ADI PURNAMA NUR’ARIPIN
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
2015
PENDUGAAN KETENGGELAMAN
TERRESTRIAL ROBOTIC
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pendugaan Ketenggelaman Terrestrial Robotic Vehicle (TRV) melalui Pendekatan Jejak Kaki Manusia 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, Januari 2015
Adi Purnama Nur’aripin
iv
ABSTRAK
ADI PURNAMA NUR’ARIPIN. Pendugaan Ketenggelaman Terrestrial Robotic Vehicle (TRV) Melalui Pendekatan Jejak Kaki Manusia. Dibimbing oleh Prof. Dr. Ir. Tineke Mandang, MS.
Terrestrial Robotic Vehicles (TRVs)perlu dikembangkan untuk membantu kegiatan pertanian di Indonesia. Pengembangan TRVs memerlukan pertimbangan khusus terhadap karakteristik fisik maupun sifat mekanik tanah terkait dengan pengaruhnya terhadap mobilisasi TRV. Salah satu yang menjadi masalah dalam mobilisasi adalah ketenggelaman. Model pendugaan ketenggelaman yang sudah berhasil digunakan untuk kendaraan relatif besar adalah model Bekker (Bekker 1962 dalam Meirion-Griffith dan Spenko 2011) namun model ini bermasalah jika digunakan pada kendaraan berukuran kecil. Model ini memiliki akurasi yang rendah ketika digunakan pada kendaraan berukuran kecil. Penelitian ini mengusulkan model pendugaan ketenggelaman TRV dengan metode yang lebih sederhana dari model-model yang sudah ada sebelumnya yaitu dengan parameter kadar air tanah, bulk density dan tekanan jejak kaki manusia. Model ketenggelaman yang diperoleh adalah zksa = -15.21 + 0.318Pskn + 2.615ka0-5 - 59.85ρ0-5 untuk subjek perempuan dan zkdc = -18.597 + 0.190Pkr + 1.919ka0-5 - 36.235ρ0-5 untuk subjek laki-laki namun hasil verivikasi menunjukan kedua model tersebut memiliki akurasi yang masih rendah sehingga perlu disempurnakan lagi. Kata kunci: jejak kaki, kadar air, ketenggelaman, tekanan,TRVs
ABSTRACT
ADI PURNAMA NUR’ARIPIN. Sinkage Estimation of Terrestrial Robotic Vehicle (TRV) using Human Footprints Method. Supervised by Prof. Dr. Ir. Tineke Mandang, MS.
Terrestrial Robotic Vehicles (TRVs) are necessary to be developed to support agricultural activities in Indonesia. TRVs development requires special consideration on the characteristics of the soil physical and mechanical properties related to its effect on TRV mobility. One of the detrimental effect in mobility is sinkage. Sinkage estimation has been successfully used to large vehicles is a Bekker's model (Bekker 1962 in Meirion-Griffith and Spenko 2011) however appliying Bekker model to smaller vehicles can be problematic. This model has little accuracy when used on small vehicles. This research proposes sinkage estimation model for TRV using a simpler method, that is using water capacity, bulk density and human foot pressure parameters. The proposed model of sinkage is zksa = -15.21 + 0.318Pskn + 2.615ka0-5 - 59.85ρ0-5 for female subjects and zkdc= -18.597 + 0.190Pkr + 1.919ka0-5 - 36.235ρ0-5 for male subjects however
the verification results showed both models have a low accuracy, therefore both models needs to be improved.
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian
pada
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem
PENDUGAAN KETENGGELAMAN
TERRESTRIAL ROBOTIC
VEHICLE
(TRV) MELALUI PENDEKATAN
JEJAK KAKI MANUSIA
ADI PURNAMA NUR’ARIPIN
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
Judul Skripsi : Pendugaan Ketenggelaman Terrestrial Robotic Vehicle (TRV) Melalui Pendekatan Jejak Kaki Manusia
Nama : Adi Purnama Nur’aripin NIM : F14090054
Disetujui oleh
Prof. Dr. Ir. Tineke Mandang, MS Pembimbing
Diketahui oleh
Dr. Ir. Desrial, M. Eng Ketua Departemen
viii
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia dan izin-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Juni 2013 ini ialah teramekanik, dengan judul Pendugaan Ketenggelaman Terrestrial Robotic Vehicle (TRV) Melalui Pendekatan Jejak Kaki Manusia.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Prof. Dr. Ir. Tineke Mandang, MS dan Ibu Dr. Lenny Saulia S.TP, M.Si selaku dosen pembimbing serta Dr. Ir. Wawan Hermawan, MS dan Dr. Ir. I Wayan Astika M.Si selaku dosen penguji. Terima kasih juga penulis ucapkan kepada kedua orang tua dan seluruh keluarga serta kerabat di kampung halaman, A Deden, Ibu Sri Rahayu, keluarga besar KMNU IPB, keluarga besar UKM Panahan IPB, dan keluarga besar Pondok Pesantren Mina 90 atas dukungan dan doa yang telah diberikan. Terima kasih dan semoga sukses kepada teman-teman seperjuangan Robiansah, Andhika, Gumilar, Hairunnisa serta teman-teman Orion 46 yang telah banyak membantu dalam pelaksanaan penelitian.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
