Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan judul “Desain Penetrometer Digital Berbasis Mikrokontroler ATmega 8535” adalah hasil karya saya sendiri dengan arahan dosen pembimbing akademik dan belum diajukan dalam bentuk apapun pada perguruan tinggi manapun. 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.
Bogor, Oktober 2012 Yang membuat pernyataan
Ahmad Muzani F 14070109
viii © Hak cipta milik Ahmad Muzani, tahun 2012
Hak cipta dilindungi
Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dari
Institut Pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam bentuk apapun, baik cetak, Foto kopi, mikrofilm, dan sebagainya
ix
BIODATA PENULIS
Ahmad Muzani, dilahirkan di Tegal dari pasangan H. Sukron Amin dan Hj Chomisah, merupakan anak ke 11 dari 11 bersaudara. Pada tahun 2000 penulis lulus dari SD Negeri Kajen 1 Kabupaten Tegal, pada tahun 2003 lulus dari SMPN 1 Kota Tegal dan lulus dari SMAN 1 Kota Tegal pada tahun 2007.
Penulis terdaftar di Fakultas Teknologi Pertanian, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem pada tahun 2007. Selama kuliah penulis mengikuti beberapa kegiatan mahasiswa yaitu Persatuan Tenis Meja (PTM) IPB sebagai anggota, Persatuan Tenis Meja Fakultas Teknologi Pertanian sebagai Ketua, Organisasi Daerah Tegal IPB sebagai wakil ketua , Himpunan Mahasiswa Teknik Pertanian bidang Public Relalationsip (PR) sebagai staf dan lain sebagainya. Penulis melaksanakan praktik lapangan pada tahun 2010 di UPTD Balai Budidaya Benih Kentang, Pangalengan, Bandung, Jawa Barat dengan judul “Mempelajari Aspek Mekanisasi Pertanian Budidaya Benih Kentang di UPTD Balai Budidaya Benih Kentang, Pangalengan, Bandung, Jawa Barat”. Penulis mempunyai olahraga seperti tenis meja, bulutangkis, tenis lapangan. Penulis juga mempunyai hobi memancing.
x
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi penelitian dengan judul “Desain Penetrometer Digital Berbasis Mikrokontroler ATmega 8535“. Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan studi program sarjana S1 di Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
Dalam menyusun skripsi ini, penulis banyak memperoleh bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada:
1. Dr. Ir. Radite Praeko Agus Setiwan, M.Agr, selaku dosen pembimbing yang telah membimbing penulis selama masa perkuliahan, praktik lapangan, penelitian dan penulisan skripsi dengan penuh pengertian.
2. Kedua orang tua penulis (Sukron Amin (almarhum) dan Chomisah (almarhum) ) atas segala kasih sayang dan doa yang tak pernah habis, serta kakak penulis yang selalu memberikan semangat.
3. M Tahir Sapsal yang telah membantu penelitian
4. Tri Yulni, Irfan Nursyfa Efendi, Trya Adhesi Holqi, Satria Asa Negara, Tofan Argandhi Putra, Muhammad Wiriawan, Yunius Girry Wijaya, dan M. Akhir Natali yang selalu setia bersama penulis untuk membantu penelitian.
5. Teman-teman Teknik Pertanian angkatan 44 kenangan indah selama proses belajar, penelitian dan penulisan skripsi ini.
6. Ahmad Arfin yang selalu mendampingi serta memberikan bantuan, dan dorongan semangat dalam penulisan skripsi ini.
7. Semua pihak yang telah membantu dan mendoakan penulis dalam penelitian dan penulisan skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa dalam menyusun makalah ini masih jauh dari sempurna, untuk itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun guna sempurnanya skripsi ini. Penulis berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi penulis khususnya dan bagi pembaca umumnya.
