PENDUGAAN KETENGGELAMAN
TERRESTRIAL ROBOTIC
VEHICLE
(TRV) DENGAN MENGGUNAKAN TES
KETENGGELAMAN PLAT
ROBIANSYAH
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pendugaan Ketenggelaman Terrestrial Robotic Vehicle (TRV) dengan Menggunakan Tes Ketenggelaman Plat 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.
ABSTRAK
ROBIANSYAH. Pendugaan Ketenggelaman Terrestrial Robotic Vehicle (TRV) dengan Menggunakan Tes Ketenggelaman Plat. Dibimbing oleh LENNY SAULIA.
Metode ketenggelaman plat tes sudah banyak dilakukan oleh peneliti-peneliti untuk menduga ketenggelaman kendaraan off-road, salah satunya adalah model Bekker. Namun metode dan model yang ada sampai saat ini hanya untuk kendaraan off-road konvensional, sedangkan untuk Terrestrial Robotic Vehicles (TRV) belum ada sehingga metode yang diusulkan pada penelitian ini adalah melalui pendekatan ketenggelaman plat dengan rasio bentuk yang berbeda-beda dengan parameter sifat fisik tanah berupa kadar air tanah. Metodologi yang digunakan yaitu dengan mengukur ketenggelaman plat terhadap tanah serta parameter sifat fisik dan mekanik tanah dengan membandingkan ketenggelaman TRV observasi baik secara statis dan dinamis. Pengolahan data menggunakan software Microsoft Excel dengan analisis data regresi linear dan SPSS 17. Hasil uji beda atau error terkecil model regresi linear ketenggelaman plat tes dengan koefisien determinasi tertinggi adalah model ketenggelaman plat tes Z’5. Model ketenggelaman plat tes tersebut adalah Z’5= -7.903 + 0.100 P + 0.303 KA untuk jenis tanah CL (clay loam) dengan kadar air 29.43%, sampai 32.29% serta dengan bulk density 1.06 g/cm3 sampai 1.18 g/cm3.
Kata kunci: karakteristik tanah, model ketenggelaman TRV, Terrestrial Robotic Vehicle, tes ketenggelaman plat
ABSTRACT
ROBIANSYAH.
Sinkage Prediction of Terrestrial Robotic Vehicle (TRV) using Plate Sinkage Test. Supervised by LENNY SAULIA.Plate sinkage tests method have been performed by many researchers to assess the sinkage of conventional off-road vehicles, one of it is Bekker’s model. The need of sinkage prediction for Terrestrial Robotic Vehicles (TRV) is necessary, hence the objectives of this study was to determine sinkage prediction for TRV based on plate sinkage test method. The methodology used in this study was the measurement of sinkage of several plates with different area and contact shape ratio on a terrain with different physical and mechanical properties. The plate sinkage test’s results were compared with the observed sinkage of TRV in static and dynamic states. Microsoft Excel and SPSS 17 software were employed to process and analyze data. The results showed that linear regression models of plate sinkage tests with the highest coefficient of determination is the model plate sinkage tests Z’5. The test plate sinkage model is Z’5= -7.903 + 0.100 P + 0.303 KA for soil types CL (clay loam) with a moisture content content of 29.43%, up 32.29% and bulk density g/cm3 1.06 g/cm3 until 1.18 g/cm3.
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian
pada
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem
PENDUGAAN KETENGGELAMAN TERRESTRIAL ROBOTIC VEHICLE (TRV) DENGAN MENGGUNAKAN TES
KETENGGELAMAN PLAT
ROBIANSYAH
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
Judul Skripsi : Pendugaan Ketenggelaman Terrestrial Robotic Vehicle (TRV) dengan Menggunakan Tes Ketenggelaman Plat
Nama : Robiansyah NIM : F14090070
Disetujui oleh
Dr Lenny Saulia, STP MSi Pembimbing
Diketahui oleh
Dr Ir Desrial, MEng Ketua Departemen
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Juli sampai dengan bulan Oktober, dengan judul Pendugaan Ketenggelaman Terrestrial Robotic Vehicle (TRV) dengan Menggunakan Tes Ketenggelaman Plat.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Dr Lenny Saulia, STP MSi, selaku pembimbing. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada kedua orang tua penulis yaitu Bapak Tona dan Ibu Ami’a, serta kakak dan adik-adik penulis (Siti Fatimah, Opila Sari, Ardi Mansyah) atas segala dukungan moril, materil serta doa dan kasih sayang yang luar biasa kepada penulis. Tak lupa pula saya ucapkan terima kasih kepada teman-teman satu bimbingan atas segala bantuan, dukungan, dan kebersamaan selama penelitian, kepada teman-teman TEP Orion 46 atas segala kebersamaannya selama empat tahun ini, kepada adik kelas yang telah bersedia membantu dalam penelitian. Penulis menyadari bahwa masih terdapat banyak kekurangan dalam penulisan ini sehingga penulis mengharapkan segala masukan, kritikan, dan saran yang bersifat membangun bagi penulis.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi penulis, pembaca, dan semua pihak yang berkepentingan.