DAFTAR ISI
ABSTRAK iv
DAFTAR ISI ix
DAFTAR TABEL x
DAFTAR GAMBAR x
DAFTAR LAMPIRAN x
PENDAHULUAN 1
Latar Belakang 1
Perumusan Masalah 2
Tujuan Penelitian 2
Manfaat Penelitian 2
METODOLOGI 2
Tempat dan Waktu Penelitian 2
Alat dan Bahan 2
Metode Penelitian 3
HASIL DAN PEMBAHASAN 8
Identifikasi Sampel Tanah 8
Antropometri Subjek 9
Hubungan Parameter Tekanan Terhadap Kedalaman Jejak Kaki 10 Hubungan Kadar Air Tanah dengan Bulk Density dan Tahanan Penetrasi 12
Model Ketenggelaman 13
Verifikasi Model 15
SIMPULAN DAN SARAN 17
Simpulan 17
Saran 17
DAFTAR PUSTAKA 18
LAMPIRAN 19
x
DAFTAR TABEL
1 Alat dan bahan penelitian 2
2 Batas cair, batas plastis, indeks plastisitas dan distribusi ukuran
partikel tanah 9
3 Nilai tekanan subjek (S) 10
4 Karakteristik tanah percobaan 12
5 Hasil analisis regresi linear zkaki perempuan dan laki-laki dengan
parameter P dan ka0-5 14
6 Hasil analisis regresi linear zkaki perempuan dan laki-laki dengan
parameter P, ka0-5, dan ρ0-5 14
7 Nilai Koefisien determinasi antara Z observasi TRV statis dan dinamis
dengan zmodel 15
DAFTAR GAMBAR
1 Diagram alir metode penelitian 3
2 (a) Pengukuran A telapak kaki pada millimeter block (b) Roda TRV 6 3 Pengukuran (a) sinkage TRV(b) sinkage kaki 7
4 Jejak telapak kaki (a) dinamis (b) statis 8
5 Besar tekanan kaki masing-masing subjek 10
6 Pengaruh parameter tekanan terhadap kedalaman jejak kaki
masing-masing subjek 11
7 Hubungan kadar air terhadap tahanan penetrasi 13 8 Hubungan antara zmodel dengan zobservasi (a) TRV statis dan (b) TRV
dinamis pada subjek perempuan 15
9 Hubungan antara zmodel dengan zobservasi (a) TRV statis dan (b) TRV
dinamis pada subjek laki-laki 16
10 RC mobile 19
DAFTAR LAMPIRAN
1 Spesifikasi RC mobile yang digunakan 19
2 Karakteristik roda pada platform keras 19
3 w TRV 20
4 Klasifikasi tanah berdasarkan beberapa organisasi 20
5 Diagram klasifikasi tekstur tanah 20
6 Data antropometri subjek 21
7 Nilai rata-rata ketenggelaman kaki subjek 21
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Terrestrial Robotic Vehicles (TRVs) sudah sangat berkembang di negara-negara maju seperti Amerika dan digunakan untuk kegiatan-kegiatan penting seperti modern military (Smuda 2004 dalam Nguyen-Huu dan Joshua T 2009) dan tim SAR (Micire 2002 dalam Nguyen-Huu dan Joshua T 2009). Selain itu, TRVs juga dikembangkan untuk membantu dan menunjang industri pertanian seperti perusahaan pemanenan (Nguyen-Huu dan Joshua T 2009). Di Indonesia, TRVs belum banyak dikembangkan dan dimanfaatkan, termasuk di bidang pertanian. Oleh karena itu, diperlukan pengembangan TRVs sehingga dapat dimaksimalkan pemanfaatannya di Indonesia.
Pengembangan TRVs harus disesuaikan dengan kondisi lingkungan di mana TRVs akan dioperasikan. Karakteristik tanah baik fisik maupun mekanik sangat berpengaruh dalam pengembangan suatu TRVs khususnya dalam keterkaitannya dengan mobilisasi. Mandang dan Nishimura (1991) menyatakan bahwa untuk menduga kemampuan lalu lintas alat pertanian, daya dukung tanah dan sinkage
harus dipertimbangkan secara simultan.
Ketenggelaman atau sinkage adalah terjadinya penurunan permukaan tanah akibat gaya dari luar yang dapat mengakibatkan pemadatan tanah. Penurunan permukaan terjadi sampai pada keadaan di mana gaya penahan dari tanah seimbang dengan beban yang diberikan. Kenaikan beban dapat menyebabkan kenaikan ketenggelaman. Ketenggelaman roda yang besar akan mengakibatkan tahanan gelinding yang besar pula. Meningkatnya nilai ketenggelaman akibat pembebanan yang diberikan, akan meningkatkan besarnya tahanan gelinding yang berpengaruh terhadap menurunnya kemampuan traksi suatu kendaraan (Mandang dan Nishimura 1992).