Bogor, Oktober 2012
xi
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR ... x DAFTAR TABEL ... xii DAFTAR GAMBAR ... xiv DAFTAR LAMPIRAN ... xvi I. PENDAHULUAN ... 1 A. LATAR BELAKANG ... 1 B. RUANG LINGKUP ... 2 C. TUJUAN ... 2 II. TINJAUN PUSTAKA ... 3 A. JENIS-JENIS TANAH ... 3 B. PENETROMETER ... 3 C. SENSOR STRAIN GAGE ... 7 D. TRANDUSER TIPE CINCIN ... 8 E. SENSOR JARAK ... 9 F. SENSOR SUHU ... 13 G. JEMBATAN WHEATSTONE ... 15 H. OPERASIONAL AMPLIFIER ... 16 I. MIKROKONTROLER ATMEGA 8535 ... 19 J. ADC (ANALOG DIGITAL CONVERTER) ... 21 K. PENAMPILAN DAN PENYIMPANAN DATA ... 22 L. SOFTWARE CODE VISION AVR (EDITOR DAN DOWNLODER) ... 23 M. ERGONIMIKA ... 24 III. METODE PENELITIAN ... 26 A. TEMPAT DAN WAKTU PELAKSANAAN ... 26 B. BAHAN DAN PERALATAN ... 26 C. TAHAPAN PENELITIAN ... 26 D. TAHAPAN PENGUJIAN ... 28 IV. ANALISIS PERANCANGAN ... 31 A. ANALISIS KOMPONEN ELEKTRONIKA PADA PENETROMETER ... 31 B. ANALISIS FUNGSIONAL PADA MEKANIK PENETROMETER ... 36
xii C. ANALISIS STRUKTURAL ELEKTRONIKA PENETROMETER ... 39 D. ANALISIS STRUKTURAL MEKANIK PENETROMETER ... 45 V. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 49 A. KALIBRASI ALAT ... 49 B. HASIL DESAIN PENETROMETER TANAH ... 53 VI. SIMPULAN DAN SARAN ... 64 A. SIMPULAN ... 64 B. SARAN ... 64 DAFTAR PUSTAKA ... 65
LAMPIRAN………...66
xiii
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 1. Data anthropometeri orang Indonesia persentil 50 ... 24 Tabel 2. Desain dimensi karakter cincin tranduser... 47 Tabel 3. Desain dimensi handle ... 48 Tabel 4. Desain dimensi batang penekan penetrometer ... 48 Tabel 5. Hasil perhitungan rancangan cincin sensor ... 55
xiv
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 1. Penetrometer tipe pukul ... 5 Gambar 2. Penetrometer tipe tekan ... 5 Gambar 3. Soil penetrometer SR-2... 6 Gambar 5. Bondedstrain gage ... 7 Gambar 6. Unbondedstrain gage ... 8 Gambar 7. Cincin tranduser ... 8 Gambar 8. Sensor jarak (infrared) ... 9 Gambar 9. Grafik tegangan analog dengan jarak ... 10 Gambar 10. Sensor ultrasonik SRF-04 ... 10 Gambar 11. SkemaSensor linear variable differential transformers ... 12 Gambar 12.Sensor linear variable differential transformers ... 12 Gambar 13. Sensor suhu LM35 ... 14 Gambar 14. Rangkain jembatan wheatstone ... 15 Gambar 15. Rangkaian inverting amplifier ... 17 Gambar 16. Non-inverting amplifier ... 17 Gambar 17. Rangkaian differensiator op-amp. ... 18 Gambar 18. Susunan rangkaian IC LM 358 ... 19 Gambar 19. Mikrokontroler ATmega 8535... 20 Gambar 20. Konfigurasi pin ATmega 8535 ... 20 Gambar 21. LCD 2x16 ... 22 Gambar 23. Tampilan codevision AVR ... 24 Gambar 24. Antropometri manusia untuk mengeluarkan tenaga yang optimal ... 25 Gambar 25. Bagan metodologi penelitian ... 27 Gambar 30. Desain penetrometer digital ... 37 Gambar 30. Batang penekan pada penetrometer ... 38 Gambar 32. Silinder penekan pada penetrometer ... 38 Gambar 32. Cone pada penetrometer ... 39 Gambar 26. Bagan alir pembacaan sensor gaya ... 39 Gambar 26. Penguat tipe three op amp instrumentation ... 40 Gambar 27. Bagan alir pembacaan sensor kedalaman tanah ... 42 Gambar 29. Gambar rancangan perangkain LM35 ... 44 Gambar 34. Cincin yang menerima gaya tekan ... 46 Gambar 35. Dimensi cincin transduser ... 47 Gambar 36. Diagram gaya dan stress yang terjadi pada handle ... 47 Gambar 37. Grafik kalibrasi sensor suhu LM35 ... 49 Gambar 38. Grafik kalibersai ultrasonik pada suhu 29 oC ... 50 Gambar 39. Grafik kalibersai ultrasonik pada suhu 27oC ... 50 Gambar 40. Grafik kalibersai ultrasonik pada suhu 35 oC ... 51 Gambar 41. Grafik kalibrasai ultrasonik pada berbagai suhu ... 51 Gambar 42. Grafik kalibrasi penguat ... 52 Gambar 43. Grafik keluaran ADC ... 53
