesifik
pembajakan tanah menggunakan bajak singkal kayu
9 Grafik hubungan kecepatan maju traktor penarik dengan draft spesifik
pembajakan tanah menggunakan bajak singkal kayu berlapis plastik
10 Kurva karakteristik pemadatan contoh tanah di Lapangan Siswadhi
Soepardjo
5
5
6
8
9
10
12
15
16
17
DAFTAR LAMPIRAN
1 Uji homogenitas metode Bartlett pada tanah yang diuji
2 Data hasil pengukuran draft spesifik pembajakan tanah dan parameter
lainnya menggunakan bajak singkal kayu
3 Data hasil pengukuran draft spesifik pembajakan tanah dan parameter
lainnya menggunakan bajak singkal kayu berlapis plastik
4 Hasil uji pemadatan tanah menggunakan uji Proctor
20
21
23
25
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Pengolahan tanah adalah suatu usaha untuk mempersiapkan lahan bagi
pertumbuhan tanaman dengan cara menciptakan kondisi dan struktur tanah yang
dibutuhkan oleh tanaman. Pengolahan tanah baiasanya menggunakan alat-alat
mekanik. Tujuan dari pengolahan tersebut adalah untuk memperbaiki dan menjaga
kelembaban tanah dengan cara mengatur proses penyerapan air hujan, aliran
permukaan dan evaporasi. Selain itu tujuan pengolahan tanah yang lain adalah
untuk menciptakan struktur tanah yang dibutuhkan
untuk persemaian,
menghambat tumbuhan pengganggu serta membunuh larva atau telur-telur
serangga melalui perubahan tempat tinggal dan terik matahari (Kepner et al. 1972).
Pengolahan tanah terbagi menjadi pengolahan tanah primer dan
pengolahan tanah sekunder. Pengolahan tanah primer adalah untuk memecah dan
meremahkan tanah sampai suatu kedalaman 15.2 cm sampai 91.4 cm (Smith and
Wilkes, 1976). Alat pengolahan tanah primer salah satunya adalah bajak singkal
yang merupakan alat pertanian tertua yang juga dianggap sebagai alat pengolahan
tanah yang paling penting. Bajak singkal sangat baik digunakan untuk memotong,
membalik, dan memecahkan lapisan tanah yang sekaligus menutup gulma dan
menjadikannya kompos di dalam tanah.
Setiap alat pengolahan tanah dalam operasinya akan mengalami tahanan
yang timbul akibat dari tahanan tanah dan beban alat itu sendiri, gaya pada arah
horizontal yang sejajar dengan garis gerak alat penarik disebut tahanan tarik
(draft). Pada saat pembajakan akan terjadi reaksi tanah yang menyebabkan adanya
gaya yang sifatnya melawan arah gerak maju implemen.
Draft atau tahanan tarik merupakan komponen penting dalam pengolahan
tanah. Draft dapat diartikan sebagai komponen horizontal dari gaya tarik, paralel
terhadap garis kerja (Kepner at al. 1977).
Kecepatan maju akan berbanding lurus dengan draft. Semakin
meningkatnya kecepatan maka draft yang dihasilkan juga semakin besar. Semakin
besar draft maka semakin besar energi yang dibutuhkan untuk melakukan
pengolahan tanah. Pemilihan kecepatan pengolahan dapat berpengaruh terhadap
hasil akhir pengolahan tanah. Bila pengolahan tanah terlalu lambat, akan
menyebabkan proses pengangkatan pada ujung bajak tidak sempurna. Sebaliknya
bila kecepatan terlalu tinggi akan menyebabkan hasil pengolahan tanah yang tidak
sempurna dan adanya tenaga yang terbuang karena perubahan draft pada
kecepatan tinggi.
Pengujian yang dilakukan yaitu untuk memperoleh draft pembajakan yang
lebih kecil. Pembajakan dengan bajak singkal kayu berlapis plastik diharapkan
dapat menghasilkan tahanan tarik (draft) yang lebih kecil dibandingkan dengan
bajak singkal kayu. Hal tersebut disebabkan oleh permukaan dari plastik yang
bersifat licin sehingga lebih mudah untuk membalikkan tanah dan menghasilkan
tahanan tarik (draft) yang lebih kecil juga.
Besar nilai draft berbanding lurus dengan nilai luas pemotongan tanah oleh
alat bajak. Penarikan alat bajak singkal pada saat pengolahan, akan menimbulkan
gaya perlawanan molboard terhadap tanah. Apabila draft dibagi dengan luas
2
pemotongan akan didapatkan draft spesifik pembajakan tanah. Nilai draft spesifik
pembajakan tanah yang telah diketahui, dapat dilakukan perhitungan kebutuhan
tenaga traktor saat pengolahan tanah serta mempertimbangkan desain alat yang
cocok untuk kondisi tanah pada lahan basah. Oleh sebab itu, perlu dilakukan
analisis perubahan densitas tanah dan draft spesifik pembajakan tanah pada bajak
singkal kayu dan kayu berlapis plastik pada berbagai kecepatan pembajakan.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah mengetahui perubahan densitas kering tanah
dan draft spesifik pembajakan tanah untuk persiapan lahan sawah menggunakan
bajak singkal kayu dan bajak singkal kayu berlapis plastik pada berbagai
kecepatan.
Ruang Lingkup Penelitian
Agar perhatian dalam pemecahan masalah dapat terpusat maka perlu
dilakukan pembatasan masalah, beberapa batasan-batasan terhadap masalah yang
akan dibahas yaitu:
1. Pengukuran densitas tanah dan draft spesifik pembajakan tanah menggunakan
satu bottom bajak singkal kayu dan singkal kayu berlapis plastik yang
digandengkan secara bergantian pada traktor roda empat yang ditarik traktor
roda empat penarik.
2. Perlakuan percobaan dilakukan dengan menjalankan traktor roda empat
penarik padaposisi gigi versnelling Low-1 (L-1), Low-2 (L-2), Low-3 (L-3) dan
High-1 (H-1) dan traktor roda empat yang ditarik pada posisi gigi versnelling
Normal (N).
TINJAUAN PUSTAKA
Sifat-sifat fisik tanah
Kadar Air Tanah
Menurut Baver (1959) kadar air tanah berpengaruh terhadap tenaga
pengolahan tanah. Menjelang musim kering kadar air tanah menurun, pada
keadaan ini tahanan tanah meningkat disebabkan oleh meningkatnya kohesi akibat
menurunnya kelembaban tanah. Hal tersebut mengakibatkan daya penetrasi alat
untuk menembus tanah berkurang serta memperbesar tenaga untuk menarik alat.
Pada kadar air yang sangat rendah pengolahan tanah akan merusak struktur tanah,
serta menghasilkan tanah yang berbongkah besar. Kadar air tanah dapat dihitung
menggunakan Persamaan 1.
=
Dimana, wc
ww
= kadar air, %
= berat air, g
x 100% ................................................(1)
3
ws
= berat tanah kering, g
Menurut Budi (2011) metode yang biasanya digunakan di laboratorium
dalam mengukur kadar air tanah adalah dengan mengoven tanah selama 24 jam
pada suhu 105˚C. Namun perlu diingat ada beberapa jenis tanah yang akan
terbakar jika dipanaskan pada suhu tersebut. Tanah gambut dan tanah organik
akan kehilangan unsur organiknya akibat proses oksidasi apabila dioven pada
temperatur lebih dari 60˚C.
