III. METODOLOGI PENELITIAN
A.
WAKTU DAN TEMPAT Penelitian dilaksanakan mulai Agustus 2010 sampai Februari 2011 di Laboratorium Teknik Mesin dan Budidaya Pertanian Leuwikopo dan di Laboratorium Mekanika Dan Fisika Tanah, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
B.
ALAT DAN BAHAN
1. Alat Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : a. Pengambilan Contoh Tanah: 1) Cangkul 2) Plastik wadah contoh tanah 3) Sekop kecil (kored) b.
Pengukur kadar air: 1) Wadah (cawan) contoh tanah 2) Neraca elektronik 3) Mesin pengering (Oven)
c.
Uji Pemadatan Tanah (Uji Proktor): 1) Mold dengan diameter 10 cm, volume 1 liter 2) Base Plate 3) Collar 4) Reamer seberat 2.5 kg 5) Neraca elektronik 6) Peralatan pengukur kadar air 7) Ayakan tanah ᴓ 4.76 mm 8) Wadah (baki plastik) 9) Extruder
11
Gambar 5. Alat uji pemadatan tanah (Uji Proctor)
d.
Uji Konsistensi Tanah (Batas Cair Dan Batas Plastis): 1) Permukaan gelas/kaca yang halus 2) Silinder ᴓ 3 mm (sebagai acuan) 3) Spatula (pisau colet) 4) Ayakan ᴓ 0.42 mm 5) Peralatan pengukur kadar air tanah 6) Semprotan air 7) Standard Casagranda 8) Pembuat alur
Gambar 6. Alat uji batas cair (Standard Casagrande) e.
Uji Geser Langsung: 1) Peralatan uji geser langsung (Direct Shear Apparatus) 2) Peralatan pembuat contoh tanah (Trimmer) 3) Peralatan pengukur kadar air
12
Gambar 7. Alat uji geser langsung (Direct Shear Apparatus)
2. Bahan Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah contoh tanah yang diambil dari: 1) Lahan tebu PT Laju Perdana Indah, site Oku Timur, Sumatra Selatan 2) Lahan Tebu PG Jati Tujuh, Subang, Jawa Barat 3) Lahan kering di Desa Gataksari Kecamatan Kejajar Kabupaten Wonosobo, Jawa Tengah 4) Lahan kering di Desa Buntu kecamatan kejajar Kabupaten Wonosobo, Jawa Tengah 5) Lahan kering di Desa Cibatok Kecamatan Cibumbulang Kabupaten Bogor, Jawa Barat.
C.
PROSEDUR PENELITIAN Prosedur penelitian yang akan dilakukan secara garis besar meliputi pengambilan contoh tanah, pengukuran kadar air dan bulk density tanah lapangan, pengeringan contoh tanah, persiapan contoh tanah, pengujian kekuatan geser langsung, pengujian konsistensi tanah, pengujian pemadatan tanah seperti terlihat bagan alir penelitian pada Gambar 8.
1. Pengambilan Contoh Tanah Contoh tanah diambil dengan menggunakan alat bantu berupa cangkul, kantong plastik, dan sekop kecil (kored). Agar contoh tanah yang diambil dapat mewakili kondisi keseluruhan lahan maka dilakukan pengambilan contoh tanah di beberapa titik (5 titik) seperti pada gambar berikut :
13
Mulai
Pengambilan Contoh Tanah
Analisis Tekstur Tanah
Pengeringan Contoh Tanah
Persiapan Contoh Tanah
Uji Konsistensi
Batas Cair dan Batas Plastis
Uji Geser Langsung
Uji Pemadatan
Kekuatan Geser Maksimum
Densitas Maksimum dan Kadar Air Optimum untuk Pemadatan
Analisis hubungan interaksi
Selesai
Gambar 8. Bagan alir kegiatan penelitian
14
2
3 1
5
4
Gambar 9. Penentuan titik-titik pengambilan contoh tanah
2. Analisis Tekstur Tanah Analisis tekstur tanah dilakukan untuk mengetahui persentase kandungan debu, liat, dan pasir yang terkandung dalam contoh tanah. Analisis ini dilakukan di Laboratorium Ilmu Tanah dan Sumber Daya Lahan, Fakultas Pertanian Institut Pertanian Bogor. Jumlah tanah yang dibutuhkan untuk analisis ini adalah 200 gram tiap contoh tanah.
3. Pengeringan Contoh Tanah Sebelum dilakukan pengujian, contoh tanah harus dikering-udarakan terlebih dahulu. Dilakukan pengeringan dengan kondisi kering-udara agar sifat-sifat yang dimiliki tanah tidak berubah. Proses pengeringan contoh tanah dilakukan dalam kurun waktu 2 (dua) minggu di Laboratorium Teknik Mesin Dan Budidaya Pertanian Leuwikopo.
