7. PENETAPAN PENETRASI TANAH

Penetapan Penetrasi Tanah

75

7. PENETAPAN PENETRASI TANAH Undang Kurnia, M. Sodik Djunaedi, dan Setiari Marwanto

1. PENDAHULUAN Penetrasi tanah adalah daya yang dibutuhkan oleh sebuah benda untuk masuk ke dalam tanah. Spangler dan Handy (1982) melakukan percobaan sederhana, mulai dari penggunaan ibu jari tangan sampai hak sepatu boot untuk mengetahui penetrasi tanah. Mereka berpendapat, penggunaan ibu jari tangan yang didorong ke dalam tanah dengan tenaga penuh merupakan cara tertua untuk mendapatkan ukuran kekuatan tekanan tanah (unconfined compressive strength) atau kapasitas menahan (bearing capacity) dari tanah. Dalam bidang pertanian, untuk mengetahui ketahanan tanah terhadap penetrasi akar tanaman digunakan penetrometer atau penetrograph. Penggunaan penetrometer dimaksudkan untuk menilai kondisi tanah dalam hubungannya dengan pertumbuhan dan perkembangan akar di dalam tanah, hasil panen, dan sifat-sifat fisik tanah lainnya yang berhubungan dengan produksi pertanian. Di bidang teknik sipil, penetrometer dirancang untuk mengetahui ketahanan tanah sampai kedalaman lebih dari satu meter. Penetrasi tanah merupakan refleksi atau gambaran dari kemampuan akar tanaman menembus tanah. Masuknya akar tanaman ke dalam tanah tergantung dari kemampuan akar tanaman itu sendiri, sifatsifat fisik tanah seperti struktur, tekstur dan kepadatan tanah, retakanretakan yang ada di dalam tanah, kandungan bahan organik tanah, dan kondisi kelembapan tanah. 2. PRINSIP Penetrometer digunakan untuk mengetahui sifat-sifat tanah tanpa merusak massa tanah, sehingga kalaupun ada kerusakan yang diakibatkan oleh penggunaan penetrometer sangat kecil. Ada dua prinsip dasar penetrometer, yaitu dinamis dan statis. Penetrometer dinamis dirancang untuk dimasukkan ke dalam tanah dengan bantuan beban yang ditimpakan kepada alat, digunakan untuk mengevaluasi lapisan tanah di jalan raya. Sedangkan penetrometer statis adalah alat yang dirancang

76

Undang Kurnia et al.

untuk didorong atau ditekan ke dalam tanah secara perlahan dengan kecepatan yang tetap untuk menghindari pengaruh dinamis. Penetrometer statis terdiri atas tangkai/tongkat baja yang dilengkapi dengan salah satu dari beberapa jenis bahan/alat yang dipasang pada bagian ujung tangkai/tongkat tersebut. Hasil pengukuran penetrometer sangat tergantung dari faktor geometri setiap jenis penetrometer, dan kondisi tanah. Menurut Durgunoglu dan Mitchell (1975a, b), kegagalan terjadi pada mekanisme penetrasi statis. Pada tanah yang relatif homogen, ketahanan penetrasi meningkat seiring dengan bertambah dalamnya lapisan tanah dan kekerasan tanah, serta diameter ujung penetrometer. Ketahanan ujung penetrometer diasumsikan sebagai tekanan alat untuk memperluas lubang masuknya ujung penetrometer, dan gesekan yang dipengaruhi oleh sifat-sifat dan bentuk ujung penetrometer serta permukaan tanah. Dalam penggunaan penetrometer, sifat-sifat tanah dapat mempengaruhi ketahanan tanah, diantaranya kandungan air tanah, berat isi, struktur, dan tekstur tanah. Berbagai penelitian menunjukkan, bahwa kandungan air tanah, berat isi, ukuran pori, tekstur, dan struktur tanah dapat mempengaruhi ketahanan tanah. Nilai ketahanan tanah meningkat dengan menurunnya kelembapan tanah dan tekstur tanah. Pada kelembapan tanah rendah, ketahanan tanah meningkat, demikian juga dengan meningkatnya kandungan pasir. Hasil penelitian Vepraskas (1984) memperlihatkan, ketika kandungan air tanah meningkat, ketahanan penetrasi tanah menurun. Sedangkan Lowery dan Schuler (1994) memperoleh ketahanan penetrasi meningkat seiring dengan meningkatnya kepadatan tanah. Ketahanan penetrasi tidak hanya dipengaruhi oleh sifat-sifat fisik tanah, tetapi juga oleh jenis penetrometer yang digunakan, khususnya sudut dan diameter ujung alat, serta kekasaran permukaan ujung penetrometer tersebut. Semakin kasar permukaan ujung penetrometer, semakin besar tahanan penetrasinya. Dalam bidang pertanian, rancang bangun diameter ujung penetrometer harus menjadi pertimbangan utama. Pada tanah tanpa struktur dan permukaannya homogen, ketahanan penetrasi tidak tergantung pada diameter ujung alat. Pada tanah dengan struktur kuat, jika diameter ujung penetrometer besar, maka keragaman ketahanan penetrasi tanahnya menjadi rendah. Jika diameter ujung penetrometer kecil, maka keragaman ketahanan penetrasinya menjadi besar karena rendahnya ketahanan retakan (cracks) antara unit struktur tanah.


