Deteksi Visual dan Analisis Luas Kontak Roda Traksi pada Beberapa Kondisi Permukaan
DETEKSI VISUAL DAN ANALISIS LUAS KONTAK RODA
TRAKSI PADA BEBERAPA KONDISI PERMUKAAN
AGUNG NUGROHO
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Deteksi Visual dan
Analisis Luas Kontak Komponen Traksi pada Beberapa Kondisi Permukaan
adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing 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, November 2013
Agung Nugroho
NIM F14070039
ABSTRAK
AGUNG NUGROHO. Deteksi Visual dan Analisis Luas Kontak Roda Traksi
pada Beberapa Kondisi Permukaan. Dibimbing oleh Tineke Mandang.
Aplikasi intensif traktor memberikan dampak pada kondisi tanah pertanian
melalui semua gaya yang diteruskan ke tanah. Gaya tesebut diteruskan melalui
alat traksi yang kontak dengan tanah. Bagian roda atau ban yang kontak dengan
permukaan pendukung mengacu (atau merujuk) pada istilah luas kontak.
Pengukuran luas kontak ban diperlukan karena mempengaruhi performansi
traktor. Tujuan penelitian ini adalah mempelajari luas kontak ban yang dihasilkan
pada permukaan jalan aspal dan tanah serta hubungannya dengan sinkage,
membandingkan luas kontak ban hasil pengukuran langsung di lapangan (aktual)
dengan luas kontak ban teoritis dan mempelajari sudut lug yang dihasilkan pada
permukaan jalan aspal dan tanah. Nilai rata - rata luas kontak terbesar adalah di
tanah dengan kadar air 47.69% yaitu 364.40 cm2, sedangkan yang terkecil adalah
di aspal yaitu 121.77 cm2. Nilai rata - rata sudut lug terbesar adalah di tanah
dengan kadar air 47.69% yaitu 37.25 sedangkan yang terkecil adalah di aspal
yaitu 25.52. Nilai luas kontak ban di tanah berbanding lurus dengan kadar air
tanah dan sinkage.
Kata kunci: Luas kontak ban, sudut lug, sinkage, tanah, aspal.
ABSTRACT
AGUNG NUGROHO. Visual Detection and Analysis of Traction Tyre Contact
area in Several Surfaces Condition. Supervised by Tineke Mandang.
The intensive application of tractors had an impact to the soil condition of
farm through all the forces applied to the soil. Those forces applied through the
traction elements which contact to soil. The portion of the wheel or tire in contact
with the supporting surface referred to the term of contact area. The measurement
of tire contact area is needed due to its effect on tractor performance. The
objectives of this research were to study the tire contact area on asphalt road and
soil surface also its relation with the sinkage; to compare tire contact area based
on the actual measurement with the theoretical tire contact area; to study the lug
angle resulted between asphalt road and soil. The biggest average contact area on
soil with 47.69% water content was 364.40 cm2, while the smallest was on the
asphalt with 121.77 cm2. The biggest average lug angle on soil with 47.69% water
content was 37.25, while the smallest was on the asphalt that is 25.52. The value
of tire contact area in the soil was directly proportional with the soil moisture
content and sinkage.
Keywords: tire contact area, lug angle, sinkage, soil, asphalt.
DETEKSI VISUAL DAN ANALISIS LUAS KONTAK RODA
TRAKSI PADA BEBERAPA KONDISI PERMUKAAN
AGUNG NUGROHO
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknologi Pertanian
pada
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
Judul Skripsi :
Nama
NIM
:
:
Deteksi Visual dan Analisis Luas Kontak Roda Traksi pada
Beberapa Kondisi Permukaan
Agung Nugroho
F14070039
Disetujui oleh
Prof. Dr. Ir. Tineke Mandang, M.S.
Pembimbing Akdemik
Diketahui oleh
Dr. Ir. Desrial, M.Eng
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur dipanjatkan kepada Allah SWT atas karuniaNya sehingga
skripsi ini berhasil diselesaikan dengan judul Deteksi Visual dan Analisis Luas
Kontak Komponen Traksi pada Beberapa Kondisi Permukaan yang dilaksanakan
di laboratorium lapang Siswadhi Soepardjo sejak bulan September hingga
Desember 2012.
Dengan selesainya penelitian hingga tersusunnya skripsi ini, penulis ingin
menyampaikan penghargaan dan terima kasih kepada:
1. Prof. Dr. Ir. Tineke Mandang, M.S. selaku dosen pembimbing akademik
yang telah membantu penulis dalam penentuan ide penelitian serta
bimbingannya selama penelitian dan penyusunan skripsi.
2. Dr. Ir. Gatot Pramuhadi, M.Si. dan Dr. Lenny Saulia, S.TP, M.Si selaku
dosen penguji atas masukan serta sarannya terhadap skripsi ini.
3. Bapak Wana, dan Mas Darma selaku teknisi di laboratorium lapang yang
banyak membantu penulis dalam melaksanakan penelitian.
4. Orangtua penulis Bapak Slamet Suwarno dan Ibu Samsul Hidayati serta
Mbak Apri, Adik Tri Suwarningsih, dan Adik Nur Hidayati yang telah
memberi banyak dorongan, semangat dan doa sehingga penulis dapat
menyelesaikan tugas akhir skripsi ini.
5. Denis, Furqan, Andi, Yadi, Dian Firdauzi dan Taufiq yang membantu
selama penelitian dan dalam penulisan tugas akhir.
6. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu dan telah banyak
membantu penulis selama menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi
ini
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, November 2013
Agung Nugroho
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
viii
DAFTAR GAMBAR
viii
DAFTAR LAMPIRAN
x
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
2
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
TINJAUAN PUSTAKA
2
Roda Ban
2
Sifat Fisik dan Mekanik Tanah
6
Sinkage
7
Hubungan Parameter Ban dengan Sinkage
8
Hubungan Traksi dengan Luas Kontak Ban
9
METODE
9
Lokasi dan Waktu
9
Bahan dan Alat
10
Prosedur Penelitian
11
HASIL DAN PEMBAHASAN
19
Kondisi Tanah pada Lokasi Penelitian
19
Hasil Pengukuran Luas Kontak Ban pada Permukaan Jalan yang Berbeda
21
Hubungan Sinkage dengan Luas Kontak Ban
24
Uji Ketepatan Metoda ImageJ
25
Hasil Pengukuran Sudut Lug pada Permukaan Jalan yang Berbeda
26
SIMPULAN DAN SARAN
30
Simpulan
30
Saran
30
DAFTAR PUSTAKA
30
LAMPIRAN
32
RIWAYAT HIDUP
41
DAFTAR TABEL
1.
Interpretasi dari nilai R2 (Usman dan Akbar, 2008)
2.
Perbandingan luas kontak aktual dengan luas kontak teoritis pada
permukaan keras
3.
24
Perbandingan luas kontak aktual dengan luas kontak teoritis pada
permukaan lunak
4.
19
25
Perbandingan luas kontak pengukuran manual dengan luas
kontak menggunakan ImageJ
25
DAFTAR GAMBAR
1.
Luas kontak ban (Liljedahl et al., 1979)
3
2.
Detail tapak ban (a) detail lug ban (b) (ASAE Standard S296.2)
3
3.
Luas kontak ban pada beberapa tekanan inflasi di beberapa kondisi
permukaan (Abeels, 1989) dalam Wulfshon (1991)
4
4.
Konstruksi ban (Nakra, 1980)
4
5.
Beberapa tipe ban traksi traktor pertanian (Goodyear Tire
and Rubber Co.)
5
6.
Beberapa tipe ban bebas (Goodyear Tire and Rubber Co.)
5
7.
Ilustrasi teori sinkage Bekker dan tahanan gelinding
8
8.
Traktor Kubota L3608
10
9.
Alat Pengambil sampel tanah
10
10.
Timbangan digital (a) dan oven pengering (b)
10
11.
Diagram prosedur penelitian
11
12.
Lintasan uji tanah (a) dan lintasan uji aspal (b)
12
13.
Pengambilan data tahanan penetrasi tanah (a)
dan pengambilan sampel tanah
14.
Pengukuran luas kontak ban traktor pada jalan aspal (a) dan jejak
ban traktor di kertas (b)
15.
13
Pengukuran luas kontak ban traktor dengan tanah (a) dan jejak ban
14
traktor di tanah (b)
14
16. Tahap Open file
15
17.
Pengaturan skala ukuran
15
18.
Proses Polygon
16
19.
Proses Measure
16
20.
Panjang kontak ban pada permukaan yang keras
17
21.
Lebar kontak ban pada permukaan yang keras
18
22.
Panjang kontak ban pada permukaan yang lunak
18
23.
Lebar kontak ban pada permukaan yang lunak
19
24.
Grafik kalibrasi penetrometer
20
25.
Grafik tahanan penetrasi
21
26.
Luas kontak ban di aspal sebelum diolah dengan ImageJ (a) dan
luas kontak ban di aspal setelah diolah dengan ImageJ (b)
27.
21
Luas kontak ban di tanah dengan kadar air 35.31% sebelum diolah
dengan ImageJ (a) dan luas kontak ban di tanah dengan kadar air
35.31% setelah diolah dengan ImageJ (b)
28.
22
Luas kontak ban di tanah dengan kadar air 42.77% sebelum diolah
dengan ImageJ (a) dan luas kontak ban di tanah dengan kadar air
42.77% setelah diolah dengan ImageJ (b)
29.
22
Luas kontak ban di tanah dengan kadar air 47.69% sebelum diolah
dengan ImageJ (a) dan luas kontak ban di tanah dengan kadar air
47.69% setelah diolah dengan ImageJ (b)
23
30.
Nilai luas kontak ban untuk setiap kondisi permukaan plot uji
23
31.
Hubungan antara luas kontak pengukuran manual dengan luas kontak
Menggunakan ImageJ
26
32.
Sudut lug di aspal setelah diolah dengan ImageJ
27
33.
Sudut lug di tanah dengan kadar air 35.31% setelah diolah dengan ImageJ
27
34.
Sudut lug di tanah dengan kadar air 42.77% setelah diolah dengan ImageJ
28
35.
Sudut lug di tanah dengan kadar air 47.69% setelah diolah dengan ImageJ
28
36.
Nilai sudut lug untuk setiap kondisi permukaan plot uji
29
37.
Grafik hubungan luas kontak ban dan sudut lug
29
DAFTAR LAMPIRAN
1.
Data kalibrasi penetrometer
32
2.
Data penetrasi tanah dengan kadar air 35.31%
32
3.
Data penetrasi tanah dengan kadar air 42.77%
33
4.
Data penetrasi tanah dengan kadar air 47.69%
33
5.
Data kadar air tanah 35.31%
34
6.
Data kadar air tanah 42.77%
35
7.
Data kadar air tanah 47.69%
36
8.
Nilai luas kontak ban pada jalan aspal
37
9.
Nilai luas kontak ban pada jalan tanah
37
10.
Nilai sudut lug pada jalan aspal
38
11.
Nilai sudut lug pada jalan tanah
38
12.
Data sinkage pada jalan tanah dengan kadar air 47.69%
39
13.
Data sinkage pada jalan tanah dengan kadar air 42.77%
39
14.
Perhitungan luas kontak teoritis
39
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perkembangan teknologi dalam bidang mekanisasi diperlihatkan dengan
semakin banyaknya penggunaan alat bantu mekanis dalam melakukan aktivitas.
Hal ini dimaksudkan untuk mempermudah dan meringankan pekerjaan yang
selama ini dikerjakan secara manual. Keuntungan lain dari penggunaan alat bantu
mekanis adalah dapat mempersingkat jam kerja yang diperlukan untuk melakukan
aktivitas dengan kapasitas yang lebih besar.
Penggunaan traktor sebagai alat bantu mekanis dewasa ini semakin
dirasakan penting dalam melakukan pekerjaan di lapangan baik dalam kegiatan
prapanen (pembajakan, penggaruan, penanaman, dan pemeliharaan tanaman),
kegiatan panen, maupun kegiatan pasca panen (transportasi). Penggunaan traktor
pertanian pada kegiatan tersebut dapat membuat pekerjaan menjadi lebih ringan,
cepat, tepat guna, serta dapat melakukan pekerjaan-pekerjaan besar dalam waktu
yang relatif singkat.
Aplikasi intensif traktor karena meningkatnya usaha tani tersebut
mempunyai pengaruh terhadap kondisi tanah pertanian melalui semua gaya yang
diteruskan ke tanah. Gaya-gaya tersebut diteruskan melalui alat traksi yaitu roda.
Salah satu roda yang digunakan pada traktor adalah roda ban. Menurut Smith
(1976), penggunaan roda ban pada traktor pertanian memiliki beberapa
keuntungan antara lain: kecepatan operasi yang tinggi, tahanan gelinding yang
kecil, pada beban yang sama tenaga yang dibutuhkan lebih kecil, getaran yang
rendah, dan kenyamanan yang lebih tinggi pada operator. Disamping itu
penggunaan roda ban pada traktor juga memiliki kelemahan yaitu: slip yang lebih
tinggi dan tekanan yang lebih besar akibat dari luasan kontak yang kecil.
Penentuan luas kontak antara ban dan tanah memainkan peran penting pada
intensitas pemadatan tanah dan juga dalam interaksi lain antara roda dengan
tanah. Estimasi luas kontak ban juga berkontribusi untuk penentuan tekanan
kontak, potensi risiko pemadatan yang pada akhirnya mempengaruhi hasil panen.
Selain itu, roda adalah parameter yang signifikan menghasilkan traksi traktor
pertanian. Traksi dapat ditingkatkan dengan peningkatan luas kontak.
Traktor sebagai power unit yang mengandalkan kemampuan menarik
implemen sehingga harus memiliki luas kontak yang besar. Selain itu, konsumsi
bahan bakar traktor tergantung pada rolling resistance dan rolling resistance pada
akhirnya merupakan fungsi dari luas kontak antara tanah dan roda. Ban lebar dan
ban ganda meningkatkan area kontak yang mengakibatkan peningkatan traksi dan
mengurangi pemadatan tanah. Ban harus dikelola untuk memiliki luas kontak
tinggi dengan permukaan tanah. Selain itu, peningkatan luas kontak ban akan
mengurangi tekanan yang diberikan oleh ban di tanah.
Oleh sebab itu, perlu diketahui luas kontak ban yang dihasilkan pada
beberapa permukaan jalan seperti permukaan jalan aspal dan tanah. Parameter
yang akan dianalisis untuk mengetahui luas kontak ban adalah kadar air tanah,
tahanan penetrasi tanah, sinkage, sudut lug.