xv Gambar 44. Hasil rancangan handle penetrometer ... 54 Gambar 45. Cincin strain gage ... 55 Gambar 46. Batang penekan penetrometer ... 55 Gambar 47. Cone penetrometer ... 56 Gambar 48. Sensor ultrasonik ... 56 Gambar 49. Sensor strain gage ... 58 Gambar 50. Penyetingan CodeVision AVR ... 58 Gambar 51. LCD 2x16 ... 59 Gambar 52. Mikrokontroler ATmega 8535... 59 Gambar 53. Penguat diferensial ... 60 Gambar 54. EMS Data flash memory ... 61 Gambar 55. Rangkain sensor suhu LM35 ... 61 Gambar 56. Kotak penetrometer ... 62 Gambar 57. Tampilan Pembacaan Port ... 62
xvi
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lampiran 1. Tabel jadwal penelitian ... 67 Lampiran 2. Spesifikasi soil penetrometer SR-2 ... 68 Lampiran 3. Tabel spesifikasi mikrokontroler ATmega 8535 ... 69 Lampiran 4. Tabel nilai gaya penyanggah dan indeks kerucut tanah ... 70 Lampiran 5. Spesifikasi teknis DT-I/O Grafik LCD GM24644 ... 71 Lampiran 6. Tabel spesifikasi material ... 72 Lampiran 7. Tabel perhitungan ketepatan dan ketelitian jarak pada penetrometer ... 73 Lampiran 8. Tabel perhitungan ketepatan dan ketelitian gaya tekan penetrometer ... 74 Lampiran 9. Tabel spesifikasi stainless steel ... 75 Lampiran 10. Perhitungan penentuan diameter cincin tranduser ... 76 Lampiran 11. Perhitungan beban bending pada handle ... 77 Lampiran 12. Perhitungan diameter minimum untuk menahan beban 100 kg pada batang penetrometer . 78 Lampiran 13. Perhitungan panjang minimum terjadinya buckling ... 79 Lampiran 14. Tabel hasil pengukuran sensor ultrasonik pada sore hari dengan suhu 29 oC ... 80 Lampiran 15. Tabel hasil pengukuran sensor ultrasonik pada pagi hari dengan suhu 27 oC ... 81 Lampiran 16. Tabel hasil pengukuran sensor ultrasonik pada siang hari dengan suhu 35 oC ... 82 Lampiran 17. Tabel kalibrasi sensor suhu LM35 ... 83 Lampiran 18. Tabel kalibrasi penguat pada strain gage ... 84 Lampiran 19. Tabel kalibrasi keluaran ADC ... 87 Lampiran 20. Gambar kalibrasi suhu ... 88 Lampiran 21. Gambar kalibrasi strain gage ... 89 Lampiran 22. Gambar kalibrasi jarak pada ultrasonik ... 90 Lampiran 23. Gambar prototipe penetrometer digital ... 91 Lampiran 24. Pemrograman pembacaan sensor kedalaman ultrasonik pada mikrokontroler ... 92 Lampiran 25. Program kalibrasi data ADC ... 93 Lampiran 26. Program kalibrasi suhu IC LM35 ... 93 Lampiran 27. Pemrograman penetrometer digital ke mikrokontroler ... 94 Lampiran 28. Program pembacaan port ... 103
1
I.
PENDAHULUAN
A.
LATAR BELAKANG
Menurut Davidson (1965), tahanan penetrasi merupakan kekuatan tanah bersifat komposit, artinya kekuatan tanah dipengaruhi oleh beberapa sifat fisik tanah lainya seperti: kadar air, struktrur tanah, indeks plastis. Dengan demikian akan berdampak kepada aktivitas akar tanaman untuk menembus tanah. Salah satu cara untu menentukan karakteristik kekuatan untuk menembus tanah dengan mempergunakan penetrometer.
