PENDUGAAN KEDALAMAN TEKAN RODA TRAKTOR RODA EMPAT BERBASIS UJI KEDALAMAN TEKAN TELAPAK KAKI MANUSIA
ANDHIKA AGENG PRATAMA
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pendugaan Kedalaman Tekan Roda Traktor Roda Empat Berbasis Uji Kedalaman Tekan Telapak 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, Oktober 2014
Andhika Ageng Prtama NIM F14090071
ABSTRAK ANDHIKA AGENG PRATAMA. Pendugaan Kedalaman Tekan Roda Traktor Roda Empat Berbasis Uji Kedalaman Tekan Telapak Kaki Manusia. Dibimbing oleh LENNY SAULIA. Beban traktor pada kondisi lahan tertentu dapat menyebabkan kedalaman tekan (sinkage) yang mengakibatkan terjadinya tahanan gelinding pada keempat rodanya. Tahanan gelinding pada traktor bersifat menghambat mobilitasnya dan menyebabkan kapasitas kerja traktor menurun. Penelitian ini bertujuan untuk menduga kedalaman tekan traktor tersebut pada suatu lahan kering berbasis kedalaman tekan telapak kaki manusia. Parameter yang digunakan untuk menduga kedalaman tekan adalah tekanan dan sifat fisik tanah. Berdasarkan pengujian di lapangan, parameter kadar air tanah cukup mewakili sifat fisik tanah. Melalui analisis regresi linear, diperoleh beberapa model persamaan untuk menduga kedalaman tekan telapak kaki dan traktor. Model tersebut menggunakan kadar air tanah dan tekanan sebagai variabel bebasnya. Modelmodel tersebut kemudian dilihat hubungannya dengan kedalaman tekan traktor di lapangan sehingga diperoleh model zkskid = 12.804 - 0.275(ka) + 6.56(P) melalui pendekatan subjek laki-laki dan zkdkab = 18.028 - 0.262(ka) - 7.304(P) melalui pendekatan subjek perempuan sebagai model untuk pendugaan kedalaman tekan traktor. Kata kunci : traktor, telapak kaki, kedalaman tekan, model, tanah
ABSTRACT ANDHIKA AGENG PRATAMA. Sinkage Prediction of Four-Wheel Tractor Based on Human Footprint Approximation. Supervised by LENNY SAULIA. Load of a tractor on certain terrain condition may cause sinkage, which results motion resistance on its four wheels. This motion resistance reduces its mobility and decreasing work capacity. This research was aimed to predict the sinkage of a fourwheel tractor based on human footprint approximation. The parameters examined for the sinkage prediction were pressure and the physical properties of soil. Based on the observations, water content can be used as representative of other soil properties. Through linear regression analysis, some equation models for predicting human footprint and tractor sinkage were obtained. The equation models employed water content and normal pressure as the independent variables. Those models were then compared with the observed tractor’s sinkage to find the best fitted model. Equation model zkskid = 12.804 - 0.275(ka) + 6.56(P) through male subject and zkdkab = 18.028 0.262(ka) - 7.304(P) through female subject were the best fitted model that can be used for sinkage prediction of four-wheel tractors. Keyword : tractor, footprint, sinkage, equation model, soil
PENDUGAAN KEDALAMAN TEKAN RODA TRAKTOR RODA EMPAT BERBASIS UJI KEDALAMAN TEKAN TELAPAK KAKI MANUSIA
ANDHIKA AGENG PRATAMA
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian pada Departemen Teknik Mesin dan Biosistem
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2014
Judul Skripsi : Pendugaan Kedalaman Tekan Roda Traktor Roda Empat Berbasis Uji Kedalaman Tekan Telapak Kaki Manusia Nama : Andhika Ageng Pratama NIM : F14090071
Disetujui oleh
Dr. Lenny Saulia, S.TP, M.Si Pembimbing
Diketahui oleh
Dr. Ir. Desrial, M.Eng. Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA Puji dan syukur ke hadirat Allah SWT, atas segala rahmat dan hidayah yang telah dilimpahkan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah yang berjudul “PENDUGAAN KEDALAMAN TEKAN RODA TRAKTOR RODA EMPAT BERBASIS UJI KEDALAMAN TEKAN TELAPAK KAKI MANUSIA”. Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada Dr. Lenny Saulia, S.TP, M.Si selaku dosen Pembimbing Akademik yang senantiasa memberikan bimbingan dan arahan kepada penulis. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Dr. Ir. Wawan Hermawan, MS dan Dr. Ir. Gatot Pramuhadi, M.Si, selaku dosen penguji yang telah memeberikan berbagai masukan dan mendukung penyelesaian karya ilmiah ini. Terima kasih kepada teman-teman ORION 46 jurusan Teknik Mesin dan Biosistem, teman-teman satu dosen bimbingan tugas akhir, teman kelompok Tbenc, Kepompongers, dan Doguys, serta kepada Diyane Astriani S. yang telah mendukung dan menemani penyelesaian skripsi ini. Tidak lupa terima kasih juga penulis ucapkan kepada kedua orang tua dan adik penulis atas segala bimbingan dan dukungannya. Terima kasih juga kepada seluruh pihak yang telah membantu penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian ini. Penelitian ini dilakukan karena adanya fenomena kedalaman tekan yang terjadi di lapangan, di mana kedalaman tekan tersebut mengakibatkan suatu tahanan gelinding pada keempat roda traktor terhadap tanah yang bersifat menghambat laju traktor. Oleh karena itu, diperlukan suatu pendugaan sederhana dan praktis atas kedalaman tekan traktor tersebut. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Oktober 2014
Andhika Ageng Pratama
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
1
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
2
METODE
2
Waktu dan Tempat Penelitian
2
Subjek Penelitian
2
Alat Penelitian
3
Metode Penelitian
4
Prosedur Penelitian
5
HASIL DAN PEMBAHASAN Deskripsi Lahan Penelitian
10 10
Hubungan Karakteristik Mekanik Tanah dan Tekanan Terhadap Kedalaman Tekan (Sinkage)
12
Model Kedalaman Tekan (Sinkage) Telapak Kaki
16
Verifikasi Model Kedalaman Tekan (Sinkage) Telapak Kaki Terhadap Kedalaman Tekan (Sinkage) Traktor SIMPULAN DAN SARAN
18 21
Simpulan
21
Saran
21
DAFTAR PUSTAKA
21
LAMPIRAN
23
RIWAYAT HIDUP
26