Densitas Tanah
Densitas tanah (soil dry bulk density) adalah rasio massa kering padatan
tanah dengan volume tanah yang dinyatakan satuan g/cm3, atau g/cc, dan
merupakan ukuran berat volume suatu tanah kering oven (Baver at al. 1972, Blake
dan Hartge 1986, dan Plaster 1992). Volume tanah tersebut termasuk volume
padatan dan ruang pori tanah. Massa kering padatan tanah ditentukan setelah
dikeringkan hingga bobotnya konstan pada suhu 105oC, dan volume tanah
tersebut berasal dari contoh yang diambil di lapang (Blake dan Hartge 1986).
Tanah yang semakin padat maka densitas tanahnya semakin tinggi, berarti makin
sulit meneruskan air atau ditembus akar tanaman (Hardjowigeno 1995). Densitas
tanah dapat dihitung menggunakan Persamaan 2.
.......................................................(2)
� =
�
Dimana, DST = densitas tanah (dry bulk density), g/cc
BTK = bobot tanah kering, g
VLT = volume tanah, cc(cm3)
Densitas tanah pada kebanyakan tanah permukaan berkisar antara 1.1-1.6
g/cm3, tergantung kondisinya. Pengolahan tanah dapat mengubah densitas tanah
secara agak cepat. Suatu alat bajak dapat dengan seketika mengubah densitas
tanah dari 1.5 g/cc menjadi 0.85 g/cc. Biasanya penanaman terbaik pada kisaran
densitas tanah 1.1-1.4 g/cm3, sedangkan jika densitas sudah diatas 1.6 g/cm3 maka
pergerakan air dan pekembangan akar tanaman menjadi sangat terbatas. Tanah
subsoil yang sangat padat bisa mempunyai densitas tanah 2.0 g/cc atau bahkan
lebih, dan menyebabkan tidak ada akar yang tumbuh (Donahue at al. 1976).
Porositas Tanah
Sistem akar tanaman dibatasi oleh pori-pori tanah. Kehidupan di dalam
tanah tergantung oleh sistem pori tanah karena pori-pori tanah tersebut digunakan
untuk pergerakan air dan udara (oksigen), serta masuknya akar-akar ke dalam
tanah (Forbes dan Watson 1992). Kandungan pori-pori dalam tanah mengontrol
kuantitas air tersedia bagi tanaman yang dapat dipegang oleh tanah, dan
kemudahan penetrasi serta perkembangan akar (Davies at al. 1993). Densitas
partikel tanah (DPT) adalah bobot tanah kering per satuan volume partikel padat
tanah; tidak termasuk volume pori-pori tanah (Hardjowigeno 1995). Secara umum
porositas dapat dihitung berdasarkan nilai densitas tanah (DST) dan densitas
partikel tanah (DPT) dengan Persamaan 3.
�
=1−
�
��
100 %..........................................(3)
4
Dimana, PST = porositas tanah, %
DST = densitas tanah, g/cm3
DPT = densitas partikel tanah, g/cm3
Porositas juga dapat ditentukan dari perbedaan berat antara tanah kering
oven dan tanah basah jenuh berdasarkan Persamaan 4.
Dimana, Pt
mb
mk
vt
� =
−
100 %..........................................(4)
= porositas tanah, %
= massa basah jenuh tanah sebelum dikering-ovenkan, g
= massa kering tanah setelah dikering-ovenkan, g
= volume tanah, cm3
Slip Roda Traktor
Slip akan selalu terjadi pada roda traktor yang menarik beban maupun yang
tidak menarik beban (wanders, 1978). Slip roda merupakan perbandingan antara
selisih jarak tempuh aktual dan jarak tempuh teoritis. Slip roda traksi dapat
dihitung dengan menggunakan rumus pada persamaan 5.
S= 1Dimana, S
Si
x
�
x�
x100%.........................................(5)
= slip roda penggerak (%)
= jarak tempuh aktual pada N putaran roda traktor penarik
(m)
R
= jari-jari lingkaran roda penggerak (m)
N
= jumlah putaran roda penggerak
Slip pada roda traktor dipengaruhi oleh diameter roda, lebar roda, bentuk
lempengan tapak, dan sudut lempengan tapak terhadap garis singgung roda dan
sumbu roda. Slip dikatakan tidak ekonomis jika slip yangterjadi berada diatas 15%,
dimana gaya tarik yang meningkat akan mengakibatkan kecepatan maju berkurang
dan mulai mengurangi tenaga tariktraktor sampai kondisi dimana traktor akan
mengalami spin out (100% slip) (Crossley dan Kilgour, 1983).
Bajak Singkal
Bajak singkal adalah alat pengolahan tanah yang paling tua dan secara umum
dianggap paling penting walaupun pada kondisi tertentu untuk berbagai jenis
tanaman keuntungan pembajakannya tidak tampak nyata (Kepner at al. 1978).
Fungsi utama bajak singkal adalah memotong lapisan tanah, mengangkut serta
membalikkan tanah. Bagian bajak yang sesungguhnya memecah tanah disebut
alas atau telapak. Bagian-bagian yang membentuk telapak bajak singkal adalah
bagian mata bajak, landside, dan singkal. Bagian-bagian tersebut terpasang pada
sepotong logam yang tak beraturan bentuknya yang disebut badan bajak (frog)
seperti yang diperlihatkan pada Gambar 1 dan Gambar 2.
5
Gambar 1 Bagian-bagian bajak singkal (ESCAP, 1995)
Gambar 2 Bajak singkal kayu tampak atas dan samping (ESCAP, 1995)
Gaya Tarik (Draft) Spesifik Pembajakan Tanah
Draft atau tahanan tarik pengolahan tanah didefinisikan sebagai komponen
horizontal dari gaya tarik peralatan pengolahan tanah yang searah dengan arah
unit penggerak. Kepner at al (1978) mengemukakan bahwa tahanan tarik tanah
didefinisikan sebagai gaya horizontal yang sejajar dengan arah unit penggerak,
sedangkan rasio antara tahanan tarik tanah spesifik (spesifik draft).
Daya penarikan merupakan besaran skalar yang diperoleh dari hasil
perkalian antara besar gaya untuk menarik beban dan kecepatan maju traktor, atau
dapat ditulis kedalam Persamaan 6.
� = × ........................................................(6)
Dimana,
P = daya penarikan (kgf.m/detik)
F = gaya tarik (kgf)
v = kecepatan maju (m/detik)
Berdasaran atas persamaan 6 di atas, maka metode yang dapat digunakan
untuk mengukur besar daya penarikan (daya traktor untuk menarik alat bajak)
adalah dengan memasang instrumen ukur (load cell) yang menghubungkan antara
drawbar traktor dengan beban.
6
Pengukuran draft menggunakan load cell yang mengukur besarnya gaya
tarik dan di rekam oleh handy strain meter dalam bentuk regangan (strain).
Apabila draft dibagi dengan luas pemotongan akan didapatkan draft spesifik
pembajakan tanah yang dapat ditulis dalam Persamaan 7.
� � = ..................................................................(7)
Dimana, DSP = draft spesifik pembajakan, kgf/cm2
F
= gaya penarikan, kgf
A
= luas pemotongan tanah oleh bajak, cm2
Pengukuran draft spesifik pembajakan tanah dilakukan untuk
mendapatkan dua tujuan utama yaitu pertama, untuk mengetahui kebutuhan
tenaga traktor pada saat pengolahan tanah dengan alat pengolahan tertentu
sedangkan yang kedua yaitu untuk memilih dan mempertimbangkan penggunaan
desain alat tertentu yang cocok untuk kondisi tanah dengan tenaga yang tersedia.
METODOLOGI
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo
dan Laboratorium Fisika-Mekanika Tanah, Departemen Teknik Mesin dan
Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor, Darmaga,
Bogor. Penelitian ini dilaksanakan mulai bulan Februari 2015 hingga Mei 2015.
Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan untuk menentukan parameter pengukuran
perubahan densitas tanah serta draft spesifik pembajakan tanah menggunakan
bajak singkal kayu nangka (Artocarpus heterophyllus) dan singkal singkal kayu
nangka (Artocarpus heterophyllus) berlapis plastik seperti pada Gambar 3.
Gambar 3 Jenis bajak: bajak singkal kayu (kiri) dan bajak singkal kayu berlapis
plastik (kanan)
7
Untuk Pengambilan Contoh Tanah:
1. Sepuluh unit ring sample
2. Satu pack plastik wadah contoh tanah ukuran setengah kilogram
3. Dua unit sekop kecil
4. Satu unit penggaris
Untuk Pengukuran Kadar Air, Densitas, dan Porositas Tanah:
1. Tujuh puluh dua contoh tanah pada berbagai kedalam dan lintasan
2. Tujuh puluh dua unit wadah (cawan) contoh tanah
3. Satu unit neraca electronic
4. Dua unit mesin pengering (oven)
Uji Pemadatan Tanah (Uji Proctor):
1. Satu unit mold dengan diameter 10 cm, volume 1 liter
2. Satu unit base plate
3. Satu unit collar
4. Satu unit trimmer 2.5 kg
5. Satu unit neraca electronic
6. Peralatan pengukur kadar air
7. Satu unit ayakan tanah ϕ 4.76 mm
8. Satu unit wadah (baki plastik)
9. Satu unit exruder
Untuk Pengukuran Draft Spesifik Pembajakan, Kecepatan Maju Traktor
Penarik, Luas Pemotongan Tanah, dan Slip Roda:
1. Satu unit Load cell merek Kyowa tipe LT-5TSA71C
2. Satu unit Handy strain meter UCAM-1A
3. Satu unit traktor roda empat sebagai traktor penarik
4. Satu unit traktor roda empat sebagai traktor pegandeng bajak singkal
5. Satu unit bajak singkal kayu
6. Satu unit bajak singkal kayu berlapis plastik
7. Pengukur waktu (stopwatch)
8. Alat bantu hitung (calculator)
9. Patok-patok kayu
Parameter Pengukuran
Parameter pengukuran yang akan dilakukan dalam penelitian ini merupakan
tolak ukur dalam melaksanakan dilapangan. Adapun parameter pengukuran yang
akan dilakukan sebagai berikut :
1. Densitas tanah(g/cc)
2. Uji pemadatan tanah
3. Gaya tarik bajak singkal (kgf)
2
4. Luas hasil pengolahan(cm )
2
5. Gaya tarik (draft) spesifik pembajakan (kgf/cm )
6. Slip (%)
8
Prosedur Penelitian
Prosedur penelitian yang dilakukan pada penelitian ini dilakukan dengan
dua tahap pengukuran di lahan tanah yang telah diairi tiga hari sebelumnya. Tahap
pertama yaitu uji keseragaman tanah menggunakan uji homogenitas tanah yang
terdapat pada Gambar 4.
Pengukuran tahap kedua yaitu prosedur pengukuran saat pengolahan di
lahan hingga pengukuran di laboratorium. Parameter pengukuran di lahan seperti
kecepatan maju, slip roda penggerak, gaya tarik traktor dan luas pemotongan
pengolahan tanah. Pengukuran di laboratorium seperti sifat fisik (densitas dan
porositas tanah) dan sifat mekanik (uji pemadatan). Prosedur tahap ke dua
pengukuran dilakukan mengunakan bajak singkal kayu dan singkal kayu berlapis
plastik secara bergantian, prosedur ini dapat dilihat pada Gambar 5.
Mulai
Menyiapkan alat-alat seperti ring
sample, cangkul, meteran gulung
Menyiapkan lahan yang telah diairi 3
hari sebelum pengukuran
Menentukan 5 titik untuk
pengukuran contoh tanah (titik 1-5)
Menghitung massa
tanah basah (g)
Menghitung massa
tanah kering oven (g)
Mengukur
massa air (g)
Menghitung volume tanah
dalam ring sample (cm3)
Menghitung densitas
tanah (g/cm3)
Menghitung
porositas tanah
(%)
Menguji kondisi awal tanah
kadar air tanah (%)
Menguji kondisi
awal tanah
Berhenti
Gambar 4 Diagram alir uji kondisi tanah sebelum pengolahan tanah
menggunakan metode uji homogenitas tanah
9
Mulai
Siapkan alat-alat seperti traktor penarik, traktor
beban, load cell, handy strain meter, stopwatch,
meteran gulung, patok-patok, bajak singkal
kayu dan kayu berlapis plastik
Memasang load cell antara traktor
penarik dan traktor penggandeng
implemen
Memasang kabel data handy
strain meter ke load cell
Menjalankan
traktor penarik dengan
memilih salah satu
perlakuan kecepatan maju
dari yang terendah
Tidak
Mengukur
kecepatan maju
traktor penarik
(m/detik)
Mengukur slip
roda traktor
penarik (%)
Mengukur gaya
tarik traktor
penggandeng
implemen (kgf)
Syarat: perlakuan
kecepatan L-1, L-2,
L-3 dan H-1telah
dilakukan
Ya
Mengambil
contoh tanah (g)
Mengukur luas
pemotongan
pengolahan tanah
(cm2)
Mengukur sifat fisik dan
mekanik tanah
Berhenti
Gambar 5 Diagram alir prosedur pengukuran saat pengolahan tanah menggunakan
bajak singkal kayu dan singkal kayu berlapis plastik
10
Pengukuran Kadar air, Densitas Tanah, dan Porositas Tanah
1. Contoh tanah diambil dari lima titik yang telah ditentukan, sebelumnya telah
diukur massa ring sample. Tentukan titik pengambilan contoh tanah yang
terdapat pada Gambar 4.
2. Contoh tanah pada tiga titik kedalaman (0 ̶ 5) cm, (5 ̶ 10) cm dan (10 ̶ 15)
cm diambil kemudian diukur massa tanah basah.
o
3. Contoh tanah dikeringkan dalam oven pada suhu 105 C selama 24 jam.
4. Contoh tanah yang telah dikeringkan dalam oven dimasukkan ke dalam
desikator hingga suhunya mencapai suhu ruang agar tidak mempengaruhi
massanya.
5. Massa tanah kering oven diukur agar diketahui kadar air tanah menggunakan
persamaan 1.
6. Densitas tanah diukur dengan mengetahui volume ring sample terlebih dahulu
kemudian gunakan persamaan 2.
7. Hitung porositas tanah dengan mengetahui nilai densitas partikel tanah
mineral sebesar 2.65 g/cm3 menggunakan persamaan 3.