77

3. METODE Berbagai jenis penetrometer yang dapat digunakan untuk mengetahui ketahanan tanah dalam kaitannya dengan tujuan pertanian, diantaranya penetrometer saku, penetrometer kerucut, penetrometer gesekan lengan, dan penetrograph. Berikut disajikan berbagai macam penetrometer sekaligus dengan cara kerjanya. 3.1. Penetrometer saku (pocket penetrometer) Penetrometer saku merupakan miniatur penetrometer genggam, dikenal dalam berbagai model dan ukuran, serta tersedia secara komersial, salah satunya seperti terlihat dalam Gambar 1. Alat tersebut dibuat untuk mengetahui daya ikat atau konsistensi tanah-tanah yang bertekstur halus. Penetrometer saku dapat digunakan dalam berbagai macam ukuran, dan digunakan untuk mengukur ketahanan permukaan tanah pertanian, tanah yang ditempatkan dalam tabung contoh, blok tanah utuh, tanah dalam lubang galian, atau contoh tanah dalam kemasan. Penetrometer saku juga digunakan untuk membandingkan kekuatan relatif beberapa jenis tanah yang sama, tanah dengan lapisan padas (hardpans), tanah yang memadat atau lapisan tanah pada penampang galian tanah.

Gambar 1. Penetrometer saku Penetrometer saku mempunyai berat 170-200 g, panjang 160180 mm, diameter ujung penetrometer 19,1 mm, dan diameter tongkat 6,4 mm. Hasil pengukuran penetrasi dengan alat ini dapat dibaca langsung -2 -2 pada alat, dinyatakan dalam tft atau kg cm . Cara kerja penetrometer tangan sebagai berikut: Tanda geser (skala) pada tangkai penetrometer dipindahkan ke pembacaan paling rendah, yaitu nol. Tangkai penetrometer dipegang, kemudian didorong masuk ke dalam tanah dengan kekuatan tetap sampai mencapai tanda


78

garis 6 mm dari bagian ujung alat yang tumpul. Selanjutnya, keluarkan tangkai penetrometer dari dalam tanah, dan baca nilai pengukuran pada skala. Bersihkan batang penetrometer, kembalikan tanda geser ke posisi nol. Ulangi pengukuran beberapa kali pada daerah yang berbeda untuk mendapatkan nilai penetrasi rata-rata. 3.2. Penetrometer kerucut (cone penetrometer) Ada dua macam penetrometer kerucut, yaitu: (a) Penetrometer tangan (hand-push penetrometer) Penetrometer ini terdiri atas sebuah pegangan, sebuah cincin, dan alat pengukur putar (proving-ring dial gauge), sebuah kerucut, dan sebuah tongkat penggerak (Gambar 2). Ada dua ukuran kerucut (cone) sesuai dengan masing masing tongkat, yaitu: (1) diameter kerucut 9,5 mm 2 dengan diameter tongkat 12,8 mm, dan luas permukaan kerucut 1,3 cm , digunakan pada tanah-tanah keras dan (2) diameter kerucut 15,9 mm 2 dengan diameter tongkat 20,3 mm, dan luas permukaan kerucut 3,2 cm untuk tanah-tanah lunak. Cone atau kerucut terbuat dari stainless steel, 0 halus, memiliki sudut 30 . Cara kerja penetrometer tangan sebagai berikut: Untuk lahan budi daya, lokasi pengukuran harus ditetapkan terlebih dahulu sehubungan dengan pengelolaan lahannya, karena dipengaruhi oleh topografi, jalur-jalur roda traktor, barisan-barisan tanaman, dan lain-lain. Posisi pengukuran sebagai berikut: (1) dalam barisan tanaman; (2) di atas punggung relief antar baris, sekitar 15 – 20 cm dari barisan tanaman; dan (3) di tengah-tengah antar barisan tanaman. Operasional penetrometer laju konstan menggunakan konsep umum penetrometer tangan (hand push penetrometer) dari US. Corps of Engeeners. Akan tetapi, diperlukan beberapa pengukuran untuk kalibrasi penetrometer yang digerakkan secara mekanik. Diameter kerucut (cone) yang lebih besar dari diameter tangkai penetrometer menghasilkan ketahanan gesekan halus, terbentuk antara tangkai penetrometer dan tanah. Beberapa penetrometer, khususnya yang mempunyai tambahan perlengkapan di atas kerucut memiliki daya yang diletakkan beberapa milimeter di atas kerucut (Armbruster et al., 1990). Desain ini mengurangi ketahanan gesekan antara tangkai penetrometer dan tanah. Lubang yang terbentuk akibat ketahanan tangkai penetrometer dan tanah tergantung pada perubahan sifat-sifat tanah, dan lubang yang terbentuk selama penetrasi.


