Pengambilan contoh tanah dan uji sinkage dilakukan selama tiga hari di Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo dimulai dari pukul enam pagi sampai dengan selesai. Tabel 4 memberikan memberikan informasi berupa sifat fisik dan mekanik tanah.
Tabel 4 Sifat fisik dan mekanik tanah Hari ka 0-5 cm (%) ka 5-10 cm (%) Db 0-5 cm (g/cm3) Db 5-10 cm (g/cm3) Suhu (Ā°C) RH (%) 1 29.93 30.28 2.11 2.26 29.9 64.3 2 34.18 34.19 2.15 2.31 25.3 78.3 3 29.16 31.15 2.03 2.20 25.9 72.1
12
Tanah terbagi menjadi tiga fraksi yaitu pasir, debu dan liat. Penentuan klasifikasi tanah dapat dilakukan dengan melakukan proporsi presentasi dari masing-masing fraksi. Penentuan klasifikasi tanah juga dapat ditentukan berdasarkan indeks plastisitasnya. Berdasarkan sistem klasifikasi tanah USCS (Unified Soil Clasification System) (Gambar 9), maka tanah di Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo dapat ditentukan jenis tanahnya. Tabel 5 memberikan informasi mengenai fraksi tanah di Laboratorium Lapangan Siswadhi Sopardjo dengan indeks plastisitas sebesar 17.83%, dengan begitu maka dapat ditentukan jenis tanah tersebut berada antara garis-A dan garis-U yang merupakan jenis tanah lempung berliat dengan symbol CL/OL.
Tabel 5 Indeks plastisitas dan ukuran fraksi tanah Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo
Fraksi tanah Presentase (%)
Fraksi kasar (partikel>0.075 mm) 76.96 Fraksi halus (partikel<0.075 mm) 23.04
Batas cair 36.65
Batas plastis 18.82
Indeks plastisitas 17.83
13 Pengaruh Parameter Terhadap Kedalaman Tekan (Sinkage) Plat Besarnya sinkage roda traktor di lahan dapat diduga dengan menggunakan
plate sinkage test, besarnya sinkage di lahan dipengaruhi oleh sifat-sifat fisik dan
mekanik tanah. Parameter yang digunakan untuk menduga besarnya sinkage di antaranya tahanan penetrasi tanah, kadar air tanah, densitas tanah, luas plat, dan indeks rasio bentuk plat.
Kekuatan tanah adalah kemampuan dari suatu tanah pada kondisi tertentu untuk melawan gaya yang bekerja. Kekuatan tanah dapat juga dikatakan sebagai kemampuan suatu tanah untuk mempertahankan diri dari deformasi atau regangan. Kekuatan tanah (soil strength) bervariasi secara sistematik menurut kadar air dan kerapatan tanah, selain dapat juga berubah karena tekstur tanah (Mandang dan Nishimura 1991).
Uji penetrasi tanah sering digunakan untuk mempelajari sifat-sifat tanah terhadap gaya yang diberikan. Uji penetrasi juga dilakukan untuk mengetahui besarnya tahanan penetrasi tanah yang merupakan kekuatan tanah terhadap gaya-gaya dari luar. Berdasarkan pada Gambar 10, hubungan antara kadar air dengan tahanan penetrasi yaitu berbanding terbalik, di mana semakin meningkatnya kadar air tanah justru menurunkan tahanan penetrasi tanah begitu juga sebaliknya. Berdasarkan data tersebut pula, dapat dilihat bahwa semakin dalam penetrasi yang dilakukan, maka tahanan penetrasi yang ditimbulkan semakin besar. Semakin dalam suatu lapisan tanah, besarnya kepadatan tanah itu sendiri semakin besar. Berdasarkan hasil penelitian Bontong (2009) mengenai pengaruh kepadatan dan kadar air tanah terhadap penetrasi pada tanah pasir, untuk tanah pasir maupun tanah lanau semakin tinggi kepadatan tanah, maka tahanan penetrasi akan semakin tinggi. Begitu juga dengan kadar air, pada tanah lanau semakin rendah kadar air maka tahanan penetrasi akan semakin tinggi. Berdasarkan data tersebut maka hubungan antara tahanan penetrasi terhadap kadar air tanah memiliki pola yang mudah dibaca sehingga penggunaan parameter kadar air saja sudah dapat terkait dengan tahanan penetrasi secara tidak langsung. Selain itu, nilai kadar air dapat diperoleh dengan mudah menggunakan beberapa metode baik di lahan maupun di laboratorium.