Model pendugaan ketenggelaman yang sudah berhasil digunakan adalah model Bekker (Bekker 1962 dalam Meirion-Griffith dan Spenko 2011) namun model ini tidak tepat jika digunakan pada kendaraan berukuran kecil. Model Bekker dijelaskan pada persamaan (1) berikut ini:
2
Perumusan Masalah
Penelitian yang berkaitan dengan mobilisasi khususnya hubungan antara tekanan kontak dan ketenggelaman yang sesuai dengan karakteristik tanah tertentu sangat diperlukan untuk membantu pengembangan TRVs. Salah satu model pendugaan ketenggelaman yang sudah ada adalah model Bekker. Meirion-Griffith dan Spenko 2011 menyatakan bahwa terdapat kelemahan pada model Bekker yaitu model ini memiliki akurasi yang rendah ketika digunakan pada kendaraan berukuran kecil. Metode pendugaan Bekker juga memerlukan peralatan khusus sehingga tidak praktis saat digunakan.
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah membuat model pendugaan ketenggelaman TRV dengan metode yang sederhana yaitu melalui pendekatan jejak kaki manusia.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan bisa dimanfaatkan oleh para pengguna TRVs dan dapat menjadi data dasar untuk disain dan pengembangan TRVs.
METODOLOGI
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 Juni sampai November 2013.
Alat dan Bahan
Alat dan bahan utama yang digunakan selama penelitian dijelaskan pada Tabel 1.
Tabel 1 Alat dan bahan penelitian
Alat Bahan
1. Objek yang diteliti
RC mobile atau TRV dengan spesifikasi seperti yang tertera pada Lampiran 1 2. Alat ukur
Penetrometer, ring sample, oven, timbangan digital, jangka sorong,
milimeter block, alat pengukur suhu dan RH, plasticity dan liquid limit apparatus, desikator, satu set saringan dan
hydrometer analysis apparatus, serta
software IBM SPSS statistics 21.
1. Tanah contoh yang diambil dari Laboratorium Lapangan Siswadhi Supardjo Leuwikopo
3
Metode Penelitian
Diagram alir pelaksanaan penelitian terdapat pada Gambar 1.
Gambar 1 Diagram alir metode penelitian Mulai
Selesai
Persiapan lahan, alat dan bahan serta peralatan uji sifat fisik dan mekanik tanah
Uji tanah contoh di Laboratorium Mekanika Tanah (batas cair, batas plastis, analisis ukuran partikel)
Pengukuran antropometri (berat dan luas telapak kaki) subjek (S) yaitu subjek perempuan 1 (S1), subjek perempuan 2 (S2), subjek laki-laki 1 (S3), subjek
Analisis data (analysis bivarian, regresi linear dan pembuatan model)
Verifikasi model
Pengambilan data di lapangan (i)
ya
4
Persiapan Lahan
Pengujian sinkage dilakukan pada suatu lahan datar. Lahan dibagi menjadi 9 jalur. Lima jalur digunakan untuk uji sinkage subjek dan 4 jalur untuk uji sinkage
TRV. Masing-masing jalur dibentuk menjadi petakan-petakan sebanyak 6 petak dengan dimensi masing-masing 0.75 m x 4 m. Tiga petak untuk pengamatan saat dinamis dan 3 petak lagi untuk pengamatan saat statis. Lahan dikondisikan sehingga permukaannya rata, bersih dari rumput, sampah dan benda lainnya yang keberadaannya akan mengganggu proses pengujian sinkage.
Identifikasi Jenis Tanah
Pengujian yang dilakukan untuk mengidentifikasi jenis tanah adalah analisis ukuran partikel tanah (JIS A 1204 -1980). Analisis ini digunakan untuk menentukan distribusi ukuran partikel tanah. Analisis ukuran partikel tanah memerlukan pengukuran kadar air, berat jenis partikel (JIS A 1202-1978), serta batas plastis dan batas cair untuk menentukan indeks plastisitas tanah contoh tersebut. Batas plastis didefinisikan sebagai kadar air di dalam tanah pada fase antara plastis dan semi padat. Determinasi batas plastis tanah dilakukan dengan mengatur kadar air pada tanah sehingga tanah dapat digulung dengan diameter 3 mm tanpa terjadinya retakan. Metode pengukuran yang digunakan adalah standar JIS A 1206-1970. Batas cair didefinisikan sebagai kadar air yang terkandung di dalam tanah pada perbatasan antara fase cair dan fase plastis. Tanah contoh yang digunakan untuk pengujian batas cair yaitu tanah yang lolos saringan 0.42 mm sebanyak 100 gram yang telah dicampur air lalu dimasukan ke dalam cawan yang kemudian diratakan dengan spatula sejajar dengan alas dengan tinggi 10 mm. Alat pembuat alur (grooving tool) digunakan untuk membuat alur garis tengah pada cawan dengan posisi tegak lurus permukaan cawan. Kemudian tuas diputar dengan kecepatan 2 putaran per detik sampai kedua sisi bersinggungan, kemudian diambil sampel untuk uji kadar air (JIS A 1205-1980). 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 2010). Nilai indeks plastisitas dapat dihitung menggunakan persamaan (2):
(2) dimana :
PI = indeks plastisitas (plasticity index), LL = batas cair (liquid limit), dan PL =