DAFTAR TABEL 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Data berat badan dan luas telapak kaki Peralatan beserta tujuan penggunaannya dalam penelitian Hubungan luas kontak terhadap kedalaman tekan telapak kaki Ukuran fraksi dan indeks plastisitas tanah Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo Sifat fisik tanah di lahan penelitian Nilai tekanan telapak kaki subjek (kPa) Dimensi roda dan nilai tekanan traktor Model kedalaman tekan (sinkage) telapak kaki perempuan dengan variabel bebas kadar air (ka) dan tekanan (P) Model kedalaman tekan (sinkage) telapak kaki laki-laki dengan variabel bebas kadar air (ka) dan tekanan (P) Hubungan antara kedalaman tekan (sinkage) telapak kaki observasi dan kedalaman tekan telapak kaki melalui model (cm) Simpangan baku kedalaman tekan melalui model terhadap kedalaman tekan observasi traktor kondisi dinamis (cm) Simpangan baku kedalaman tekan melalui model terhadap kedalaman tekan observasi traktor kondisi statis (cm)
3 3 9 11 11 14 14 17 17 18 19 20
DAFTAR GAMBAR 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Diagram alir pelaksanaan penelitian Ilustrasi lahan pengujian pengambilan data penelitian Pengujian kadar air tanah dengan metode gravimetri Plastic & Liquid Limit Apparatus Pengukuran kedalaman tekan traktor dinamis (a) dan statis (b) Contoh simulasi hubungan kedalaman tekan telapak kaki terhadap luasan kontak Jejak telapak kaki dinamis (a) dan jejak telapak kaki statis (b) Hubungan kadar air dengan densitas tanah Tahanan penetrasi tanah di lahan pengujian Hubungan sinkage telapak kaki dan tekanan pada kondisi statis Hubungan sinkage telapak kaki dan tekanan pada kondisi dinamis
4 5 6 8 8 9 10 12 13 15 15
DAFTAR LAMPIRAN 1 2 3
Grafik hubungan kedalaman tekan telapak kaki observasi dan model (perempuan) Grafik hubungan kedalaman tekan telapak kaki observasi dan model (laki-laki) Dimensi roda traktor Kubota L3608 di atas karakteristik platform beton/concrete (cm)
23 24 25
1
PENDAHULUAN Latar Belakang Traktor memiliki peran penting dalam bidang pertanian yaitu sebagai sumber tenaga penarik dan penggerak beberapa implemen yang menunjang proses-proses pertanian di lahan. Proses-proses pada pengolahan tanah, pemeliharaan tanaman, dan pemanenan tidak terlepas dari bantuan tenaga traktor. Efisiensi waktu dan tenaga kerja dapat dicapai lebih tinggi dengan menggunakan bantuan tenaga traktor. Pertanian melibatkan tanah sebagai media tanam. Tanah memiliki sifat fisik dan mekanik yang dapat mempengaruhi kinerja traktor di atas lahan. Salah satu sifat tanah adalah cenderung mudah terdeformasi oleh pembebanan. Pembebanan tersebut kemudian menyebabkan adanya gaya tekan terhadap tanah sehingga terjadinya kedalaman tekan atau sinkage. Menurut Botta et al. (2006) dalam Mousaviseyedi dan Tabatabaekoloor (2012) menyebutkan bahwa kedalaman tekan dipengaruhi oleh faktor kondisi tanah, kadar air tanah, pembebanan, dan intensitas pergerakan. Sebagai salah satu alat pertanian yang memiliki intensitas pergerakan yang tinggi di atas lahan, traktor roda empat memiliki beban yang dapat menyebabkan gaya tekan terhadap tanah akibat bebannya tersebut. Ketika traktor mengalami kedalaman tekan atau sinkage maka tahanan gelinding roda akan meningkat dan mengakibatkan menurunnya gaya tarikan roda (Rangkuti 2002). Hal ini bersifat menghambat laju dan kinerja traktor serta dapat mengakibatkan kapasitas kerja traktor menurun. Hasil penelitian Armansyah (2002) menyebutkan bahwa besarnya koefisien tahanan gelinding roda traktor akan meningkat seiring dengan besarnya kedalaman tekan yang terjadi terhadap traktor pada tanah. Menurut Armansyah (2002), roda traktor akan mengalami empat pengaruh ketika terjadi kedalaman tekan roda pada tanah, yaitu gaya traksi (traction), gaya tahanan gelinding roda (rolling/motion resistance), gaya akibat berat roda (dynamic load), dan reaksi permukaan tanah terhadap roda (surface reaction force). Prediksi atau pendugaan besarnya kedalaman tekan yang akan terjadi pada traktor roda empat diperlukan untuk dapat memperhitungkan segala akibat dari kedalaman tekan tersebut. Terdapat beberapa cara ilmiah yang dapat dilakukan untuk menduga suatu kedalaman tekan traktor, salah satunya adalah melalui pendekatan kedalaman tekan plat (Hismaya 2014). Namun, cara pendugaan tersebut dipandang cukup rumit dan kurang praktis sehingga diperlukan suatu penyederhanaan cara dalam pendugaan kedalaman tekan traktor. Salah satu cara sederhana itu adalah melalui pendekatan kedalaman tekan telapak kaki manusia. Penelitian ini dilakukan untuk melihat kemungkinan dapat dilakukannya prediksi kedalaman tekan traktor melalui pendekatan kedalaman tekan telapak kaki manusia. Perumusan Masalah Kedalaman tekan traktor roda empat merupakan suatu fenomena mekanis yang cenderung bersifat merugikan kinerja dan mobilitas traktor dikarenakan adanya tahanan gelinding sebagai akibat kedalaman tekan tersebut. Besarnya
2
kedalaman tekan yang terjadi pada traktor dapat diduga dengan pendekatan kedalaman tekan telapak kaki manusia. Beberapa parameter yang digunakan dalam pengujian kedalaman tekan traktor dan telapak kaki adalah berat dan luas permukaan kontaknya dengan tanah. Kedalaman tekan kedua objek tersebut melibatkan sifat fisik tanah sehingga perlu dipertimbangkan beberapa parameter tanah dalam pendugaan kedalaman tekan. Parameter tanah yang diperlukan di antaranya adalah kadar air tanah, densitas tanah, tahanan peneterasi tanah, indeks plastisitas tanah, dan tekstur tanah. Tujuan Penelitian 1. Mengetahui pengaruh parameter berat dan luas permukaan kontak traktor dan telapak kaki manusia, serta sifat fisik dan mekanik tanah terhadap kedalaman tekan telapak kaki dan kedalaman tekan traktor. 2. Membuat model kedalaman tekan telapak kaki manusia untuk pendugaan kedalaman tekan traktor. Manfaat Penelitian Model kedalaman tekan telapak kaki manusia yang diperoleh dapat dimanfaatkan sebagai acuan untuk menduga kedalaman tekan traktor, sehingga memungkinkan permasalahan mobilisasi traktor terkait kedalaman tekan dapat diperhitungkan sebelum memasuki lahan. Ruang Lingkup Penelitian Penelitian ini meliputi uji lapangan dan uji laboratorium, dengan uji lapangan yang meliputi pengujian kedalaman tekan traktor dan telapak kaki manusia, serta pengambilan sampel tanah untuk pengujian sifat fisik tanah. Adapun uji laboratorium meliputi beberapa pengujian sifat fisik tanah.