2
Perumusan Masalah
Luas kontak ban bisa diduga dengan beberapa metode karena sudah banyak
penelitian yang dilakukan dengan mengasumsikan luas kontak ban sebagai kotak,
atau elips tetapi pada permukaan jalan yang keras hanya bagian lug yang
berinteraksi dengan permukaan jalan sehingga perlu dilakukan pengukuran
langsung di lapangan. Data luas kontak ban perlu diketahui karena mempengaruhi
performansi traktor.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah:
1. Mempelajari luas kontak ban yang dihasilkan pada permukaan jalan aspal
dan tanah serta hubungannya dengan sinkage.
2. Membandingkan luas kontak ban hasil pengukuran langsung di lapangan
(aktual) dengan luas kontak ban teoritis.
3. Mempelajari sudut lug yang dihasilkan pada permukaan jalan aspal dan
tanah.
Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini yaitu dapat mengetahui luas
kontak ban aktual pada beberapa kondisi jalan dan diharapkan dapat menjadi
bahan acuan untuk pengembangan model teoritis luas kontak ban sehingga bisa
lebih tepat.
TINJAUAN PUSTAKA
Roda Ban
Roda ban merupakan alat traksi yang berfungsi untuk menahan beban
kendaraan dan menyalurkan gaya yang diperlukan untuk menggerakkan dan
mengarahkan kendaraan. Berat ban berhubungan erat dengan traksi. Pada ban
yang ringan sering diberi pemberat statis seperti air, ataupun roda sangkar, hal ini
berfungsi untuk meningkatkan traksinya. Penggunaan ban sebagai alat traksi
mempermudah transportasi dari suatu tempat ke tempat lain (Smith, 1976).
Menurut Alcock (1986), roda karet umumnya digunakan untuk pengolahan lahan
kering yang memiliki fungsi sebagai berikut:
1. Mendukung kendaraan dan menghubungkan beban pada beberapa
tingkatan tekanan tanah yang rendah
2. Menyerap beban goncangan pada kendaraan yang diakibatkan
ketidakrataan permukaan
3. Menghasilkan traksi
4. Memfasilitasi gaya belok dan menjaga kestabilan
5. Mengatasi gaya gesek yang diakibatkan kekasaran permukaan
3
Luas bidang kontak ban dapat dilihat pada gambar 1 dan detail dari tapak
dan lug ban dapat dilihat pada gambar 2.
Dimana : A = Luas kontak ban (m2)
W = Berat traktor (N)
F = Gaya traksi (N)
b = Lebar kontak ban (m2)
l = Panjang kontak ban (m2)
Gambar 1 Luas kontak ban (Liljedahl et al., 1979)
(a)
(b)
Gambar 2 Detail tapak ban (a) dan detail lug ban (b) (ASAE Standard S296.2)
Pengurangan tekanan inflasi atau tekanan dalam ban menyebabkan tekanan
bidang sentuh pada ban meningkat tetapi dipengaruhi juga oleh kekakuan karkas
bahan ban. Tekanan bidang sentuh rata-rata akan bertambah dengan penambahan
inflasi pada ban dan akan berkurang pada tekanan inflasi yang konstan
ditambahkan beban. Gambar 3 menunjukkan luas kontak ban pada beberapa
tekanan inflasi di beberapa kondisi permukaan (Abeels, 1989) dalam Wulfshon
(1991).
4
Gambar 3 Luas kontak ban pada beberapa tekanan inflasi di beberapa kondisi
permukaan (Abeels, 1989) dalam Wulfshon (1991).
Konstruksi Ban Traktor
Ban terbuat dari beberapa lapis material benang (karkas) yang disatukan dan
ditutup oleh karet yang telah divulkanisir. Serat yang dipakai adalah katun, serat
rayon, nilon, kawat baja, dan serat poliester. Ban diagonal (konvensional) dibuat
dari banyak lembar serat yang digunakan sebagai rangka dari ban. Serat tersebut
membentuk sudut 40° sampai 65° terhadap keliling lingkaran ban. Pada paten ban
Michelin-x yang asli, ban radial dilindungi oleh sabuk (cincin anyaman) kawat
baja. Baja inilah yang menghantarkan panas dengan baik. Bahan-bahan lainnya
kurang baik menghantarkan panas, tetapi mempunyai sifat meredam suara.
Konstruksi serat pada ban radial membentuk sudut 90° terhadap keliling lingkaran
ban. Konstruksi ban seperti pada gambar 4.
Gambar 4 Konstruksi ban (Nakra, 1980)
Jenis Ban
Pada umumnya ban yang digunakan pada peralatan pertanian digolongkan
kedalam dua kelas yaitu ban traksi dan ban bebas (Smith, 1976)
5
Ban traksi
Ban traksi mempunyai desain tapak yang khusus yang dapat mencengkram
tanah untuk menghasilkan tingkat traksi yang lebih tinggi agar dapat menarik
beban yang besar dengan slip yang kecil. Ban traksi digunakan sebagai ban-ban
belakang pada traktor pertanian. Beberapa tipe ban traksi dapat dilihat pada
gambar 5.
Gambar 5 Beberapa tipe ban traksi traktor pertanian (Goodyear Tire and
Rubber Co.)
Gambar 5 menunjukkan beberapa tipe ban traksi traktor pertanian yang
biasa digunakan di Amerika Utara. Gambar 5(a) adalah ban untuk pemakaian
umum, gambar 5(b) adalah ban yang sering digunakan pada perkebunan tebu dan
sawah, gambar 5(c) adalah ban dengan daya pengapungan yang tinggi pada tanah
yang lunak, dan gambar 5(d) adalah ban yang digunakan untuk industri.
Ban bebas
Jenis tipe ban bebas juga disebut sebagai ban implemen. Jejak rib disusun
untuk membantu ban dalam berguling lurus ke depan dan mencegah kemungkinan
slip yang besar. Pada umumnya ban bebas digunakan sebagai ban depan traktor
pertanian. Beberapa tipe ban bebas dapat dilihat pada gambar 6.
Gambar 6 Beberapa tipe ban bebas (Goodyear Tire and Rubber Co.)
6
Gambar 6 menunjukkan beberapa tipe ban bebas. Gambar ban yang paling
kiri adalah ban dengan 1 rib yang digunakan di perkebunan tebu dan sawah,
seterusnya adalah gambar ban dengan 2 rib yang berfungsi untuk mengurangi slip
dan memiliki daya tahan yang baik, kemudian gambar berikutnya adalah gambar
ban dengan multi rib dengan tahanan gelinding yang rendah, dan yang terakhir
adalah ban yang dirancang untuk low horsepower dan memiliki kemampuan jalan
serta daya tahan yang baik.
Sifat fisik dan Mekanik Tanah
Tekstur Tanah
Tekstur tanah menunjukkan kasar halusnya tanah berdasarkan perbandingan
banyaknya butir-butir pasir, debu, dan liat. Dalam klasifikasi tanah tingkat famili,
kasar halusnya tanah ditunjukkan oleh sebaran ukuran butir (particle size
distribution) yang merupakan penyederhanaan dari kelas tekstur tanah dengan
memperhatikan pula fraksi tanah yang lebih besar dari pasir (lebih dari 2 mm)
(Hardjowigeno, 1987).
Tanah yang bertekstur pasir mempunyai luas permukaan yang kecil
sehingga sulit menyerap (menahan) air dan menyediakan unsur hara. Fraksi pasir
terdiri dari pecahan-pecahan batu dengan berbagai ukuran dan bentuk. Partikelpartikel pasir memiliki ukuran yang jauh lebih besar dan memiliki luas permukaan
yang kecil (dengan berat yang sama) dibandingkan dengan partikel-partikel debu
dan liat. Semakin tinggi presentase pasir dalam tanah maka semakin
memperlancar gerakan udara dan air dalam tanah karena makin banyak ruang
pori-pori diantara partikel tanah (Hakim, 1986).
Menurut Wesley (1973), debu merupakan bahan peralihan antara liat dan
pasir halus. Fraksi ini kurang plastis dan lebih mudah ditembus air dari pada liat.
Partikel-partikel debu terasa licin dan kurang melekat.
Tanah-tanah bertekstur liat mempunyai luas permukaan yang besar sehingga
kemampuan menahan air dan menyediakan unsur hara tinggi (Hadjowigeno,
1987). Liat terdiri dari butiran-butiran yang sangat kecil dan menunjukkan sifat
plastisitas dan kohesi. Kohesi menunjukkan kenyataan bahwa bagian-bagian
bahan itu melekat satu sama lainnya, sedangkan plastisitas adalah sifat yang
memungkinkan bentuk bahan itu dirubah-rubah tanpa perubahan isi atau tanpa
kembali ke bentuk asalnya, dan tanpa terjadi retakan atau terpecah-pecah (Wesley,
1973). Di lapang, tekstur tanah dapat ditentukan dengan memijit tanah basah
diantara jari-jari.
Kadar Air Tanah
Kadar air tanah adalah jumlah air tanah yang terdapat dalam pori-pori tanah
dalam suatu massa tanah tertentu dan dapat berubah-ubah pada tiap kedalaman
yang disebabkan karena kadar air tanah merupakan bagian tanah yang tidak stabil
sebab mudah bergerak dan berpindah tempat setiap saat sehingga dengan
perubahan kadar air tanah tersebut dapat menyebabkan perubahan nilai tahanan
penetrasi dan bulk density.
7
Menurut Hakim (1986) cara yang biasa digunakan untuk menyatakan kadar
air dalam tanah adalah dalam persen terhadap bobot tanah kering. Kadar air juga
dapat dinyatakan dalam persen volume air terhadap volume tanah.
Tahanan Penetrasi Tanah
Menurut Baver (1956), tahanan penetrasi adalah indeks kepadatan tanah
pada kondisi pengukuran tertentu. Indeks ini menunjukkan adanya kepadatan
tanah yang dipengaruhi kadar air tanah, tekstur, dan mineral liat yang ada di
dalam tanah. Kepner (1978) menyatakan bahwa tahanan penetrasi merupakan
parameter yang menggambarkan beberapa sifat tanah, tetapi secara umum
mencerminkan kekuatan tanah. Tahanan penetrasi diukur dengan menggunakan
cone penetrometer dengan satuan berupa cone indeks (CI) dalam kg/cm2.
Menurut Kasim (1992), pengaruh pembebanan dan lintasan traktor
berpengaruh pada tahanan penetrasi pada kedalaman 15-25 cm dan tahanan
penetrasi meningkat dengan menurunnya kadar air tanah. Berdasarkan hasil
penelitian yang dilakukan oleh Bahri (2003) menunjukkan bahwa nilai tahanan
penetrasi cenderung meningkat seiring semakin besar intensitas lintasan traktor di
lahan. Faktor-faktor yang mempengaruhi tahanan penetrasi tanah adalah kadar air
tanah, densitas tanah, kompresibilitas tanah, parameter kekuatan tanah, dan
struktur tanah (Bradford, 1986). Hasil penelitian Rosyadi (1998) menunjukkan
bahwa bahan organik dapat mengurangi terjadinya pemadatan tanah. Hal ini
dibuktikan dengan uji Proctor standard dimana tanah dengan pemberian bahan
organik blotong (dosis 40 dan 20 ton/ha) mempunyai bulk density maksimum
(BDM) yang lebih rendah dibanding dengan tanah tanpa pemberian bahan
organik.
Sinkage
Sinkage merupakan penurunan permukaan tanah akibat gaya dari luar.
Biasanya gaya ini ditimbulkan karena terjadi penekanan terhadap tanah.
Penurunan permukaan tanah akibat gaya dari luar merupakan indikasi terhadap
terjadinya pemadatan tanah. Penurunan permukaan tanah akan terjadi hingga gaya
penahanan dari tanah seimbang dengan beban yang diberikan.
Ketika tanah dikenai suatu gaya yang menekan tanah tersebut maka tanah
akan mengalami perubahan bentuk (deformasi). Besar kecilnya deformasi yang
ditimbulkan sangat dipengaruhi oleh besarnya beban yang diterima tanah, besar
dan distribusi tegangan dalam tanah, dan besarnya tingkat penurunan (settlements)
tanah. Kedalaman tekan (sinkage) akan semakin besar (semakin dalam) apabila
gaya tekan yang diaplikasikan dengan luasan yang tetap tersebut juga semakin
besar.
Bekker (1960) dalam Surbakti (2012) telah mengembangkan suatu
pendekatan untuk mengestimasikan kedalaman bekas roda kaku pada tanah lunak
seperti ditunjukkan pada gambar 7.
8
Gambar 7 Ilustrasi teori sinkage Bekker dan tahanan gelinding (Bekker, 1960)
Hubungan Parameter Ban dengan Sinkage
Lebar Ban dan Diameter Ban
Luas bidang kontak antara ban dengan tanah dapat diperbesar dengan
memperbesar ban. Dengan demikian kemampuan traksi juga semakin tinggi.
McAllister (1983) menyatakan bahwa pemakaian ban-ban yang terlalu besar atau
ekstrim akan menimbulkan efek meratakan tanah. Efek ini menyebabkan
penumpukan tanah di depan roda sehingga nilai koefisien tahanan gelinding (CRR)
akan membesar kembali. Koefisien tahanan gelinding (CRR) merupakan
perbandingan nilai tahanan gelinding terhadap beban dinamis roda. Tahanan
gelinding merupakan gaya tarik karena berat alat yang diperlukan agar traktor
bergerak di atas permukaan dengan kecepatan konstan dan merupakan gaya yang
digunakan untuk melawan gerak roda akibat reaksi permukaan alas dengan roda
(Hunt, 1995). Efek meratakan tanah menjadi masalah ketika nilai sinkage
melebihi 0.06 kali diameter roda. Untuk menjaga agar efek ini tidak terjadi, lebar
ban diusahakan agar tetap dijaga pada batas-batas tertentu. Masalah lain dari
pemakaian ban yang terlalu lebar adalah alasan-alasan praktis seperti biaya,
gerbang dan garasi, pengoperasian diantara tanaman dan lebar ban yang
diperbolehkan pada jalan-jalan umum.
Tekanan Inflasi
Untuk menghindari kerusakan ban terlalu dini, tekanan ban haruslah sesuai
dengan yang direkomendasikan pabrik pembuatnya. Ban diusahakan mempunyai
tekanan inflasi yang tepat dan menghindari tekanan inflasi yang berlebihan.
Tekanan dalam ban atau tekanan inflasi minimum yang diperbolehkan
ditentukan dari kemungkinan meluncurnya ban terhadap pelek (sobeknya pentil
dari ban dalam). Ada tiga alasan utama pentingnya menjaga tekanan inflasi yang
tepat. Alasan pertama adalah keamanan. Tekanan ban yang terlalu rendah dapat
membuat ban menjadi panas sedangkan bila terlalu tinggi dapat menyebabkan
buruknya mengemudi di jalan. Alasan kedua adalah ekonomi. Tekanan inflasi
yang berlebihan atau kurang dapat membuat ban cepat rusak dan perlu diganti
lebih sering. Alasan ketiga adalah lingkungan. Tekanan inflasi yang tepat dapat
membantu untuk menjaga efisiensi bahan bakar yang optimal. Hal ini dapat
membuat emisi CO2 yang keluar dari kendaraan lebih rendah sehingga lebih
ramah lingkungan.