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL vi
DAFTAR GAMBAR vi
DAFTAR LAMPIRAN vi
PENDAHULUAN 1
Perumusan Masalah 1
Tujuan Penelitian 2
Manfaat Penelitian 2
Ruang Lingkup Penelitian 2
METODE 2
Tempat dan Waktu Penelitian 2
Alat 2
Bahan 3
Metode Penelitian 4
Analisis Data 10
HASIL DAN PEMBAHASAN 11
Identifikasi Sampel Tanah 11
Model Ketenggelaman Plat 15
Verifikasi Model Ketenggelaman Plat 16
SIMPULAN DAN SARAN 18
Simpulan 18
Saran 18
DAFTAR PUSTAKA 19
LAMPIRAN 20
DAFTAR TABEL
1 Ukuran panjang dan lebar (mm) plat tes dengan luasan 250 mm2 3 2 Ukuran panjang dan lebar (mm) plat tes dengan luasan 350 mm2 3
3 Pengukuran tekstur tanah 11
4 Pengukuran batas cair dan batas plastisitas tanah 11 5 Hasil analisis regresi linear kedalaman plat terhadap variabel bebas
tekanan plat dan kadar air tanah 16
6 Gradien perbedaan Z observasi prototipe plat (cm) terhadap Z model
matematika plat (cm) 16
7 Nilai beda (error) pada setiap model matematika dan Z model Bekker
dengan Z TRV observasi statis dan dinamis. 17
DAFTAR GAMBAR
1 Prototipe plat test (a) luasan 250 mm2 (b) luasan 350 mm2 3
2 Diagram alir metode penelitian 4
3 Denah petakan sampel 5
4 Tanah sampel 5
5 Ilustrasi teori sinkage Bekker dan tahanan gelinding (Bekker 1960) 6
6 Pengukuran batas cair 8
7 Pengukuran batas plastis 8
8 Penetrometer digital 9
9 Ketenggelaman TRV 9
10Pengukuran gaya tekan plat terhadap tanah 10
11Grafik plastisitas untuk klasifikasi USCS (Muntohar 2007) 11 12Grafik hubungan antara ketenggelaman plat dengan tekanan plat 13 13Grafik hubungan kadar air dengan densitas tanah basah 14 14Grafik hubungan tahanan penetrasi tanah dengan kedalaman 15
DAFTAR LAMPIRAN
1 Spesifikasi TRV 20
2 Desain penetrometer 21
3 Pengukuran tekstur tanah 22
4 Koefisien korelasi pearson sifat fisik dan mekanik tanah dengan
ketenggelaman plat 22
5 Koefisien korelasi pearson sifat fisik dan mekanik tanah dengan
ketenggelaman plat 23
PENDAHULUAN
Di negara-negara maju seperti Amerika, TRV sudah sangat berkembang dan digunakan untuk kegiatan-kegiatan penting seperti modern military, USAR, dan penelitian planet. TRV ini juga berpotensi berkembang di Indonesia khususnya di bidang pertanian.
Faktor yang mempengaruhi kinerja traksi dan mobilisasi TRV diduga tidak terlalu berbeda dengan kendaraan off-road konvensional. Salah satu yang mempengaruhi traksi dan mobilisasi adalah ketenggelaman. Ketenggelaman adalah terjadinya penurunan permukaan tanah akibat gaya dari luar sampai pada keadaan di mana gaya penahan dari tanah seimbang dengan beban yang diberikan. Penambahan beban dapat menyebabkan bertambahnya ketenggelaman.
Sembiring et al. (1990), menyatakan bahwa beban tarik roda sangat dipengaruhi oleh adanya kontak antara roda dengan tanah. Kontak antara roda dengan tanah dipengaruhi oleh ukuran roda, berat roda, berat traktor yang ditumpu roda, dan kondisi tanah tumpuan roda. Semakin besar beban tarik maka ketenggelaman roda semakin besar.
Meningkatnya nilai ketenggelaman akibat pembebanan yang diberikan, akan meningkatkan besarnya tahanan gelinding yang berpengaruh terhadap menurunnya kemampuan traksi suatu kendaraan.
Model ketenggelaman plat sudah banyak dilakukan oleh peneliti-peneliti dalam menduga ketenggelaman kendaraan off-road, salah satunya adalah model Bekker yang telah mengembangkan suatu pendekatan untuk mengestimasikan kedalaman bekas roda kaku pada tanah homogen dengan menggunakan model matematika (Bekker 1960 dalam Wong 2001).
Selain teori ketenggelaman Bekker, ada juga yang melakukan penelitian ketenggelaman plat dengan metode alat ski dengan mekanis 4 batang hubung yang dilengkapi sensor infared distance-meter untuk mengukur ketenggelaman roda traktor (Triratanasirichai 1991 dalam Rangkuti 2002).
Namun metode dan model yang ada sampai saat ini hanya untuk kendaraan off-road konvensional, sedangkan untuk TRV belum ada sehingga metode yang diusulkan pada penelitian ini adalah melalui pendekatan ketenggelaman plat dengan rasio bentuk kontak yang berbeda-beda dengan parameter sifat fisik tanah yang mudah diukur berupa kadar air tanah.
Perumusan Masalah
2
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah:
1. Mengetahui pengaruh parameter pembebanan, dimensi plat (luas dan rasio bentuk kontak), sifat fisik dan mekanik tanah (kadar air, densitas, tahanan penetrasi) terhadap ketenggelaman plat tes.
2. Membuat model pendugaan ketenggelaman TRV berbasis uji ketenggelaman plat.
3. Melakukan verifikasi model ketenggelaman plat tes.
Manfaat Penelitian
Model ketenggelaman plat yang diperoleh dapat digunakan untuk mengetahui ketenggelaman TRV dengan menggunakan parameter dimensi plat dan karakteristik tanah yang mudah diukur di lapangan.
Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini meliputi uji ketenggelaman plat dengan dimensi luas dan rasio bentuk kontak berbeda, dan observasi ketenggelaman TRV di lapangan, kemudian dianalisis menggunakan SPSS 17. Analisis dan pengkajian dilakukan dengan menggunakan hasil perhitungan statistik berupa:
- Korelasi atau hubungan antara ketenggelaman plat dengan pembebanan, luasan plat, bentuk plat serta sifat fisik dan mekanik tanah (kadar air, densitas tanah, tahanan penetrasi tanah).
- Analisis regresi linear ketenggelaman plat dan kadar air tanah dengan variabel bebas kedalaman tekan plat.
- Verifikasi model dengan melihat nilai gradien perbedaan antara hasil pendugaan ketenggelaman plat menggunakan model dan ketenggelaman plat hasil observasi menunjukkan nilai yang mendekati 1 merupakan model yang mendekati hasil observasi.
METODE
Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Lapangan Siswadhi Supardjo, Leuwikopo dan di Laboratorium Mekanika Tanah Fakultas Teknologi Pertanian, IPB. Waktu penelitian dilaksanakan pada bulan Juli sampai Oktober 2013.
Alat
3
Bahan
Bahan yang digunakan pada penelitian adalah tanah contoh dan prototipe plat tes dengan indeks rasio bentuk kontak (K) pada Gambar 1. Prototipe plat tes ini menggunakan tujuh nilai K (indeks rasio bentuk kontak) berbeda berdasarkan persamaan 1:
K= l/b (1)
Variabel: K adalah indeks rasio bentuk kontak; adalah panjang plat; dan adalah lebar plat.
(a) (b) Gambar 1 Prototipe plat test (a) luasan 250 mm2 (b) luasan 350 mm2
Ukuran prototipe plat tes yang digunakan yaitu dengan luasan 250 mm2 dan 350 mm2 yang terdapat pada Tabel 1 dan Tabel 2.
Tabel 1 Ukuran panjang dan lebar (mm) plat tes dengan luasan 250 mm2 (mm) K = 1.0 K = 1.5 K = 2.0 K = 2.5 K = 3.0 K = 3.5 K = 4.0 l 15.81 19.36 22.36 25.00 27.39 29.58 31.62 b 15.81 12.90 11.18 10.00 9.13 8.45 7.91
4
Metode Penelitian
Diagram alir mengenai penelitian yang dilakukan terdapat pada Gambar 2
Gambar 2 Diagram alir metode penelitian Analisis data model ketenggelaman plat
Mulai
Persiapan lahan, alat ukur dan plat uji dengan tujuh nilai K (indeks rasio bentuk kontak)
Uji tanah contoh di Laboratorium Mekanika Tanah (wet bulk density, particle size distribution, indeks plastisitas, dan kadar air)
Pengambilan data di lapangan (Z, F, A, K)
Selesai
Model ketenggelaman plat i = N ?
i = i+1
tidak
ya
5
1. Persiapan Lahan
Pengujian ketenggelaman TRV dilakukan pada beberapa kondisi tanah. Lahan dibentuk menjadi petakan sebanyak 30 petak dengan dimensi masing-masing 0.75 m x 2 m seperti pada Gambar 3.
Gambar 3 Denah petakan sampel
2. Pengujian Tanah Sampel
Tanah pada tiap petak sampel diambil contoh tanah tidak terganggu dengan menggunakan ring sampel (Gambar 4) yang kemudian diuji di Laboratorium Mekanika Tanah untuk mengetahui sifat fisik dan mekanik tanah. Contoh tanah diambil pada kedalaman 0-5 cm dan 5-10 cm.
Gambar 4 Tanah sampel a) Pengukuran Kadar Air Tanah
Kadar air tanah adalah jumlah air tanah yang terkandung dalam pori-pori tanah dalam suatu massa tanah tertentu. Kadar air tanah dapat berbeda pada tiap kedalaman karena merupakan bagian tanah yang tidak stabil. Perubahan kadar air tanah tersebut dapat menyebabkan perubahan nilai tahanan penetrasi dan densitas tanah (bulk density). 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, yaitu persentase volume air terhadap volume tanah tidak terganggu.
6
KA = (2) Keterangan:
KA = kadar air (%)
= massa tanah awal (g) = massa tanah akhir (g) b) Pengukuran Densitas Tanah
Densitas tanah basah atau wet-bulk density didefinisikan sebagai padatan tanah (massa total) dibagi dengan volume total tanah (Kalsim 2003). Besaran nilai wet-bulk density dapat dihitung dengan persamaan (3):
Db = Ms (3)
V Keterangan:
Db = wet-bulk density (g/cm3)
Ms = Massa padat tanah (g)
V = Volume ring sampel (cm3) c) Teori Model Bekker
Bekker (1960) telah mengembangkan suatu pendekatan untuk mengestimasikan kedalaman bekas roda kaku pada tanah lunak yang ditunjukkan pada Gambar 5. Pada batasan yang sama model ini lebih baik digunakan daripada model Upadhyaya (Rasidhi et al. 2012). Model Bekker ditunjukkan pada persamaan (4) berikut ini:
Gambar 5 Ilustrasi teori sinkage Bekker dan tahanan gelinding (Bekker 1960)
(4) Keterangan:
P = rata-rata tekanan kontak vertikal (kPa) b = lebar plat (cm)
Kc = modulus kohesi tanah (kPa/mn-1)
Kφ = modulus sudut gesekan dalam (kPa/mn) Z = kedalaman sinkage (m)
n = eksponensial Roda
7
d) Pengukuran dengan Penetrometer
Penetrometer adalah suatu alat untuk melakukan uji penetrasi tanah dengan menggunakan plat datar dan cone penetrometer. Terdapat dua jenis penetrometer yang disesuaikan dengan kebutuhan gaya, yaitu penetrometer untuk tanah lunak dan penetrometer untuk tanah keras (Mandang 1991).