METODE Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian dilakukan selama empat bulan, dimulai pada bulan Agustus 2013 sampai dengan bulan November 2013. Penelitian dilaksanakan di lahan kering di Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo dan Laboratorium Fisika dan Mekanika Tanah milik Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Subjek Penelitian Subjek untuk pengujian kedalaman tekan kaki terdiri atas dua orang perempuan dan tiga orang laki-laki dengan berat dan luas telapak kaki yang berbeda-beda (Tabel 1). Pada penelitian ini, tekanan dibedakan atas statis dan dinamis. Kondisi statis adalah tekanan telapak kaki ketika tubuh diam, di mana mengasumsikan bahwa berat badan ditopang merata pada kedua kakinya,
3
sedangkan berat badan pada kondisi dinamis adalah tekanan pada telapak kaki ketika kondisi berjalan, di mana berat badan ditopang hanya pada salah satu kaki. Tabel 1 Data berat badan dan luas telapak kaki. Subjek Usia (tahun) w (kgf) A Kiri 2 (cm ) Kanan
Subjek A
Subjek B
Subjek C
Subjek D
Subjek E
(perempuan)
(perempuan)
(laki-laki)
(laki-laki)
(laki-laki)
22 57.0 205.033 211.350
22 58.5 181.604 182.942
23 55.5 160.058 159.571
22 56.0 148.796 150.704
22 58.5 191.517 189.263
Alat Penelitian Perlengkapan utama yang digunakan dalam penelitian ini di antaranya digunakan untuk pengukuran data lapangan dan pengolahan data, seperti yang tertera pada Tabel 2. Tabel 2 Peralatan beserta tujuan penggunaannya dalam penelitian Tujuan Penggunaan
Peralatan
Pengambilan data kedalaman tekan traktor dan telapak kaki
Traktor roda empat, penggaris, jangka sorong, stopwatch, dan pita ukur.
Pengambilan data anthropometry subjek penelitian
Millimeter-block paper, timbangan badan, anthropolometer.
Pengambilan data sifat fisik tanah
Timbangan digital, ring sampel, oven, penetrometer, particle size distribution apparatus, dan plastic & liquid limit apparatus
Pengolahan dan analisis data
Microsoft Excel 2007, IBM SPSS Statistics 17, dan kalkulator
4
Metode Penelitian Prosedur penelitian digambarkan melalui diagram alir pada Gambar 1: Mulai Persiapan alat, bahan, dan lahan pengujian kedalaman tekan, persiapan subjek dan traktor, serta persiapan peralatan pengujian sampel tanah Ya Subjek = 5 ? Subjek = Subjek + 1
Tidak
Pengambilan data pengujian di lapangan (i), berupa data kedalaman tekan traktor, kedalaman tekan telapak kaki, dan sampel tanah
Pengujian sifat fisik tanah, berupa kadar air, densitas tanah, tahanan penetrasi, particle size distribution dan indeks plastisitas tanah di Laboratorium Fisika dan Mekanika Tanah
Tidak
Ya i=3?
Analisis data (regresi linear)
Pembuatan model kedalaman tekan dan verifikasi model Penetapan model kedalaman tekan
Selesai
Gambar 1 Diagram alir pelaksanaan penelitian
i=i+1
5
Prosedur Penelitian Persiapan Lahan Pada penelitian ini, pengambilan keseluruhan data yang terdiri dari data kedalaman tekan traktor, kedalaman tekan telapak kaki, dan data sifat fisik tanah, dilakukan di lapangan yang terbagi dalam enam petak untuk setiap pengulangan dengan masing-masing petak berukuran 8 x 4 m (Gambar 2). Pengambilan data pangujian dilakukan sebanyak tiga kali pengulangan. Lahan pengujian dipersiapkan berpetak-petak dengan tujuan untuk memperoleh beberapa jumlah data. Jumlah data akan mempengaruhi nilai error-nya, semakin kecil jumlah data yang diperoleh, kemungkinan terjadinya error semakin besar, dan sebaliknya.