9
Ban yang beroperasi pada beban maksimum akan memberikan kemampuan
terburuk. Hal ini juga mempengaruhi luas kontak ban yang dihasilkan menjadi
kecil sehingga terjadi efek pemadatan tanah dan nilai sinkage menjadi lebih besar.
Konstruksi Ban
Menurut McAllister (1983), pemakaian serat radial pada angka mobilitas
yang sama memberikan nilai koefisien tahanan gelinding (CRR) yang lebih rendah
dibandingkan serat lintang. Hal ini disebabkan karena kelenturan ban serat radial
lebih luwes dalam usaha mendukung sejumlah beban dibandingkan dengan ban
serat lintang pada beban yang sama. Sehingga konstruksi ban pada akhirnya juga
berpengaruh pada nilai sinkage.
Hubungan Traksi dengan Luas Kontak Ban
Menurut Mandang dan Nishimura (1991), traksi dapat diperoleh sebagai
reaksi dari roda penggerak melawan tanah yang sangat bergantung pada keadaan
dan kualitas dari tanah, sedangkan Liljedahl (1979) mendefinisikan traksi sebagai
gaya dorong yang dapat dihasilkan oleh roda penggerak atau alat traksi lainnya.
Besarnya gaya traksi dari suatu alat traksi dapat diduga dengan menggunakan
persamaan berikut.
F = AC + W tan ..............................................................
(1)
Dimana :
F = gaya traksi (kgf)
A = luas kontak roda dan tanah (cm2)
C = kohesi tanah (kgf/cm2)
W = total beban (kgf)
= sudut gesekan dalam (°)
Dari persamaan tersebut menunjukkan bahwa gaya traksi untuk tanah
tertentu dapat ditingkatkan dengan memperbesar luas kontak roda dengan tanah
(A) dan atau menambah beban traktor (W).
METODE
Lokasi dan Waktu
Tempat pelaksanaan penelitian adalah di Laboratorium Lapang Siswadhi
Soepardjo Departemen Teknik Mesin dan Biosistem Fakultas Teknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor. Penelitian ini telah dilaksanakan selama 4 bulan,
terhitung dari bulan September 2012 hingga bulan Desember 2012.
10
Bahan dan Alat
Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah bahan bakar solar.
Alat dan Mesin
Alat dan mesin yang digunakan dalam penelitian ini adalah Traktor kubota
L3608, timbangan, komputer, kamera, ring sampler, penetrometer, dan oven
pengering.
Peralatan dan mesin yang digunakan pada penelitian ini seperti terlihat
pada gambar berikut.
Gambar 8 Traktor Kubota L3608
Gambar 9 Alat pengambil sampel tanah
(a)
(b)
Gambar 10 Timbangan digital (a) dan oven pengering (b)
11
Prosedur Penelitian
Prosedur penelitian yang dilakukan secara ringkas dapat dilihat pada gambar 11.
Gambar 11 Diagram prosedur penelitian
12
Kegiatan penelitian dilakukan di lapangan dan di laboratorium. Kegiatan
yang dilakukan di lapangan adalah:
1) Pengukuran kondisi lahan dan pengambilan sampel tanah
2) Pengambilan foto luas kontak ban dan sudut lug
3) Pengukuran sinkage
Adapun kegiatan penelitian yang dilakukan di laboratorium dan setelah
penelitian di lapangan adalah
1) Perhitungan nilai kadar air tanah
2) Perhitungan luas kontak ban
3) Perhitungan sudut lug.
Persiapan Bahan, Alat, dan Lintasan Uji
Sebelum dilakukan pengujian terlebih dahulu disiapkan bahan dan alat
untuk melakukan pengujian. Lakukan pengecekan kondisi traktor. Hal ini
bertujuan agar saat pengujian tidak timbul kesalahan baik teknis maupun non
teknis.
Lintasan uji yang digunakan adalah aspal dan tanah. Lintasan uji yang
digunakan dapat dilihat pada gambar 12. Lintasan uji yang akan digunakan
dibersihkan terlebih dahulu dari rumput-rumput yang mungkin ada maupun
benda-benda asing yang dapat mengganggu jalannya pengujian. Lintasan uji
dipersiapkan dengan ukuran panjang 15 m dan lebar 3 m.
(a)
(b)
Gambar 12 Lintasan uji tanah (a) dan lintasan uji aspal (b)
Untuk pengujian pada lintasan tanah, terlebih dahulu dilakukan pengukuran
kondisi lahan pada tempat pengujian. Tahanan penetrasi tanah diukur agar
kekerasan tanah dapat diketahui dengan baik. Pengukuran penetrasi tanah
menggunakan penetrometer analog dengan menentukan 5 titik pengukuran secara
acak pada kedalaman tanah 0, 5, 10, 15, dan 20 cm. Kegiatan pengukuran tahanan
penetrasi seperti yang ditunjukkan pada gambar 13 (a). Untuk mengukur kadar air
tanah, terlebih dahulu ditentukan 5 titik pengambilan sampel pada lintasan yang
akan dilewati traktor dengan selang kedalaman pengambilan sampel tanah adalah
pada 0-10 cm. Kegiatan pengambilan sampel tanah seperti yang ditunjukkan pada
gambar 13 (b).
13
(a)
(b)
Gambar 13 Pengambilan data tahanan penetrasi tanah (a) dan pengambilan
sampel tanah (b)
Cara penetapan kadar air tanah dilakukan dengan cara gravimetrik. Pada
penentuan kadar air ini, sejumlah tanah basah dikeringkan dalam oven pada suhu
antara 100°C sampai 110°C untuk waktu tertentu. Untuk menghitung kadar air
tanah dapat menggunakan persamaan:
KA =
Dimana:
x 100% ....................................................... (2)
KA = kadar air (%)
mb = massa tanah awal (g)
ma = massa tanah akhir (g)
Pengukuran Luas Kontak Ban dengan Permukaan Jalan
Pengukuran luas kontak ban dilakukan pada jalan aspal dan tanah. Pada saat
pengukuran, kondisi traktor dalam keadaan diam. Pengukuran dilakukan pada
salah satu ban belakang traktor. Pengukuran difokuskan pada ban belakang traktor
dikarenakan traksi yang dihasilkan oleh ban belakang traktor lebih besar
dibanding ban depan.
Untuk mempermudah pengukuran pada jalan aspal, digunakan kertas yang
ditaruh diantara permukaan jalan dan ban (gambar 14). Ban traktor yang berbekas
pada kertas kemudian difoto dengan menggunakan skala tertentu. Pengambilan
foto dilakukan menggunakan kamera handphone 5 Megapixel dengan ketinggian
pengambilan foto sekitar 65 cm. Selain itu juga diberikan tanda pada bagian ban
dan kertas yang benar-benar kontak dengan permukaan jalan sebagai koreksi.
14
(a)
(b)
Gambar 14 Pengukuran luas kontak ban traktor pada jalan aspal (a) dan tapak
ban traktor di kertas (b)
Pada pengukuran di tanah, pengukuran dilakukan pada tapak ban yang ada
di tanah. Pengukuran dilakukan menggunakan foto dengan skala yang sudah
ditetapkan di lapangan. Pengukuran luas kontak ban di tanah dapat dilihat pada
gambar 15. Selain pengukuran luas kontak, dilakukan juga pengukuran sudut lug.
(a)
(b)
Gambar 15 Pengukuran luas kontak ban traktor di tanah (a) dan jejak ban
traktor di tanah (b)
Foto yang didapatkan dari pengukuran di lapangan selanjutnya diproses
menggunakan software ImageJ untuk mengetahui luas kontak ban dan sudut lug
dari foto yang diambil di lapangan. Untuk menghitung sudut lug terlebih dahulu
ditentukan garis tengah dari gambar.
Pada saat pengukuran luas kontak ban, dilakukan juga pengukuran sinkage
yang dihasilkan dari tapak ban traktor.
Pengolahan Gambar dengan software ImageJ
Foto yang dihasilkan di lapangan selanjutnya diproses dengan menggunakan
image processor yaitu ImageJ. ImageJ membantu untuk mengukur luasan dan
15
sudut yang diinginkan pada foto. Adapun metoda pengolahan data menggunakan
ImageJ, adalah :
(1) Membuka file (Open) :
Aktifkan software ImageJ, kemudian klik Open untuk membuka file
gambar yang akan diukur
Gambar 16 Tahap Open file
(2)
Mengatur skala pada gambar
Tahap selanjutnya adalah mengatur skala pada gambar terhadap
software ImageJ. Pada penelitian ini proses skala acuan dilakukan
terhadap penggaris dengan ketelitian 1 cm. Caranya adalah
membuat garis lurus terhadap gambar kemudian klik Analyze; Set
scale. Pada windows set scale masukkan parameter di know
distance = 1 dan cm di kolom unit of length.
Gambar 17 Pengaturan skala ukuran
(3)
Polygon
Perintah Polygon berfungsi untuk membatasi area pengukuran
sebesar luas Polygon yang dibuat.
16
Gambar 18 Proses Polygon
(4)
Measure
Dari luas Polygon yang dibuat, lakukan proses pengukuran pada
gambar dengan perintah Measure.
Gambar 19 Proses Measure
Untuk mengukur sudut lug, harus ditentukan terlebih dahulu garis tengah
pada gambar. Kemudian menggunakan perintah angle tool untuk menandai sudut
yang akan diukur. Setelah itu menggunakan perintah measure untuk menghitung
sudut lug pada gambar.
Perhitungan dan Analisis Data
Data yang diperoleh dari pengukuran-pengukuran yang telah dilakukan
selanjutnya dianalisis dengan menggunakan persamaan-persamaan. Hasil yang
didapatkan berupa data kondisi tanah, sinkage, luas kontak ban dengan permukaan
jalan, dan sudut lug. Setelah itu luas kontak ban dari hasil pengukuran di lapangan
dibandingkan dengan luas kontak ban teoritis.
Luas kontak ban secara teoritis dihitung menggunakan persamaan 3.
17
A = bc x lc
................................................................
Dimana : A = luas kontak ban (m2)
bc = lebar kontak ban (m)
lc = panjang kontak ban (m)
(3)
Panjang kontak ban dan lebar kontak ban pada permukaan yang keras
dihitung menggunakan persamaan 4 dan 5 (Ziani dan Biarez (1990) dalam
Saarilahti (2002))
lc = 2 [2rδ - δ 2] 0.5
................................................................
(4)
Dimana :
d = diameter ban traktor (m)
δ = defleksi ban traktor (m)
bc = 2 [2rbδ - δ 2] 0.5
................................................................
Dimana :
rb = jari-jari transversal ban traktor (m)
δ = defleksi ban traktor (m)
rb = b/2
Dimana :
................................................................
b = lebar ban traktor (m)
Gambar 20 Panjang kontak ban pada permukaan yang keras
(5)
(6)
18
Gambar 21 Lebar kontak ban pada permukaan yang keras
Panjang kontak ban dan lebar kontak ban pada permukaan yang lunak
dihitung menggunakan persamaan 7 dan 8 (Ziani dan Biarez (1990) dalam
Saarilahti (2002)).
lc = 2 [2rz - z 2] 0.5
................................................................
(7)
Dimana :
r = jari-jari ban traktor (m)
z = sinkage (m)
bc = 2 [2rb z - z 2] 0.5
Dimana :
................................................................
rb = jari-jari transversal ban traktor (m)
z = sinkage (m)
Gambar 22 Panjang kontak ban pada permukaan yang lunak
(8)
19
Gambar 23 Lebar kontak ban pada permukaan yang lunak
Analisis statistik dilakukan untuk mengetahui hubungan hasil pengukuran
luas kontak ban secara manual dengan pengukuran luas kontak ban menggunakan
ImageJ melalui regresi linier. Tingkat ketepatan dan ketelitian ditunjukkan dengan
melihat nilai korelasi garis regresi (kecenderungan data). Nilai pengukuran yang
baik jika nilai korelasinya lebih dari 80% (R2 ≥ 0.80). Menurut Usman dan Akbar
(2008), nilai R2 terbesar adalah +1 dan terkecil adalah -1. Untuk R2 = +1 disebut
hubungan positif sempurna dan hubungannya linier langsung sangat tinggi.
Sebaliknya jika nilai R2 = -1 disebut hubungannya negatif sempurna dan
hubungannya tidak langsung sangat tinggi. Nilai R2 tidak mempunyai satuan
(dimensi). Makna dari nilai R2 yang dihitung dapat diinterpretasikan dengan tabel
1.
Tabel 1 Interpretasi dari nilai R2 (Usman dan Akbar, 2008)
R2
0
0.01-0.20
0.21-0.40
0.41-0.60
0.61-0.80
0.81-0.99
1
Interpretasi
Tidak berkorelasi
Sangat rendah
Rendah
Agak rendah
Cukup tinggi
Tinggi
Sangat tinggi
HASIL DAN PEMBAHASAN
Kondisi Tanah pada Lokasi Penelitian
Tanah pada lahan tersebut adalah jenis latosol coklat kemerahan (Setiawan
dkk., 2002). Tekstur tanah didominasi oleh liat. Menurut Hardjowigeno (2003),
20
tanah-tanah liat umumnya mempunyai indeks plastisitas yang tinggi. Tanah yang
bertekstur liat mempunyai kemampuan menahan air dan menyediakan unsur hara
yang tinggi karena memiliki permukaan yang lebih besar. Menurut Soepardi
(1983) tanah dengan tekstur liat yang tinggi membuat tanah menjadi sukar/berat
diolah karena tanah liat bila terlalu kering akan menggumpal dan keras serta pada
keadaan basah nilai kelengketan pada roda traktor akan semakin tinggi.
Pada lintasan tanah dilakukan 3 kali pengukuran dengan kadar air tanah
rata-rata 35.31%, 42.77%, dan 47.69%. Kondisi kadar air yang berbeda dalam
satu lokasi dikarenakan perubahan cuaca saat kegiatan pengambilan data. Data
kadar air untuk tiap titik pengukuran selengkapnya disajikan pada lampiran 5
sampai 7. Kadar air yang berbeda juga berpengaruh terhadap tahanan penetrasi
tanah. Data kondisi tanah pada lokasi penelitian dapat dilihat pada gambar 25 dan
data tahanan penetrasi untuk tiap titik pengukuran selengkapnya disajikan pada
lampiran 2 sampai 4.