Keterangan :
: Titik-titik pengambilan
contoh tanah
Gambar 6 Penentuan titik-titik pengambilan contoh tanah
Penentuan Kondisi Awal Tanah menggunakan Uji Bartlett
1. Hitung varians gabungan dari semua contoh tanah berdasarkan persamaan (8).
2
=
�( � −1) �2
............................................................(8)
�( −1)
Dimana, S2 = varians gabungan contoh
n = banyak contoh
ni = contoh kesi = varians contoh
2. Hitung harga satuan B dengan persamaan (9).
= (log 2 )�( � − 1)..............................................(9)
Dimana, B = nilai satuan
S2 = varians gabungan contoh
ni = contoh ke-
11
3. Hitung uji Bartlert berdasarkan persamaan 10
2
= (ln 10){ − � − 1 � �2 ............................10
Dimana, χ2 = harga chi-kuadrat
B = nilai satuan
s2i = varians contoh
4. Analisis hipotesis statistik untuk pengujian homogenitas varians
Hipotesis pengujian (H0) :
H1 :
σ1=σ2=σ3=σ4=σ5 (Varians data densitas tanah
homogen)
σ1≠σ2≠σ3≠σ4≠σ5 (Varians data densitas tanah
tidak Homogen)
Pengukuran Gaya Tarik (Draft) Spesifik Pembajakan Tanah:
Alat dan instrumen seperti traktor penarik, traktor penggandeng implemen,
load cell, handy strain meter, stopwatch, meteran gulung, patok-patok, bajak
singkal kayu dan singkal kayu berlapis plastik dipersiapkan sebelum pengukuran
draft spesifik pembajakan tanah. Load cell sebagai unit pengukur beban tarik
ditampilkan dan direkam oleh handy strain meter. Pengkalibrasian load cell dan
handy strain meter yaitu dengan menghubungkan keduanya kemudian digantung
pada sebuah crane. Proses selanjutnya dilakukan pembebanan pada load cell
secara bertahap dengan tiga kali ulangan. Pada masing-masing pembebanan yang
diberikan, nilai yang terbaca pada handy strain meter dicatat sebagai ukuran
besarnya regangan yang terjadi. Data hasil kalibrasi load cell merek Kyowa tipe
LT-5TSA71C diperoleh (Imantara 2011) menggunakan Persamaan 11.
= 1.962 + 0.747.............................................(11)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Dimana, y = beban yang terukur (kgf)
x = regangan (με)
Adapun proses pengukuran draft spesifik pembajakan sebagai berikut:
Penggandeng implemen bajak singkal dipasang pada tiga titik gandeng traktor.
Bajak singkal kayu atau kayu berlapis plastik dipasangkan pada batang penarik
implemen dan dikunci menggunakan landside. Bajak singkal kayu
menggunakan lanside yang telah dimodifikasi.
Kabel data dari load cell dipasangkan ke handy strain meter sebagai alat ukur
draft. Pemasangan alat dan instrumen pengukuran yang menghubungkan
traktor penarik dan traktor beban terdapat pada Gambar 7.
Load cell ditempatkan di antara traktor penarik (traktor depan) dan traktor
beban (traktor yang menggandeng bajak singkal), dalam hal ini load cell
bertindak sebagai penghubung dan penyambung kedua traktor tersebut.
Traktor penarik dioperasikan pada empat tingkat kecepatan maju.
Pada perlakukan percobaan:
a. Ukur besar strain yang terbaca pada handy strain meter setiap tiga detik
b. Ukur besar kecepatan maju traktor penarik pada setiap lintasan
c. Ukur cutting width dan cutting depth setiap lintasan
d. Ukur slip roda traktor penarik pada setiap lintasan
Menghitung besar :
a. Gaya penarikan, N
b. Draft spesifik pembajakan, N/cm2
12
Handy strain meter
Traktor
penarik
Traktor
beban
Kabel load cell
Bajak singkal
Gambar 7 Rangkaian alat dan instrumen pengukuran draft spesifik pembajakan
tanah
Uji Pemadatan Tanah:
1. Tanah contoh disiapkan 3 kg yang lolos ayakan ϕ 4.76 mm dan dimasukan ke
dalam wadah.
2. Tanah dipadatkan dengan membuat tiga lapisan di dalam mold yang ditutup
bagian bawah oleh base plate, masing-masing lapisan diberikan tekanan
dengan trimmer sebanyak 25 kali ketukan.
3. Bagian tepi atas tanah dipotong dan diratakan
4. Berat mold + base plate (m1) dan berat mold + base plate + tanah padat (m2)
ditimbang.
5. Tanah hasil uji Proctor diambil pada tiga kedalaman, masing-masing
digunakan untuk contoh tanah yang diberikan beban normal.
6. Massa dan kadar air diukur pada masing-masing contoh tanah.
7. Kadar air tanah diubah dengan cara:
a. Tanah dihancurkan kembali kemudian ditambah air
b. Tanah dipadatkan kembali, diulang terus hingga densitasnya turun (± 5
kali ulangan) atau ketika massa tanah setelah perlakuan lebih kecil dari
massa tanah sebelumnya (m2n
TANAH MENGGUNAKAN BAJAK SINGKAL KAYU DAN
BERLAPIS PLASTIK PADA BERBAGAI KECEPATAN
PEMBAJAKAN
SUMARLIN SANTOSO SINAGA
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER
INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul Perubahan
Densitas dan Draft Spesifik Pembajakan Tanah Menggunakan Bajak Singkal
Kayu dan Berlapis Plastik pada Berbagai Kecepatan Pembajakan adalah benar
karya saya dengan arahan dari dosen pembimbing akademik 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 skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, April 2016
Sumarlin Santoso Sinaga
NIM F14110013
ABSTRAK
SUMARLIN SANTOSO SINAGA.Perubahan Densitas dan Draft Spesifik
Pembajakan Tanah Menggunakan Bajak Singkal Kayu dan Berlapis Plastik pada
Berbagai Kecepatan Pembajakan. Dibimbing oleh GATOT PRAMUHADI.
Pengolahan tanah adalah suatu usaha untuk mempersiapkan lahan bagi
pertumbuhan tanaman dengan cara menciptakan kondisi dan struktur tanah yang
dibutuhkan oleh tanaman. Penelitian ini bertujuan untuk menentukan perubahan
densitas dan draft spesifik pembajakan tanah menggunakan bajak singkal kayu
dan berlapis plastik pada beberapa perubahan kecepatan pembajakan. Nilai
densitas kering tanah yang dihasilkan menggunakan bajak singkal kayu berkisar
antara 1.06 g/cc hingga 1.09 g/cc, sedangkan nilai densitas kering tanah yang
dihasilkan menggunakan bajak singkal kayu berlapis plastik berkisar antara 1.02
g/cc hingga 1.14 g/cc. Nilai draft spesifik pembajakan tanah menggunakan bajak
singkal kayu meningkat dari 0.75 kgf/cm2 hingga 1.18 kgf/cm2 pada tingkat
kecepatan pembajakan dari 0.53 m/detik hingga 1.79 m/detik, sedangkan nilai
draft spesifik pembajakan tanah menggunakan bajak singkal kayu berlapis plastik
juga meningkat dari 0.56 kgf/cm2 hingga 0.92 kgf/cm2 pada tingkat kecepatan
pembajakan dari 0.59 m/detik hingga 1.81 m/detik.
Kata kunci: Bajak singkal kayu, bajak singkal kayu berlapis plastik, densitas tanah,
draft spesifik pembajakan tanah, kecepatan pembajakan
ABSTRACT
SUMARLIN SANTOSO SINAGA. The Density Changing and Specific
Draft of Soil Plowing Using Wooden Moldboard Plow and Plastic Coated
Wooden Moldboard Plow on Difference Plowing Speed. Supervised by GATOT
PRAMUHADI.
Soil tillage is an efford to prepare soil for plants growing by creating
conditions and soil structure that needed by plants. The objectives of the research
was to determine the change of soil dry bulk density and specific draft of soil
plowing utilized wooden moldboard plow and plastic coated wooden moldboard
plow on various plowing speeds. Soil dry bulk density values were generated
using a wooden plow ranges of 1.06 g/cc up to 1.09 g/cc, while the values of soil
dry bulk density were produced using plastic coated wooden moldboard plow
ranges between 1.02 g/cc up to 1.14 g/cc. The specific draft values of soil plowing
using wooden moldboard plow increased by 0.75 kgf/cm2 up to 1.18 kgf/cm2 on
the speed level from 0.53 m/s up to 1.79 m/s, while the values of specific draft of
soil plowing using plastic coated wooden moldboard plow was also increased
from 0.56 kgf/cm2 up to 0.92 kgf/cm2 on the speed level from 0.58 m/s up to 1.83
m/s.