14
15
16
17
18
19 Pengaruh luasan plat terhadap sinkage plat tersaji pada Gambar 11, 12, dan 13. Grafik pada Gambar 11 menunjukan besarnya sinkage plat pada tanah dengan kadar air 29.16%. Plat dengan luasan yang lebih kecil yaitu plat dengan ukuran 36 cm2, menghasilkan sinkage yang lebih besar bila dibandingkan dengan plat 50 cm2 pada pemberian gaya tekan yang sama hampir pada setiap indeks rasio bentuk kontak. Data pada Gambar 12 menunjukan perbedaan sinkage plat pada kedua luasan plat hanya terdapat pada beberapa indeks rasio kontak, yaitu pada k1, k5,
k6 dan k7. Plat dengan konstanta selain yang disebutkan tadi memiliki besarnya sinkage yang tidak terlalu berbeda. Grafik pada Gambar 13 justru tidak terlihat
adanya perbedaan sinkage yang signifikan antara plat 36 cm2 dengan plat 50 cm2, perbedaan hanya terjadi pada beberapa plat saja, sisanya memiliki sinkage yang hampir sama. Perbedaan sinkage hanya terjadi pada plat dengan k2 dan k6, itupun tidak memiliki perbedaan yang terlalu besar.
Secara signifikan hampir pada setiap parameter (kadar air dan indeks rasio bentuk), sinkage plat pada luas yang lebih kecil memiliki nilai yang lebih besar pada pemberian tekanan yang sama. Awalnya kedua plat memiliki sinkage plat yang hampir sama pada kedalaman rendah, namun perbedaan sinkage mulai terlihat pada kedalaman 6 cm dan seterusnya. Bila diperhatikan, besarnya perbedaan sinkage antara plat dengan luasan yang berbeda semakin tidak terlihat seiring meningkatnya kadar air. Berdasarkan data tersebut, pada sinkage yang sama, gaya yang diberikan pada luasan plat yang lebih kecil akan lebih rendah bila dibandingkan dengan plat yang lebih besar. Penggunaan plat dengan luas yang berbeda juga mempengaruhi penetrasi ke dalam tanah. Berdasarkan teori yang ada di mana semakin kecil luas penampang suatu benda, maka dengan gaya tekan yang sama tekanan yang dihasilkan akan semakin besar. Data di atas juga menunjukan hal yang sama, yaitu dengan semakin kecilnya luas penampang maka tekanan yang dibutuhkan untuk mencapai kedalaman plat yang sama akan semakin besar. Data tersebut juga sesuai dengan hasil dari penelitian Gotteland and Benoit (2006) yaitu nilai rata-rata tekanan yang dihasilkan meningkat seiring dengan kecilnya luasan plat pada kedalaman yang sama.