batas plastis (plastic limit) 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. Perubahan kadar air tanah tersebut dapat menyebabkan perubahan nilai tahanan penetrasi dan densitas (bulk density) tanah. Kadar air juga dapat dinyatakan dalam persen volume, yaitu persentase volume air terhadap volume tanah (Hakim 1986). Metode pengukuran yang digunakan adalah standar JIS A 1203-1978. Kadar air tanah dihitung dengan persamaan (3):
ka = (3) dimana :
5
Pengukuran Densitas Tanah
Densitas tanah ada dua jenis yaitu densitas tanah basah dan densitas tanah kering. Densitas tanah basah atau wet-bulk density didefinisikan sebagai padatan tanah (massa total) dibagi dengan volume total tanah (Kalsim dan Sapei 2003). Densitas tanah kering atau dry-bulk density umumnya digunakan dan didefinisikan sebagai massa kering tanah oven pada suhu 105oC selama 24 jam dibagi dengan volume total tanah (Kalsim dan Sapei 2003). Metode pengujian densitas tanah yang digunakan pada penelitian ini adalah wet-bulk density
tujuannya mempermudah pada proses pengambilan data. Istilah densitas tanah yang digunakan selanjutnya berarti merujuk pada wet-bulk density. Nilai wet bulk density dapat dihitung menggunakan persamaan (4) dan Yeol et al (2000) dalam Budi (2011) menjelaskan hasil metode wet-bulk density dapat dikonversi ke dry bulk density menggunakan persamaan (5):
ρwet = (4)
Pengukuran dilakukan untuk memperoleh nilai ketahanan terhadap penetrasi, atau disebut juga indeks penetrometer (Qp). Besaran nilai indeks penetrometer pada alat yang digunakan dalam penelitian ini dihitung dengan persamaan (6):
Qp (6) dimana:
c = skala pada penetrometer
w = berat alat (kgf)
A = luas penampang penetrometer (m2)
Qp = indeks penetrometer (Pa)
Nilai hasil pengukuran indeks penetrometer dipengaruhi oleh sifat tanah. Menurut Islami dan Utomo (1995) 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.
Pengukuran Antropometri Subjek dan Karakteristik Roda TRV
Subjek yang dipilih adalah subjek yang memiliki karakteristik berat badan antara 55-60 kg. Terdapat 5 subjek yang menjadi objek dalam pengamatan yang terdiri atas dua subjek perempuan dan 3 subjek laki-laki. Data antropometri yang diambil dari subjek antara lain berat badan (w) yang diukur dengan timbangan digital dan luasan telapak kaki (A) yang diukur secara manual dengan bantuan
milimeter block. Luas telapak kaki diukur dari batas terluar telapak kaki yang ditandai dengan bantuan alat tulis. Batas terluar disesuaikan dengan bentuk dari masing-masing telapak kaki subjek (Gambar 2.a).
6
Secara umum nilai tekanan (P) subjek diperoleh dari hasil perbandingan antara berat badan (w) dan luas telapak kaki (A). Nilai tekanan statis dan dinamis subjek pada penelitian ini diperoleh dari persamaan (7) dan (8) berikut ini:
Pstatis =
(7)
Pdinamis =
(8)
A yang digunakan disesuaikan dengan tekanan kaki yang akan dihitung. Jika akan menghitung tekanan kaki kiri dinamis (Pkr) atau tekanan kaki kiri statis (Pskr) maka yang digunakan adalah A kaki kiri, sedangkan jika yang dihitung tekanan kaki kanan dinamis (Pkn) atau kaki kanan statis (Pskn) maka yang digunakan adalah A kaki kanan.
Jenis roda TRV (Gambar 2.b) yang digunakan adalah ban karet yang terisi udara. Ban dilengkapi teknologi sehingga udara dalam ban dapat berkurang atau bertambah secara otomatis disesuaikan dengan beban atau tekanan yang diterimanya. Untuk mencari luas kontak antara roda dengan tanah (A) maka dilakukan pengukuran panjang kontak roda dengan permukaan (l) dan lebar kontak roda dengan permukaan (b). Selain itu diukur juga diameter vertikal roda (dv) dan diameter horizontal roda (dh) untuk mengetahui perubahan kondisi roda tersebut pada masing-masing perlakuan pembebanan. Sebelum pengujian di lahan dilakukan pengukuran pada saat TRV diletakan pada platform keras. Hasil pengukuran karakteristik roda pada platform keras disajikan pada Lampiran 2.
(a) (b)
Gambar 2 (a) Pengukuran A telapak kaki pada millimeter block (b) Roda TRV Nilai tekanan TRV baik pada kondisi statis maupun pada kondisi dinamis diasumsikan sama yaitu diperoleh dengan cara pengujian sederhana dengan menggunakan platform keras. Perhitungan tekanan TRV (PTRV) dijelaskan pada persamaan (9) berikut ini :
PTRV =
(9)
dimana w adalah berat TRV dan A adalah total luas kontak keempat roda TRV. Luas kontak masing-masing roda dihitung dengan persamaan (10) (Liljedahl et al
7
Aroda = 0.78 lb (10)
dimana l adalah panjang kontak dan b adalah lebar kontak roda dengan tanah Pengukuran Sinkage TRV dan Kaki Subjek
Pengukuran sinkage TRV (Gambar 3.a) dan kaki subjek (Gambar 3.b) dilakukan secara bersamaan pada kondisi tanah yang sama. Pengukuran dilakukan pada kondisi statis dan dinamis. Pengukuran pada kondisi statis yaitu pengukuran
sinkage yang dihasilkan dari TRV atau subjek dalam keadaan tidak bergerak. Pengukuran pada kondisi dinamis yaitu pengukuran sinkage yang dihasilkan dari TRV atau subjek yang bergerak atau berjalan.