Putra (2012) mengembangkan penetrometer digital yang memiliki kekuatan atau gaya dorong dari 20 kN sampai 200 kN. Penetrometer tersebut terdiri atas beberapa bagian seperti sensor untuk mengukur cone index dari suatu tanah dan kerucut dengan bahan baja tahan karat berbentuk lingkaran dengan besar sudut sebesar 300 serta suatu poros penggerak yang disertai dengan alat pengukur tekanan dengan berat penetrometer sebesar 3.295 kg.
Penetrometer yang banyak digunakan saat ini adalah penetrometer statis. Penetrometer statis digunakan dengan cara menekan ujung penetrometer ke dalam tanah pada kecepatan tertentu dan gaya perlawanannya diukur sehingga mendapatkan nilai penetrasinya.
Pengukuran dengan penetrometer yang digunakan dalam penelitian ini dilakukan untuk memperoleh nilai ketahanan terhadap penetrasi, atau disebut juga indeks penetrometer (Qc). Besaran nilai indeks penetrometer dihitung dengan
persamaan (5): Z = nilai pembacaan pada dial-gauge
Nilai hasil pengukuran indeks penetrometer dipengaruhi oleh sifat tanah juga sifat dan bahan dari jarum penetrometer. Menurut Muntohar (2007), ketahanan penetrasi akan dipengaruhi oleh tekstur tanah, kandungan dan jenis liat, bobot volume tanah, dan kandungan air tanah. Nilai indeks penetrometer juga meningkat dengan bertambahnya kedalaman sampai suatu nilai maksimum, kemudian relatif konstan.
e) Pengukuran Batas Indeks Plastisitas
Keplastisan tanah adalah menggambarkan kemampuan tanah dalam menyesuaikan perubahan bentuk pada volume yang tetap atau konstan tanpa retak-retak.
8
mangkok. Kemudian tuas diputar dengan kecepatan 2 putaran per detik sampai kedua sisi bersinggungngan kira-kira 12.7 mm (Gambar 6), kemudian diambil sampel untuk uji kadar air.
Gambar 6 Pengukuran batas cair
Batas plastis (plastic limit), didefinisikan sebagai kadar air pada kedudukan antara daerah plastis dan semi padat, presentase kadar air di mana tanah dengan diameter silinder 3 mm (Gambar 7) mulai retak-retak ketika digulung (Hardiyatmo 1992).
Gambar 7 Pengukuran batas plastis
Indeks plastisitas merupakan interval kadar air di mana tanah bersifat plastis. Karena itu, indeks plastisitas menunjukkan sifat keplastisan tanah. Jika nilai indeks plastisitas tinggi, maka tanah tersebut banyak mengandung butiran lempung, sedangkan jika nilai indeks plastisitas rendah, maka dengan sedikit saja pengurangan air tanah menjadi kering (Hardiyatmo 1992). Nilai indeks plastisitas dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (6):
PI= LL – PL (6)
Keterangan:
LL = Batas cair (liquid limit) PL = Batas plastis (liquid plastic)
9
Penetrometer digital didisain untuk mengukur tekanan plat terhadap tanah (Lampiran 2). Penetrometer ini dilengkapi dengan timbangan pegas dan motor sebagai tenaga penggeraknya dengan sumber tenaga menggunakan baterai Gambar 8.
Gambar 8 Penetrometer digital
Prinsip kerja alat ini memberikan gaya tekan ke permukaan tanah dengan kecepatan konstan penetrasinya 1.04 mm/detik, gaya reaksi tanah akan mendorong pegas pada timbangan pegas ke atas dan timbangan pegas akan menunjukkan besaran, gaya tahanan tanah akibat gaya tekan yang diberikan. 3. Pengukuran Ketenggelaman TRV Observasi
TRV yang digunakan dalam penelitian ini memiliki berat sebesar 1.995 kg dengan panjang 43 cm dan lebar 25.8 cm serta tinggi 20 cm, sedangkan rodanya berdiameter sebesar 6.125 cm dengan rasio bentuk kontak area 4.73 cm untuk panjang dan lebar 3.23 cm.
Gambar 9 Ketenggelaman TRV
10
beban 0, 2.5, 5, dan 7.5 kg kemudian ketenggelaman roda TRV diukur semua keempat rodanya dengan menggunakan jangka sorong seperti pada Gambar 9. 4. Pengambilan Data
Data yang diambil adalah hasil pengujian ketenggelaman plat dengan rasio bentuk yang berbeda, ketenggelaman TRV, dan sifat fisik dan mekanik tanah. Plat tes dengan berbagai dimensi diukur ketenggelamannya dengan menggunakan penetrometer plat digital. Plat tes dengan tujuh nilai variabel rasio bentuk kontak (K) yang berbeda diletakkan di atas permukaan petakan tanah. Prinsip kerja penetrometer digital mempunyai mekanisme penekanan plat ke tanah. Mekanisme ini dihubungkan dengan motor. Ketika tanah ditekan dengan plat, maka pada neraca pegas akan terbaca nilai tekan plat tersebut terhadap tanah Gambar 10. Ketujuh plat tes diuji pada setiap petak kemudian setelah itu setiap petak akan dilintasi oleh TRV yang diukur juga besar ketenggelamannya. Hasil dari tes ketenggelaman plat dibandingkan dengan hasil pengamatan ketenggelaman TRV, untuk mendeterminasi model pendugaan ketenggelaman TRV.