8m
4m
Pengulangan III
Pengulangan II Pengulangan I
Gambar 2 Ilustrasi lahan pengujian pengambilan data penelitian Pengujian Sampel Tanah Pengujian sampel tanah untuk memperoleh sifat fisik tanah dilakukan di Laboratorium Fisika dan Mekanika Tanah. Sampel tanah yang diuji di laboratorium adalah tanah lahan Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo yang merupakan lokasi pengujian kedalaman tekan traktor dan telapak kaki. Adapun pengujian tanah yang dilakukan langsung di lahan adalah pengujian tahanan penetrasi tanah. Pengambilan sampel tanah tidak terganggu di lahan dilakukan dengan bantuan alat ring sampel pada kedalaman 0-10 cm pada masing-masing petak lahan pengujian sebanyak tiga titik yang dipilih secara acak dengan asumsi bahwa ketiga titik tersebut dapat mewakili satu petak lahan. Pengambilan sampel tanah dilakukan pada setiap pengulangan. Beberapa pengujian sampel tanah yang dilakukan di antaranya: 1.
Pengukuran kadar air tanah (ka) Pengukuran kadar air tanah dilakukan dengan metode gravimetri. Tanah yang diujikan merupakan sampel tanah dari lapangan pengujian yang telah diukur beratnya terlebih dahulu sebelum dimasukkan ke dalam oven untuk proses pengeringan selama 24 jam pada suhu 105oC (Gambar 3). Jarak waktu antara pengambilan tanah sampel di lapangan dengan proses pengeringan dengan oven dilakukan pada waktu yang singkat agar tanah sampel tidak banyak mengalami perubahan sifat. Untuk memperoleh nilai kadar air, tanah yang telah dikeringkan
6
ditimbang kembali untuk memperoleh berat akhir atau berat keringnya. Persentase kadar air tanah dapat diperoleh dengan persamaan (1): ka dengan:
ka
(1) = kadar air (%) = massa tanah awal/basah (g) = massa tanah akhir/kering (g)
Gambar 3 Pengujian kadar air tanah dengan metode gravimetri 2.
Pengukuran wet bulk density (ρw) Pengukuran wet bulk density atau densitas basah tanah merupakan hasil bagi antara berat bersih tanah basah dengan volume. Tanah yang hendak diujikan dimasukkan ke dalam ring sampel tanpa merusak struktur tanah. Berat bersih tanah diperoleh dari berat ring sampel berisikan tanah dikurangi berat kosong ring sampel. Berat tersebut diukur dengan timbangan digital yang kemudian dibagi dengan volume ring sampel-nya. Persamaan wet bulk density adalah sebagai berikut (2): (2) dengan:
ρw w v
= wet bulk density (g/cm3) = massa tanah basah (g) = volume ring sampel (cm3)
Suatu penelitian atau pengujian mengenai tanah lebih sering menggunakan ukuran densitas kering tanah atau dry bulk density sebagai perwakilan sifat fisik tanah yang diujikan. Nilai dry bulk density dapat diperoleh sebagai berikut (3): (3) dengan:
3.
ρd ρw ka
= dry bulk density (g/cm3) = wet bulk density (g/cm3) = kadar air (%)
Pengukuran tahanan penetrasi tanah Pengukuran tahanan penetrasi tanah dilakukan untuk mengetahui nilai tahanan tanah ketika penetrasi diberikan terhadapnya. Tahanan penetrasi atau
7
dikenal juga sebagai indeks penetrometer (Qc), dipengaruhi oleh sifat tanah dan ukuran dimensi jarum penetrometer. Nilai indeks penetrometer pada penelitian ini menggunakan persamaan (4): (4) dengan:
z A w Qc
= nilai pembacaan pada dial gauge = luas kerucut jarum (cm2) = berat alat penetometer (kg) = indeks penetrometer (kgf/cm2)
Pembacaan nilai pada dial gauge menunjukkan besarnya tekanan yang diberikan penetrometer terhadap tanah. Nilai pada dial gauge semakin bertambah besar seiring dengan bertambahnya kedalaman tanah hingga mencapai nilai maksimum yang menandakan batas tahanan penetrasi tanah. Menurut Islami (1995), ketahanan penetrasi tanah akan dipengaruhi oleh tekstur tanah, kandungan dan jenis liat, bobot volume tanah, dan kandungan air dalam tanah. 4.
Klasifikasi tekstur tanah Tekstur tanah didefinisikan sebagai besarnya perbandingan fraksi pasir, lumpur, dan liat dalam tanah. Ketiga fraksi tersebut merupakan partikel tanah yang berukuran diameter kurang dari 2 mm. Metode analisis yang digunakan untuk mengetahui fraksi atau tekstur tanah adalah analisis particle size distribution (PSD), di mana kandungan organik dalam tanah ditiadakan melalui H2O2 dalam prosesnya. Metode PSD melibatkan proses penyaringan dan proses pengendapan. Proses penyaringan digunakan untuk memperoleh partikel kasar tanah dan proses pengendapan dengan menggunakan hydrometer adalah untuk memperoleh partikel halusnya. Klasifikasi tanah sistem USDA (United States Department of Agriculture) digunakan untuk menentukan tekstur tanah. USDA mengklasifikasikan ukuran partikel tanah pada 2 – 0.05 mm adalah sand atau pasir, 0.05 – 0.002 mm silt atau lanau, dan 0.002 mm ke bawah adalah clay atau lempung (Jury dan Horton 2004). Penetapan tekstur tanah dimaksudkan untuk mengetahui jenis tanah pada lahan pengujian. 5.