(a) (b)
Gambar 3 Pengukuran (a) sinkage TRV(b) sinkage kaki a) Pengukuran sinkage TRV
Sinkage TRV diukur dengan menggunakan jangka sorong. Pada kondisi statis pengukuran sinkage dilakukan pada masing-masing roda yaitu, roda bagian kiri depan, kiri belakang, kanan depan, dan kanan belakang. Pada kondisi dinamis pengukuran dilakukan pada dua jalur yaitu jalur roda bagian kiri dan bagian kanan. Pengukuran dilakukan pada enam petak. Tiga petak untuk keadaan statis dan tiga petak untuk keadaan dinamis. TRV yang digunakan dalam pengamatan diberi empat perlakuan pembebanan yaitu w1,
w2, w3, dan w4 masing-masing mempunyai selisih berat 2.5 kg (Lampiran 3). Kecepatan rata-rata TRV ketika pengujian kondisi dinamis adalah 1.19 m/s pada w1, 1.05 m/s pada w2, 0.95 m/s pada w3, dan 0.75 m/s pada w4.
b) Pengukuran kedalaman jejak kaki subjek
Kedalaman jejak kaki diukur dengan menggunakan jangka sorong. Kedalaman diukur dari permukaan awal tanah hingga permukaan tanah yang turun akibat adanya pemadatan tanah oleh kaki. Pengukuran dilakukan pada area yang paling dalam yaitu bagian depan yang merupakan area di sekitar
metatarsal bones sedangkan jejak kaki bagian belakang merupakan area di sekitar calcaneus. Pengukuran kedalaman jejak kaki pada keadaan dinamis (Gambar 4.a) dan statis (Gambar 4.b) terdiri atas empat bagian yaitu, kaki kanan bagian depan, kanan bagian belakang, kiri bagian depan, dan kiri bagian belakang. Kecepatan berjalan ketika pengukuran kondisi diamis yang digunakan adalah kecepatan normal subjek berjalan. Hasil pengukuran pada saat pengamatan kecepatan normal rata-rata subjek adalah 0.6 m/s.
8
(a) (b)
Gambar 4 Jejak telapak kaki (a) dinamis (b) statis Analisis Korelasi dan Analisis Regresi Linear
Analisis korelasi dan analisis regresi dilakukan menggunakan Software IBM SPSS Statistics 21. Metode yang digunakan pada analisis korelasi adalah Pearson Correlation dan metode analisis regresi yang digunakan adalah analisis regresi linear. Pemilihan model regresi secara linear (tidak secara exponensial) didasarkan kepada tujuan pembuatan model yang akan dibuat dengan sederhana. Proses pengembangan model dilakukan dengan cara mengidentifikasi variabel yang berpengaruh terhadap sinkage (z), kemudian menganalisis hubungan masing-masing variabel yang berpengaruh terhadap sinkage (z), dan menentukan variabel yang dimasukan ke dalam model. Variabel yang dipilih adalah variabel yang mampu mewakili variabel lain sehingga dengan variabel tersebut mampu menjelaskan sinkage (z) secara menyeluruh.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Identifikasi Sampel Tanah
Sistem klasifikasi tanah dibuat pada dasarnya untuk memberikan informasi tentang karakteristik dan sifat-sifat fisis tanah. Hasil pengamatan batas cair, batas plastis, distribusi ukuran partikel tanah dan klasifikasi tanah percobaan ditunjukan pada Tabel 2.
9
Tabel 2 Batas cair, batas plastis, indeks plastisitas dan distribusi ukuran partikel tanah
Parameter Presentase (%)
Batas cair 62.97
Batas plastis 48.03
Indeks plastisitas 14.94
Tekstur tanah (USDA) (Lampiran 4) (Hillel 1982 dalam Agus et al. 2006) Pasir (0.25 mm – 2.00 mm) 77.60
Sangat kasar (1 mm – 2 mm) 12.46
Kasar (0.5 mm – 1 mm) 6.47
Sedang (0.25 mm – 0.5 mm ) 6.95
Halus (0.1 mm – 0.25 mm ) 11.50
Sangat halus (0.05 mm – 0.1 mm ) 40.22
Debu (0.002 mm – 0.05 mm ) 8.60
Liat (< 0.002 mm ) 13.80
Antropometri Subjek
Subjek yang diamati dikelompokkan menjadi dua yaitu subjek perempuan
(S1 dan S2) dan laki-laki (S3, S4 dan S5) (Gambar 5). Berat subjek perempuan relatif
10
Gambar 5 Besar tekanan kaki masing-masing subjek
Hubungan Parameter Tekanan Terhadap Kedalaman Jejak Kaki
Gaya tekan dari subjek di lahan baik pada saat statis maupun dinamis menyebabkan terjadinya penurunan permukaan tanah dan pemadatan tanah. Hal tersebut sesuai dengan Islami dan Utomo (1995) yang menyatakan bahwa terjadinya pemadatan tanah disebabkan oleh tekanan yang diberikan terhadapnya. Lumintang dan Hidayat (1982) juga menjelaskan bahwa proses pemadatan tanah terjadi karena tanah mendapatkan tekanan di atasnya. Penurunan permukaan tanah yang disebabkan oleh tekanan dari subjek menjadi ukuran besarnya kedalaman jejak kaki. Semakin besar tekanan maka kedalaman jejak kaki akan semakin besar. Bernstein (1913) dalam Mandang dan Nishimura I (1992) menjelaskan nilai tekanan berbanding lurus dengan nilai sinkage atau ketenggelaman.