Key words: Wooden moldboard plow, plastic coated wooden moldboard plow,
soil dry bulk density, specific draft of plowing, plowing speed
PERUBAHAN DENSITAS DAN DRAFT SPESIFIK PEMBAJAKAN
TANAH MENGGUNAKAN BAJAK SINGKAL KAYU DAN
BERLAPIS PLASTIK PADA BERBAGAI KECEPATAN
PEMBAJAKAN
SUMARLIN SANTOSO SINAGA
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
pada
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
PRAKATA
Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan karuniaNya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul Perubahan
Densitas Tanah dan Draft Spesifik Pembajakan Tanah Menggunakan Bajak
Singkal Kayu dan Kayu Berlapis Plastik pada Berbagai Kecepatan Pembajakan.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr Ir Gatot Pramuhadi, MSi
selaku dosen pembimbing akademik atas bimbingan dan arahan yang telah
diberikan kepada penulis selama penelitian dan penyusunan skripsi ini
berlangsung, ungkapan terima kasih kepada Bapak Dr Ir I Wayan Astika, MSi dan
Bapak Ir Mad Yamin, MT selaku dosen penguji ketika penulis melaksanakan
ujian sidang. Ungkapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada ayah, ibu,
kakak, adik, pacar, serta seluruh keluarga yang terus memberikan dukungan dan
doa. Saya juga mengucapkan terima kasih kepada teman-teman TMB 48,
COMBAT 48 dan IKANMASS IPB yang memberikan bantuan dan semangat
selama menempuh pendidikan di IPB.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, April 2016
Sumarlin Santoso Sinaga
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
viii
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Tujuan Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
2
TINJAUAN PUSTAKA
2
Sifat-sifat fisik tanah
2
Slip Roda Traktor
4
Bajak Singkal
4
Gaya Tarik (Draft) Spesifik Pembajakan Tanah
5
METODOLOGI
6
Waktu dan Tempat Penelitian
6
Alat dan Bahan
6
Parameter Pengukuran
7
Prosedur Penelitian
8
HASIL DAN PEMBAHASAN
13
Kondisi Awal Tanah
13
Perubahan Densitas dan Draft Spesifik Pembajakan Tanah
14
Hubungan Kadar Air dan Densitas Tanah
16
SIMPULAN DAN SARAN
18
Simpulan
18
Saran
18
DAFTAR PUSTAKA
18
LAMPIRAN
20
RIWAYAT HIDUP
26
DAFTAR TABEL
1 Kondisi awal tanah rata-rata sebelum dibajak pada lima titik contoh
2 Data hasil pengukuran perubahan densitas dan draft spesifik
pembajakan
3 Data hasil pengukuran perubahan densitas dan draft spesifik
pembajakan tanah menggunakan bajak singkal kayu berlapis plastik
4 Parameter-parameter pengukuran
13
14
14
17
DAFTAR GAMBAR
1 Bagian-bagian bajak singkal (ESCAP, 1995)
2 Bajak singkal kayu tampak atas dan samping (ESCAP, 1995)
3 Jenis bajak: bajak singkal kayu (kiri) dan bajak singkal kayu berlapis
plastik (kanan)
4 Diagram alir uji kondisi tanah sebelum pengolahan tanah
menggunakan metode uji homogenitas tanah
5 Diagram alir prosedur pengukuran saat pengolahan tanah
menggunakan bajak singkal kayu dan singkal kayu berlapis plastik
6 Penentuan titik-titik pengambilan contoh tanah
7 Rangkaian alat dan instrumen pengukuran draft spesifik pembajakan
8 Grafik hubungan kecepatan maju traktor penarik dengan draft spesifik
pembajakan tanah menggunakan bajak singkal kayu
9 Grafik hubungan kecepatan maju traktor penarik dengan draft spesifik
pembajakan tanah menggunakan bajak singkal kayu berlapis plastik
10 Kurva karakteristik pemadatan contoh tanah di Lapangan Siswadhi
Soepardjo
5
5
6
8
9
10
12
15
16
17
DAFTAR LAMPIRAN
1 Uji homogenitas metode Bartlett pada tanah yang diuji
2 Data hasil pengukuran draft spesifik pembajakan tanah dan parameter
lainnya menggunakan bajak singkal kayu
3 Data hasil pengukuran draft spesifik pembajakan tanah dan parameter
lainnya menggunakan bajak singkal kayu berlapis plastik
4 Hasil uji pemadatan tanah menggunakan uji Proctor
20
21
23
25
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Pengolahan tanah adalah suatu usaha untuk mempersiapkan lahan bagi
pertumbuhan tanaman dengan cara menciptakan kondisi dan struktur tanah yang
dibutuhkan oleh tanaman. Pengolahan tanah baiasanya menggunakan alat-alat
mekanik. Tujuan dari pengolahan tersebut adalah untuk memperbaiki dan menjaga
kelembaban tanah dengan cara mengatur proses penyerapan air hujan, aliran
permukaan dan evaporasi. Selain itu tujuan pengolahan tanah yang lain adalah
untuk menciptakan struktur tanah yang dibutuhkan
untuk persemaian,
menghambat tumbuhan pengganggu serta membunuh larva atau telur-telur
serangga melalui perubahan tempat tinggal dan terik matahari (Kepner et al. 1972).
Pengolahan tanah terbagi menjadi pengolahan tanah primer dan
pengolahan tanah sekunder. Pengolahan tanah primer adalah untuk memecah dan
meremahkan tanah sampai suatu kedalaman 15.2 cm sampai 91.4 cm (Smith and
Wilkes, 1976). Alat pengolahan tanah primer salah satunya adalah bajak singkal
yang merupakan alat pertanian tertua yang juga dianggap sebagai alat pengolahan
tanah yang paling penting. Bajak singkal sangat baik digunakan untuk memotong,
membalik, dan memecahkan lapisan tanah yang sekaligus menutup gulma dan
menjadikannya kompos di dalam tanah.
Setiap alat pengolahan tanah dalam operasinya akan mengalami tahanan
yang timbul akibat dari tahanan tanah dan beban alat itu sendiri, gaya pada arah
horizontal yang sejajar dengan garis gerak alat penarik disebut tahanan tarik
(draft). Pada saat pembajakan akan terjadi reaksi tanah yang menyebabkan adanya
gaya yang sifatnya melawan arah gerak maju implemen.
Draft atau tahanan tarik merupakan komponen penting dalam pengolahan
tanah. Draft dapat diartikan sebagai komponen horizontal dari gaya tarik, paralel
terhadap garis kerja (Kepner at al. 1977).
Kecepatan maju akan berbanding lurus dengan draft. Semakin
meningkatnya kecepatan maka draft yang dihasilkan juga semakin besar. Semakin
besar draft maka semakin besar energi yang dibutuhkan untuk melakukan
pengolahan tanah. Pemilihan kecepatan pengolahan dapat berpengaruh terhadap
hasil akhir pengolahan tanah. Bila pengolahan tanah terlalu lambat, akan
menyebabkan proses pengangkatan pada ujung bajak tidak sempurna. Sebaliknya
bila kecepatan terlalu tinggi akan menyebabkan hasil pengolahan tanah yang tidak
sempurna dan adanya tenaga yang terbuang karena perubahan draft pada
kecepatan tinggi.
Pengujian yang dilakukan yaitu untuk memperoleh draft pembajakan yang
lebih kecil. Pembajakan dengan bajak singkal kayu berlapis plastik diharapkan
dapat menghasilkan tahanan tarik (draft) yang lebih kecil dibandingkan dengan
bajak singkal kayu. Hal tersebut disebabkan oleh permukaan dari plastik yang
bersifat licin sehingga lebih mudah untuk membalikkan tanah dan menghasilkan
tahanan tarik (draft) yang lebih kecil juga.