4. Persiapan Contoh Tanah Contoh tanah yang telah dikeringkan selanjutnya dihancurkan agar diperoleh tanah dengan lolos ayakan ᴓ 4.76 mm guna keperluan uji pemadatan dan kekuatan geser tanah dan juga tanah dengan lolos ayakan ᴓ 0.42 mm guna uji konsistensi tanah. Persiapan contoh tanah dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin Dan Budidaya Pertanian Leuwikopo dengan alat bantu palu kayu, ayakan (ᴓ 4.76 mm dan ᴓ 0.42 mm), dan kantong plastik.
5. Uji Konsistensi Tanah (Uji Casagranda) Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui batas cair dan batas plastis serta indeks plastisitas dari masing-masing contoh tanah. Pengujian ini dilakukan di Laboratorium Mekanika Dan Fisika Tanah. a.
Prosedur Penentuan Batas Cair: 1) Contoh tanah lolos ayakan ᴓ 0.42 mm sebanyak 100 gram diletakkan di permukaan gelas/kaca es
15
2) Contoh tanah dibuat pasta dengan penambahan air, lalu ditutup selama 30 menit dengan kain basah 3) Pasta tanah dimasukkan ke mangkuk Casagranda setebal 1 cm, lalu dibuat alur 4) Arah pembuatan alur vertikal sedemikian sehingga tanah tidak rusak atau tergeser 5) Memasang mangkuk ke alat Casagranda 6) Alat diputar dengan kecepatan 2 putaran/detik 7) Diketuk hingga kedua sisi bertemu sepanjang 1.5 cm 8) Hitung banyaknya ketukan, ukur kadar air di sekitar tempat pertemuan tersebut 9) Batas cair hasil percobaan terhadap contoh tanah adalah kadar air tanah pada 25 ketukan tanah bertemu. Caranya bisa ditempuh dengan interpolasi 3 kali dibawah 25 ketukan dan 3 kali di atas 25 ketukan pada batas ketukan antara 10 sampai 50 ketukan. b.
Prosedur Penentuan Batas Plastis: 1) Contoh tanah lolos ayakan ᴓ 0.42 mm sebanyak 100 gram diletakkan di permukaan gelas/kaca es 2) Contoh tanah dibuat pasta dengan penambahan air, lalu tutup selama 30 menit dengan kain basah 3) Contoh tanah dibuat silinder sebesar ᴓ 3 mm dengan tangan 4) Apabila gulungan contoh tanah retak sebelum mencapai ᴓ 3 mm maka tanah terlalu kering, harus diulangi 5) Apabila gulungan contoh tanah belum retak setelah mencapai ᴓ < 3 mm maka tanah terlalu basah, harus diulangi 6) Batas plastis tercapai apabila gulungan contoh tanah retak saat contoh tanah tepat mencapai ᴓ 3 mm 7) Tanah ᴓ 3 mm retak dikumpulkan ke dalam wadah sebanyak 6 gram, kemudian diukur kadar airnya, Langkah ini dilakukan 2 kali ulangan 8) Selisih perbedaan kadar air kedua ulangan tersebut tidak boleh lebih dari 2% 9) Batas plastis hasil percobaan terhadap contoh tanah adalah rata-rata nilai kadar air kedua ulangan tersebut
6. Uji Kekuatan Geser Langsung Tanah Pengukuran kekuatan geser dalam penelitian ini dilakukan dengan uji geser langsung (Direct Shear Test) menggunakan alat uji geser langsung (Direct Shear Apparatus). Contoh tanah yang akan diteliti dimasukkan ke dalam Direct Shear Apparatus kemudian diberikan beban vertikal (tegangan normal) yang konstan. Kemudian contoh tanah tersebut diberikan tegangan geser sampai nilai maksimum. Tegangan geser ini diberikan dengan kecepatan bergerak (Strainrate) yang konstan dan cukup pelan (2% / menit) sehingga tegangan air pori selalu tetap nol. Prosedur pengukuran kekuatan geser tanah menggunakan Direct Shear Apparatus adalah sebagai berikut : a. Buat contoh tanah dengan menggunakan Trimmer b. Ukur berat, dimensi dan kadar air contoh tanah
16
c. d. e. f. g. h. i. j.