Pengukuran indeks plastisitas tanah Indeks plastisitas tanah merupakan derajat yang menunjukkan kemampuan perubahan bentuk tanah ketika diberikan suatu gaya, yaitu batas kadar air dalam tanah sebelum mengalami perubahan dari sifat cair ke padat. Metode pengukuran yang dilakukan adalah metode casagrande, di mana tanah yang digunakan merupakan tanah sampel yang tersaring pada saringan 0.42 mm sebanyak 100 g. Pengujian batas plastis perlu dilakukan terlebih dahulu untuk mendapatkan nilai indeks plastisitas, yaitu dengan cara mengatur kadar air tanah sehingga tanah dapat digulung dengan diameter 3 mm tanpa adanya retakan untuk kemudian diuji kadar airnya dengan metode oven. Batas plastis tanah merupakan keadaan tanah di mana kadar airnya berada pada batas terendah dari kondisi plastisnya. Selanjutnya, pengujian batas cair tanah dilakukan menggunakan liquid limit apparatus (Gambar 4), di mana tanah ditempatkan pada sebuah cawan untuk kemudian disemprotkan air dalam jumlah tertentu sebagai langkah awal. Lalu,
8
tanah dipindahkan ke liquid limit device dan diratakan hingga ketebalan 1 cm. Sebuah alur kemudian dibuat padanya dengan alat grooving tool. Sampel tanah tersebut kemudian diuji dengan cara memutar tuas sebanyak 2 putaran per detik pada liquid limit device sebanyak 25 kali putaran hingga kedua sisi alur tanah bersinggungan. Pengujian dilakukan minimal 4 kali, dengan 2 kali di atas dan 2 kali di bawah 25 kali putaran tersebut (Soedarmo & Purnomo 1993). Nilai indeks plastisitas dapat dihitung menggunakan persamaan (5). (5) dengan:
PI LL PL
: indeks plastisitas (plasticity index) : batas cair (liquid limit) : batas plastis (plastic limit)
Gambat 4 Plastic & Liquid Limit Apparatus Pengukuran Kedalaman Tekan Traktor Traktor yang digunakan adalah traktor roda empat produksi Kubota tipe L3608. Berat traktor dengan operator adalah 1177 kg. Pengukuran kedalaman tekan traktor dilakukan pada tanah yang telah dilintasi oleh roda traktor. Lintasan pengukuran kedalaman tekan traktor terbagi atas tiga petak keadaan traktor dinamis dan tiga petak keadaan traktor statis. Kecepatan pada keadaan traktor dinamis adalah konstan untuk tiap kali pengulangan. Pengambilan data kedalaman tekan traktor, baik untuk kondisi statis maupun dinamis, menggunakan alat jangka sorong yang diaplikasikan secara vertikal dari permukaan tanah (Gambar 5).
(a) (b) Gambar 5 Pengukuran kedalaman tekan traktor dinamis (a) dan statis (b)
9
Pengukuran Kedalaman Tekan Telapak Kaki Kedalaman tekan telapak kaki diukur pada lahan yang terbagi atas enam petak pengujian. Seperti halnya pengukuran kedalaman tekan traktor, pengukuran kedalaman tekan telapak kaki juga terbagi atas tiga petak dinamis dan tiga petak statis. Pengukuran kedalaman tekan kaki dilakukan setelah subjek melintas keenam petak tersebut. Pengukuran kedalaman tekan telapak kaki dilakukan terhadap jejak kaki lima subjek yang telah diketahui berat dan luas permukaan telapak kakinya. Pengukuran berat badan dilakukan dengan alat timbangan berat digital, sedangkan untuk mengetahui luasan telapak kaki subjek dilakukan pengukuran luasan petak bekas jejak kaki subjek di atas kertas millimeter-block, mengacu pada metode pencetakan jejak telapak kaki yang dilakukan oleh Krishan (2008). Sebelum menginjak di atas kertas millimeter-block, masing-masing subjek menginjakkan kedua kakinya pada kain yang telah dilumuri dengan tinta merah agar hasil injakan dapat terlihat jelas. Satu petak pada kertas millimeter-block diketahui memiliki luas 1 mm2. Luas telapak kaki diperoleh dengan menghitung jumlah petak yang berwarna merah pada kertas millimeter-block. Luasan kontak telapak kaki subjek pada penelitian ini adalah beragam. Melalui peningkatan tingkat kedalaman tekan, luasan kontak yang menyentuh tanah juga meningkat. Hubungan tersebut dapat disimulasikan dengan melihat kedalaman tekan pada sebuah ‘adonan’, sehingga diperoleh grafik hubungan kedalaman tekan (z) dan luasan kontaknya (A) (Gambar 6). Pada Tabel 3, hubungan terbaik antara luas kontak dan kedalaman tekan telapak kaki adalah exponensial dengan koefisien determinasi tertinggi di antara bentuk hubungan lainnya. Tabel 3 Hubungan luas kontak terhadap kedalaman tekan telapak kaki Persamaan y = 0.0352e0.0125x y = 0.0233x - 4.9125 y = 6.4682ln(x) - 34.606 y = 0.0001x2 - 0.0634x + 7.3859
z (mm)
Bentuk Hubungan exponensial linear logaritmik polinomial
60 50 40 30 20 10 0
R² 0.9706 0.8583 0.793 0.9681
Luas permukaan kontak konstan
R² = 0.9706
telapak kaki kanan telapak kaki kiri
0.0
200.0
400.0
A = luasan kontak telapak kaki z = kedalaman tekan
A (cm 2)
Gambar 6 Contoh simulasi hubungan kedalaman tekan telapak kaki terhadap luasan kontak
10
Pengukuran kedalaman tekan telapak kaki dinamis dilakukan dengan cara mengukur bekas injakan kaki pada kondisi berjalan normal (Gambar 7a). Pada pengukuran kedalaman tekan telapak kaki statis (Gambar 7b), subjek diharuskan berdiri diam pada kedua kakinya sesaat. Pengukuran dilakukan dengan alat jangka sorong secara tegak lurus mengikuti arah kedalaman tekan. Pengambilan data pengukuran kedua kaki dibagi atas kaki bagian depan dan belakang.
(a) (b) Gambar 7 Jejak telapak kaki dinamis (a) dan jejak telapak kaki statis (b) Prosedur Analisis Data Data pengukuran kedalaman tekan traktor, kedalaman tekan telapak kaki, dan pengujian sifat fisik tanah diolah pada perangkat lunak Microsoft excel 2007. Keseluruhan data dianalisis secara statistik, sehingga didapatkan pembuatan model kedalaman tekan telapak kaki dan traktor melalui analisis regresi linear dengan IBM SPSS Statistics 17. Regresi merupakan alat analisis statistik yang dapat membantu melakukan prediksi atas variabel terikat dengan mengetahui kondisi variabel bebasnya (Wahyono 2009). Suatu fungsi yang diperoleh melalui regresi linear dapat memperkirakan suatu nilai variabel (y) dengan mengetahui nilai variabel lain (x) (Supranto 2008). Setelah diperoleh model-model kedalaman tekan, verifikasi model dilakukan dengan membandingkan nilai kedalaman tekannya di lapangan.