Besar nilai draft berbanding lurus dengan nilai luas pemotongan tanah oleh
alat bajak. Penarikan alat bajak singkal pada saat pengolahan, akan menimbulkan
gaya perlawanan molboard terhadap tanah. Apabila draft dibagi dengan luas
2
pemotongan akan didapatkan draft spesifik pembajakan tanah. Nilai draft spesifik
pembajakan tanah yang telah diketahui, dapat dilakukan perhitungan kebutuhan
tenaga traktor saat pengolahan tanah serta mempertimbangkan desain alat yang
cocok untuk kondisi tanah pada lahan basah. Oleh sebab itu, perlu dilakukan
analisis perubahan densitas tanah dan draft spesifik pembajakan tanah pada bajak
singkal kayu dan kayu berlapis plastik pada berbagai kecepatan pembajakan.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah mengetahui perubahan densitas kering tanah
dan draft spesifik pembajakan tanah untuk persiapan lahan sawah menggunakan
bajak singkal kayu dan bajak singkal kayu berlapis plastik pada berbagai
kecepatan.
Ruang Lingkup Penelitian
Agar perhatian dalam pemecahan masalah dapat terpusat maka perlu
dilakukan pembatasan masalah, beberapa batasan-batasan terhadap masalah yang
akan dibahas yaitu:
1. Pengukuran densitas tanah dan draft spesifik pembajakan tanah menggunakan
satu bottom bajak singkal kayu dan singkal kayu berlapis plastik yang
digandengkan secara bergantian pada traktor roda empat yang ditarik traktor
roda empat penarik.
2. Perlakuan percobaan dilakukan dengan menjalankan traktor roda empat
penarik padaposisi gigi versnelling Low-1 (L-1), Low-2 (L-2), Low-3 (L-3) dan
High-1 (H-1) dan traktor roda empat yang ditarik pada posisi gigi versnelling
Normal (N).
TINJAUAN PUSTAKA
Sifat-sifat fisik tanah
Kadar Air Tanah
Menurut Baver (1959) kadar air tanah berpengaruh terhadap tenaga
pengolahan tanah. Menjelang musim kering kadar air tanah menurun, pada
keadaan ini tahanan tanah meningkat disebabkan oleh meningkatnya kohesi akibat
menurunnya kelembaban tanah. Hal tersebut mengakibatkan daya penetrasi alat
untuk menembus tanah berkurang serta memperbesar tenaga untuk menarik alat.
Pada kadar air yang sangat rendah pengolahan tanah akan merusak struktur tanah,
serta menghasilkan tanah yang berbongkah besar. Kadar air tanah dapat dihitung
menggunakan Persamaan 1.
=
Dimana, wc
ww
= kadar air, %
= berat air, g
x 100% ................................................(1)
3
ws
= berat tanah kering, g
Menurut Budi (2011) metode yang biasanya digunakan di laboratorium
dalam mengukur kadar air tanah adalah dengan mengoven tanah selama 24 jam
pada suhu 105˚C. Namun perlu diingat ada beberapa jenis tanah yang akan
terbakar jika dipanaskan pada suhu tersebut. Tanah gambut dan tanah organik
akan kehilangan unsur organiknya akibat proses oksidasi apabila dioven pada
temperatur lebih dari 60˚C.
Densitas Tanah
Densitas tanah (soil dry bulk density) adalah rasio massa kering padatan
tanah dengan volume tanah yang dinyatakan satuan g/cm3, atau g/cc, dan
merupakan ukuran berat volume suatu tanah kering oven (Baver at al. 1972, Blake
dan Hartge 1986, dan Plaster 1992). Volume tanah tersebut termasuk volume
padatan dan ruang pori tanah. Massa kering padatan tanah ditentukan setelah
dikeringkan hingga bobotnya konstan pada suhu 105oC, dan volume tanah
tersebut berasal dari contoh yang diambil di lapang (Blake dan Hartge 1986).
Tanah yang semakin padat maka densitas tanahnya semakin tinggi, berarti makin
sulit meneruskan air atau ditembus akar tanaman (Hardjowigeno 1995). Densitas
tanah dapat dihitung menggunakan Persamaan 2.
.......................................................(2)
� =
�
Dimana, DST = densitas tanah (dry bulk density), g/cc
BTK = bobot tanah kering, g
VLT = volume tanah, cc(cm3)
Densitas tanah pada kebanyakan tanah permukaan berkisar antara 1.1-1.6
g/cm3, tergantung kondisinya. Pengolahan tanah dapat mengubah densitas tanah
secara agak cepat. Suatu alat bajak dapat dengan seketika mengubah densitas
tanah dari 1.5 g/cc menjadi 0.85 g/cc. Biasanya penanaman terbaik pada kisaran
densitas tanah 1.1-1.4 g/cm3, sedangkan jika densitas sudah diatas 1.6 g/cm3 maka
pergerakan air dan pekembangan akar tanaman menjadi sangat terbatas. Tanah
subsoil yang sangat padat bisa mempunyai densitas tanah 2.0 g/cc atau bahkan
lebih, dan menyebabkan tidak ada akar yang tumbuh (Donahue at al. 1976).
Porositas Tanah
Sistem akar tanaman dibatasi oleh pori-pori tanah. Kehidupan di dalam
tanah tergantung oleh sistem pori tanah karena pori-pori tanah tersebut digunakan
untuk pergerakan air dan udara (oksigen), serta masuknya akar-akar ke dalam
tanah (Forbes dan Watson 1992). Kandungan pori-pori dalam tanah mengontrol
kuantitas air tersedia bagi tanaman yang dapat dipegang oleh tanah, dan
kemudahan penetrasi serta perkembangan akar (Davies at al. 1993). Densitas
partikel tanah (DPT) adalah bobot tanah kering per satuan volume partikel padat
tanah; tidak termasuk volume pori-pori tanah (Hardjowigeno 1995). Secara umum
porositas dapat dihitung berdasarkan nilai densitas tanah (DST) dan densitas
partikel tanah (DPT) dengan Persamaan 3.
�
=1−
�
��
100 %..........................................(3)
4
Dimana, PST = porositas tanah, %
DST = densitas tanah, g/cm3
DPT = densitas partikel tanah, g/cm3
Porositas juga dapat ditentukan dari perbedaan berat antara tanah kering
oven dan tanah basah jenuh berdasarkan Persamaan 4.
Dimana, Pt
mb
mk
vt
� =
−
100 %..........................................(4)
= porositas tanah, %
= massa basah jenuh tanah sebelum dikering-ovenkan, g
= massa kering tanah setelah dikering-ovenkan, g
= volume tanah, cm3
Slip Roda Traktor
Slip akan selalu terjadi pada roda traktor yang menarik beban maupun yang
tidak menarik beban (wanders, 1978). Slip roda merupakan perbandingan antara
selisih jarak tempuh aktual dan jarak tempuh teoritis. Slip roda traksi dapat
dihitung dengan menggunakan rumus pada persamaan 5.
S= 1Dimana, S
Si
x
�
x�
x100%.........................................(5)
= slip roda penggerak (%)
= jarak tempuh aktual pada N putaran roda traktor penarik
(m)
R
= jari-jari lingkaran roda penggerak (m)
N
= jumlah putaran roda penggerak
Slip pada roda traktor dipengaruhi oleh diameter roda, lebar roda, bentuk
lempengan tapak, dan sudut lempengan tapak terhadap garis singgung roda dan
sumbu roda. Slip dikatakan tidak ekonomis jika slip yangterjadi berada diatas 15%,
dimana gaya tarik yang meningkat akan mengakibatkan kecepatan maju berkurang
dan mulai mengurangi tenaga tariktraktor sampai kondisi dimana traktor akan
mengalami spin out (100% slip) (Crossley dan Kilgour, 1983).