Gambar 10 Pengukuran gaya tekan plat terhadap tanah
Analisis Data
Data-data hasil pengukuran diolah menggunakan software Microsoft Excel 2010, kemudian data tersebut dianalisis untuk membuat model pendugaan ketenggelaman plat dengan parameter gaya tekan plat dan kadar air tanah sampel dengan menggunakan SPSS 17. Analisis korelasi bivarian menggunakan SPSS 17 digunakan untuk mengukur hubungan antar-variabel yang diuji. Setelah diketahui hubungan antar-variabel, dilakukan analisis regeresi linear terhadap variabel yang berpengaruh terhadap ketenggelaman plat observasi yang digunakan untuk model ketenggelaman plat.
11
HASIL DAN PEMBAHASAN
Identifikasi Sampel Tanah
Sistem klasifikasi tanah dibuat pada dasarnya untuk memberikan informasi tentang karakteristik dan sifat-sifat fisis tanah. Sistem klasifikasi tanah yang umum digunakan untuk mengelompokkan tanah adalah Unified Soil Clasification System (USCS). Sistem ini didasarkan pada sifat-sifat indeks tanah yang sederhana seperti distribusi ukuran butiran, batas cair, dan indeks plastisitas tanah (Muntohar 2007).
Tabel 3 Pengukuran tekstur tanah
Jenis Tanah Presentase Fraksi %
Fraksi kasar ( partikel > 0.075 mm) 76.96 Fraksi halus (partikel < 0.075 mm) 23.04 ukuran partikel :
kerikil (> 4.75 mm) 1.05
pasir ( 0.075-4.75 mm) 75.91
debu (2 µm-0.075 mm) 23.04
liat (< 2 µm) 0.00
*Menurut USCS (Unified Soil Clasification System)
Tabel 4 Pengukuran batas cair dan batas plastisitas tanah
Batas Cair, LL Batas plastis, PL Indeks plastisitas
36.65% 17.83% 18.82 %
12
pada tanah. Keadaan tekstur tanah sangat berpengaruh terhadap keadaan sifat fisik dan mekanik tanah (Muntohar 2007). Pada Lampiran 3 menunjukkan distribusi ukuran butiran tanah sampel yang digunakan untuk penentuan jenis tanah berdasarkan sistem klasifikasi tanah USCS, sehingga dengan sistem tersebut tanah sampel dapat ditentukan jenis tanahnya.
Berdasarkan Tabel 3, diketahui bahwa tanah di Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo, memiliki fraksi kasar 76.96% lebih besar dari 50% tanah lolos saringan nomor 200, batas cair 36.65% kurang dari 50% dan indeks plastisitas sebesar 18.82% pada Tabel 4, yang berarti berada diatas garis-A, berdasarkan Gambar 11, sehingga merupakan jenis tanah lempung anorganik dengan plastisitas rendah hingga sedang dengan simbol CL(clay loam). Menurut Hardiyatmo (1992) sifat-sifat yang dimiliki tanah lempung di antaranya ukuran butirnya halus, kurang dari 0.002 mm, kenaikan air kapiler tinggi, dan pada kadar air lebih tinggi lempung bersifat lengket (kohesif) dan sangat lunak.
Parameter yang Berpengaruh Terhadap Ketenggelaman Plat
Penelitian Gotteland and Benoit (2006) menunjukkan bahwa nilai rata-rata tekanan yang dihasilkan meningkat seiring dengan bertambahnya luasan plat pada tingkat ketenggelaman yang sama. Indeks rasio bentuk kontak digunakan sebagai salah pendekatan dalam pembuatan model ketenggelaman plat. McKeys and Fan (1985) menunjukkan bahwa menggunakan dimensi plat yang lebih banyak b, memberikan nilai yang lebih akurat dalam penentuan konstanta kc, k, dan n pada
teori Bekker (1960).
Parameter yang mempengaruhi ketenggelaman plat adalah dimensi plat (luas dan bentuk kontak rasio plat), kadar air, dan densitas tanah. Selain ketiga parameter tersebut, kekuatan tanah juga mempengaruhi ketenggelaman plat. Kekuatan tanah 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), kondisi tanah juga berpengaruh terhadap ketenggelaman plat, pada kondisi lahan yang masih alami atau belum dikenai beban penekanan akibat pengolahan tanah, tahanan penetrasi akan meningkat dengan cepat apabila kadar air tanah menurun. Pada tekstur tanah berpasir gembur tahanan penetrasi meningkat secara proposional dengan kedalaman. Sedangkan pada tekstur tanah lempung berdebu, dengan 16% liat dan telah terpadatkan, tahanannya meningkat dengan cepat pada kedalaman beberapa centimeter di permukaan, kemudian mendekati tetap (Astika 1988).
Gambar 12 menunjukkan gambar grafik parameter yang berpengaruh terhadap ketenggelaman plat. Gambar grafik tersebut menggambarkan hubungan antara tekanan terhadap ketenggelaman plat dengan parameter dimensi plat (luas dan rasio bentuk kontak plat), kadar air, dan densitas tanah.
13
Gambar 12 Grafik hubungan antara ketenggelaman plat dengan tekanan plat Berdasarkan enam grafik pada Gambar 12, dapat dikatakan bahwa secara umum semakin besar rasio bentuk kontak area plat (K) pada tanah maka diperlukan tekanan yang lebih besar untuk menghasilkan ketenggelaman yang sama pada luas plat, kadar air, dan densitas tanah yang sama. Sehingga korelasi antara rasio bentuk kontak area dengan ketenggelaman plat berbanding terbalik.