Letakkan / masukkan contoh tanah ke dalam kotak geser Pasang kotak geser ke peralatan geser Set pengukur beban (R) dengan deformasi (δ) = 0 Beri beban normal (σ) Pemberian beban normal minimal ada tiga macam, yaitu 0.5 kgf/cm2, 1.0 kgf/cm2, dan 1.5 kgf/cm2, supaya dapat dibuat kurva garis lurus dalam kurva τ terhadap σ. Beri beban geser dengan laju pembebanan 2% / menit Catat beban (R) pada setiap deformasi (δ) sebesar 20 skala, dengan nilai k = 0.2693 kgf/skala R Hitung kekuatan geser (τ) dengan rumus :
τ=
R .k A
=
R .k
1/4 пD2
Dari ketiga kurva hubungan τ terhadap σ diperoleh τmax pada tiap kurva. Buat kurva hubungan τmax terhadap σ, sehingga diperoleh suatu garis lurus, dan didapatkan nilai kohesi (c) dan sudut gesek dalam (Φ)
7. Uji Pemadatan Tanah Pemadatan adalah suatu proses dimana udara pada pori-pori tanah dikeluarkan dengan salah satu cara mekanis. Cara mekanis yang digunakan dalam pemadaatan boleh bermacam-macam. Di lapangan biasanya dipakai cara menggilas, sedangkan dilaboratorium dipakai cara memukul. Untuk setiap daya pemadatan tertentu (certain compactive effort) kepadatan yang tercapai tergantung kepada banyaknya air di dalam tanah tersebut, yaitu kepapda kadar airnya. Air berlaku sebagai bahan pelumas sehingga tanah akan mudah dipadatkan dan ruang kosong antara butiran akan menjadi lebih kecil. Pada kadar air yang lebih tinggi lagi kepadatan akan turun lagi karena pori-pori tanah menjadi penuh terisi air yang tidak dapat dikeluarkan dengan cara memadatkan. Kepadatan tanah biasanya diukur (dinilai) dengan menentukan berat isi keringnya, bukan dengan menentukan angka porinya. Lebih tinggi berat isi kering maka lebih kecil angka pori dan lebih tinggi derajat kepadatannya (Wesley 1973). Tujuan pemadatan di lapangan adalah mendapatkan tanah pada keadaan kadar air optimumnya, sehingga tercapai keadaan paling padaat. Dengan demikian tanah tersebut akan memiliki kekuatan yang relatif besar, compressibility yang kecil dan pengaruh air terhadapnya akan diperkecil (Wesley 1973). Jenis tanah, yang diwakili oleh distribusi ukuran-butiran, bentuk butiran tanah, berat spesifik bagian padat tanah dan jumlah serta jenis mineral lempung yang ada pada tanah mempunyai pengaruh besar terhadap harga berat volume kering maksimum dan kadar air optimum dari tanah tersebut (Braja 1993). Tanah lanau (debu) yang dipadatkan umumnya akan stabil dan mampu memberikan kuat geser yang cukup dan sedikit kecenderungan perubahan volume. Tapi, tanah lanau sangat sulit dipadatkan bila dalam keadaan basah karena permeabilitasnya rendah. Tanah lempung (liat) yang dipadatkan dengan benaar akan memberikan kuat geser yagn tinggi. Stabilitas terhadap kembang-susut tergantung dari jenis kandungan mineralnya. Lempung padat memiliki permeabilitas yang rendah dan tanah ini tidak dapat
17
dipadatkan dengan baik pada waktu basah. Bekerja dengan tanah lempung yang basah akan mengalami banyak kesulitan (Hardiyatmo 1992). Traksi dan alat transportasi dirancang untuk menghasilkan gaya traksi atau untuk memberikan pijakan bagi kendaraan agar pergerakan roda lebih optimum dan untuk pertimbangan energi. Ketika fungsi utama alat traksi terpenuhi, deformasi tanah menjadi bagian dari hubungan antara tanah dengan alat traksi dan harus diperhatikan (Reidy dan Reed, 1966). Traksi yang terjadi pada tanah akan mengakibatkan terjadinya pemadatan tanah dan intensitas kontak antara alat traksi dengan tanah akan meningkatkan pemadatan tanah (McKyes, 1985). Uji ini dilakukan untuk mengetahui karakteristik pemadatan (kompaksi) tanah yang tergantung oleh jenis tanah, ukuran partikel tanah, kadar air, dan perlakuan pemadatan. Uji kompaksi terhadap contoh tanah pada penelitian ini menggunakan metode Standard Proctor dengan cara wetting process (perubahan dari kondisi kering ke basah) dan pengambilan contoh tanahnya secara repeating sample (berulang-ulang). Prosedur penelitian uji pemadatan tanah menggunakan metode Standard Proctor adalah: a. 3 kg contoh tanah lolos ayakan ᴓ 4.76 mm dimasukkan ke dalam wadah b. Tanah dipadatkan dengan membuat 3 lapisan, masing-masing lapisan diberikan tekanan dengan reamer sebanyak 25 kali ketukan c. Bagian tepi atas tanah dipotong d. Ukur bulk density tanah dengan cara: 1) Timbang berat mold + base plate (m1) 2) Timbang berat mold + base plate + tanah padat (m2) 3) Hitung kadar air contoh tanah (w) 4) Hitung densitas basah (ρt) 5) Hitung densitas kering (ρd) 6) Hitung densitas tanah (ρs) dengan menggunakan persamaan:
ρs =
ρw (
1 GS
+
w 100
)
dimana : ρw = densitas air ( ≈ 1 g/cm3) GS = specific gravity ( ≈ 2.7 ) w = kadar air contoh tanah (%) 7) Kadar air tanah diubah dengan cara: a) Tanah dikeluarkan dengan alat extruder b) Tanah dihancurkan kembali c) Ditambahkan air 8) Tanah dipadatkan kembali, diulang terus hingga densitasnya turun (± 5 kali ulangan)
18