Tabel 3 Nilai tekanan subjek (S) Nilai tekanan subjek (Tabel 3) diperoleh dari persamaan (11):
11
Gambar 6 Pengaruh parameter tekanan terhadap kedalaman jejak kaki masing-masing subjek
ka 28.65-29.94% dan ρ 1.087-1.216 g/cm3 ka 32.39-32.87% dan ρ 1.160-1.311 g/cm3
12
Berdasarkan hasil pengamatan hubungan antara tekanan masing-masing subjek terhadap ketenggelaman jejak kaki disajikan pada Gambar 6. Pada tekanan yang berbeda dan kadar air yang sama ketenggelaman kaki statis bagian kanan depan (zksa), ketenggelaman kaki statis bagian kanan belakang (zksb), ketenggelaman kaki statis bagian kiri depan (zksc), ketenggelaman kaki statis bagian kiri belakang (zksd), ketenggelaman kaki dinamis bagian kanan depan (zkda), ketenggelaman kaki dinamis bagian kanan belakang (zkdb), ketenggelaman kaki dinamis bagian kiri depan (zkdc), dan ketenggelaman kaki dinamis bagian kiri belakang (zkdd) masing-masing memiliki nilai ketenggelaman yang tidak jauh berbeda. Variasi berat badan dan luas telapak kaki subjek yang sedikit menyebabkan perbedaan tekanan yang tidak terlalu signifikan sehingga nilai ketenggelamannya tidak terlalu jauh berbeda. Pada tekanan yang sama dan kadar air serta bulk density yang berbeda nilai ketenggelaman berubah. Hal ini menunjukan terdapatnya pengaruh kadar air dan bulk density terhadap sinkage.
Hubungan Kadar Air Tanah dengan Bulk Density dan Tahanan Penetrasi
Pengujian sinkage dan pengujian tanah sampel dilakukan sebanyak tiga kali. Rata-rata suhu pada pengujian pertama adalah 29.08 ˚C, pengujian kedua 31.167 ˚C, dan pengujian ketiga 32.85 ˚C sedangkan kelembaban udara pada pengujian pertama sebesar 69.717%, pengujian kedua 61.85%, dan pengujian ketiga 59.017%. Data tersebut menunjukan kondisi lingkungan pada pengujian pertama, kedua dan ketiga relatif tidak terlalu jauh berbeda. Nilai kadar air (ka) dan bulk density (ρ) dijelaskan pada (Tabel 4).
Tabel 4 Karakteristik tanah percobaan Kedalaman menunjukan hubungan yang signifikan. Hasil analisis korelasi bivarian metode
Pearson Correlation bahwa korelasi antara ka0-5 dan ρ0-5 dry adalah 0.157 dan korelasi antara ka5-10 dan ρ5-10 dry adalah -0.25. Hal ini menunjukan bahwa terdapat korelasi yang sangat rendah antara ka dan ρ, sehingga ka tidak bisa diwakilkan oleh ρbegitu juga sebaliknya. Soedarmo dan Edy (1993) menjelaskan sebelum mencapai kadar air optimum meningkatnya kadar air tanah menyebabkan meningkatnya bulk density tanah dan setelah mencapai kadar air optimum meningkatnya kadar air tanah menyebabkan menurunnya bulk density tanah.
13
penurunan kadar air menyebabkan tahanan penetrasi meningkat (Gambar 7). Hal ini sesuai dengan Bontong (2009) yang menjelaskan untuk tanah pasir maupun tanah lanau semakin rendah kadar air maka tahanan penetrasi akan semakin tinggi dan Hernanz et al. (2000) dalam Mousaviseyedi dan Tabatabaekoloor (2012) pada penelitiannya membuktikan bahwa tahanan penetrasi tanah meningkat dengan meningkatnya kedalaman tanah dan menurun dengan meningkatnya kadar air tanah.
Gambar 7 Hubungan kadar air terhadap tahanan penetrasi
Terdapatnya hubungan antara kadar air dan tahanan penetrasi di mana semakin kecil kadar air maka tahanan penetrasi semakin besar sehingga kadar air dan bulk density bisa menjadi parameter yang mewakili tahanan penetrasi. Carlos
et al. (2001) dalam Mousaviseyedi dan Tabatabaekoloor (2012) menyatakan sifat kekuatan tanah sebagian besar bergantung pada nilai bulk density dan kadar air tanah. Selain itu, nilai kadar air dan bulk density juga dapat dengan mudah diperoleh dengan beberapa metode baik di lahan maupun di laboratorium. Parameter kadar air dan bulk density yang dipilih adalah ka0-5 dan ρ0-5 karena kedalaman roda TRV pada percobaan rata-rata tidak melebihi 5 cm.