Cone index merupakan besaran yang menunjukkan harga tahanan penetrasi tanah terhadap gaya penetrasi dari cone (vertikal) dibagi luas dasar cone. Satuan besaran ini dinyatakan dalam satuan gaya persatuan luas (kg/cm2). Cone index atau index kerucut suatu tanah adalah untuk menahan gaya penetrasi kerucut, dengan menggunakan penetrometer adalah suatu teknik peluang untuk mendapatkan index kerucut tanah
Penetrometer adalah alat untuk mengukur kekuatan tanah yang disebabkan karena adanya tahanan penetrasi tanah (Hillel, 1980). Tahanan penetrasi tanah dapat mengetahui kepadatan tanah dan nilai tahanan tanah. Pengukuran kekuatan tanah dengan menggunakan penetrometer sangat mudah untuk memperoleh data tahanan tanah.
Penetrometer adalah salah satu alat untuk mengukur penetrasi tanah. Data yang diambil dari penetrometer adalah perbandingan antara gaya tekanan tanah dan data luas penampang yang menjadi acuan penetrasi tanah. Penetrometer akan menghasilkan pembanding antara beban penetrasi dengan suatu lapisan tanah atau perkerasan terhadap bahan standar dengan kedalaman dan kecepatan penetrasi.
Penetrometer awalnya digunakan sebagai pengukur tingkat kesolidan tanah dan biasanya digunakan pada industri perminyakan ataupun bidang-bidang lain yang berhubungan dengan pertanahan. Pada perkembangannya prisnsip kerja penetrometer dapat pula digunakan dalam industri pangan yaitu rheometer untuk mengukur konsistensi berbagai macam produk pangan seperti daging hewan ternak, lemak, mentega, jelly, puding hingga yogurt. Penetrometer juga digunakan untuk menentukan konsistensi pada industri pelumas dan kosmetik.
Perkembangan alat penetrometer sekarang ini terdiri dari atas penetrometer mekanis, penetrometer analog, dan penetromter digital. Setiap jenis penetrometer tersebut mempunyai kelebihan dan kelemahan masing-masing.
Penetrometer tanah yang sering digunakan pada umumnya masih berupa penetrometer analog dan mekanis yang pengoperasiannya membutuhkan tiga operator. Satu operator untuk membaca jarum penunjuk pengukuran, satu untuk mencatat dan satu operator lagi untuk mengoprasikan penetrometer (menekan penetrometer). Hal ini sangat tidak efektif dan dimungkinkan timbulnya kesalahan dalam pengukuran kekuatan tanah. Selain itu, kendala menggunakan penetrometer analog dan mekanis yaitu pada saat akan mengoperasikan di malam hari bisa membutuhkan lebih dari tiga orang untuk mengoperasikannya karena membutuhkan pencahayaan. Untuk itu perlu adanya sebuah penetrometer digital yang dapat menggantikan kerja tiga orang sekaligus, dalam arti lebih efisien dalam proses pengerjaan dan dapat mengukur penetrasi tanah yang lebih teliti. Selain itu, penetrometer yang akan dirancang diharapkan dapat menambah perkembangan penetrometer yang sudah ada.
2 Penelitian ini akan meracang penetrometer digital yang dapat membaca nilai peneterasi tanah dan nilai kedalaman pengukuran yang dapat menggunakan satu operator. Selain itu, penetrometer yang digunakan adalah penetrometer dengan menggunakan tenaga manusia sehingga penetrometer digital diharapkan dapat membaca tahanan penetrasi tanah. penetrometer digital dapat disimpan ke dalam penyimpanan data dan dapat dikirim ke komputer.
B.
RUANG LINGKUP
Penelitian ini dibatasi pada perancangan alat pengukur penetrasi tanah yaitu penetrometer digital dengan menghasilkan data berupa gaya penetrasi tanah dengan satuan kgf, kedalaman penetrasi dengan satuan cm, dan suhu lingkungan dengan satuan oC untuk mengetahui pengaruh suhu terhadap pembacaan sensor kedalaman.
C.
TUJUAN
Penelitian ini bertujuan untuk merancang penetrometer digital berbasis mikrokontroler ATmega 8535 yang menggunakan sensor gaya tipe cincin tranduser, sensor kedalaman penetrasi tipe ultrasonik ranger, dan sensor suhu dengan IC LM35.
3
II.TINJAUAN PUSTAKA
A.