Sebelum dilakukan kegiatan pengambilan data tahanan penetrasi, terlebih
dahulu dilakukan kalibrasi terhadap penetrometer SR-2 yang akan digunakan pada
penelitian ini. Data hasil kalibrasi penetrometer dapat dilihat pada gambar 24.
Gambar 25 menunjukkan bahwa kadar air tanah mempengaruhi tahanan
penetrasi. Tahanan penetrasi tanah menurun dengan meningkatnya kadar air
tanah. Hal ini dikarenakan semakin meningkatnya kadar air maka kekuatan tanah
akan berkurang sehingga gaya yang dibutuhkan alat untuk menembus tanah
dengan luas kerucut yang sama akan semakin rendah. Pada kadar air tanah
47.69% tahanan penetrasi tanah terus meningkat pada setiap kedalaman
pengukuran. Pada kadar air 35.31% dan 42.77% penetrasi tanah menurun pada
kedalaman 10 dan 15 cm kemudian nilai penetrasi naik lagi pada kedalaman 20
cm. Hal ini dapat disebabkan adanya pori pada kedalaman tanah tersebut,
sehingga tekanan alat tidak maksimal dan menyebabkan penurunan nilai.
Nilai tahanan penetrasi di lintasan uji ini cukup tinggi dikarenakan sebelum
penelitian ini dilakukan, traktor berkali-kali melintasi lahan ini sehingga
dimungkinkan terjadinya pemadatan.
Gambar 24 Grafik kalibrasi penetrometer
21
Gambar 25 Grafik tahanan pentrasi
Hasil Pengukuran Luas Kontak Ban pada Permukaan Jalan yang Berbeda
Hasil visualisasi luas kontak ban diambil dengan menggunakan kamera
handphone 5.0 Megapixel. Visualisasi dilakukan dengan metoda fotografi yang
kemudian diolah dengan media software yaitu ImageJ menggunakan metode
scaling image terhadap ketelitian penggaris pada hasil foto. Adapun hasil dari
olahan gambar menggunakan software ImageJ seperti pada gambar 26 sampai
dengan 29.
(a)
(b)
Gambar 26 Luas kontak ban di aspal sebelum diolah dengan ImageJ (a) dan
luas kontak ban di aspal setelah diolah dengan ImageJ (b)
22
(a)
(b)
Gambar 27 Luas kontak ban di tanah dengan kadar air 35.31% sebelum diolah
dengan ImageJ (a) dan luas kontak ban di tanah dengan kadar air
35.31% setelah diolah dengan ImageJ (b)
(a)
(b)
Gambar 28 Luas kontak ban di tanah dengan kadar air 42.77% sebelum diolah
dengan ImageJ (a) dan luas kontak ban di tanah dengan kadar air
42.77% setelah diolah dengan ImageJ (b)
23
(a)
(b)
Gambar 29 Luas kontak ban di tanah dengan kadar air 47.69% sebelum diolah
dengan ImageJ (a) dan luas kontak ban di tanah dengan kadar air
47.69% setelah diolah dengan ImageJ (b)
Dari gambar 30 dapat dibandingkan bahwa luas kontak ban yang dihasilkan
pada jalan aspal lebih kecil dibandingkan pada jalan tanah. Nilai luas kontak ban
untuk jalan aspal dengan jalan tanah kadar air 35.31% tidak terlalu jauh
perbedaannya. Hal tersebut dikarenakan kedua permukaan jalan tersebut keras.
Pada permukaan yang keras hanya lug yang berinteraksi dengan tanah. Untuk
semua kondisi permukaan pada penelitian ini, hanya lug yang berinteraksi dengan
tanah akan tetapi masuknya lug ke tanah berbeda untuk setiap kondisi permukaan.
Dari data tersebut dapat dilihat bahwa luas kontak yang dihasilkan pada
permukaan tanah meningkat dengan meningkatnya kadar air tanah. Kadar air
tanah yang meningkat menyebabkan kekuatan tanah menjadi berkurang sehingga
lug traktor bisa masuk lebih dalam ke tanah yang menyebabkan luas kontak ban
dengan tanah menjadi lebih besar nilainya.
Gambar 30 Nilai luas kontak ban untuk setiap kondisi permukaan plot uji
24
Nilai luas kontak ban yang dihasilkan tiap pengukuran cukup bervariasi
seperti yang ditunjukkan pada lampiran 8 dan 9. Standar deviasi nilai luas kontak
ban untuk permukaan aspal, tanah dengan kadar air 35.31%, tanah dengan kadar
air 42.77%, dan tanah dengan kadar air 47.69% berturut-turut adalah 11.64 cm2,
16.23 cm2, 20.04 cm2, dan 18.01 cm2.
Hubungan Sinkage dengan Luas Kontak Ban
Data pada tabel 3 menunjukkan bahwa nilai sinkage yang dihasilkan
semakin besar dengan meningkatnya kadar air. Hal ini dikarenakan dengan
meningkatnya kadar air, tahanan penetrasi tanah akan semakin berkurang.
Tahanan penetrasi tanah yang berkurang menunjukkan gaya penahanan dari tanah
yang semakin rendah sehingga dengan gaya yang konstan yaitu berdasarkan bobot
traktor maka ketenggelaman ban traktor (sinkage) akan semakin besar. Nilai
sinkage menunjukkan permukaan tanah yang turun akibat gaya dari luar. Semakin
turun permukaan tanah menunjukkan lug semakin masuk ke dalam tanah sehingga
luas kontak antara tanah dan ban meningkat.
Pada permukaan aspal dan tanah dengan kadar air 35.31%, perhitungan
panjang kontak dan lebar kontak menggunakan persamaan 4 dan 5 karena
permukaan jalan yang keras. Nilai defleksi yang didapat pada lintasan aspal dan
tanah dengan kadar air 35.31% yaitu sebesar 2.3 cm. Nilai defleksi yang sama
tersebut membuat nilai luas kontak teoritis yang didapatkan juga sama yaitu
sebesar 555.13 cm2. Pada permukaan aspal dan tanah dengan kadar air 35.31%,
nilai luas kontak aktual dan teoritis cukup jauh perbedaannya. Perbedaan yang
besar tersebut menunjukkan ada faktor lain yang tidak diperhitungkan dalam
rumus Ziani dan Biarez seperti jenis ban. Ban yang digunakan dalam penelitian
Ziani dan Biarez adalah jenis ban tanpa lug sehingga nilai luas kontak teoritis
yang didapat lebih besar dibandingkan nilai luas kontak aktual.
Pada permukaan tanah dengan kadar air 42.77% dan 47.69%, perhitungan
panjang kontak dan lebar kontak menggunakan persamaan 7 dan 8 karena
permukaan jalan yang lunak. Nilai luas kontak teoritis meningkat dengan
meningkatnya nilai sinkage. Pada permukaan tanah dengan kadar air 42.77% dan
47.69%, nilai luas kontak aktual dengan teoritis cukup jauh perbedaannya.
Perbedaan nilai yang cukup besar tersebut dapat disebabkan beberapa faktor
seperti kondisi tanah maupun kondisi dan bentuk lug ban.
Tabel 2 Perbandingan luas kontak aktual dengan luas kontak teoritis pada
permukaan keras
Permukaan
Aspal
Tanah KA 35.31%
Defleksi ban
(cm)
2.3
2.3
A aktual
(cm2)
120.92
131.59
A teoritis
(cm2)
555.13
555.13
25
Tabel 3 Perbandingan luas kontak aktual dengan luas kontak teoritis pada
permukaan lunak
Permukaan
Kadar air
(%)
Sinkage
(cm)
A aktual
(cm2)
A teoritis
(cm2)
Tanah
42.77
47.69
0.68
2.66
242.52
363.46
169.72
637.15
Hasil penelitian yang didapatkan oleh penulis dibatasi oleh kondisi tanah
pada lokasi penelitian yaitu jenis tanah latosol coklat kemerahan, tekstur tanah
didominasi liat pada tingkat kadar air tanah 35.31%, 42.77%, 47.69% dan ban
traktor yang digunakan adalah ban radial dengan ukuran 12.4-24 yang
dipasangkan pada traktor Kubota L3608.
Uji Ketepatan Metoda ImageJ
Keakuratan data merupakan bagian penting dalam suatu penelitian, karena
hal ini menjadi dasar terhadap pembahasan yang akan disampaikan. Penggunaan
software pada saat ini untuk mempermudah pekerjaan penelitian banyak
dilakukan. Dengan menggunakan software, hal yang ingin didapatkan adalah
kecepatan dalam mengolah data dan keakuratan data yang tinggi. Untuk
mendapatkan keakuratan dari software maka dapat dilakukan uji ketepatan.
Langkah yang dilakukan untuk melakukan uji tersebut maka dengan
membandingkan hasil pengukuran dengan software dan pengukuran secara
manual (tabel 4).
Tabel 4 Perbandingan luas kontak pengukuran manual dengan luas kontak
menggunakan ImageJ
No.
1
2
3
4
5
Ratarata
Luas kontak
menggunakan
ImageJ
(cm2)
117.93
108.40
116.24
138.60
127.68
Luas kontak
pengukuran
manual
(cm2)
108.10
101.65
104.76
130.60
123.44
121.77
113.71
Selisih
(cm2)
9.83
6.75
11.48
8.00
4.24
8.06
Data yang digunakan sebagai uji ketepatan metoda ImageJ adalah
pengukuran luas kontak ban di aspal dengan pengulang pengambilan data
sebanyak lima kali. Berdasarkan hasil data pada tabel di atas selisih nilai dari
rata–rata pengukuran dengan software dan manual adalah 8.06 cm2.
26
Gambar 31 Hubungan antara luas kontak pengukuran manual dengan luas kontak
menggunakan ImageJ
Untuk memudahkan menganalisis hubungan antara luas kontak pengukuran
menggunakan software dan manual maka dibuatlah kurva regresi. Berdasarkan
analisis regresi, pengukuran luas kontak ban menggunakan software dengan
pengukuran luas kontak ban secara manual memiliki hubungan yang cenderung
linier yang ditunjukkan dengan nilai koefisien determinasi (R2) sebesar 0.95. Hal
ini berarti 95.4% data dari pengukuran menggunakan software dapat menjelaskan
pengukuran secara manual.
Berdasarkan data pengukuran luas kontak manual dengan luas kontak
menggunakan ImageJ diperoleh confidence interval antara 4.60 cm2 sampai
dengan 11.52 cm2, artinya selang perkiraan nilai-nilai yang kemungkinan akan
mencakup parameter populasi yang tidak diketahui berkisar antara 4.60 cm2
sampai dengan 11.52 cm2 dengan tingkat kepercayaan sebesar 95%.
Berdasarkan uraian di atas maka penggunaan software ImageJ dalam
melakukan pengukuran melalui gambar secara digital dapat digunakan dalam
penelitian ini. Dengan mengkalibrasi garis gambar dengan ukuran sebenarnya
maka keakuratan data yang didapatkan dapat mewakili nilai pengukuran secara
manual.
Pengukuran luas kontak ban menggunakan software ImageJ memiliki
kelebihan yaitu relatif lebih cepat dalam pengambilan data di lapangan dan
pengolahan data serta memiliki tingkat keakuratan yang cukup tinggi dengan
terlebih dahulu menentukan skala di lapangan.
Hasil Pengukuran Sudut Lug pada Permukaan Jalan yang Berbeda
Hasil visualisasi sudut lug ban diambil dengan menggunakan kamera
handphone 5.0 Megapixel. Visualisasi dilakukan dengan metoda fotografi yang
kemudian diolah dengan media prangkat lunak ImageJ. Proses hasil dari olahan
gambar menggunakan software ImageJ tersaji pada gambar 32 sampai dengan 35.
27
Gambar 32 Sudut lug di aspal setelah diolah dengan ImageJ
Gambar 33 Sudut lug di tanah dengan kadar air 35.31% setelah diolah dengan
ImageJ
28
Gambar 34 Sudut lug di tanah dengan kadar air 42.77% setelah diolah dengan
ImageJ
Gambar 35 Sudut lug di tanah dengan kadar air 47.69% setelah diolah dengan
ImageJ
Dari gambar 36 dapat dibandingkan bahwa nilai sudut lug pada tapak ban
traktor yang dihasilkan pada lintasan aspal lebih kecil dibandingkan lintasan
tanah. Nilai rata-rata sudut lug tapak ban traktor terbesar dihasilkan oleh
permukaan tanah dengan kadar air 47.69% yaitu sebesar 37.25° dan nilai rata-rata
sudut lug terkecil dihasilkan oleh permukaan aspal yaitu sebesar 25.52°. Nilai
sudut lug pada tapak ban traktor pada penelitian ini berubah-ubah dan memiliki
29
kecenderungan bertambah nilainya dengan meningkatnya kadar air tanah.
Meningkatnya kadar air tanah menyebabkan luas kontak lug bertambah dan
menyebabkan sudut lug dengan garis tengah tapak ban semakin tumpul atau
semakin besar.
Gambar 36 Nilai sudut lug untuk setiap kondisi permukaan plot uji
Gambar 37 Grafik hubungan luas kontak ban dan sudut lug
Sudut lug pada ban traktor adalah 30°. Kadar air yang meningkat
menyebabkan lug ban semakin masuk ke dalam tanah. Seharusnya semakin masuk
lug ban ke dalam tanah, nilai sudut lug konstan akan tetapi berdasarkan
pengamatan di lapangan, lug bagian bawah atau yang paling dekat dengan
permukaan jalan memiliki kondisi sisi-sisi yang terkikis permukaan jalan
sehingga berpengaruh terhadap nilai sudut lug yang dihasilkan pada tapak ban.
30
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
1. Pengukuran luas kontak ban yang dilakukan pada berbagai jenis permukaan
menunjukkan nilai yang berbeda. Nilai rata-rata luas kontak ban pada jalan
aspal adalah 121.77 cm2, nilai rata-rata luas kontak ban pada jalan tanah
dengan kadar air 35.31% adalah 133.20 cm2, nilai rata-rata luas kontak ban
pada jalan tanah dengan kadar air 42.77% adalah 242.82 cm2, dan nilai ratarata luas kontak ban pada jalan tanah dengan kadar air 47.69% adalah
364.40 cm2.
2. Nilai rata-rata sinkage yang didapat pada jalan tanah dengan kadar air
42.77% adalah 0.68 cm dan pada jalan tanah dengan kadar air 47.69% nilai
rata-rata sinkage adalah 2.66 cm.
3. Nilai luas kontak teoritis dipengaruhi oleh nilai sinkage pada permukaan
lunak dan defleksi ban pada permukaan yang keras.
4. Nilai luas kontak aktual dan teoritis yang dihasilkan pada jalan tanah dengan
kadar air 42.77% dan 47.69% memiliki perbedaan yang besar dan nilai luas
kontak aktual dan teoritis berbanding lurus dengan kadar air tanah dan
sinkage.