Pengambilan sampel tanah untuk pengukuran kadar air kedalaman 0-10 cm dari permukaan tanah dengan kandungan kadar air rata-rata sebesar 29.43%, 31.23%, dan 32.29%, tetapi nilai kadar air yang paling besar pengaruhnya terhadap ketenggelaman plat pada kedalaman 0–5 cm dari permukaan tanah, sebab pengukuran ketenggelaman plat hanya mampu sampai kedalaman 5 cm. Pengaruh kadar air tanah dengan ketenggelaman plat, dapat dilihat pada Gambar 11. Pada tanah dengan kadar air 29.43% dan 31.23% dengan pemberian tekanan yang sama pada suatu plat maka ketenggelaman yang dihasilkan lebih kecil daripada kadar air tanah yang lebih besar 32.29% di mana perlakuan pemberian tekanan yang sama juga pada plat menghasilkan ketenggelaman yang lebih besar, sehingga pemberian tekanan yang sama pada tanah dengan kadar air yang semakin besar akan dihasilkan ketenggelaman yang lebih besar. Oleh karena itu hubungan antara kadar air tanah dengan ketenggelaman plat korelasinya positif.
14
mengerut seperti tanah liat, nilai densitas tanahnya berubah-ubah seiring dengan berubahnya kadar air tanah. Pada Gambar 13 menunjukkan gambar grafik antara parameter kadar air tanah dengan densitas tanah, dapat diketahui bahwa semakin rendah kadar air tanah maka densitas tanah pun semakin kecil pula, sehingga hubungan kadar air dengan densitas tanah adalah positif, hal ini sesuai dengan hasil penelitian Arief (2003) yang menyatakan bahwa densitas tanah berbanding lurus dengan kadar air.
Gambar 13 Grafik hubungan kadar air dengan densitas tanah basah
Hasil analisis korelasi yang disajikan pada Lampiran 4 menunjukkan bahwa pengaruh pembebanan (W) terhadap tes ketenggelaman plat memiliki korelasi yang positif sebesar 0.202, artinya ketika pembebanan ditambah maka akan meningkatkan ketenggelaman. Hal ini sesuai dengan hasil penelitian yang dilakukan oleh Sudianto (2000) yang menyimpulkan bahwa dengan meningkatnya pembebanan, maka nilai ketenggelaman roda cenderung bertambah.
15
Gambar 14 Grafik hubungan tahanan penetrasi tanah dengan kedalaman Ketahanan penetrasi tanah dipengaruhi oleh sifat-sifat tanah di antaranya kandungan air tanah, berat isi, struktur, dan tekstur tanah (Undang 2006). Tahanan penetrasi tanah dipengaruhi oleh kadar air, ketika kadar air turun, maka tahanan penetrasi tanah meningkat seperti juga halnya dengan kendaraan off-road konvensional di mana untuk menduga kemampuan lalu lintasnya, daya dukung tanah dan sinkage harus dipertimbangkan secara simultan (Mandang 1992), pendekatan melalui tahanan penetrasi tanah diduga dapat digunakan juga untuk mengetahui kemampuan lalu lintas TRV di lahan.
Untuk dapat menduga ketenggelaman TRV berbasis ketenggelaman plat ini maka parameter yang digunakan dalam model pendugaan adalah pembebanan dan dimensi plat (luas dan rasio bentuk kontak) yang direalisasikan dalam bentuk parameter tekanan. Selain pembebanan dan dimensi plat, ketenggelaman roda juga dipengaruhi oleh parameter sifat fisik dan mekanik tanah. Parameter sifat fisik tanah yang paling mudah dalam pengukuran dan memiliki banyak pengaruh adalah kadar air tanah, sebab kadar air tanah berpengaruh pada tahanan penetrasi tanah, ketika kadar air tanah meningkat, maka tahanan penetrasi menurun (Vepraskas 1984 dalam Undang 2006), densitas tanah dipengaruhi oleh tekstur tanah, kandungan bahan organik, struktur tanah, dan pengolahan lahan. Sehingga dengan penyederhanaan parameter pembebanan dan dimensi plat dalam bentuk tekanan, serta keterkaitan parameter kadar air terhadap tahanan penetrasi dan densitas tanah, maka parameter tekanan dan kadar air digunakan sebagai variabel bebas dalam model ketenggelaman plat ini.
Model Ketenggelaman Plat
Pendugaan ketenggelaman TRV dengan menggunakan ketenggelaman plat ini didasari oleh teori Bekker (1960) dalam Griffith et al. (2011) yang telah mengembangkan model pendugaan ketenggelaman plat, dan hasil penelitian oleh Osterberg (1948) dalam Kogure et al. (1983) yang menyatakan bahwa plot logaritmik beban dengan ketenggelaman plat menghasilkan hubungan linear untuk kuat tekan plat test di lapangan tanah liat dan regresi merupakan alat analisis statistik yang dapat membantu untuk melakukan prediksi atas variabel terikat dengan mengetahui kondisi variabel bebas (Wahyono 2009), sehingga untuk mengetahui ketenggelaman TRV maka dibuat model matematika yang dihasilkan dari analisis regresi linear.
Tahanan penetrasi tanah (kgf/cm2)
KA 31.23 %
KA 32.29 %
16
Berdasarkan hasil analisis korelasi yang disajikan pada Lampiran 4 menunjukkan bahwa koefisien korelasi sifat fisik dan mekanik tanah dengan ketenggelaman plat dengan nilai yang paling tinggi adalah kedalaman plat sebesar 0.625 dan -0.338 untuk kadar air, sehingga parameter yang dimasukkan ke dalam model pendugaan ketenggelaman TRV berbasis uji ketenggelaman plat adalah ketenggelaman plat (Z) merupakan variabel terikat, sedangkan parameter kadar air (KA) dan tekanan (P) merupakan variabel bebas. Besaran untuk variabel kedalaman plat dalam cm, tekanan dalam kPa, dan kadar air tanah dalam %.