Model Ketenggelaman
Parameter yang digunakan dalam model pendugaan ketenggelaman TRV melalui pendekatan jejak kaki ini adalah tekanan (P) yang mewakili karakteristik subjek serta kadar air dan bulk density yang mewakili karakteristik sifat fisik dan mekanik tanah. Besar nilai sinkage kaki disajikan pada Lampiran 7 sedangkan nilai sinkage TRV disajikan pada Lampiran 8. Model pendugaan ketenggelaman diperoleh dengan menggunakan analisis rergresi linear. Regresi linear merupakan alat analisis statistik yang dapat membantu untuk melakukan prediksi atas variabel terikat dengan mengetahui kondisi variabel bebas (Wahyono 2009). Analisis regresi yang dilakukan pada penelitian ini terbagi dua yaitu zkaki perempuan dan laki-laki.
Hasil analisis regresi linear diperoleh enam belas model yaitu model zkaki statis bagian kanan depan (zksa), zkaki statis bagian kanan belakang (zksb), zkaki statis bagian kiri depan (zksc), zkaki statis bagian kiri belakang (zksd), zkaki dinamis bagian kanan depan (zkda), zkaki dinamis bagian kanan belakang (zkdb), zkaki dinamis bagian kiri depan (zkdc), zkaki dinamis bagian kiri belakang (zkdd) pada subjek perempuan dan subjek laki-laki dengan parameter P, ka0-5, dan ρ0-5 ditunjukan pada Tabel 5.
14
Tabel 5 Hasil analisis regresi linear zkaki perempuan dan laki-laki dengan parameter P dan ka0-5 Berdasarkan hasil analisis regresi maka terdapat 7 model yang memiliki kesesuaian arah hubungan antara variabel independen dengan variabel dependen yaitu disajikan pada Tabel 6.
Tabel 6 Hasil analisis regresi linear zkaki perempuan dan laki-laki dengan parameter P, ka0-5, dan ρ0-5
Model zksa merupakan satu-satunya model pada subjek perempuan. Model
zksd pada subjek laki-laki memiliki koefisien determinasi tertinggi dari model yang lainnya. Hal ini menunjukan bahwa model zksd pada subjek laki-laki, variabel P,
ka0-5, dan ρ0-5 menjelaskan variabel z lebih tinggi dari model yang lainnya.
Ariefianto (2012) menyatakan bahwa R2 pada persamaan regresi menunjukkan proporsi variasi variabel dependen yang dapat dijelaskan oleh variabel independen. R2 sama dengan 0, maka variasi variabel independen yang digunakan dalam model tidak menjelaskan sedikitpun variasi variabel dependen. Sebaliknya
15
Verifikasi Model
Nilai zmodel diperoleh dengan memasukan nilai tekanan TRV (PTRV), kadar air dan bulk density pada masing-masing model. Model pendugaan sinkage TRV dan nilai koefisien determinasi antara Z observasi TRV dengan zmodel dijelaskan pada Tabel 7.
16
(a) (b)
Gambar 9 Hubungan antara zmodel dengan zobservasi (a) TRV statis dan (b) TRV dinamis pada subjek laki-laki
Pada Gambar 8 dan 9 terlihat bahwa sebaran data tidak merata hal ini kemungkinan besar terjadi karena pengujian variabel seperti tekanan, kadar air dan bulk density kurang bervariasi. Karakteristik subjek, sifat fisik dan mekanik tanah yang sangat beragam sehingga dalam pembuatan model membutuhkan variasi data pengujian yang sangat bervariasi. Pada penelitian ini variasi tekanan yang digunakan sebesar 27 – 37 kPa, variasi kadar air 28 - 34%, variasi bulk density 1 - 1.2 g/cm3. Variasi tersebut tidak cukup untuk mewakili variasi nyata di lapangan dari masing-masing variabel.
Sebaran titik hubungan antara zmodel dengan zobservasi kaki atau zobservasi TRV juga tidak terletak tepat pada garis y = x. Hal tersebut menunjukan terdapat ketidakakuratan pendugaan oleh model. Sebagian titik terletak di atas garis y = x
dan sebagian lagi terletak di bawah garis y = x. Titik-titik yang terletak diatas garis
y = x menunjukan bahwa telah terjadi under prediksi sedangkan titik-titik yang terletak dibawah garis y = x menunjukan telah terjadi over prediksi. Hal tersebut kemungkinan besar disebabkan oleh ketidaktepatan analisis menggunakan analisis regresi linear. Keadaan nyata yang diperoleh dilapangan menunjukan hubungan sifat fisik dan mekanik tanah seperti kadar air dan bulk density dengan sinkage
tidak bersifat linear. Hal tersebut memperkuat alasan ketidaktepatan analisis menggunakan analisis regresi linear.
Hasil verifikasi model menunjukkan kedua model yang terpilih masih memiliki banyak kelemahan dan membuktikan analisis regresi linear kurang tepat digunakan untuk menduga sinkage TRV.