HASIL DAN PEMBAHASAN Deskripsi Lahan Penelitian Pengambilan data penelitian dilakukan selama tiga hari berturut-turut pada waktu yang sama. Suhu tercatat sebesar 29.08 0C, 31.17 0C, 32.85 0C dengan kelembaban sebesar 69.72 %, 61.85 %, 59.02 %. Lahan pengambilan data berukuran total 24 x 24 m yang terbagi atas tiga pengulangan berdasarkan hari pengambilan data. Jalur-jalur khusus dibuat untuk traktor dan kelima subjek telapak kaki melintas pada ketiga lahan pengulangan. Di antara jalur-jalur tersebut, terdapat jalur mobilisasi untuk memudahkan pengambilan data.
11
Pengambilan data sampel tanah dilakukan pada masing-masing petak pengukuran kedalaman tekan sebanyak tiga titik yang dipilih secara acak sehingga karakteristik tanah secara keseluruhan dapat terwakili. Adapun parameter yang diambil pada ketiga titik tersebut adalah pengujian tahanan penetrasi tanah dan pengambilan sampel tanah untuk pengujian di laboratorium mengenai kadar air (ka), wet bulk density (ρw), particle size distribution, dan index plasticity. Tabel 4 Ukuran fraksi dan indeks plastisitas tanah Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo Fraksi tanah Pasir kasar (coarse sand) Pasir halus (fine sand) Lumpur (silt) Liat (clay)
Ukuran partikel (mm)
Presentase (%)
2 - 0.2 0.2 - 0.05
30.2 41.4
0.05 - 0.002
13.9
< 0.002
14.5
Batas cair
62.97
Batas plastis Indeks plastisitas
48.03 14.94
Tabel 4 menunjukkan bahwa tanah di lapangan pengujian tersusun atas 71.6% pasir, 13.9% lumpur, dan 14.5% liat dengan indeks plastisitas 14.94%. Jury dan Horton (2004) menampilkan diagram segitiga klasifikasi tekstur tanah yang menunjukkan hubungan antara persentase pasir, lanau, dan lempung sehingga tanah di lapangan pengujian tersebut tergolong jenis tanah liat berpasir (sandy loam). Pada 14.94% indeks plastisitas, tanah pengujian memiliki sifat fisik sebagai berikut (Tabel 5): Tabel 5 Sifat fisik tanah di lahan penelitian Pengulangan
Kadar air (%)
Wet Bulk Density (g/cm3)
Dry Bulk Density (g/cm3)
0-5 cm
5-10 cm
0-5 cm
5-10 cm
0-5 cm
5-10 cm
I
29.940
28.650
1.069
1.193
0.822
0.927
II
32.390
33.030
1.160
1.311
0.876
0.985
III
29.430
31.930
1.063
1.211
0.821
0.918
Tabel 5 menyajikan sifat kadar air dan kerapatan isi tanah basah dan kering atau dry dan wet bulk density. Sampel tanah yang digunakan dalam penelitian ini dikhususkan pada kedalaman 5-10 cm. Hal ini didasarkan pada besarnya kedalaman tekan yang dialami oleh traktor dan telapak kaki yang mencapai kedalaman 5 cm atau lebih.
12
Hubungan Karakteristik Mekanik Tanah dan Tekanan Terhadap Kedalaman Tekan (Sinkage) Kedalaman tekan (sinkage) yang terjadi di atas tanah pada prinsipnya merupakan proses terpadatkannya tanah oleh suatu beban di atasnya hingga suatu batasan tertentu. Kedalaman tekan akibat mobilitas traktor dan manusia menyebabkan terjadinya perubahan pada kerapatan isi tanah atau bulk density yang cenderung mengalami peningkatan. Bulk density dipengaruhi oleh tingkat kadar air. Penambahan kadar air dalam proses pemadatan akan menyebabkan berat tanah dalam suatu satuan volume (bulk density) ikut meningkat (Das 1993). Seperti yang ditampilkan pada Tabel 5, nilai wet bulk density maupun dry bulk density meningkat seiring dengan meningkatnya nilai kadar air tanah. Dalam Robiansyah (2014), hubungan kadar air tanah dan wet bulk density adalah berbanding lurus dengan peningkatan kadar air tanah diikuti dengan peningkatan densitas tanah. Peran kadar air juga terlihat pada perbedaan nilai antara densitas tanah basah dan kering. Densitas tanah basah lebih berat persatuan volume dibandingkan dengan densitas tanah kering. Gambar 8 menunjukkan grafik hubungan kadar air dengan densitas tanah yang berbanding lurus. 1.4 Dry Bulk Density (g/cm3)
Wet Bulk Density (g/cm3)
1.4 1.2
1 0.8 0.6 0.4 0.2 0
1.2
1 0.8 0.6 0.4 0.2 0
0.0
10.0 20.0 30.0 40.0 Kadar Air (%)
0.0
10.0 20.0 30.0 Kadar Air (%)
40.0
Gambar 8 Hubungan kadar air dengan densitas tanah Salah satu uji untuk mengetahui kekuatan tanah terhadap gaya dari luar adalah uji penetrasi tanah. Pengujian tersebut cukup banyak digunakan untuk mengetahui sifat tanah terhadap gaya normal yang diberikan. Tahanan penetrasi merupakan reaksi tahanan tanah atas suatu gaya normal yang diberikan terhadapnya. Alat penetrometer digunakan untuk mendapatkan nilai ketahanan penetrasi suatu tanah, alat tersebut diaplikasikan tegak lurus terhadap tanah pada kecepatan konstan hingga mencapai kedalaman 20 cm.