Gambar 14 dan Gambar 15 menampilkan hubungan kadar air terhadap
sinkage plat, di mana dengan meningkatnya kadar air maka kedalaman yang bisa
dicapai oleh plat akan lebih besar pada tekanan yang sama. Sinkage plat pada kadar air 29.16% pada kedua gambar bernilai lebih kecil dibanding kadar air yang 34.18% pada tekanan yang sama. Secara umum perbedaan sinkage plat terjadi pada kedalaman di bawah 4 cm. Grafik pada Gambar 14 menunjukan sinkage plat ukuran 36 cm2 pada perbedaan kadar air di mana sinkage plat lebih besar terjadi pada tanah dengan kadar air lebih tinggi atau pada kadar air 34.18% pada tekanan yang sama. Grafik pada plat 36 cm2 terlihat besarnya sinkage yang semakin merenggang seiring besarnya tekanan yang diberikan. Hal ini karena penambahan kandungan air pada tanah kering tidak selalu diikuti dengan penambahan volume. Gas di dalam ruang pori pada tanah berpasir dan berdebu dapat digantikan oleh cairan tanpa harus mengalami peningkatan volume (Mandang dan Nishimura 1991).
Secara umum kadar air yang lebih tinggi menghasilkan sinkage yang lebih tinggi. Hal ini karena semakin tinggi tingkat kadar air maka kepadatan tanah akan semakin rendah karena pori-pori dalam tanah semakin besar. Pada tanah dengan kadar air yang rendah pori-pori tersebut akan kosong sehingga tanah akan lebih
20
mudah terjadi pemadatan ketika diberikan gaya dari luar. Besarnya kadar air dalam tanah juga dipengaruhi oleh banyaknya fraksi yang terkandung dalam tanah, jika terdapat banyak liat pori-pori tanah akan kecil karena fraksi liat memiliki ukuran partikel yang seragam sehingga sedikitnya pori yang yang ada di dalam tanah.
21 Indeks rasio bentuk digunakan sebagai salah pendekatan dalam pembuatan model sinkage. McKeys and Fan (1985) menunjukan bahwa menggunakan dimensi plat yang lebih banyak, , memberikan nilai yang lebih akurat dalam penentuan konstanta kc, kļ¦, dan n pada teori Bekker (1960). Gambar 16 menunjukan hubungan antara sinkage terhadap indeks rasio bentuk. Grafik pada plat 36 cm2 memiliki grafik yang menyebar, di mana semakin besar tekanan yang diberikan maka perbedaan sinkage antar indeks rasio bentuk semakin signifikan. Plat dengan indeks rasio bentuk yang semakin besar memiliki sinkage yang rendah pada tekanan yang sama. Berbeda dengan plat 36 cm2, plat 50 cm2 justru tidak terlihat adanya perbedaan yang signifikan antar indeks rasio bentuk. Berdasarkan Gambar 16, plat dengan k7 memiliki tekanan terbesar di antara indeks rasio bentuk lainnya, hal ini karena semakin besar nilai k maka semakin kecil lebar (b) dari plat yang digunakan sesuai Tabel 2 dan 3. Gotteland and Benoit (2006) menyatakan tekanan yang dihasilkan akan meningkat seiring dengan menurunnya lebar plat pada tingkat kedalaman yang sama.
Sinkage atau kedalaman tekan merupakan terjadinya penurunan permukaan
pada tanah akibat pembebanan yang diberikan. Pembebanan terjadi akibat gaya dari luar dengan mengabaikan distribusi dalam tanah. Penurunan pada permukaan tanah akan terus terjadi hingga tercapainya nilai keseimbangan antara gaya penahanan tanah dengan beban yang diberikan.
Sinkage pada plat dipengaruhi oleh sifat-sifat fisik dan mekanik tanah oleh
karena itu diperlukan data-data mengenai sifat fisik dan mekanik tanah yang mana telah dijelaskan pada bagian sebelumnya. Setiap sifat fisik dan mekanik tanah memiliki korelasi yang berbeda dan memiliki pengaruhnya terhadap sinkage plat, masing-masing parameter tidak bisa dipisahkan salah satunya karena pengaruh pada kondisi asli lapangan terjadi secara bersamaan.
Model Plate Sinkage
Model plate sinkage diperoleh dengan menggunakan analisis statistik regresi linear SPSS17. Menurut Wahyono (2009) analisis regresi linear pada
SPSS17 dapat digunakan untuk menentukan model yang paling sesuai untuk
pasangan data serta dapat digunakan untuk membuat model dan menyelidiki hubungan antara dua variabel atau lebih.