5. Nilai rata-rata sudut lug pada tapak ban di jalan aspal adalah 25.52°, nilai
rata-rata su
TRAKSI PADA BEBERAPA KONDISI PERMUKAAN
AGUNG NUGROHO
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Deteksi Visual dan
Analisis Luas Kontak Komponen Traksi pada Beberapa Kondisi Permukaan
adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing 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, November 2013
Agung Nugroho
NIM F14070039
ABSTRAK
AGUNG NUGROHO. Deteksi Visual dan Analisis Luas Kontak Roda Traksi
pada Beberapa Kondisi Permukaan. Dibimbing oleh Tineke Mandang.
Aplikasi intensif traktor memberikan dampak pada kondisi tanah pertanian
melalui semua gaya yang diteruskan ke tanah. Gaya tesebut diteruskan melalui
alat traksi yang kontak dengan tanah. Bagian roda atau ban yang kontak dengan
permukaan pendukung mengacu (atau merujuk) pada istilah luas kontak.
Pengukuran luas kontak ban diperlukan karena mempengaruhi performansi
traktor. Tujuan penelitian ini adalah mempelajari luas kontak ban yang dihasilkan
pada permukaan jalan aspal dan tanah serta hubungannya dengan sinkage,
membandingkan luas kontak ban hasil pengukuran langsung di lapangan (aktual)
dengan luas kontak ban teoritis dan mempelajari sudut lug yang dihasilkan pada
permukaan jalan aspal dan tanah. Nilai rata - rata luas kontak terbesar adalah di
tanah dengan kadar air 47.69% yaitu 364.40 cm2, sedangkan yang terkecil adalah
di aspal yaitu 121.77 cm2. Nilai rata - rata sudut lug terbesar adalah di tanah
dengan kadar air 47.69% yaitu 37.25 sedangkan yang terkecil adalah di aspal
yaitu 25.52. Nilai luas kontak ban di tanah berbanding lurus dengan kadar air
tanah dan sinkage.
Kata kunci: Luas kontak ban, sudut lug, sinkage, tanah, aspal.
ABSTRACT
AGUNG NUGROHO. Visual Detection and Analysis of Traction Tyre Contact
area in Several Surfaces Condition. Supervised by Tineke Mandang.
The intensive application of tractors had an impact to the soil condition of
farm through all the forces applied to the soil. Those forces applied through the
traction elements which contact to soil. The portion of the wheel or tire in contact
with the supporting surface referred to the term of contact area. The measurement
of tire contact area is needed due to its effect on tractor performance. The
objectives of this research were to study the tire contact area on asphalt road and
soil surface also its relation with the sinkage; to compare tire contact area based
on the actual measurement with the theoretical tire contact area; to study the lug
angle resulted between asphalt road and soil. The biggest average contact area on
soil with 47.69% water content was 364.40 cm2, while the smallest was on the
asphalt with 121.77 cm2. The biggest average lug angle on soil with 47.69% water
content was 37.25, while the smallest was on the asphalt that is 25.52. The value
of tire contact area in the soil was directly proportional with the soil moisture
content and sinkage.
Keywords: tire contact area, lug angle, sinkage, soil, asphalt.
DETEKSI VISUAL DAN ANALISIS LUAS KONTAK RODA
TRAKSI PADA BEBERAPA KONDISI PERMUKAAN
AGUNG NUGROHO
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknologi Pertanian
pada
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
Judul Skripsi :
Nama
NIM
:
:
Deteksi Visual dan Analisis Luas Kontak Roda Traksi pada
Beberapa Kondisi Permukaan
Agung Nugroho
F14070039
Disetujui oleh
Prof. Dr. Ir. Tineke Mandang, M.S.
Pembimbing Akdemik
Diketahui oleh
Dr. Ir. Desrial, M.Eng
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur dipanjatkan kepada Allah SWT atas karuniaNya sehingga
skripsi ini berhasil diselesaikan dengan judul Deteksi Visual dan Analisis Luas
Kontak Komponen Traksi pada Beberapa Kondisi Permukaan yang dilaksanakan
di laboratorium lapang Siswadhi Soepardjo sejak bulan September hingga
Desember 2012.
Dengan selesainya penelitian hingga tersusunnya skripsi ini, penulis ingin
menyampaikan penghargaan dan terima kasih kepada:
1. Prof. Dr. Ir. Tineke Mandang, M.S. selaku dosen pembimbing akademik
yang telah membantu penulis dalam penentuan ide penelitian serta
bimbingannya selama penelitian dan penyusunan skripsi.
2. Dr. Ir. Gatot Pramuhadi, M.Si. dan Dr. Lenny Saulia, S.TP, M.Si selaku
dosen penguji atas masukan serta sarannya terhadap skripsi ini.
3. Bapak Wana, dan Mas Darma selaku teknisi di laboratorium lapang yang
banyak membantu penulis dalam melaksanakan penelitian.
4. Orangtua penulis Bapak Slamet Suwarno dan Ibu Samsul Hidayati serta
Mbak Apri, Adik Tri Suwarningsih, dan Adik Nur Hidayati yang telah
memberi banyak dorongan, semangat dan doa sehingga penulis dapat
menyelesaikan tugas akhir skripsi ini.
5. Denis, Furqan, Andi, Yadi, Dian Firdauzi dan Taufiq yang membantu
selama penelitian dan dalam penulisan tugas akhir.
6. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu dan telah banyak
membantu penulis selama menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi
ini
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, November 2013
Agung Nugroho
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
viii
DAFTAR GAMBAR
viii
DAFTAR LAMPIRAN
x
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
2
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
TINJAUAN PUSTAKA
2
Roda Ban
2
Sifat Fisik dan Mekanik Tanah
6
Sinkage
7
Hubungan Parameter Ban dengan Sinkage
8
Hubungan Traksi dengan Luas Kontak Ban
9
METODE
9
Lokasi dan Waktu
9
Bahan dan Alat
10
Prosedur Penelitian
11
HASIL DAN PEMBAHASAN
19
Kondisi Tanah pada Lokasi Penelitian
19
Hasil Pengukuran Luas Kontak Ban pada Permukaan Jalan yang Berbeda
21
Hubungan Sinkage dengan Luas Kontak Ban
24
Uji Ketepatan Metoda ImageJ
25
Hasil Pengukuran Sudut Lug pada Permukaan Jalan yang Berbeda
26
SIMPULAN DAN SARAN
30
Simpulan
30
Saran
30
DAFTAR PUSTAKA
30
LAMPIRAN
32
RIWAYAT HIDUP
41
DAFTAR TABEL
1.
Interpretasi dari nilai R2 (Usman dan Akbar, 2008)
2.
Perbandingan luas kontak aktual dengan luas kontak teoritis pada
permukaan keras
3.
24
Perbandingan luas kontak aktual dengan luas kontak teoritis pada
permukaan lunak
4.
19
25
Perbandingan luas kontak pengukuran manual dengan luas
kontak menggunakan ImageJ
25
DAFTAR GAMBAR
1.
Luas kontak ban (Liljedahl et al., 1979)
3
2.
Detail tapak ban (a) detail lug ban (b) (ASAE Standard S296.2)
3
3.
Luas kontak ban pada beberapa tekanan inflasi di beberapa kondisi
permukaan (Abeels, 1989) dalam Wulfshon (1991)
4
4.
Konstruksi ban (Nakra, 1980)
4
5.
Beberapa tipe ban traksi traktor pertanian (Goodyear Tire
and Rubber Co.)
5
6.
Beberapa tipe ban bebas (Goodyear Tire and Rubber Co.)
5
7.
Ilustrasi teori sinkage Bekker dan tahanan gelinding
8
8.
Traktor Kubota L3608
10
9.
Alat Pengambil sampel tanah
10
10.
Timbangan digital (a) dan oven pengering (b)
10
11.
Diagram prosedur penelitian
11
12.
Lintasan uji tanah (a) dan lintasan uji aspal (b)
12
13.
Pengambilan data tahanan penetrasi tanah (a)
dan pengambilan sampel tanah
14.
Pengukuran luas kontak ban traktor pada jalan aspal (a) dan jejak
ban traktor di kertas (b)
15.
13
Pengukuran luas kontak ban traktor dengan tanah (a) dan jejak ban
14
traktor di tanah (b)
14
16. Tahap Open file
15
17.
Pengaturan skala ukuran
15
18.
Proses Polygon
16
19.
Proses Measure
16
20.
Panjang kontak ban pada permukaan yang keras
17
21.
Lebar kontak ban pada permukaan yang keras
18
22.
Panjang kontak ban pada permukaan yang lunak
18
23.
Lebar kontak ban pada permukaan yang lunak
19
24.
Grafik kalibrasi penetrometer
20
25.
Grafik tahanan penetrasi
21
26.
Luas kontak ban di aspal sebelum diolah dengan ImageJ (a) dan
luas kontak ban di aspal setelah diolah dengan ImageJ (b)
27.
21
Luas kontak ban di tanah dengan kadar air 35.31% sebelum diolah
dengan ImageJ (a) dan luas kontak ban di tanah dengan kadar air
35.31% setelah diolah dengan ImageJ (b)
28.
22
Luas kontak ban di tanah dengan kadar air 42.77% sebelum diolah
dengan ImageJ (a) dan luas kontak ban di tanah dengan kadar air
42.77% setelah diolah dengan ImageJ (b)
29.
22
Luas kontak ban di tanah dengan kadar air 47.69% sebelum diolah
dengan ImageJ (a) dan luas kontak ban di tanah dengan kadar air
47.69% setelah diolah dengan ImageJ (b)
23
30.
Nilai luas kontak ban untuk setiap kondisi permukaan plot uji
23
31.
Hubungan antara luas kontak pengukuran manual dengan luas kontak
Menggunakan ImageJ
26
32.
Sudut lug di aspal setelah diolah dengan ImageJ
27
33.
Sudut lug di tanah dengan kadar air 35.31% setelah diolah dengan ImageJ
27
34.
Sudut lug di tanah dengan kadar air 42.77% setelah diolah dengan ImageJ
28
35.
Sudut lug di tanah dengan kadar air 47.69% setelah diolah dengan ImageJ
28
36.
Nilai sudut lug untuk setiap kondisi permukaan plot uji
29
37.
Grafik hubungan luas kontak ban dan sudut lug
29
DAFTAR LAMPIRAN
1.
Data kalibrasi penetrometer
32
2.
Data penetrasi tanah dengan kadar air 35.31%
32
3.
Data penetrasi tanah dengan kadar air 42.77%
33
4.
Data penetrasi tanah dengan kadar air 47.69%
33
5.
Data kadar air tanah 35.31%
34
6.
Data kadar air tanah 42.77%
35
7.
Data kadar air tanah 47.69%
36
8.
Nilai luas kontak ban pada jalan aspal
37
9.
Nilai luas kontak ban pada jalan tanah
37
10.
Nilai sudut lug pada jalan aspal
38
11.
Nilai sudut lug pada jalan tanah
38
12.
Data sinkage pada jalan tanah dengan kadar air 47.69%
39
13.
Data sinkage pada jalan tanah dengan kadar air 42.77%
39
14.
Perhitungan luas kontak teoritis
39
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perkembangan teknologi dalam bidang mekanisasi diperlihatkan dengan
semakin banyaknya penggunaan alat bantu mekanis dalam melakukan aktivitas.
Hal ini dimaksudkan untuk mempermudah dan meringankan pekerjaan yang
selama ini dikerjakan secara manual. Keuntungan lain dari penggunaan alat bantu
mekanis adalah dapat mempersingkat jam kerja yang diperlukan untuk melakukan
aktivitas dengan kapasitas yang lebih besar.
Penggunaan traktor sebagai alat bantu mekanis dewasa ini semakin
dirasakan penting dalam melakukan pekerjaan di lapangan baik dalam kegiatan
prapanen (pembajakan, penggaruan, penanaman, dan pemeliharaan tanaman),
kegiatan panen, maupun kegiatan pasca panen (transportasi). Penggunaan traktor
pertanian pada kegiatan tersebut dapat membuat pekerjaan menjadi lebih ringan,
cepat, tepat guna, serta dapat melakukan pekerjaan-pekerjaan besar dalam waktu
yang relatif singkat.
Aplikasi intensif traktor karena meningkatnya usaha tani tersebut
mempunyai pengaruh terhadap kondisi tanah pertanian melalui semua gaya yang
diteruskan ke tanah. Gaya-gaya tersebut diteruskan melalui alat traksi yaitu roda.
Salah satu roda yang digunakan pada traktor adalah roda ban. Menurut Smith
(1976), penggunaan roda ban pada traktor pertanian memiliki beberapa
keuntungan antara lain: kecepatan operasi yang tinggi, tahanan gelinding yang
kecil, pada beban yang sama tenaga yang dibutuhkan lebih kecil, getaran yang
rendah, dan kenyamanan yang lebih tinggi pada operator. Disamping itu
penggunaan roda ban pada traktor juga memiliki kelemahan yaitu: slip yang lebih
tinggi dan tekanan yang lebih besar akibat dari luasan kontak yang kecil.
Penentuan luas kontak antara ban dan tanah memainkan peran penting pada
intensitas pemadatan tanah dan juga dalam interaksi lain antara roda dengan
tanah. Estimasi luas kontak ban juga berkontribusi untuk penentuan tekanan
kontak, potensi risiko pemadatan yang pada akhirnya mempengaruhi hasil panen.
Selain itu, roda adalah parameter yang signifikan menghasilkan traksi traktor
pertanian. Traksi dapat ditingkatkan dengan peningkatan luas kontak.
Traktor sebagai power unit yang mengandalkan kemampuan menarik
implemen sehingga harus memiliki luas kontak yang besar. Selain itu, konsumsi
bahan bakar traktor tergantung pada rolling resistance dan rolling resistance pada
akhirnya merupakan fungsi dari luas kontak antara tanah dan roda. Ban lebar dan
ban ganda meningkatkan area kontak yang mengakibatkan peningkatan traksi dan
mengurangi pemadatan tanah. Ban harus dikelola untuk memiliki luas kontak
tinggi dengan permukaan tanah. Selain itu, peningkatan luas kontak ban akan
mengurangi tekanan yang diberikan oleh ban di tanah.
Oleh sebab itu, perlu diketahui luas kontak ban yang dihasilkan pada
beberapa permukaan jalan seperti permukaan jalan aspal dan tanah. Parameter
yang akan dianalisis untuk mengetahui luas kontak ban adalah kadar air tanah,
tahanan penetrasi tanah, sinkage, sudut lug.