13
0.0
Tahanan Penetrasi (kPa) 20.0 40.0 60.0
80.0
Kedalaman (cm)
0.0 5.0 10.0
hari 1 air 29.94% - 28.65% kadar
kadar hari 2 air 32.39% - 33.03% kadar hari 3 air 29.43% - 31.93%
15.0 20.0 25.0
Gambar 9 Tahanan penetrasi tanah di lahan pengujian Gambar 9 menunjukkan bahwa tahanan penetrasi tanah terus meningkat seiring dengan bertambahnya kedalaman. Islami dan Utomo (1995) menyebutkan bahwa tahanan penetrasi tanah meningkat dengan bertambahnya kedalaman. Ketika penetrometer diaplikasikan ke dalam tanah, tanah akan mengalami pergeseran oleh gaya tekan jarum yang seluas 6.45 cm2. Sifat-sifat tanah yang mempengaruhi ketahanan penetrasi dalam penggunaan penetrometer adalah kadar air tanah, berat isi, struktur, dan tekstur tanah. Menurut hasil penelitian Astika (1988), nilai tahanan penetrasi akan menurun seiring dengan meningkatnya nilai kadar air tanah, dan sebaliknya. Kadar air tanah dan tahanan penetrasi memiliki hubungan yang terbalik, yaitu dengan peningkatan kadar air tanah akan terjadi penurunan nilai tahanan penetrasinya (Hismaya 2014). Menurut Islami dan Utomo (1995), kadar air tanah menjadi salah satu faktor yang mempengaruhi tingkat tahanan penetrasinya. Baver (1978) dalam Astika (1988) menyebutkan tahanan penetrasi tanah sebagai salah satu indeks tingkat kekuatan tanah yang dipengaruhi oleh tingkat perubahan nilai kadar airnya. Tanah pada kadar air rendah cenderung bersifat keras dan kuat bila dibandingkan dengan kondisi tanah pada kadar air tinggi. Besarnya usaha yang diperlukan untuk memecahkan tanah tersebut dapat dikatakan sebagai usaha tanah menahan bentuknya. Ketika suatu gaya penetrasi diaplikasikan pada tanah dengan kadar air tinggi, tahanan penetrasinya cenderung lebih kecil bila dibandingkan dengan gaya penetrasi yang diberikan terhadap tanah pada kondisi kadar air rendah. Kedalaman tekan atau sinkage pada tanah disebabkan oleh adanya suatu gaya yang diberikan terhadap tanah (Islami dan Utomo 1995). Gaya tersebut dapat berupa gaya tekan sebagai hasil dari pembebanan yang dimiliki suatu objek. Menurut Lumintang dan Hidayat (1982), tanah akan memberikan reaksi mekanis ketika suatu kerja mekanis diberikan terhadapnya. Pada penelitian ini, kerja mekanis tersebut disebabkan oleh gaya tekan yang berasal dari traktor dan injakan telapak kaki yang melintas.
14
Tekanan (P) didefinisikan sebagai besarnya gaya tekan yang dapat ditopang oleh suatu luasan kontak. Nilai tekanan untuk penelitian ini dibedakan atas tekanan telapak kaki dan traktor. Tekanan telapak kaki subjek terbagi menjadi tekanan kaki kanan dan kiri, serta pada kondisi statis dan dinamis. Pembagian tersebut dilakukan untuk melihat pengaruh keragaman parameter tersebut. Tabel 6 menunjukan nilai tekanan telapak kaki keseluruhan subjek. Tabel 6 Nilai tekanan telapak kaki subjek (kPa) P Telapak Kaki
Subjek A
Subjek B
Subjek C
Subjek D
Subjek E
(perempuan)
(perempuan)
(laki-laki)
(laki-laki)
(laki-laki)
dinamis
Kanan Kiri
34.13
36.48
26.48
31.38
30.30
34.03
36.87
27.26
31.57
29.91
statis
Kanan Kiri
17.06
18.24
13.24
15.20
16.96
18.44
13.63
15.69 15.79
15.00
Berbeda dengan tekanan telapak kaki, tekanan traktor merupakan tekanan yang terjadi pada keempat rodanya. Hal ini dikarenakan kondisi traktor yang diasumsikan setimbang sehingga beban merata pada masing-masing rodanya. Luasan kontak roda traktor di atas tanah merupakan 78% dari perkalian panjang (p) dan lebar (l) roda (Bekker 1960 dalam Rouf 2013). Nilai tekanan traktor yang diberikan pada keempat rodanya diketahui melalui pengukuran panjang dan lebar kontak roda serta berat roda tersebut (Tabel 7). Tabel 7 Dimensi roda dan nilai tekanan traktor Roda Kanan depan Kiri depan Kanan belakang Kiri belakang
p (cm)
l (cm)
Tekanan (kPa)
24.5 24.1 29.1 28.4
16.5 18.1 27.5 28.1
91.49 84.73 46.19 46.29
15
kanan depan
kiri depan 8.0 sinkage (cm)
sinkage (cm)
8.0 6.0 4.0
ka > 31.93%
2.0
ka ≤ 31.93%
6.0 4.0
ka ≤ 31.93%
0.0
0.0 0.0
0.0 10.0 20.0 Tekanan (kPa)
10.0 20.0 Tekanan (kPa)
kanan belakang
kiri belakang
8.0
8.0 sinkage (cm)
sinkage (cm)
ka > 31.93%
2.0
6.0 4.0
ka > 31.93%
2.0
ka ≤ 31.93%
0.0
6.0 4.0
ka > 31.93%
2.0
ka ≤ 31.93%
0.0
0.0 10.0 20.0 Tekanan (kPa)
0.0 10.0 20.0 Tekanan (kPa)
Gambar 10 Hubungan sinkage telapak kaki dan tekanan pada kondisi statis kiri depan
sinkage (cm)
8.0 6.0 4.0
ka > 31.93%
2.0
ka ≤ 31.93%
0.0
sinkage (cm)
kanan depan 8.0 6.0 4.0
ka > 31.93%
2.0
ka ≤ 31.93%
0.0 0.0 20.0 40.0 Tekanan (kPa)
0.0 20.0 40.0 Tekanan (kPa)
kanan belakang
kiri belakang 8.0
6.0 4.0
ka > 31.93%
2.0
ka ≤ 31.93%
sinkage (cm)
sinkage (cm)