17
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Pada penelitian ini telah berhasil dibuat beberapa model linear untuk menduga ketenggelaman TRV. Model linear kurang tepat digunakan untuk menduga sinkage TRV. Model linear yang memiliki hubungan terbaik adalah model zksa = -15.21 + 0.318Pskn + 2.615ka0-5 - 59.85ρ0-5 pada subjek perempuan, dan model zkdc = -18.597 + 0.190Pkr + 1.919ka0-5 - 36.235ρ0-5 pada subjek laki-laki. Model ini dipilih karena memiliki nilai koefisien determinasi yang paling besar. Model ini terbatas digunakan pada jenis tanah liat berpasir atau sandy loam
dengan rentang kadar air 28% - 34%, rentang berat badan subjek perempuan 55.5 kg – 56 kg, dan rentang berat badan subjek laki-laki 57 kg – 58.5 kg.
Saran
18
DAFTAR PUSTAKA
Agus F, Yusrial, Sutono. 2006. Penetapan Retensi Air Tanah di Laboratorium. Dalam: Kurnia, U. (eds). Sifat Fisik Tanah Dan Metode Analisisnya. Balai Besar Penelitian Dan Sumberdaya Lahan Pertanian. Badan Penelitian Dan Pengembangan Pertanian. Departemen Penelitian Dan Pengembangan Pertanian. Departemen Pertanian, Bogor. Hal 43-62.
Ariefianto MD. 2012. Ekonometrika; Esensi dan Aplikasi dengan Menggunakan EVIEWS. Jakarta (ID): Erlangga.
Bontong B. 2010. Pengaruh Kepadatan dan Kadar Air Terhadap Hambatan Penetrasi Sondir pada Tanah Pasir. Palu (ID): Mektek.
Budi GS. 2011. Pengujian Tanah di Laboratorium; Penjelasan dan Panduan. Yogyakarta (ID): Graha Ilmu.
Hakim N, M. Yusuf N, A. M. Lubis, Sutopo GN, M. Rusdi S, M. Amin D, Go Ban Hong, H. H. Bailey. 1986. Dasar-Dasar Ilmu Tanah. Lampung (ID): Universitas Lampung.
Hardiyatmo HC. 2010. Mekanika Tanah 1-edisi kelima. Yogyakarta (ID): Gadjah Mada Universitas Press.
Islami T, W. H. Utomo. 1995. Hubungan Tanah, Air dan Tanaman. Semarang (ID): IKIP Semarang Press.
Kalsim DK, Sapei A. 2003. Fisika Lengas Tanah. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Krishan K. 2008. Estimation of stature from footprint and foot outline dimensions in Gujjars of North India. Forensic Sci Int. 175(2008):93-101.doi:10.1016/j.forsciint.2007.05.014.
Lumintang TM, Imam H. 1982. Pengaruh Pembebanan dan Intensitas Lalu Lintas Traktor Terhadap Kepadatan Tanah (Soil Compaction) serta Distribusinya Menurut Kedalaman Tanah. Bogor: Institut Pertanian Bogor
Mandang T, Nishimura I. 1992. Hubungan Tanah dan Alat Pertanian. Bogor (ID): IPB
Meirion-Griffith G, Matthew S. 2011. A modified pressure–sinkage model for small, rigid wheels on deformable terrains. Journal of Terramechanics. Volume (48): 149–155.
Mousaviseyedi SR, Tabatabaekoloor R. 2012. Investigation the effects of moisture content, traffic and loading on soil sinkage.International Journal of Agricultural Science and Bioresource Engineering Research. Vol. 1 (1), pp. 19-27, Jan-Feb 2012.
Nguyen-Huu P, Joshua T. 2009. Reliability and Failure in Unmanned Ground Vehicle (UGV). GRRC Technical Report 2009-01. University of Michigan. Setyawan. 2005. Rancang Bangun Prototype Alat Traksi Tipe Trek Kayu
[Skripsi]. Bogor (ID) : Institut Pertanian Bogor
Soedarmo GD, Purnomo SJE. 1993. Mekanika Tanah. Malang (ID): Penerbit Kanisius.
19
Lampiran 1 Spesifikasi RC mobile yang digunakan
Spesifikasi RC mobile (Gambar 10) yang digunakan dalam percobaan ini adalah sebagai berikut:
Model kendaraan : HSP racing 1/10 Electric Powered 4 WD Rock Crawler
Panjang = 430 mm
20
Lampiran 3 w TRV
TRV w (kgf)
1 3.015
2 5.515
3 8.015
4 10.515
Lampiran 4 Klasifikasi tanah berdasarkan beberapa organisasi
21
Lampiran 6 Data antropometri subjek
Subjek W
(kg)
Luas telapak kaki, A (cm2)
Bagian dalam Bagian luar Seluruhnya Kiri Kanan Kiri Kanan Kiri Kanan Lampiran 7 Nilai rata-rata ketenggelaman kaki subjek
22
23
RIWAYAT HIDUP
Penulis memiliki nama lengkap Adi Purnama Nur’aripin. Penulis dilahirkan dari pasangan Bapak H. Endang Nursamsi (alm) dan Ibu Hj. Pupu Kusmiati di Tasikmalaya pada tanggal 5 Agustus 1990. Penulis merupakan putra kedua dari tiga bersaudara. Pada tahun 2009 penulis lulus dari SMA Negeri 5 Tasikmalaya dan melanjutkan kuliah di Departemen Tenik Pertanian (sekarang berubah nama menjadi Departemen Teknik Mesin dan Biosistem) Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor melalui jalur masuk USMI.