JENIS-JENIS TANAH
Tanah adalah hasil proses pelapukan batuan dan sisa organik. Tanah mempunyai sifat yang bervariasi. Sifat tanah yang berbeda-beda berbagai tempat mencerminkan pengaruh dari berbagai faktor pembentuknya di alam. Tanah dipandang sebagai lahan produksi pertanian, karena tanah berfungsi sebagai media tumbuhnya tanaman. Produktivitas tanaman pertanian yang diusahakan banyak ditentukan oleh sifat tanah yang bersangkutan, baik sifat fisika tanah, kimiawi tanah, maupun biologi tanah yang bersangkutan.
Tanah merupakan padatan bumi yang dinamis dan hidup yang mengalami perubahan dari waktu ke waktu. Setiap tanah tersusun dari bahan mineral, bahan organik dan air tanah. Bahan mineral berasal dari hasil pelapukan batuan, sedangkan bahan organik berasal dari hasil penguraian organisme yang mati. Di dalam tanah selalu terjadi proses destruktif dan konstruktif. Proses destruktif adalah penguraian bahan mineral dan bahan organik. Sedangkan proses konstruktif adalah proses penyusunan kembali hasil penguraian bahan mineral dan bahan organik menjadi senyawa baru.
Menurut Enoh (1994), berbagai jenis tanah di Indonesia memiliki karakteristik tersendiri sesuai dengan bahan induknya. Karakteristik dari berbagai jenis tanah tersebut adalah: Litosol, yaitu tanah yang baru mengalami pelapukan dan sama sekali belum mengalami perkembangan tanah, Latosol yaitu tanah yang telah mengalami pelapukan intensif, warna tanah tergantung susunan bahan induknya dan keadaan iklim. Aluvial ialah tanah muda yang berasal dari hasil pengendapan. Sifatnya tergantung dari asalnya yang dibawa oleh sungai. Regosol belum jelas menampakkan pemisahan horisonnya. Tanah regosol
terdiri dari: regosol abu vulkanik, bukit pasir, batuan sedimen, tanah ini cukup subur. Jenis tanah latosol
terdiri dari: latosol merah kuning, cokelat kemerahan, cokelat, cokelat kekuningan. Grumusol atau
Margalit, terdiri dari beberapa macam: grumusol pada batu kapur, grumusol pada sedimen tuff, grumusol
pada lembah-lembah kaki pegunungan, grumusol endapan aluvial. Organosol adalah tanah yang mengandung paling banyak bahan organik, tidak mengalami perkembangan profil, disebut juga tanah gambut. Bahan organik ini terdiri atas akumulasi sisa-sisa vegetasi yang telah mengalami humifikasi, tetapi belum mengalami mineralisasi, tanah ini kurang subur.
B.
PENETROMETER
Pengukuran tentang nilai kekuatan tanah pada setiap lapisan tanah diawali sekitar 1917. Barulah sekitar tahun 1934 di Belanda penetrometer dibuat dan dipergunakan dalam bentuk yang dikenal sekarang. Pada awalnya dikembangkan pada tahun 1950 di Laboratorium mekanika tanah Belanda di Delft untuk menyelidiki tanah lunak. Berdasarkan sejarah ini juga telah disebut "kerucut uji Belanda". Setelah itu,
Cone Penetrometer Test (CPT) adalah salah satu yang paling digunakan dan diterima dalam metode tanah untuk seluruh dunia penyelidikan tanah.
Penetrometer tanah digunakan untuk menguji kualitas tanah, seberapa baik tanah digunakan untuk lahan pertanian, perkebunan, bangunan, jalan, jembatan dan berbagai aplikasi yang membutuhkan monitoring serta pengukuran kualitas tanah. Pengukuran yang bisa dilakukan meliputi mengukur daya dukung tanah, kepadatan tanah, temperatur tanah, kelembaban tanah, kandungan unsur hara dalam tanah, kandungan air dalam tanah, dan lain sebagainya.
4
z
A
mgh
R
Penetrometer adalah suatu alat untuk mengukur ketahanan tanah. Jika suatu jarum atau akar tanaman masuk ke dalam tanah, maka tanah akan bereaksi untuk menahan masuknya jarum atau akar tsb. Saat jarum penetrometer bergerak maka tanah akan mengalami keruntuhan. Ada bermacam jenis keruntuhan dari peneterasi tanah yaitu keruntuhan geser, keruntuhan tegangan, dan kompresi
Ketahanan tanah suatu bahan didapatkan dengan menekan sampel pada penetrometer menggunakan penekan standar seperti kerucut, batang atau jarum yang ditenggelamkan ke dalam tanah. Hasil pengukurannya menunjukkan tingkat kekuatan tanah serta tergantung pada kondisi sampel tanah seperti: jenis tanah, berat penekan, porositas tanah, temperatur tanah dan sebagainya. Dapat dianalisis bahwa prinsip operasional penetrometer bergantung pada tekanan dan gravitasi. Bila sebuah penetrometer dengan massa m menekan suatu sempel hingga penetrometer bergeser sejauh, energi potensial W yang dihasilkannya adalah sebesar.