2
Perumusan Masalah
Luas kontak ban bisa diduga dengan beberapa metode karena sudah banyak
penelitian yang dilakukan dengan mengasumsikan luas kontak ban sebagai kotak,
atau elips tetapi pada permukaan jalan yang keras hanya bagian lug yang
berinteraksi dengan permukaan jalan sehingga perlu dilakukan pengukuran
langsung di lapangan. Data luas kontak ban perlu diketahui karena mempengaruhi
performansi traktor.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah:
1. Mempelajari luas kontak ban yang dihasilkan pada permukaan jalan aspal
dan tanah serta hubungannya dengan sinkage.
2. Membandingkan luas kontak ban hasil pengukuran langsung di lapangan
(aktual) dengan luas kontak ban teoritis.
3. Mempelajari sudut lug yang dihasilkan pada permukaan jalan aspal dan
tanah.
Manfaat Penelitian
Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini yaitu dapat mengetahui luas
kontak ban aktual pada beberapa kondisi jalan dan diharapkan dapat menjadi
bahan acuan untuk pengembangan model teoritis luas kontak ban sehingga bisa
lebih tepat.
TINJAUAN PUSTAKA
Roda Ban
Roda ban merupakan alat traksi yang berfungsi untuk menahan beban
kendaraan dan menyalurkan gaya yang diperlukan untuk menggerakkan dan
mengarahkan kendaraan. Berat ban berhubungan erat dengan traksi. Pada ban
yang ringan sering diberi pemberat statis seperti air, ataupun roda sangkar, hal ini
berfungsi untuk meningkatkan traksinya. Penggunaan ban sebagai alat traksi
mempermudah transportasi dari suatu tempat ke tempat lain (Smith, 1976).
Menurut Alcock (1986), roda karet umumnya digunakan untuk pengolahan lahan
kering yang memiliki fungsi sebagai berikut:
1. Mendukung kendaraan dan menghubungkan beban pada beberapa
tingkatan tekanan tanah yang rendah
2. Menyerap beban goncangan pada kendaraan yang diakibatkan
ketidakrataan permukaan
3. Menghasilkan traksi
4. Memfasilitasi gaya belok dan menjaga kestabilan
5. Mengatasi gaya gesek yang diakibatkan kekasaran permukaan
3
Luas bidang kontak ban dapat dilihat pada gambar 1 dan detail dari tapak
dan lug ban dapat dilihat pada gambar 2.
Dimana : A = Luas kontak ban (m2)
W = Berat traktor (N)
F = Gaya traksi (N)
b = Lebar kontak ban (m2)
l = Panjang kontak ban (m2)
Gambar 1 Luas kontak ban (Liljedahl et al., 1979)
(a)
(b)
Gambar 2 Detail tapak ban (a) dan detail lug ban (b) (ASAE Standard S296.2)
Pengurangan tekanan inflasi atau tekanan dalam ban menyebabkan tekanan
bidang sentuh pada ban meningkat tetapi dipengaruhi juga oleh kekakuan karkas
bahan ban. Tekanan bidang sentuh rata-rata akan bertambah dengan penambahan
inflasi pada ban dan akan berkurang pada tekanan inflasi yang konstan
ditambahkan beban. Gambar 3 menunjukkan luas kontak ban pada beberapa
tekanan inflasi di beberapa kondisi permukaan (Abeels, 1989) dalam Wulfshon
(1991).
4
Gambar 3 Luas kontak ban pada beberapa tekanan inflasi di beberapa kondisi
permukaan (Abeels, 1989) dalam Wulfshon (1991).
Konstruksi Ban Traktor
Ban terbuat dari beberapa lapis material benang (karkas) yang disatukan dan
ditutup oleh karet yang telah divulkanisir. Serat yang dipakai adalah katun, serat
rayon, nilon, kawat baja, dan serat poliester. Ban diagonal (konvensional) dibuat
dari banyak lembar serat yang digunakan sebagai rangka dari ban. Serat tersebut
membentuk sudut 40° sampai 65° terhadap keliling lingkaran ban. Pada paten ban
Michelin-x yang asli, ban radial dilindungi oleh sabuk (cincin anyaman) kawat
baja. Baja inilah yang menghantarkan panas dengan baik. Bahan-bahan lainnya
kurang baik menghantarkan panas, tetapi mempunyai sifat meredam suara.
Konstruksi serat pada ban radial membentuk sudut 90° terhadap keliling lingkaran
ban. Konstruksi ban seperti pada gambar 4.
Gambar 4 Konstruksi ban (Nakra, 1980)
Jenis Ban
Pada umumnya ban yang digunakan pada peralatan pertanian digolongkan
kedalam dua kelas yaitu ban traksi dan ban bebas (Smith, 1976)
5
Ban traksi
Ban traksi mempunyai desain tapak yang khusus yang dapat mencengkram
tanah untuk menghasilkan tingkat traksi yang lebih tinggi agar dapat menarik
beban yang besar dengan slip yang kecil. Ban traksi digunakan sebagai ban-ban
belakang pada traktor pertanian. Beberapa tipe ban traksi dapat dilihat pada
gambar 5.
Gambar 5 Beberapa tipe ban traksi traktor pertanian (Goodyear Tire and
Rubber Co.)
Gambar 5 menunjukkan beberapa tipe ban traksi traktor pertanian yang
biasa digunakan di Amerika Utara. Gambar 5(a) adalah ban untuk pemakaian
umum, gambar 5(b) adalah ban yang sering digunakan pada perkebunan tebu dan
sawah, gambar 5(c) adalah ban dengan daya pengapungan yang tinggi pada tanah
yang lunak, dan gambar 5(d) adalah ban yang digunakan untuk industri.
Ban bebas
Jenis tipe ban bebas juga disebut sebagai ban implemen. Jejak rib disusun
untuk membantu ban dalam berguling lurus ke depan dan mencegah kemungkinan
slip yang besar. Pada umumnya ban bebas digunakan sebagai ban depan traktor
pertanian. Beberapa tipe ban bebas dapat dilihat pada gambar 6.
Gambar 6 Beberapa tipe ban bebas (Goodyear Tire and Rubber Co.)
6
Gambar 6 menunjukkan beberapa tipe ban bebas. Gambar ban yang paling
kiri adalah ban dengan 1 rib yang digunakan di perkebunan tebu dan sawah,
seterusnya adalah gambar ban dengan 2 rib yang berfungsi untuk mengurangi slip
dan memiliki daya tahan yang baik, kemudian gambar berikutnya adalah gambar
ban dengan multi rib dengan tahanan gelinding yang rendah, dan yang terakhir
adalah ban yang dirancang untuk low horsepower dan memiliki kemampuan jalan
serta daya tahan yang baik.
Sifat fisik dan Mekanik Tanah
Tekstur Tanah
Tekstur tanah menunjukkan kasar halusnya tanah berdasarkan perbandingan
banyaknya butir-butir pasir, debu, dan liat. Dalam klasifikasi tanah tingkat famili,
kasar halusnya tanah ditunjukkan oleh sebaran ukuran butir (particle size
distribution) yang merupakan penyederhanaan dari kelas tekstur tanah dengan
memperhatikan pula fraksi tanah yang lebih besar dari pasir (lebih dari 2 mm)
(Hardjowigeno, 1987).
Tanah yang bertekstur pasir mempunyai luas permukaan yang kecil
sehingga sulit menyerap (menahan) air dan menyediakan unsur hara. Fraksi pasir
terdiri dari pecahan-pecahan batu dengan berbagai ukuran dan bentuk. Partikelpartikel pasir memiliki ukuran yang jauh lebih besar dan memiliki luas permukaan
yang kecil (dengan berat yang sama) dibandingkan dengan partikel-partikel debu
dan liat. Semakin tinggi presentase pasir dalam tanah maka semakin
memperlancar gerakan udara dan air dalam tanah karena makin banyak ruang
pori-pori diantara partikel tanah (Hakim, 1986).
Menurut Wesley (1973), debu merupakan bahan peralihan antara liat dan
pasir halus. Fraksi ini kurang plastis dan lebih mudah ditembus air dari pada liat.
Partikel-partikel debu terasa licin dan kurang melekat.
Tanah-tanah bertekstur liat mempunyai luas permukaan yang besar sehingga
kemampuan menahan air dan menyediakan unsur hara tinggi (Hadjowigeno,
1987). Liat terdiri dari butiran-butiran yang sangat kecil dan menunjukkan sifat
plastisitas dan kohesi. Kohesi menunjukkan kenyataan bahwa bagian-bagian
bahan itu melekat satu sama lainnya, sedangkan plastisitas adalah sifat yang
memungkinkan bentuk bahan itu dirubah-rubah tanpa perubahan isi atau tanpa
kembali ke bentuk asalnya, dan tanpa terjadi retakan atau terpecah-pecah (Wesley,
1973). Di lapang, tekstur tanah dapat ditentukan dengan memijit tanah basah
diantara jari-jari.
Kadar Air Tanah
Kadar air tanah adalah jumlah air tanah yang terdapat dalam pori-pori tanah
dalam suatu massa tanah tertentu dan dapat berubah-ubah pada tiap kedalaman
yang disebabkan karena kadar air tanah merupakan bagian tanah yang tidak stabil
sebab mudah bergerak dan berpindah tempat setiap saat sehingga dengan
perubahan kadar air tanah tersebut dapat menyebabkan perubahan nilai tahanan
penetrasi dan bulk density.
7
Menurut Hakim (1986) cara yang biasa digunakan untuk menyatakan kadar
air dalam tanah adalah dalam persen terhadap bobot tanah kering. Kadar air juga
dapat dinyatakan dalam persen volume air terhadap volume tanah.
Tahanan Penetrasi Tanah
Menurut Baver (1956), tahanan penetrasi adalah indeks kepadatan tanah
pada kondisi pengukuran tertentu. Indeks ini menunjukkan adanya kepadatan
tanah yang dipengaruhi kadar air tanah, tekstur, dan mineral liat yang ada di
dalam tanah. Kepner (1978) menyatakan bahwa tahanan penetrasi merupakan
parameter yang menggambarkan beberapa sifat tanah, tetapi secara umum
mencerminkan kekuatan tanah. Tahanan penetrasi diukur dengan menggunakan
cone penetrometer dengan satuan berupa cone indeks (CI) dalam kg/cm2.
Menurut Kasim (1992), pengaruh pembebanan dan lintasan traktor
berpengaruh pada tahanan penetrasi pada kedalaman 15-25 cm dan tahanan
penetrasi meningkat dengan menurunnya kadar air tanah. Berdasarkan hasil
penelitian yang dilakukan oleh Bahri (2003) menunjukkan bahwa nilai tahanan
penetrasi cenderung meningkat seiring semakin besar intensitas lintasan traktor di
lahan. Faktor-faktor yang mempengaruhi tahanan penetrasi tanah adalah kadar air
tanah, densitas tanah, kompresibilitas tanah, parameter kekuatan tanah, dan
struktur tanah (Bradford, 1986). Hasil penelitian Rosyadi (1998) menunjukkan
bahwa bahan organik dapat mengurangi terjadinya pemadatan tanah. Hal ini
dibuktikan dengan uji Proctor standard dimana tanah dengan pemberian bahan
organik blotong (dosis 40 dan 20 ton/ha) mempunyai bulk density maksimum
(BDM) yang lebih rendah dibanding dengan tanah tanpa pemberian bahan
organik.
Sinkage
Sinkage merupakan penurunan permukaan tanah akibat gaya dari luar.
Biasanya gaya ini ditimbulkan karena terjadi penekanan terhadap tanah.
Penurunan permukaan tanah akibat gaya dari luar merupakan indikasi terhadap
terjadinya pemadatan tanah. Penurunan permukaan tanah akan terjadi hingga gaya
penahanan dari tanah seimbang dengan beban yang diberikan.
Ketika tanah dikenai suatu gaya yang menekan tanah tersebut maka tanah
akan mengalami perubahan bentuk (deformasi). Besar kecilnya deformasi yang
ditimbulkan sangat dipengaruhi oleh besarnya beban yang diterima tanah, besar
dan distribusi tegangan dalam tanah, dan besarnya tingkat penurunan (settlements)
tanah. Kedalaman tekan (sinkage) akan semakin besar (semakin dalam) apabila
gaya tekan yang diaplikasikan dengan luasan yang tetap tersebut juga semakin
besar.
Bekker (1960) dalam Surbakti (2012) telah mengembangkan suatu
pendekatan untuk mengestimasikan kedalaman bekas roda kaku pada tanah lunak
seperti ditunjukkan pada gambar 7.
8
Gambar 7 Ilustrasi teori sinkage Bekker dan tahanan gelinding (Bekker, 1960)
Hubungan Parameter Ban dengan Sinkage
Lebar Ban dan Diameter Ban
Luas bidang kontak antara ban dengan tanah dapat diperbesar dengan
memperbesar ban. Dengan demikian kemampuan traksi juga semakin tinggi.
McAllister (1983) menyatakan bahwa pemakaian ban-ban yang terlalu besar atau
ekstrim akan menimbulkan efek meratakan tanah. Efek ini menyebabkan
penumpukan tanah di depan roda sehingga nilai koefisien tahanan gelinding (CRR)
akan membesar kembali. Koefisien tahanan gelinding (CRR) merupakan
perbandingan nilai tahanan gelinding terhadap beban dinamis roda. Tahanan
gelinding merupakan gaya tarik karena berat alat yang diperlukan agar traktor
bergerak di atas permukaan dengan kecepatan konstan dan merupakan gaya yang
digunakan untuk melawan gerak roda akibat reaksi permukaan alas dengan roda
(Hunt, 1995). Efek meratakan tanah menjadi masalah ketika nilai sinkage
melebihi 0.06 kali diameter roda. Untuk menjaga agar efek ini tidak terjadi, lebar
ban diusahakan agar tetap dijaga pada batas-batas tertentu. Masalah lain dari
pemakaian ban yang terlalu lebar adalah alasan-alasan praktis seperti biaya,
gerbang dan garasi, pengoperasian diantara tanaman dan lebar ban yang
diperbolehkan pada jalan-jalan umum.
Tekanan Inflasi
Untuk menghindari kerusakan ban terlalu dini, tekanan ban haruslah sesuai
dengan yang direkomendasikan pabrik pembuatnya. Ban diusahakan mempunyai
tekanan inflasi yang tepat dan menghindari tekanan inflasi yang berlebihan.
Tekanan dalam ban atau tekanan inflasi minimum yang diperbolehkan
ditentukan dari kemungkinan meluncurnya ban terhadap pelek (sobeknya pentil
dari ban dalam). Ada tiga alasan utama pentingnya menjaga tekanan inflasi yang
tepat. Alasan pertama adalah keamanan. Tekanan ban yang terlalu rendah dapat
membuat ban menjadi panas sedangkan bila terlalu tinggi dapat menyebabkan
buruknya mengemudi di jalan. Alasan kedua adalah ekonomi. Tekanan inflasi
yang berlebihan atau kurang dapat membuat ban cepat rusak dan perlu diganti
lebih sering. Alasan ketiga adalah lingkungan. Tekanan inflasi yang tepat dapat
membantu untuk menjaga efisiensi bahan bakar yang optimal. Hal ini dapat
membuat emisi CO2 yang keluar dari kendaraan lebih rendah sehingga lebih
ramah lingkungan.