Bajak Singkal
Bajak singkal adalah alat pengolahan tanah yang paling tua dan secara umum
dianggap paling penting walaupun pada kondisi tertentu untuk berbagai jenis
tanaman keuntungan pembajakannya tidak tampak nyata (Kepner at al. 1978).
Fungsi utama bajak singkal adalah memotong lapisan tanah, mengangkut serta
membalikkan tanah. Bagian bajak yang sesungguhnya memecah tanah disebut
alas atau telapak. Bagian-bagian yang membentuk telapak bajak singkal adalah
bagian mata bajak, landside, dan singkal. Bagian-bagian tersebut terpasang pada
sepotong logam yang tak beraturan bentuknya yang disebut badan bajak (frog)
seperti yang diperlihatkan pada Gambar 1 dan Gambar 2.
5
Gambar 1 Bagian-bagian bajak singkal (ESCAP, 1995)
Gambar 2 Bajak singkal kayu tampak atas dan samping (ESCAP, 1995)
Gaya Tarik (Draft) Spesifik Pembajakan Tanah
Draft atau tahanan tarik pengolahan tanah didefinisikan sebagai komponen
horizontal dari gaya tarik peralatan pengolahan tanah yang searah dengan arah
unit penggerak. Kepner at al (1978) mengemukakan bahwa tahanan tarik tanah
didefinisikan sebagai gaya horizontal yang sejajar dengan arah unit penggerak,
sedangkan rasio antara tahanan tarik tanah spesifik (spesifik draft).
Daya penarikan merupakan besaran skalar yang diperoleh dari hasil
perkalian antara besar gaya untuk menarik beban dan kecepatan maju traktor, atau
dapat ditulis kedalam Persamaan 6.
� = × ........................................................(6)
Dimana,
P = daya penarikan (kgf.m/detik)
F = gaya tarik (kgf)
v = kecepatan maju (m/detik)
Berdasaran atas persamaan 6 di atas, maka metode yang dapat digunakan
untuk mengukur besar daya penarikan (daya traktor untuk menarik alat bajak)
adalah dengan memasang instrumen ukur (load cell) yang menghubungkan antara
drawbar traktor dengan beban.
6
Pengukuran draft menggunakan load cell yang mengukur besarnya gaya
tarik dan di rekam oleh handy strain meter dalam bentuk regangan (strain).
Apabila draft dibagi dengan luas pemotongan akan didapatkan draft spesifik
pembajakan tanah yang dapat ditulis dalam Persamaan 7.
� � = ..................................................................(7)
Dimana, DSP = draft spesifik pembajakan, kgf/cm2
F
= gaya penarikan, kgf
A
= luas pemotongan tanah oleh bajak, cm2
Pengukuran draft spesifik pembajakan tanah dilakukan untuk
mendapatkan dua tujuan utama yaitu pertama, untuk mengetahui kebutuhan
tenaga traktor pada saat pengolahan tanah dengan alat pengolahan tertentu
sedangkan yang kedua yaitu untuk memilih dan mempertimbangkan penggunaan
desain alat tertentu yang cocok untuk kondisi tanah dengan tenaga yang tersedia.
METODOLOGI
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo
dan Laboratorium Fisika-Mekanika Tanah, Departemen Teknik Mesin dan
Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor, Darmaga,
Bogor. Penelitian ini dilaksanakan mulai bulan Februari 2015 hingga Mei 2015.
Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan untuk menentukan parameter pengukuran
perubahan densitas tanah serta draft spesifik pembajakan tanah menggunakan
bajak singkal kayu nangka (Artocarpus heterophyllus) dan singkal singkal kayu
nangka (Artocarpus heterophyllus) berlapis plastik seperti pada Gambar 3.
Gambar 3 Jenis bajak: bajak singkal kayu (kiri) dan bajak singkal kayu berlapis
plastik (kanan)
7
Untuk Pengambilan Contoh Tanah:
1. Sepuluh unit ring sample
2. Satu pack plastik wadah contoh tanah ukuran setengah kilogram
3. Dua unit sekop kecil
4. Satu unit penggaris
Untuk Pengukuran Kadar Air, Densitas, dan Porositas Tanah:
1. Tujuh puluh dua contoh tanah pada berbagai kedalam dan lintasan
2. Tujuh puluh dua unit wadah (cawan) contoh tanah
3. Satu unit neraca electronic
4. Dua unit mesin pengering (oven)
Uji Pemadatan Tanah (Uji Proctor):
1. Satu unit mold dengan diameter 10 cm, volume 1 liter
2. Satu unit base plate
3. Satu unit collar
4. Satu unit trimmer 2.5 kg
5. Satu unit neraca electronic
6. Peralatan pengukur kadar air
7. Satu unit ayakan tanah ϕ 4.76 mm
8. Satu unit wadah (baki plastik)
9. Satu unit exruder
Untuk Pengukuran Draft Spesifik Pembajakan, Kecepatan Maju Traktor
Penarik, Luas Pemotongan Tanah, dan Slip Roda:
1. Satu unit Load cell merek Kyowa tipe LT-5TSA71C
2. Satu unit Handy strain meter UCAM-1A
3. Satu unit traktor roda empat sebagai traktor penarik
4. Satu unit traktor roda empat sebagai traktor pegandeng bajak singkal
5. Satu unit bajak singkal kayu
6. Satu unit bajak singkal kayu berlapis plastik
7. Pengukur waktu (stopwatch)
8. Alat bantu hitung (calculator)
9. Patok-patok kayu
Parameter Pengukuran
Parameter pengukuran yang akan dilakukan dalam penelitian ini merupakan
tolak ukur dalam melaksanakan dilapangan. Adapun parameter pengukuran yang
akan dilakukan sebagai berikut :
1. Densitas tanah(g/cc)
2. Uji pemadatan tanah
3. Gaya tarik bajak singkal (kgf)
2
4. Luas hasil pengolahan(cm )
2
5. Gaya tarik (draft) spesifik pembajakan (kgf/cm )
6. Slip (%)
8
Prosedur Penelitian
Prosedur penelitian yang dilakukan pada penelitian ini dilakukan dengan
dua tahap pengukuran di lahan tanah yang telah diairi tiga hari sebelumnya. Tahap
pertama yaitu uji keseragaman tanah menggunakan uji homogenitas tanah yang
terdapat pada Gambar 4.
Pengukuran tahap kedua yaitu prosedur pengukuran saat pengolahan di
lahan hingga pengukuran di laboratorium. Parameter pengukuran di lahan seperti
kecepatan maju, slip roda penggerak, gaya tarik traktor dan luas pemotongan
pengolahan tanah. Pengukuran di laboratorium seperti sifat fisik (densitas dan
porositas tanah) dan sifat mekanik (uji pemadatan). Prosedur tahap ke dua
pengukuran dilakukan mengunakan bajak singkal kayu dan singkal kayu berlapis
plastik secara bergantian, prosedur ini dapat dilihat pada Gambar 5.