Hasil analisis regresi linear berganda kedalaman plat dan tekanan serta kadar air dapat dilihat pada Tabel 5.
Tabel 5 Hasil analisis regresi linear kedalaman plat terhadap variabel bebas tekanan plat dan kadar air tanah
Model Plat Persamaan
Berdasarkan Tabel 6 menunjukkan gradien perbedaan antara hasil pendugaan ketenggelaman plat menggunakan model matematika dan ketenggelaman plat hasil observasi menunjukkan nilai yang mendekati 1 merupakan model yang mendekati hasil observasi.
17
Pada Tabel 6 nilai koefisien yang mendekati 1 adalah model matematika Z’4 dengan nilai koefisien 0.9998. Lampiran 5 menunjukkan persamaan regresi linear grafik hubungan antara Z observasi penetrasi plat dengan Z model matematika plat yaitu y = 0.9998x, dengan y adalah Z observasi penetrasi plat dan x adalah Z model matematika plat. Sehingga dapat disimpulkan bahwa hasil pendugaan ketenggelaman plat menggunakan model matematika Z’4 mendekati hasil observasi ketenggelaman penetrasi plat.
Verifikasi model ketenggelaman plat digunakan untuk memastikan model yang sesuai dengan ketenggelaman secara observasi dengan cara melihat nilai error atau beda yang terkecil antara model ketenggelaman plat dengan ketenggelaman TRV secara observasi baik secara statis maupun dinamis.
Tabel 7 Nilai beda (error) pada setiap model matematika dan Z model Bekker dengan Z TRV observasi statis dan dinamis.
18
antara model Z Bekker-Z TRV observasi dinamis rata-rata bedanya hampir 0.25 cm. Penggunaan model Bekker untuk menduga ketenggelaman TRV memiliki kelemahan, yaitu keterbatasan penggunaan plat dan rasio bentu kontak tertentu.
Oleh karena itu, setelah dilakukan verifikasi model matematika dan Z model Bekker dengan Z TRV observasi statis dan dinamis, maka model matematika Z’5 yang dipilih sebagai model matematika untuk mengetahui ketenggelaman TRV, sebab nilai indeks rasio plat K5 sama dengan lebar (b) roda TRV sebesar 3 cm dan juga nilai perbedaannya (error) kecil terhadap Z TRV observasi statis dan dinamis. Model matematika ini hanya digunakan untuk jenis tanah CL (clay loam) dengan kadar air 29.43% sampai 32.29% serta dengan bulk density 1.06 g/cm3 sampai 1.18 g/cm3.
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
1 Karakteristik tanah contoh merupakan jenis tanah lempung anorganik dengan plastisitas rendah hingga sedang dengan simbol CL (clay loam). 2 Parameter yang berpengaruh terhadap hasil ketenggelaman plat adalah sifat
fisik dan mekanik tanah (kadar air, densitas tanah, dan tahanan penetrasi tanah), tekanan digunakan untuk menduga ketenggelaman TRV.
3 Pembebanan dan dimensi plat merupakan parameter yang digunakan sebagai tekanan dalam pendugaan TRV berbasis ketenggelaman plat.
4 Kadar air tanah berpengaruh pada densitas tanah dan tahan penetrasi tanah. 5 Model matematika ketenggelaman plat yang baik digunakan untuk
memprediksi ketenggelaman plat adalah Z’4= -3.581 + 0.052 P + 0.175 KA untuk jenis tanah CL (clay loam) dengan kadar air 29.43%, sampai 32. 29% serta dengan bulk density 1.06 g/cm3 sampai 1.18 g/cm3.
6 Model matematika ketenggelaman plat yang baik digunakan untuk memprediksi ketenggelaman TRV adalah Z’5= -7.903 + 0.100 P + 0.303 KA untuk jenis tanah CL (clay loam) dengan kadar air 29.43%, sampai 32.29% serta dengan bulk density 1.06 g/cm3 sampai 1.18 g/cm3.
Saran
1 Pendugaan ketenggelaman TRV berbasis ketenggelaman plat ini belum sempurna karena memiliki perbedaan sampai dengan 0.34 cm dengan ketenggelaman TRV observasi statik dan 0.73 cm dengan ketenggelaman TRV observasi dinamis. Penyempurnaan model ketenggelaman ini dapat dilakukan dengan cara eksplorasi data lebih banyak serta penggunaan teknik permodelan lain.
19
dirasakan perlu adanya penelitian lebih lanjut untuk mencari faktor koreksi antara ketenggelaman akibat pembebanan statis dan dinamis.
DAFTAR PUSTAKA
Arief WU. 2003. Perubahan sifat fisik dan mekanik tanah pada berbagai dosis blotong dan intensitas lintasan traktor di PT Gula Putih Mataram, Lampung [Skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Astika IW. 1988. Mempelajari pengaruh pengolahan tanah terhadap tahanan pentrasi tanah di kebun percobaan darmaga IV IPB, Bogor [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Gotteland Ph, Benoit O. 2006. Sinkage tests for mobility study, modelling and experimental validation. J Terramech. 43(2006):451-467.
Griffith G, Spenko M. 2011. A Modified Pressure-Sinkage Model for Small, Rigid Wheels on Deformable Terrains. Elsevier Science Publisher. Volume(48): 149-155.10.1016.