9
Ban yang beroperasi pada beban maksimum akan memberikan kemampuan
terburuk. Hal ini juga mempengaruhi luas kontak ban yang dihasilkan menjadi
kecil sehingga terjadi efek pemadatan tanah dan nilai sinkage menjadi lebih besar.
Konstruksi Ban
Menurut McAllister (1983), pemakaian serat radial pada angka mobilitas
yang sama memberikan nilai koefisien tahanan gelinding (CRR) yang lebih rendah
dibandingkan serat lintang. Hal ini disebabkan karena kelenturan ban serat radial
lebih luwes dalam usaha mendukung sejumlah beban dibandingkan dengan ban
serat lintang pada beban yang sama. Sehingga konstruksi ban pada akhirnya juga
berpengaruh pada nilai sinkage.
Hubungan Traksi dengan Luas Kontak Ban
Menurut Mandang dan Nishimura (1991), traksi dapat diperoleh sebagai
reaksi dari roda penggerak melawan tanah yang sangat bergantung pada keadaan
dan kualitas dari tanah, sedangkan Liljedahl (1979) mendefinisikan traksi sebagai
gaya dorong yang dapat dihasilkan oleh roda penggerak atau alat traksi lainnya.
Besarnya gaya traksi dari suatu alat traksi dapat diduga dengan menggunakan
persamaan berikut.
F = AC + W tan ..............................................................
(1)
Dimana :
F = gaya traksi (kgf)
A = luas kontak roda dan tanah (cm2)
C = kohesi tanah (kgf/cm2)
W = total beban (kgf)
= sudut gesekan dalam (°)
Dari persamaan tersebut menunjukkan bahwa gaya traksi untuk tanah
tertentu dapat ditingkatkan dengan memperbesar luas kontak roda dengan tanah
(A) dan atau menambah beban traktor (W).
METODE
Lokasi dan Waktu
Tempat pelaksanaan penelitian adalah di Laboratorium Lapang Siswadhi
Soepardjo Departemen Teknik Mesin dan Biosistem Fakultas Teknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor. Penelitian ini telah dilaksanakan selama 4 bulan,
terhitung dari bulan September 2012 hingga bulan Desember 2012.
10
Bahan dan Alat
Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah bahan bakar solar.
Alat dan Mesin
Alat dan mesin yang digunakan dalam penelitian ini adalah Traktor kubota
L3608, timbangan, komputer, kamera, ring sampler, penetrometer, dan oven
pengering.
Peralatan dan mesin yang digunakan pada penelitian ini seperti terlihat
pada gambar berikut.
Gambar 8 Traktor Kubota L3608
Gambar 9 Alat pengambil sampel tanah
(a)
(b)
Gambar 10 Timbangan digital (a) dan oven pengering (b)
11
Prosedur Penelitian
Prosedur penelitian yang dilakukan secara ringkas dapat dilihat pada gambar 11.
Gambar 11 Diagram prosedur penelitian
12
Kegiatan penelitian dilakukan di lapangan dan di laboratorium. Kegiatan
yang dilakukan di lapangan adalah:
1) Pengukuran kondisi lahan dan pengambilan sampel tanah
2) Pengambilan foto luas kontak ban dan sudut lug
3) Pengukuran sinkage
Adapun kegiatan penelitian yang dilakukan di laboratorium dan setelah
penelitian di lapangan adalah
1) Perhitungan nilai kadar air tanah
2) Perhitungan luas kontak ban
3) Perhitungan sudut lug.
Persiapan Bahan, Alat, dan Lintasan Uji
Sebelum dilakukan pengujian terlebih dahulu disiapkan bahan dan alat
untuk melakukan pengujian. Lakukan pengecekan kondisi traktor. Hal ini
bertujuan agar saat pengujian tidak timbul kesalahan baik teknis maupun non
teknis.
Lintasan uji yang digunakan adalah aspal dan tanah. Lintasan uji yang
digunakan dapat dilihat pada gambar 12. Lintasan uji yang akan digunakan
dibersihkan terlebih dahulu dari rumput-rumput yang mungkin ada maupun
benda-benda asing yang dapat mengganggu jalannya pengujian. Lintasan uji
dipersiapkan dengan ukuran panjang 15 m dan lebar 3 m.
(a)
(b)
Gambar 12 Lintasan uji tanah (a) dan lintasan uji aspal (b)
Untuk pengujian pada lintasan tanah, terlebih dahulu dilakukan pengukuran
kondisi lahan pada tempat pengujian. Tahanan penetrasi tanah diukur agar
kekerasan tanah dapat diketahui dengan baik. Pengukuran penetrasi tanah
menggunakan penetrometer analog dengan menentukan 5 titik pengukuran secara
acak pada kedalaman tanah 0, 5, 10, 15, dan 20 cm. Kegiatan pengukuran tahanan
penetrasi seperti yang ditunjukkan pada gambar 13 (a). Untuk mengukur kadar air
tanah, terlebih dahulu ditentukan 5 titik pengambilan sampel pada lintasan yang
akan dilewati traktor dengan selang kedalaman pengambilan sampel tanah adalah
pada 0-10 cm. Kegiatan pengambilan sampel tanah seperti yang ditunjukkan pada
gambar 13 (b).
13
(a)
(b)
Gambar 13 Pengambilan data tahanan penetrasi tanah (a) dan pengambilan
sampel tanah (b)
Cara penetapan kadar air tanah dilakukan dengan cara gravimetrik. Pada
penentuan kadar air ini, sejumlah tanah basah dikeringkan dalam oven pada suhu
antara 100°C sampai 110°C untuk waktu tertentu. Untuk menghitung kadar air
tanah dapat menggunakan persamaan:
KA =
Dimana:
x 100% ....................................................... (2)
KA = kadar air (%)
mb = massa tanah awal (g)
ma = massa tanah akhir (g)
Pengukuran Luas Kontak Ban dengan Permukaan Jalan
Pengukuran luas kontak ban dilakukan pada jalan aspal dan tanah. Pada saat
pengukuran, kondisi traktor dalam keadaan diam. Pengukuran dilakukan pada
salah satu ban belakang traktor. Pengukuran difokuskan pada ban belakang traktor
dikarenakan traksi yang dihasilkan oleh ban belakang traktor lebih besar
dibanding ban depan.
Untuk mempermudah pengukuran pada jalan aspal, digunakan kertas yang
ditaruh diantara permukaan jalan dan ban (gambar 14). Ban traktor yang berbekas
pada kertas kemudian difoto dengan menggunakan skala tertentu. Pengambilan
foto dilakukan menggunakan kamera handphone 5 Megapixel dengan ketinggian
pengambilan foto sekitar 65 cm. Selain itu juga diberikan tanda pada bagian ban
dan kertas yang benar-benar kontak dengan permukaan jalan sebagai koreksi.
14
(a)
(b)
Gambar 14 Pengukuran luas kontak ban traktor pada jalan aspal (a) dan tapak
ban traktor di kertas (b)
Pada pengukuran di tanah, pengukuran dilakukan pada tapak ban yang ada
di tanah. Pengukuran dilakukan menggunakan foto dengan skala yang sudah
ditetapkan di lapangan. Pengukuran luas kontak ban di tanah dapat dilihat pada
gambar 15. Selain pengukuran luas kontak, dilakukan juga pengukuran sudut lug.
(a)
(b)
Gambar 15 Pengukuran luas kontak ban traktor di tanah (a) dan jejak ban
traktor di tanah (b)
Foto yang didapatkan dari pengukuran di lapangan selanjutnya diproses
menggunakan software ImageJ untuk mengetahui luas kontak ban dan sudut lug
dari foto yang diambil di lapangan. Untuk menghitung sudut lug terlebih dahulu
ditentukan garis tengah dari gambar.
Pada saat pengukuran luas kontak ban, dilakukan juga pengukuran sinkage
yang dihasilkan dari tapak ban traktor.
Pengolahan Gambar dengan software ImageJ
Foto yang dihasilkan di lapangan selanjutnya diproses dengan menggunakan
image processor yaitu ImageJ. ImageJ membantu untuk mengukur luasan dan
15
sudut yang diinginkan pada foto. Adapun metoda pengolahan data menggunakan
ImageJ, adalah :
(1) Membuka file (Open) :
Aktifkan software ImageJ, kemudian klik Open untuk membuka file
gambar yang akan diukur
Gambar 16 Tahap Open file
(2)
Mengatur skala pada gambar
Tahap selanjutnya adalah mengatur skala pada gambar terhadap
software ImageJ. Pada penelitian ini proses skala acuan dilakukan
terhadap penggaris dengan ketelitian 1 cm. Caranya adalah
membuat garis lurus terhadap gambar kemudian klik Analyze; Set
scale. Pada windows set scale masukkan parameter di know
distance = 1 dan cm di kolom unit of length.
Gambar 17 Pengaturan skala ukuran
(3)
Polygon
Perintah Polygon berfungsi untuk membatasi area pengukuran
sebesar luas Polygon yang dibuat.
16
Gambar 18 Proses Polygon
(4)
Measure
Dari luas Polygon yang dibuat, lakukan proses pengukuran pada
gambar dengan perintah Measure.
Gambar 19 Proses Measure
Untuk mengukur sudut lug, harus ditentukan terlebih dahulu garis tengah
pada gambar. Kemudian menggunakan perintah angle tool untuk menandai sudut
yang akan diukur. Setelah itu menggunakan perintah measure untuk menghitung
sudut lug pada gambar.
Perhitungan dan Analisis Data
Data yang diperoleh dari pengukuran-pengukuran yang telah dilakukan
selanjutnya dianalisis dengan menggunakan persamaan-persamaan. Hasil yang
didapatkan berupa data kondisi tanah, sinkage, luas kontak ban dengan permukaan
jalan, dan sudut lug. Setelah itu luas kontak ban dari hasil pengukuran di lapangan
dibandingkan dengan luas kontak ban teoritis.
Luas kontak ban secara teoritis dihitung menggunakan persamaan 3.
17
A = bc x lc
................................................................
Dimana : A = luas kontak ban (m2)
bc = lebar kontak ban (m)
lc = panjang kontak ban (m)
(3)
Panjang kontak ban dan lebar kontak ban pada permukaan yang keras
dihitung menggunakan persamaan 4 dan 5 (Ziani dan Biarez (1990) dalam
Saarilahti (2002))
lc = 2 [2rδ - δ 2] 0.5
................................................................
(4)
Dimana :
d = diameter ban traktor (m)
δ = defleksi ban traktor (m)
bc = 2 [2rbδ - δ 2] 0.5
................................................................
Dimana :
rb = jari-jari transversal ban traktor (m)
δ = defleksi ban traktor (m)
rb = b/2
Dimana :
................................................................
b = lebar ban traktor (m)
Gambar 20 Panjang kontak ban pada permukaan yang keras
(5)
(6)
18
Gambar 21 Lebar kontak ban pada permukaan yang keras
Panjang kontak ban dan lebar kontak ban pada permukaan yang lunak
dihitung menggunakan persamaan 7 dan 8 (Ziani dan Biarez (1990) dalam
Saarilahti (2002)).
lc = 2 [2rz - z 2] 0.5
................................................................
(7)
Dimana :
r = jari-jari ban traktor (m)
z = sinkage (m)
bc = 2 [2rb z - z 2] 0.5
Dimana :
................................................................
rb = jari-jari transversal ban traktor (m)
z = sinkage (m)
Gambar 22 Panjang kontak ban pada permukaan yang lunak
(8)
19
Gambar 23 Lebar kontak ban pada permukaan yang lunak
Analisis statistik dilakukan untuk mengetahui hubungan hasil pengukuran
luas kontak ban secara manual dengan pengukuran luas kontak ban menggunakan
ImageJ melalui regresi linier. Tingkat ketepatan dan ketelitian ditunjukkan dengan
melihat nilai korelasi garis regresi (kecenderungan data). Nilai pengukuran yang
baik jika nilai korelasinya lebih dari 80% (R2 ≥ 0.80). Menurut Usman dan Akbar
(2008), nilai R2 terbesar adalah +1 dan terkecil adalah -1. Untuk R2 = +1 disebut
hubungan positif sempurna dan hubungannya linier langsung sangat tinggi.
Sebaliknya jika nilai R2 = -1 disebut hubungannya negatif sempurna dan
hubungannya tidak langsung sangat tinggi. Nilai R2 tidak mempunyai satuan
(dimensi). Makna dari nilai R2 yang dihitung dapat diinterpretasikan dengan tabel
1.
Tabel 1 Interpretasi dari nilai R2 (Usman dan Akbar, 2008)
R2
0
0.01-0.20
0.21-0.40
0.41-0.60
0.61-0.80
0.81-0.99
1
Interpretasi
Tidak berkorelasi
Sangat rendah
Rendah
Agak rendah
Cukup tinggi
Tinggi
Sangat tinggi
HASIL DAN PEMBAHASAN
Kondisi Tanah pada Lokasi Penelitian
Tanah pada lahan tersebut adalah jenis latosol coklat kemerahan (Setiawan
dkk., 2002). Tekstur tanah didominasi oleh liat. Menurut Hardjowigeno (2003),
20
tanah-tanah liat umumnya mempunyai indeks plastisitas yang tinggi. Tanah yang
bertekstur liat mempunyai kemampuan menahan air dan menyediakan unsur hara
yang tinggi karena memiliki permukaan yang lebih besar. Menurut Soepardi
(1983) tanah dengan tekstur liat yang tinggi membuat tanah menjadi sukar/berat
diolah karena tanah liat bila terlalu kering akan menggumpal dan keras serta pada
keadaan basah nilai kelengketan pada roda traktor akan semakin tinggi.
Pada lintasan tanah dilakukan 3 kali pengukuran dengan kadar air tanah
rata-rata 35.31%, 42.77%, dan 47.69%. Kondisi kadar air yang berbeda dalam
satu lokasi dikarenakan perubahan cuaca saat kegiatan pengambilan data. Data
kadar air untuk tiap titik pengukuran selengkapnya disajikan pada lampiran 5
sampai 7. Kadar air yang berbeda juga berpengaruh terhadap tahanan penetrasi
tanah. Data kondisi tanah pada lokasi penelitian dapat dilihat pada gambar 25 dan
data tahanan penetrasi untuk tiap titik pengukuran selengkapnya disajikan pada
lampiran 2 sampai 4.
Sebelum dilakukan kegiatan pengambilan data tahanan penetrasi, terlebih
dahulu dilakukan kalibrasi terhadap penetrometer SR-2 yang akan digunakan pada
penelitian ini. Data hasil kalibrasi penetrometer dapat dilihat pada gambar 24.