Mulai
Menyiapkan alat-alat seperti ring
sample, cangkul, meteran gulung
Menyiapkan lahan yang telah diairi 3
hari sebelum pengukuran
Menentukan 5 titik untuk
pengukuran contoh tanah (titik 1-5)
Menghitung massa
tanah basah (g)
Menghitung massa
tanah kering oven (g)
Mengukur
massa air (g)
Menghitung volume tanah
dalam ring sample (cm3)
Menghitung densitas
tanah (g/cm3)
Menghitung
porositas tanah
(%)
Menguji kondisi awal tanah
kadar air tanah (%)
Menguji kondisi
awal tanah
Berhenti
Gambar 4 Diagram alir uji kondisi tanah sebelum pengolahan tanah
menggunakan metode uji homogenitas tanah
9
Mulai
Siapkan alat-alat seperti traktor penarik, traktor
beban, load cell, handy strain meter, stopwatch,
meteran gulung, patok-patok, bajak singkal
kayu dan kayu berlapis plastik
Memasang load cell antara traktor
penarik dan traktor penggandeng
implemen
Memasang kabel data handy
strain meter ke load cell
Menjalankan
traktor penarik dengan
memilih salah satu
perlakuan kecepatan maju
dari yang terendah
Tidak
Mengukur
kecepatan maju
traktor penarik
(m/detik)
Mengukur slip
roda traktor
penarik (%)
Mengukur gaya
tarik traktor
penggandeng
implemen (kgf)
Syarat: perlakuan
kecepatan L-1, L-2,
L-3 dan H-1telah
dilakukan
Ya
Mengambil
contoh tanah (g)
Mengukur luas
pemotongan
pengolahan tanah
(cm2)
Mengukur sifat fisik dan
mekanik tanah
Berhenti
Gambar 5 Diagram alir prosedur pengukuran saat pengolahan tanah menggunakan
bajak singkal kayu dan singkal kayu berlapis plastik
10
Pengukuran Kadar air, Densitas Tanah, dan Porositas Tanah
1. Contoh tanah diambil dari lima titik yang telah ditentukan, sebelumnya telah
diukur massa ring sample. Tentukan titik pengambilan contoh tanah yang
terdapat pada Gambar 4.
2. Contoh tanah pada tiga titik kedalaman (0 ̶ 5) cm, (5 ̶ 10) cm dan (10 ̶ 15)
cm diambil kemudian diukur massa tanah basah.
o
3. Contoh tanah dikeringkan dalam oven pada suhu 105 C selama 24 jam.
4. Contoh tanah yang telah dikeringkan dalam oven dimasukkan ke dalam
desikator hingga suhunya mencapai suhu ruang agar tidak mempengaruhi
massanya.
5. Massa tanah kering oven diukur agar diketahui kadar air tanah menggunakan
persamaan 1.
6. Densitas tanah diukur dengan mengetahui volume ring sample terlebih dahulu
kemudian gunakan persamaan 2.
7. Hitung porositas tanah dengan mengetahui nilai densitas partikel tanah
mineral sebesar 2.65 g/cm3 menggunakan persamaan 3.
Keterangan :
: Titik-titik pengambilan
contoh tanah
Gambar 6 Penentuan titik-titik pengambilan contoh tanah
Penentuan Kondisi Awal Tanah menggunakan Uji Bartlett
1. Hitung varians gabungan dari semua contoh tanah berdasarkan persamaan (8).
2
=
�( � −1) �2
............................................................(8)
�( −1)
Dimana, S2 = varians gabungan contoh
n = banyak contoh
ni = contoh kesi = varians contoh
2. Hitung harga satuan B dengan persamaan (9).
= (log 2 )�( � − 1)..............................................(9)
Dimana, B = nilai satuan
S2 = varians gabungan contoh
ni = contoh ke-
11
3. Hitung uji Bartlert berdasarkan persamaan 10
2
= (ln 10){ − � − 1 � �2 ............................10
Dimana, χ2 = harga chi-kuadrat
B = nilai satuan
s2i = varians contoh
4. Analisis hipotesis statistik untuk pengujian homogenitas varians
Hipotesis pengujian (H0) :
H1 :
σ1=σ2=σ3=σ4=σ5 (Varians data densitas tanah
homogen)
σ1≠σ2≠σ3≠σ4≠σ5 (Varians data densitas tanah
tidak Homogen)
Pengukuran Gaya Tarik (Draft) Spesifik Pembajakan Tanah:
Alat dan instrumen seperti traktor penarik, traktor penggandeng implemen,
load cell, handy strain meter, stopwatch, meteran gulung, patok-patok, bajak
singkal kayu dan singkal kayu berlapis plastik dipersiapkan sebelum pengukuran
draft spesifik pembajakan tanah. Load cell sebagai unit pengukur beban tarik
ditampilkan dan direkam oleh handy strain meter. Pengkalibrasian load cell dan
handy strain meter yaitu dengan menghubungkan keduanya kemudian digantung
pada sebuah crane. Proses selanjutnya dilakukan pembebanan pada load cell
secara bertahap dengan tiga kali ulangan. Pada masing-masing pembebanan yang
diberikan, nilai yang terbaca pada handy strain meter dicatat sebagai ukuran
besarnya regangan yang terjadi. Data hasil kalibrasi load cell merek Kyowa tipe
LT-5TSA71C diperoleh (Imantara 2011) menggunakan Persamaan 11.
= 1.962 + 0.747.............................................(11)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Dimana, y = beban yang terukur (kgf)
x = regangan (με)
Adapun proses pengukuran draft spesifik pembajakan sebagai berikut:
Penggandeng implemen bajak singkal dipasang pada tiga titik gandeng traktor.
Bajak singkal kayu atau kayu berlapis plastik dipasangkan pada batang penarik
implemen dan dikunci menggunakan landside. Bajak singkal kayu
menggunakan lanside yang telah dimodifikasi.
Kabel data dari load cell dipasangkan ke handy strain meter sebagai alat ukur
draft. Pemasangan alat dan instrumen pengukuran yang menghubungkan
traktor penarik dan traktor beban terdapat pada Gambar 7.
Load cell ditempatkan di antara traktor penarik (traktor depan) dan traktor
beban (traktor yang menggandeng bajak singkal), dalam hal ini load cell
bertindak sebagai penghubung dan penyambung kedua traktor tersebut.
Traktor penarik dioperasikan pada empat tingkat kecepatan maju.
Pada perlakukan percobaan:
a. Ukur besar strain yang terbaca pada handy strain meter setiap tiga detik
b. Ukur besar kecepatan maju traktor penarik pada setiap lintasan
c. Ukur cutting width dan cutting depth setiap lintasan
d. Ukur slip roda traktor penarik pada setiap lintasan
Menghitung besar :
a. Gaya penarikan, N
b. Draft spesifik pembajakan, N/cm2
12
Handy strain meter
Traktor
penarik
Traktor
beban
Kabel load cell
Bajak singkal
Gambar 7 Rangkaian alat dan instrumen pengukuran draft spesifik pembajakan
tanah
Uji Pemadatan Tanah:
1. Tanah contoh disiapkan 3 kg yang lolos ayakan ϕ 4.76 mm dan dimasukan ke
dalam wadah.
2. Tanah dipadatkan dengan membuat tiga lapisan di dalam mold yang ditutup
bagian bawah oleh base plate, masing-masing lapisan diberikan tekanan
dengan trimmer sebanyak 25 kali ketukan.
3. Bagian tepi atas tanah dipotong dan diratakan
4. Berat mold + base plate (m1) dan berat mold + base plate + tanah padat (m2)
ditimbang.
5. Tanah hasil uji Proctor diambil pada tiga kedalaman, masing-masing
digunakan untuk contoh tanah yang diberikan beban normal.
6. Massa dan kadar air diukur pada masing-masing contoh tanah.
7. Kadar air tanah diubah dengan cara:
a. Tanah dihancurkan kembali kemudian ditambah air
b. Tanah dipadatkan kembali, diulang terus hingga densitasnya turun (± 5
kali ulangan) atau ketika massa tanah setelah perlakuan lebih kecil dari
massa tanah sebelumnya (m2n