Hakim N, Yusuf AM, Lubis SG, Nugraha D, Amin BH. 1986. Dasar-Dasar Ilmu Tanah. Univ Lampung.
Hardiyatmo HC. 1992. Mekanika Tanah I. Jakarta (ID): Gramedia Pustaka Utama. Hillel D. 1982. Introduction to Soil Rhysics. San Diego (US): Academic Pr.
Kalsim DK, Sapei A. 2003. Fisika Lengas Tanah. Bogor (ID): Jurusan Teknik Pertanian, Fateta. IPB.
Kogure K, Ohira Y, Yamaguchi H. 1983. Prediction of sinkage and motion resistance of a tracked vehicle using plate penetration test. Elsevier Science Publisher. Volume (20): 121-128.
Mandang T, Nishimura I. 1991. Hubungan Tanah dan Alat Pertanian. Bogor (ID). IPB.
McKyes E, Fan T. 1985. Multiple penetration test to determine soil stiffness moduli. J Terramech. 22(3):157-62.
Muntohar AS. 2007. Pengantar RekayasaGeoteknik. Yogyakarta (ID): Univ Muhammadiyah Yogyakarta.
Putra TA. 2012. Pengujian kinerja penetrometer digital berbasis mikrokontroler ATMEGA 8535[skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Rangkuti SR. 2002. Rancang bangun instrumen pengukuran kemampuan traksi traktor 2 roda pada lahan sawah [Skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Rashidi M, Fakhri M, Razavi S, and Oroojloo M. 2012. Comparison of Bekker and Upadhyaya models in predicting soil pressure-sinkage behavior under field conditions.American-Eurasian J Agric and Environ. Sci.12 (12). 10.5829.
Sebastian Y. 2002. Kajian kinerja tiga tipe roda besi untuk operasi traktor tangan di lahan kering [Skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
20
Swastawa N, Hermawan W, Sembiring N. 2000. Pedoman dan lembar kerja konstruksi dan pengukuran kinerja traktor pertanian. Lab. Alat dan Mesin Budidaya Pertanian. IPB, Bogor.
Undang K, Fahmuddin A, Abdurachman A, Ai D. 2006. Sifat Fisik Tanah dan Metode Analisisnya. Balai Besar LITBANG Sumberdaya Lahan Pertanian. Wahyono T. 2009. 25 Model Analisis Statistik dengan SPSS17. Jakarta (ID): Elex
Media Komputindo.
Wong JY. 2001. Theory of Ground Vehicles 3rd ed. London (CA): J Wiley.
Lampiran 1 Spesifikasi TRV
Spesifikasi TRV Ukuran Satuan
Model HSP Racing 1/10 electric powered 4WD Rock crawler Nomer model 94180 (TOP) New Type
Panjang 430 mm
Lebar 258 mm
Tinggi 200 mm
Berat 1.995 kg
Berat + casing 3.015 kg
Motor RC 540 1100 kV Two ESC 25
A
-
Diameter velg 6.125 mm
Baterai 7.2 / 2000 V/ mAh
Channel 3
21
Piktorial
Digambar pada : 15 Juli 2013 Digambar oleh : Robiansyah
Diperiksa oleh : Dr Lenny Saulia, STP, MSi
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2013
Proyeksi : Amerika Skala 1:4 Lembar 1
Judul Gambar
Penetrometer digital
22
Lampiran 3 Pengukuran tekstur tanah No.
23
Lampiran 5 Koefisien korelasi pearson sifat fisik dan mekanik tanah dengan ketenggelaman plat
BD Z Z Z P P T RH
(5-10 cm) (cm) statis dinamis (5 cm) (10 cm) (0C) (%) W TRV (kg) 0.000 0.000 .173** .359** 0.000 0.000 0.000 0.000 P (kPa) -.288** .625** -.114** -.126** .272** .308** .187** -.126**
K 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
A (mm2) 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 KA (0-5 cm) .853** 0.000 .381** .607** -.806** -.913** -.553** .373** KA (5-10 cm) -.222** 0.000 -.713** -0.017 .304** .097* .613** -.760** BD (0-5 cm) 1.000** 0.000 .790** .633** -.997** -.990** -.911** .809** BD (5-10 cm) 1.000 0.000 .784** .634** -.996** -.992** -.907** .802** Z (cm) 0.000 1.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 Z (statis) .784** 0.000 1.000 .568** -.828** -.708** -.944** .959** Z (dinamis) .634** 0.000 .568** 1.000 -.621** -.645** -.521** .433** P (5 cm) -.996** 0.000 -.828** -.621** 1.000 .978** .939** -.850** P (10 cm) -.992** 0.000 -.708** -.645** .978** 1.000 .846** -.720** T (0C) -.907** 0.000 -.944** -.521** .939** .846** 1.000 -.979** RH (%) .802** 0.000 .959** .433** -.850** -.720** -.979** 1.000
24
Lampiran 6 Grafik hubungan Z observasi plat (cm) dengan Z model plat (cm)
25
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Cirebon pada tanggal 15 Juli 1990 dari ayah Tona dan ibu Ami’a. Penulis adalah putra kedua dari empat bersaudara. Penulis menyelesaikan sekolah dasar di SDN 1 Astapada Kabupaten Cirebon lulus pada tahun 2003. Penulis meneruskan pendidikan di SMPN 1 Kedawung Kabupaten Cirebon dan lulus pada tahun 2006. Tahun 2009 penulis lulus dari SMA Negeri 2 Kota Cirebon dan pada tahun 2009 penulis lulus masuk Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) dan diterima di Departemen Teknik Pertanian yang sekarang berganti nama menjadi Departemen Tenik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian.