W = mgh (1)
Resistensi terhadap tekanan yang dihasilkan oleh penetrometer pada sampel dinyatakan dengan
Dutch formula dan dirumuskan sebagai berikut:
(2)
Nilai R adalah resistensi terhadap tekanan penetrometer (N/m2), A adalah luas /area penekan (m2), g adalah percepatan gravitasi (=9,8 m/s2), m adalah massa penetrometer (kg), h adalah pergeseran penetrometer (m), dan z adalah kedalaman tekanan atau pergeseran yang terjadi pada tanah (m). Bila penetrometer yang digunakan memiliki luas penekan A, sedangkan massa penetrometer adalah m, kemudian diterapkan pergeseran h yang sama untuk setiap tanah, akan didapatkan z yang berbeda untuk setiap yang memiliki konsistensi berbeda-beda. Semakin lunak tanah, konsistensinya akan semakin tinggi, resistensinya terhadap tekanan akan semakin kecil dan sebaliknya, pergeseran z yang dihasilkan akan semakin besar. Pada penetrometer manual, penekan diletakkan pada permukaan tanah dan percobaan dimulai dengan menekan pemicu cone dan membiarkan cone tenggelam ke tanah, kemudian kedalaman
cone diukur dengan batang penetrometer.
Penetrometer pada umumnya menggunakan bahan-bahan yang terbuat dari baja yang kira-kira beratnya sebesar 6,8 kg panjangnya sampai 153 cm, Dan memiliki kemampuan untuk melakukan penetrasi ke dalam tanah kira-kira sebesar 3,8 cm dan memiliki diameter dari kerucutnya sebesar 450mm. Selain itu, ada juga jenis Penetrometer (Static Cone Penetrometer), Alat ini pertama kali ditemukan di Belanda, alat ini memiliki diameter kerucutnya sebesar 600 mm dan untuk mengukur lahan dengan luas 1,5 cm2 dan dari masa ke masa peralatan ini semakin berkembang dan semakin canggih.
Penetrometer yang sudah ada mempunyai kekuatan atau gaya dorong dari 20 sampai 200 kN. Suatu penetrometer terdiri dari suatu kerucut baja tahan karat lingkar dengan besar sudut sebesar 30 derajat, Suatu poros penggerak dan suatu alat pengukur tekanan. Penetrometer pada umumnya terdiri dari dua jenis ukuran kerucut, satu dengan suatu garis tengah dasar 0.798 ( 3/4) inci untuk lahan yang lembut dan satu lagi dengan suatu garis tengah dasar 0.505 ( 1/2) inci untuk lahan yang sulit atau keras. Ujung
5 ukurannya lebih luas dibanding poros penggerak untuk membatasi friksi batang dengan lahan. Poros penggerak pada umumnya lulus tiap-tiap 3 inci untuk mengizinkan penentuan kedalaman compaction. Alat pengukur tekanan menandakan adanya tekanan di dalam tanah yang memiliki satuan inci.
Menurut Wesley (1977), dengan menekan atau memukul berbagai macam alat ke dalam tanah, dan mengukur besarnya gaya atau jumlah pukulan yang diperlukan dapat menentukan dalamnya berbagai lapisan yang berbeda, dan mendapatkan indikasi mengenai kekuatannya. Percobaan ini sering disebut percobaan penetrasi, dan alat yang digunakan adalah penetrometer. Pada umumnya penetrometer terbagi menjadi dua macam:
1. Penetrometer statis
Ujungnya ditekan ke dalam tanah pada kecepatan tertentu, dan gaya perlawananya diukur sehingga mendapatkan nilai penetrasinya (dalam kg/cm2 atau dalam satuan Bar).