79

Gambar 2. Penetrometer tangan

(b) Penetrometer laju konstan (constant-rate penetrometer). Cara penggunaan penetrometer laju konstan (constant-rate penetrometer) dapat menggunakan prosedur baku penetrometer tangan (hand push penetrometer). Namun, diperlukan kalibrasi untuk alat tersebut. Sebagai contoh, pembacaan nol dapat diperoleh dengan mengikutsertakan kerucut dan tangkai penetrometer ke penetrometer laju konstan. Dalam berbagai kasus, untuk penyesuaian alat ini ke posisi nol tidak akan tercapai, dan pembacaan nol mungkin negatif akibat reaksi spontan dari berat kerucut dan tangkai penetrometer. Nilai penetrasi tanah harus dikoreksi ke pembacaan nol dengan cara menambahkan tenaga dorong tongkat, dan kerucut penetrometer untuk memperoleh tenaga positif, sehingga diperoleh total daya yang diaplikasikan ke tanah. 3.3. Penetrometer gesekan lengan (friction-sleeve cone penetrometer) Berbagai macam penetrometer gesekan dirancang dan dibuat untuk kepentingan teknik. Para ahli tanah dan para peneliti bidang

80


pertanian lainnya belum sepenuhnya menggunakan penetrometer gesekan. Diameter kerucut yang dibuat biasanya lebih besar dari 35 mm, namun jarang dijumpai melebihi 80 mm. Penetrometer dengan diameter kerucut lebih besar menghasilkan sensitifitas rendah dalam menduga perubahan struktur tanah. Penetrometer gesekan telah digunakan secara luas dalam pemetaan tanah pada kedalaman tanah yang lebih dalam. Para ahli tanah menggunakan penetrometer gesekan dengan diameter kerucut lebih kecil untuk mempelajari perpanjangan akar dan struktur tanah, seperti yang dibuat oleh Barley et al. (1965) mempunyai diameter kerucut 3,0 mm. Berikut disajikan dua macam penetrometer kerucut gesekan lengan. (a) Gesekan lengan kecil (small friction-sleeve) Penetrometer gesekan lengan kecil dirancang oleh Barlet et al. 0 (1965) dilengkapi dengan kerucut bersudut 60 dan diameter dasar 3,74 mm. Kerucut terbuat dari bahan stainless steel, dan metode selengkapnya dapat dibaca dalam Bradford (1986) (b) Gesekan lengan besar (large friction-sleeve) Penetrometer gesekan lengan besar digunakan dalam teknik sipil. 2 Sebagai contoh, unit penetrasi cone berukuran diameter 150 cm dan panjang tangkai 133,7 mm. Alat ini dioperasikan menggunakan peralatan dinamis atau statis, dan dapat dioperasikan sampai kedalaman 50-80 m, lebih besar dari penetrometer yang secara khusus digunakan dalam bidang pertanian. Penetrometer gesekan lengan besar dioperasikan -1 dengan cara didorong dengan kecepatan 20 mm detik menggunakan tenaga mekanik, hidraulik atau listrik. Kedua macam penetrometer kerucut terdiri atas tangkai atau tongkat sebagai pusat dorong, yang digunakan untuk mendorong kerucut ke dalam tanah. Di sekeliling pusat tongkat terdapat lengan yang dapat bergerak dengan diameter luar lengan sama dengan diameter dasar kerucut. Barley et al. (1965) menggunakan dua cincin untuk mencatat ketahanan kerucut dan gesekan lengan, sementara Bradford et al. (1971) dan Voorhees et al. (1975) hanya mencatat ketahanan kerucut. Penetrometer ini mudah diadaptasikan, baik untuk penentuan di laboratorium maupun pengukuran di lapangan.