Gambar 25 menunjukkan bahwa kadar air tanah mempengaruhi tahanan
penetrasi. Tahanan penetrasi tanah menurun dengan meningkatnya kadar air
tanah. Hal ini dikarenakan semakin meningkatnya kadar air maka kekuatan tanah
akan berkurang sehingga gaya yang dibutuhkan alat untuk menembus tanah
dengan luas kerucut yang sama akan semakin rendah. Pada kadar air tanah
47.69% tahanan penetrasi tanah terus meningkat pada setiap kedalaman
pengukuran. Pada kadar air 35.31% dan 42.77% penetrasi tanah menurun pada
kedalaman 10 dan 15 cm kemudian nilai penetrasi naik lagi pada kedalaman 20
cm. Hal ini dapat disebabkan adanya pori pada kedalaman tanah tersebut,
sehingga tekanan alat tidak maksimal dan menyebabkan penurunan nilai.
Nilai tahanan penetrasi di lintasan uji ini cukup tinggi dikarenakan sebelum
penelitian ini dilakukan, traktor berkali-kali melintasi lahan ini sehingga
dimungkinkan terjadinya pemadatan.
Gambar 24 Grafik kalibrasi penetrometer
21
Gambar 25 Grafik tahanan pentrasi
Hasil Pengukuran Luas Kontak Ban pada Permukaan Jalan yang Berbeda
Hasil visualisasi luas kontak ban diambil dengan menggunakan kamera
handphone 5.0 Megapixel. Visualisasi dilakukan dengan metoda fotografi yang
kemudian diolah dengan media software yaitu ImageJ menggunakan metode
scaling image terhadap ketelitian penggaris pada hasil foto. Adapun hasil dari
olahan gambar menggunakan software ImageJ seperti pada gambar 26 sampai
dengan 29.
(a)
(b)
Gambar 26 Luas kontak ban di aspal sebelum diolah dengan ImageJ (a) dan
luas kontak ban di aspal setelah diolah dengan ImageJ (b)
22
(a)
(b)
Gambar 27 Luas kontak ban di tanah dengan kadar air 35.31% sebelum diolah
dengan ImageJ (a) dan luas kontak ban di tanah dengan kadar air
35.31% setelah diolah dengan ImageJ (b)
(a)
(b)
Gambar 28 Luas kontak ban di tanah dengan kadar air 42.77% sebelum diolah
dengan ImageJ (a) dan luas kontak ban di tanah dengan kadar air
42.77% setelah diolah dengan ImageJ (b)
23
(a)
(b)
Gambar 29 Luas kontak ban di tanah dengan kadar air 47.69% sebelum diolah
dengan ImageJ (a) dan luas kontak ban di tanah dengan kadar air
47.69% setelah diolah dengan ImageJ (b)
Dari gambar 30 dapat dibandingkan bahwa luas kontak ban yang dihasilkan
pada jalan aspal lebih kecil dibandingkan pada jalan tanah. Nilai luas kontak ban
untuk jalan aspal dengan jalan tanah kadar air 35.31% tidak terlalu jauh
perbedaannya. Hal tersebut dikarenakan kedua permukaan jalan tersebut keras.
Pada permukaan yang keras hanya lug yang berinteraksi dengan tanah. Untuk
semua kondisi permukaan pada penelitian ini, hanya lug yang berinteraksi dengan
tanah akan tetapi masuknya lug ke tanah berbeda untuk setiap kondisi permukaan.
Dari data tersebut dapat dilihat bahwa luas kontak yang dihasilkan pada
permukaan tanah meningkat dengan meningkatnya kadar air tanah. Kadar air
tanah yang meningkat menyebabkan kekuatan tanah menjadi berkurang sehingga
lug traktor bisa masuk lebih dalam ke tanah yang menyebabkan luas kontak ban
dengan tanah menjadi lebih besar nilainya.
Gambar 30 Nilai luas kontak ban untuk setiap kondisi permukaan plot uji
24
Nilai luas kontak ban yang dihasilkan tiap pengukuran cukup bervariasi
seperti yang ditunjukkan pada lampiran 8 dan 9. Standar deviasi nilai luas kontak
ban untuk permukaan aspal, tanah dengan kadar air 35.31%, tanah dengan kadar
air 42.77%, dan tanah dengan kadar air 47.69% berturut-turut adalah 11.64 cm2,
16.23 cm2, 20.04 cm2, dan 18.01 cm2.
Hubungan Sinkage dengan Luas Kontak Ban
Data pada tabel 3 menunjukkan bahwa nilai sinkage yang dihasilkan
semakin besar dengan meningkatnya kadar air. Hal ini dikarenakan dengan
meningkatnya kadar air, tahanan penetrasi tanah akan semakin berkurang.
Tahanan penetrasi tanah yang berkurang menunjukkan gaya penahanan dari tanah
yang semakin rendah sehingga dengan gaya yang konstan yaitu berdasarkan bobot
traktor maka ketenggelaman ban traktor (sinkage) akan semakin besar. Nilai
sinkage menunjukkan permukaan tanah yang turun akibat gaya dari luar. Semakin
turun permukaan tanah menunjukkan lug semakin masuk ke dalam tanah sehingga
luas kontak antara tanah dan ban meningkat.
Pada permukaan aspal dan tanah dengan kadar air 35.31%, perhitungan
panjang kontak dan lebar kontak menggunakan persamaan 4 dan 5 karena
permukaan jalan yang keras. Nilai defleksi yang didapat pada lintasan aspal dan
tanah dengan kadar air 35.31% yaitu sebesar 2.3 cm. Nilai defleksi yang sama
tersebut membuat nilai luas kontak teoritis yang didapatkan juga sama yaitu
sebesar 555.13 cm2. Pada permukaan aspal dan tanah dengan kadar air 35.31%,
nilai luas kontak aktual dan teoritis cukup jauh perbedaannya. Perbedaan yang
besar tersebut menunjukkan ada faktor lain yang tidak diperhitungkan dalam
rumus Ziani dan Biarez seperti jenis ban. Ban yang digunakan dalam penelitian
Ziani dan Biarez adalah jenis ban tanpa lug sehingga nilai luas kontak teoritis
yang didapat lebih besar dibandingkan nilai luas kontak aktual.
Pada permukaan tanah dengan kadar air 42.77% dan 47.69%, perhitungan
panjang kontak dan lebar kontak menggunakan persamaan 7 dan 8 karena
permukaan jalan yang lunak. Nilai luas kontak teoritis meningkat dengan
meningkatnya nilai sinkage. Pada permukaan tanah dengan kadar air 42.77% dan
47.69%, nilai luas kontak aktual dengan teoritis cukup jauh perbedaannya.
Perbedaan nilai yang cukup besar tersebut dapat disebabkan beberapa faktor
seperti kondisi tanah maupun kondisi dan bentuk lug ban.
Tabel 2 Perbandingan luas kontak aktual dengan luas kontak teoritis pada
permukaan keras
Permukaan
Aspal
Tanah KA 35.31%
Defleksi ban
(cm)
2.3
2.3
A aktual
(cm2)
120.92
131.59
A teoritis
(cm2)
555.13
555.13
25
Tabel 3 Perbandingan luas kontak aktual dengan luas kontak teoritis pada
permukaan lunak
Permukaan
Kadar air
(%)
Sinkage
(cm)
A aktual
(cm2)
A teoritis
(cm2)
Tanah
42.77
47.69
0.68
2.66
242.52
363.46
169.72
637.15
Hasil penelitian yang didapatkan oleh penulis dibatasi oleh kondisi tanah
pada lokasi penelitian yaitu jenis tanah latosol coklat kemerahan, tekstur tanah
didominasi liat pada tingkat kadar air tanah 35.31%, 42.77%, 47.69% dan ban
traktor yang digunakan adalah ban radial dengan ukuran 12.4-24 yang
dipasangkan pada traktor Kubota L3608.
Uji Ketepatan Metoda ImageJ
Keakuratan data merupakan bagian penting dalam suatu penelitian, karena
hal ini menjadi dasar terhadap pembahasan yang akan disampaikan. Penggunaan
software pada saat ini untuk mempermudah pekerjaan penelitian banyak
dilakukan. Dengan menggunakan software, hal yang ingin didapatkan adalah
kecepatan dalam mengolah data dan keakuratan data yang tinggi. Untuk
mendapatkan keakuratan dari software maka dapat dilakukan uji ketepatan.
Langkah yang dilakukan untuk melakukan uji tersebut maka dengan
membandingkan hasil pengukuran dengan software dan pengukuran secara
manual (tabel 4).
Tabel 4 Perbandingan luas kontak pengukuran manual dengan luas kontak
menggunakan ImageJ
No.
1
2
3
4
5
Ratarata
Luas kontak
menggunakan
ImageJ
(cm2)
117.93
108.40
116.24
138.60
127.68
Luas kontak
pengukuran
manual
(cm2)
108.10
101.65
104.76
130.60
123.44
121.77
113.71
Selisih
(cm2)
9.83
6.75
11.48
8.00
4.24
8.06
Data yang digunakan sebagai uji ketepatan metoda ImageJ adalah
pengukuran luas kontak ban di aspal dengan pengulang pengambilan data
sebanyak lima kali. Berdasarkan hasil data pada tabel di atas selisih nilai dari
rata–rata pengukuran dengan software dan manual adalah 8.06 cm2.
26
Gambar 31 Hubungan antara luas kontak pengukuran manual dengan luas kontak
menggunakan ImageJ
Untuk memudahkan menganalisis hubungan antara luas kontak pengukuran
menggunakan software dan manual maka dibuatlah kurva regresi. Berdasarkan
analisis regresi, pengukuran luas kontak ban menggunakan software dengan
pengukuran luas kontak ban secara manual memiliki hubungan yang cenderung
linier yang ditunjukkan dengan nilai koefisien determinasi (R2) sebesar 0.95. Hal
ini berarti 95.4% data dari pengukuran menggunakan software dapat menjelaskan
pengukuran secara manual.
Berdasarkan data pengukuran luas kontak manual dengan luas kontak
menggunakan ImageJ diperoleh confidence interval antara 4.60 cm2 sampai
dengan 11.52 cm2, artinya selang perkiraan nilai-nilai yang kemungkinan akan
mencakup parameter populasi yang tidak diketahui berkisar antara 4.60 cm2
sampai dengan 11.52 cm2 dengan tingkat kepercayaan sebesar 95%.
Berdasarkan uraian di atas maka penggunaan software ImageJ dalam
melakukan pengukuran melalui gambar secara digital dapat digunakan dalam
penelitian ini. Dengan mengkalibrasi garis gambar dengan ukuran sebenarnya
maka keakuratan data yang didapatkan dapat mewakili nilai pengukuran secara
manual.
Pengukuran luas kontak ban menggunakan software ImageJ memiliki
kelebihan yaitu relatif lebih cepat dalam pengambilan data di lapangan dan
pengolahan data serta memiliki tingkat keakuratan yang cukup tinggi dengan
terlebih dahulu menentukan skala di lapangan.
Hasil Pengukuran Sudut Lug pada Permukaan Jalan yang Berbeda
Hasil visualisasi sudut lug ban diambil dengan menggunakan kamera
handphone 5.0 Megapixel. Visualisasi dilakukan dengan metoda fotografi yang
kemudian diolah dengan media prangkat lunak ImageJ. Proses hasil dari olahan
gambar menggunakan software ImageJ tersaji pada gambar 32 sampai dengan 35.
27
Gambar 32 Sudut lug di aspal setelah diolah dengan ImageJ
Gambar 33 Sudut lug di tanah dengan kadar air 35.31% setelah diolah dengan
ImageJ
28
Gambar 34 Sudut lug di tanah dengan kadar air 42.77% setelah diolah dengan
ImageJ
Gambar 35 Sudut lug di tanah dengan kadar air 47.69% setelah diolah dengan
ImageJ
Dari gambar 36 dapat dibandingkan bahwa nilai sudut lug pada tapak ban
traktor yang dihasilkan pada lintasan aspal lebih kecil dibandingkan lintasan
tanah. Nilai rata-rata sudut lug tapak ban traktor terbesar dihasilkan oleh
permukaan tanah dengan kadar air 47.69% yaitu sebesar 37.25° dan nilai rata-rata
sudut lug terkecil dihasilkan oleh permukaan aspal yaitu sebesar 25.52°. Nilai
sudut lug pada tapak ban traktor pada penelitian ini berubah-ubah dan memiliki
29
kecenderungan bertambah nilainya dengan meningkatnya kadar air tanah.
Meningkatnya kadar air tanah menyebabkan luas kontak lug bertambah dan
menyebabkan sudut lug dengan garis tengah tapak ban semakin tumpul atau
semakin besar.
Gambar 36 Nilai sudut lug untuk setiap kondisi permukaan plot uji
Gambar 37 Grafik hubungan luas kontak ban dan sudut lug
Sudut lug pada ban traktor adalah 30°. Kadar air yang meningkat
menyebabkan lug ban semakin masuk ke dalam tanah. Seharusnya semakin masuk
lug ban ke dalam tanah, nilai sudut lug konstan akan tetapi berdasarkan
pengamatan di lapangan, lug bagian bawah atau yang paling dekat dengan
permukaan jalan memiliki kondisi sisi-sisi yang terkikis permukaan jalan
sehingga berpengaruh terhadap nilai sudut lug yang dihasilkan pada tapak ban.
30
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
1. Pengukuran luas kontak ban yang dilakukan pada berbagai jenis permukaan
menunjukkan nilai yang berbeda. Nilai rata-rata luas kontak ban pada jalan
aspal adalah 121.77 cm2, nilai rata-rata luas kontak ban pada jalan tanah
dengan kadar air 35.31% adalah 133.20 cm2, nilai rata-rata luas kontak ban
pada jalan tanah dengan kadar air 42.77% adalah 242.82 cm2, dan nilai ratarata luas kontak ban pada jalan tanah dengan kadar air 47.69% adalah
364.40 cm2.
2. Nilai rata-rata sinkage yang didapat pada jalan tanah dengan kadar air
42.77% adalah 0.68 cm dan pada jalan tanah dengan kadar air 47.69% nilai
rata-rata sinkage adalah 2.66 cm.
3. Nilai luas kontak teoritis dipengaruhi oleh nilai sinkage pada permukaan
lunak dan defleksi ban pada permukaan yang keras.
4. Nilai luas kontak aktual dan teoritis yang dihasilkan pada jalan tanah dengan
kadar air 42.77% dan 47.69% memiliki perbedaan yang besar dan nilai luas
kontak aktual dan teoritis berbanding lurus dengan kadar air tanah dan
sinkage.
5. Nilai rata-rata sudut lug pada tapak ban di jalan aspal adalah 25.52°, nilai
rata-rata su