Pemodelan sinkage dilakukan agar mempermudah dalam penerapan pendugaan nilai sinkage traktor di lahan. Parameter yang perlu diinput pada model matematika ini (Tabel 6) yaitu banyaknya kadar air tanah dan besarnya tekanan penetrasi. Hal ini karena kadar air dan tekanan penetrasi sangat memiliki pengaruh terhadap besarnya nilai sinkage plat yang dihasilkan. Model ini digunakan untuk melakukan pendugaan nilai sinkage pada plat dengan variasi indeks rasio bentuk kontak.
22
Verifikasi Model
Tabel 7 menunjukan nilai koefiseien antara sinkage dari model dengan
sinkage plat observasi. Masing-masing model memiliki nilai koefisien yang
berbeda pada tiap indeks rasio bentuk. Model-model tersebut memiliki nilai koefisien yang mendekati 1 yang berarti besarnya nilai sinkage model mendekati nilai observasinya, sehingga model z1 hingga z7 dapat digunakan untuk memprediksi sinkage traktor berbasis plat. Model z1 adalah model dengan nilai koefisien sebesar yaitu 1.0272 yang berarti besarnya nilai sinkage model z1 memiliki nilai yang paling mendekati nilai sinkage observasi di antara model dengan indeks rasio bentuk lainnya. Grafik mengenai hubungan nilai koefisien tersebut dapat dilihat pada lampiran 1.
Model-model yang telah dideterminasi ini kemudian diverifikasi dengan cara membandingkan hasil pendugaan sinkage menggunakan model dengan
sinkage hasil observasi traktor dengan menginput data parameter traktor. Tabel 8
dan Tabel 9 menyajikan data besarnya nilai error antara sinkage observasi traktor baik itu dalam keadaan statis maupun dinamis terhadap sinkage traktor hasil pendugaan melalui model. Nilai error model terhadap nilai sinkage observasi memiliki nilai yang lebih kecil pada kondisi statis dibanding kondisi dinamis. Hal
Tabel 6 Model plat sinkage Indeks rasio bentuk Persamaan
k1 š§ 4 4 9 š 59 šš k2 š§ 7 6 6 š 69 šš k3 š§ 5 6 7 8 š 9 šš k4 š§4 7 7 88 š 7 šš k5 š§5 6 4 8 š 8 šš k6 š§6 8 š 94 šš k7 š§7 4 68 9 š 4 šš
Tabel 7 Koefisien hubungan antara sinkage observasi dengan sinkage model Model Nilai koefisien
Model z1 1.0272 Model z2 1.0482 Model z3 1.0386 Model z4 1.0425 Model z5 1.0495 Model z6 1.0355 Model z7 1.0471
23 ini karena mekanisme pembebanan pada pengukuran nilai sinkage dengan menggunakan metode plat sama dengan mekanisme yang terjadi pada pembebanan statis traktor. Traktor dalam kondisi dinamis, memiliki nilai sinkage yang lebih tinggi dari pada dalam kondisi statis. Suatu pemikiran yang timbul apabila pendugaan sinkage traktor pada kondisi dinamis didekati dengan metode
plate sinkage test, maka perlu ada suatu pertimbangan dengan memberikan faktor
koreksi tertentu.
Model yang diderivasi dari metode plat sinkage ini lebih baik bila digunakan untuk menduga sinkage traktor pada kondisi statis. Jika diperhatikan, nilai error terkecil antara nilai sinkage hasil observasi dengan nilai sinkage hasil pendugaan menggunakan model regresi terdapat pada model z2, baik untuk kondisi statis maupun dinamis.