81

3.4. Penetrograf Penetrograf adalah alat yang serupa dengan penetrometer, juga digunakan untuk mengukur ketahanan tanah. Namun, hasil pengukuran berupa grafik yang tergambar pada kertas grafik, yang perlengkapannya dipasang pada tangkai/tongkat penetrograf. Penetrograf terdiri atas tangkai atau batang, perlengkapan untuk memasang pias (kertas pengukur data ketahanan tanah), dan rod atau batang alat yang pada bagian ujungnya dipasang kerucut (cone). Kerucut (cone) terdiri atas berbagai ukuran, khususnya diameter kerucut, untuk digunakan sesuai dengan kondisi tanah atau jenis tanah yang diamati. 4. PENJELASAN (COMMENT) Ketahanan penetrasi tanah dihitung dalam pascal, yaitu dengan membagi daya yang terbaca dengan luas penampang melintang kerucut (cone). Tentukan nilai rata-rata ketahanan tanah (Pa) yang diperoleh pada setiap tambahan kedalaman tanah, dan hitung simpangan baku (standard deviation) dan koefisien variasi ketahanan tanah. Plot rata-rata ketahanan penetrasi tanah dan kedalaman tanah untuk setiap lokasi pengukuran (ordinat, kedalaman penetrasi, skala absis, ketahanan penetrasi). Satuan ketahanan tanah biasanya kilopascal atau megapascal. Data penetrometer sangat berguna, jika tanah memiliki acuan kandungan air tanah seperti kapasitas lapang atau bila data kandungan air dan berat volume tanah juga tersedia untuk lokasi yang sama. Pengukuran penetrasi tanah pada kondisi kapasitas lapang sangat dianjurkan, karena kandungan air tanahnya sangat ideal bagi pertumbuhan tanaman. Pada tanah keras atau kering yang mengandung kerikil atau batubatuan, sulit untuk memperoleh hasil pengukuran penetrometer yang konsisten. Pada tanah berbatu-batu, pengukuran harus hati-hati, dan harus dijaga agar tidak merusak kerucut (cone) penetrometer, atau agar alat sensor daya tidak kelebihan tekanan. Konsep umum cara penggunaan penetrometer dengan laju konstan (constant-rate penetrometer) dapat menggunakan prosedur baku penetrometer tangan (hand push penetrometer), namun diperlukan kalibrasi alat tersebut. Sebagai contoh, pembacaan nol dapat diperoleh dengan mengikutsertakan kerucut (cone) dan tangkai penetrometer laju konstan. Nilai penetrasi tanah dikoreksi dengan pembacaan nol, dengan menambahkan daya tekan tangkai penetrometer, dan kerucut penetrometer, agar diperoleh total daya yang dibutuhkan penetrometer masuk ke dalam tanah.

82


5. DAFTAR PUSTAKA Armbruster, K., A. Hertwig, and H. D. Kutchbach. 1990. An improved design for cone penetrometer. J. Agric. Eng. Res. 46: 219-222 Barlet et al., 1965???? Barley, K. P., D. A. Furrell, and H. D. Kutzbach. 1965. The influence of soil strength on the penetration of loamy by plant roots. Aust. J. Soil Res. 3: 69-79 Bradford, J. M. 1986. Penetrability. p. 463-478. In A. Klute (Ed.). Methods of soil analyses. Parts 1. 2nd ed. Agron. Mongr. 9. ASA and SSSA. Madison. WI. Bradford, J. M., D. A. Farrell, and W. E. Larson. 1971.Effect of soil overburden pressure on penetration of fine metal probes. Soil Sci. Soc. Am. Proc. 35: 12-15 Durgunoglu, H. T., and J. K. Mitchell. 1975a. Static penetration resistance of soil; I. Analyses. p. 151-171. In Proc. Conf. on In Situ Measurement of Soil Properties. Vol. I Am. Civil Eng, New York. Durgunoglu, H. T., and J. K. Mitchell. 1975b. Static penetration resistance of soil; II. Evaluation of theory and implications for practices. p. 172-189. In Proc. Conf. on In Situ Measurement of Soil Properties. Vol. I Am. Civil Eng, New York. Lowery, B., and R. T Schuler. 1994. Duration and effects of compaction on soil and plant growth in Wisconsin. Soil Tillage. Res. 29: 205-210. Spangler. M. G. and R. L. Handy. 1982. Soil engineering. 4th Ed. Harper and Row Publ. Harper and Row Publication. Vepraskas, M. J. 1984. Cone index of loamy sands as influenced by pore size distribution and effective stress. Soil Sci. Soc. Am. J. 48: 1.220-1.225. Voorhees, W. B., D. A. Furrel, and W. E. Larson. 1975. Soil strength and aeration effects on root elongation. Soil Sci. Soc. Am J. 39: 948953.

7. PENETAPAN PENETRASI TANAH

Recommend Documents