2. Penetrometer dinamis
Penetrometer yang ujungnya dimasukkan ke dalam tanah dengan pukulan yang dilakukan dengan menjatuhkan beban. Beban dijatuhkan dengan ketinggian tertentu yang sudah disesuaikan, dan jumlah pukulan yang diperlukan untuk mendorong ujung tersebut menembus jarak tertentu diukur pula (misalnya dalam satuan pukulan meter).
Gambar 1. Penetrometer tipe pukul
6 Penetrometer yang umum digunakan di Indonesia adalah alat sondir yang disebut Dutch Penetrometer. Dengan alat ini ujungnya ditekan secara langsung ke dalam tanah. Ujung alat berupa konis (kerucut) dan dihubungkan dengan rangkaian stang bor (pipa sondir). Pipa sondir ditekan masuk kedalam tanah dengan menggunakan congkel dan dongkrak
Pada dasarnya ujung penetrometer yang sudah ada terdapat dua macam (Soetoto dan Aryono,1980) 1. Tipe standar ( mantel conus )
Pada jenis ini yang diukur adalah perlawanan pada ujung ( konus ), hal ini dilakukan hanya dengan menekan stang dalam yang segera menekan konus tersebut ke bawah sedangkan seluruh casing luar tetap di luar. Gaya yang dibutuhkan untuk menekan konus tersebut ke bawah diukur dengan suatu alat pengukur. Alat pengukur yang akan diletakkan pada kekuatan rangka didongkrak. Setelah dilakukan pengukuran,konus,stang dalam,dan casing luar dimajukan sampai pada kedalaman berikutnya dimana pengukuran selanjutnya dilakukan hanya dengan menekan stang dalamnya saja.
2. Tipe lengan gesek ( Adhesion Jacket Type / Bikonus )
Pada jenis ini dapat diukur secara sekaligus nilai konus dan hambatan lekatnya. Hal ini dilakukan dengan penekanan handle dalam seperti biasa. Pembacaan nilai konus dan hambatan lekat dilakukan setiap 20 cm. Dengan alat sondir yang mungkin hanya mencapai pada kedalaman 30 cm atau lebih, bila tanah yang diselidiki adalah lunak. Alat ini sangat cocok di Indonesia, karena disini banyak dijumpai lapisan lempung yang dalam dengan kekuatan rendah sehingga tidak sulit menembusnya. Dan perlu diketahui bahwa nilai konus yang diperoleh tidak boleh disamakan dengan daya dukung tanah tersebut harus diberi pemberat.
Gambar 3. Soil penetrometer SR-2
Untuk menghitung hambatan lekat pada tanah dapat menggunakan rumus : 1. Hambatan Lekat ( HL ) dihitung dengan rumus :
7 HL = ( JPK – PPK ) x A / B.
Dimana : JPK = Jumlah Perlawanan Konus ( kg/cm2 ) PPK = Perlawanan Penetrasi Konus ( kg/cm2 )
A = Tahap Pembacaan ( setiap kedalaman 20 cm ) B = Faktor alat / Luas konus / Luas corak = 10 cm2 (d = 3.6 cm L = ¼ π d2
= 10,17 cm2) 2. Jumlah Hambatan Lekat
JHL = ∑ HL
Dimana : i = kedalaman yang dicapai konus
C.
SENSOR STRAIN GAGE
Sensor gaya berfungsi untuk mengubah gaya, beban, torsi dan regangan menjadi resistansi atau hambatan. Bahan untuk membuat sensor gaya terbuat dari kawat tahanan tipis berdiameter sekitar 1 mm. Kawat tahanan yang biasa digunakan adalah campuran dari bahan konstan (60 % Cu dan 40 % Ni). Kawat tahanan ini dilekatkan pada papan penyangga membentuk strain gage dengan berbagai tipe:
1. Bonded strain gage
Gambar 4. Bonded strain gage
Susunan kawat tahanan di dalamnya berliku sehingga memudahkan pendeteksian terhadap gaya tekanan yang tegak lurus dengan arah panjang lipatan kawat, karena tekanan akan menarik kabel sehingga meregang. Dengan meregannya strain gage, maka terjadi perubahan resistansi kawat.
8
L
L
R
R
GF
S
2. Unbonded strain gage
Gambar 5. Unbonded strain gage
Jenis strain gage yang dibentuk dengan kawat tahanan yang terpasang lurus dan simetris. Jika papan atau rangka mendapat tekanan dari luar, maka resistansinya akan bertambah. Karakteristik strain gage