Tabel 8 Besar error sinkage model terhadap sinkage observasi traktor statis ka 29.16% ka 29.93% ka 34.18% Model regresi z1 (1.71) (4.89) (4.11) z2 (1.67) (4.76) (3.51) z3 (1.65) (4.79) (3.80) z4 (1.73) (4.82) (3.58) z5 (1.96) (5.19) (4.74) z6 (2.22) (5.29) (3.94) z7 (1.85) (5.23) (5.57) Model Bekker roda depan z1 (5.94) (5.66) (-) z2 (3.04) (6.25) (-) z3 (4.87) (1.38) (-) z4 (22.90) (-) (19.59) z5 (6.78) (9.20) (-) z6 (6.47) (-) (7.34) z7 (0.66) (7.65) (-) Model Bekker roda belakang z1 (6.19) (5.98) (-) z2 (3.05) (6.50) (-) z3 (4.98) (1.15) (-) z4 (86.08) (-) (33.40) z5 (6.84) (9.31) (-) z6 (6.53) (-) (7.45) z7 (0.40) (7.76) (-)
24
Jika dibandingkan dengan model Bekker, nilai error yang terdapat pada model Bekker ada yang tidak memiliki nilai, hal ini karena pada perhitungan menggunakaan persamaan Bekker hasil yang diperoleh merupakan nilai yang tidak teridentifikasi, sehingga tidak ada nilai error yang dapat diperoleh. Hal tersebut juga membuktikan bahwa terdapat kelemahan pada persamaan Bekker.
Gambar 17 menyajikan perbandingan antara sinkage observasi traktor terhadap sinkage model pada perbedaan kadar air tanah. Pada gambar tersebut hanya digunakan dua model saja yaitu model z1 dan z2, karena model tersebut memiliki nilai yang paling mendekati sinkage observasi traktor. Hal ini diduga karena indeks rasio bentuk plat yang digunakan untuk menderivasi model tersebut adalah mendekati indeks rasio roda traktor (Tabel 10). Bila diamati dari grafik tersebut perbedaan antara model z1 dengan z2 tidak terlalu terlihat, namun besarnya nilai error pada model z2 memiliki nilai yang lebih kecil bila dibandingkan dengan model z1.
Tabel 9 Besar error sinkage model terhadap sinkage observasi traktor dinamis ka 29.16% ka 29.93% ka 34.18% Model regresi z1 (2.02) (6.33) (5.08) z2 (1.97) (6.20) (4.48) z3 (1.95) (6.23) (4.77) z4 (2.04) (6.27) (4.54) z5 (2.26) (6.64) (5.70) z6 (2.52) (6.74) (4.91) z7 (2.16) (6.68) (6.54) Model Bekker roda depan z1 (6.25) (7.10) (-) z2 (3.34) (7.70) (-) z3 (5.17) (2.83) (-) z4 (22.60) (-) (18.62) z5 (7.08) (10.65) (-) z6 (6.77) (-) (8.31) z7 (0.97) (9.10) (-) Model Bekker roda belakang z1 (6.49) (7.43) (-) z2 (3.35) (7.95) (-) z3 (5.29) (2.60) (-) z4 (85.78) (-) (32.43) z5 (7.14) (10.75) (-) z6 (6.83) (-) (8.42) z7 (0.70) (9.21) (-)
25
Gambar 17 Perbandingan sinkage observasi dengan sinkage model
0 2 4 6 8 10 12 14 ka 29.16% ka 29.93% ka 34.18% S in ka g e ( cm ) Model z1 z observasi statis z observasi dinamis z model regresi z Bekker roda depan z Bekker roda belakang
0 2 4 6 8 10 12 14 ka 29.16% ka 29.93% ka 34.18% S in ka g e (cm ) Model z2 z observasi statis z observasi dinamis z model regresi z Bekker roda depan z Bekker roda belakang
Tabel 10 Karakteristik roda traktor Kubota L3608 pada platform Dimensi roda traktor Roda depan Roda belakang
d vertikal (cm) 74.7 112.7
d horizontal (cm) 77.4 114.3
b (cm) 17.3 27.8
l (cm) 24.3 28.8
26