8.0
6.0
4.0
ka > 31.93%
2.0
ka ≤ 31.93%
0.0
0.0 0.0 20.0 40.0 Tekanan (kPa)
0.0 20.0 40.0 Tekanan (kPa)
Gambar 11 Hubungan sinkage telapak kaki dan tekanan pada kondisi dinamis
16
Gambar 10 dan 11 menampilkan hubungan kedalaman tekan (sinkage) telapak kaki dengan tekanan pada kondisi statis dan dinamis masing-masing subjek. Besarnya kedalaman tekan yang terjadi adalah variatif antara masingmasing sisi telapak kaki. Pada tekanan telapak kaki yang sama, kedalaman tekan telapak kaki yang dihasilkan adalah lebih tinggi pada kondisi kadar air tanah yang tinggi. Hal ini menunjukkan adanya pengaruh kadar air tanah terhadap kedalaman tekan telapak kaki. Grafik pada Gambar 10 dan 11 juga membuktikan bahwa kedalaman tekan berbanding lurus dengan tingkat kadar air tanah, yaitu dengan meningkatnya kadar air tanah maka kedalaman tekan juga cenderung akan lebih dalam. Semakin tinggi tingkat kadar airnya, tanah cenderung lebih mudah mengalami deformasi dan sebaliknya. Tingkat deformasi tersebut akan menentukan kedalaman tekan tanah oleh beban traktor maupun telapak kaki karena deformasi lebih mudah terjadi pada kondisi kadar air yang tinggi sehingga menyebabkan sinkage yang lebih dalam. Hal lain juga dibuktikan pada grafik pada Gambar 10 dan 11, yaitu adanya hubungan antara tingkat kadar air tanah dan tahanan penetrasinya. Tekanan yang sama pada kondisi kadar air tanah yang tinggi, tahanan penetrasi lebih rendah, dan sebaliknya. Hal tersebut terlihat pada tingkat kedalaman yang dapat dicapai cenderung lebih dalam dibandingkan pada kadar air rendah. Bulk density dan tahanan penetrasi tanah merupakan salah satu sifat fisik tanah yang dipengaruhi oleh tingkat kadar airnya. Berdasarkan pengaruhnya tersebut, menjadikan kadar air sebagai parameter sifat fisik tanah yang mewakili parameter sifat fisik tanah lainnya. Selain itu, kemudahan untuk memperoleh nilai kadar air tanah menggunakan beberapa metode pengukuran atau suatu alat ukur khusus juga menjadi pertimbangan pemilihannya sebagai parameter dari sifat fisik tanah. Model Kedalaman Tekan (Sinkage) Telapak Kaki Pemodelan kedalaman tekan (sinkage) telapak kaki manusia dilakukan untuk mengetahui kedalaman tekan yang akan dialami oleh sebuah traktor roda empat. Faktor yang mempengaruhi terjadinya kedalaman tekan adalah tekanan kontak roda. Hal lain yang perlu diperhatikan adalah peranan tanah sebagai media utama dalam terjadinya kedalaman tekan traktor. Peranan tanah melelui sifat fisik tanah menjadi variabel kedua untuk dimasukkan ke dalam pemodelan. Sifat fisik tersebut adalah kadar air tanah karena karakteristiknya yang dapat mewakili sifat tanah lainnya. Model kedalaman tekan telapak kaki akan digunakan untuk mengetahui kedalaman tekan traktor dengan tekanan dan kadar air sebagai variabel bebasnya. Model kedalaman tekan tersebut merupakan suatu model regresi yang diharapkan dapat memprediksi kedalaman tekan traktor pada kondisi kadar air tanah yang sama. Penelitian ini menghasilkan 16 model kedalaman tekan yang terbagi atas 8 model berdasarkan telapak kaki laki-laki dan 8 model berdasarkan telapak kaki perempuan. Alasan mengapa pemodelan dalam penelitian ini dibedakan atas perempuan dan laki-laki adalah karena terdapat perbedaan ukuran rata-rata berat dan luas telapak kaki. Hal ini dibuktikan pada penelitian Hairunnisa (2014) yang menunjukkan bahwa ukuran rata-rata berat dan luasan telapak kaki laki-laki lebih
17
besar dibandingkan dengan ukuran perempuan. Masing-masing model dibedakan atas telapak kaki kondisi statis dan dinamis, kaki kanan dan kiri, serta telapak kaki bagian depan dan belakang. Adapun model-model kedalaman tekan yang dihasilkan adalah sebagai berikut: Tabel 8 Model kedalaman tekan (sinkage) telapak kaki perempuan dengan variabel bebas kadar air (ka) dan tekanan (P) Model Persamaan Keterangan Kondisi Statis zkskad = 6.962 - 0.220(ka) + 31.226(P) zkskab = 44.046 - 0.381(ka) - 139.078(P) zkskid = 31.102 - 0.307(ka) - 84.68(P) zkskib = 22.306 - 0.315(ka) - 32.976(P)
Kaki kanan depan Kaki kanan belakang Kaki kiri depan Kaki kiri belakang
Kondisi Dinamis zkdkad = 21.58 - 0.402(ka) - 7.149(P) zkdkab = 18.028 - 0.262(ka) - 7.304(P) zkdkid = 23.13 - 0.306(ka) - 19.065(P) zkdkib = 28.287 - 0.318(ka) - 31.569(P)
Kaki kanan depan Kaki kanan belakang Kaki kiri depan Kaki kanan belakang
Tabel 9 Model kedalaman tekan (sinkage) telapak kaki laki-laki dengan variabel bebas kadar air (ka) dan tekanan (P) Model Persamaan Keterangan Kondisi Statis zkskad = 5.361 - 0.271(ka) + 57.082(P) zkskab = 19.456 - 0.293(ka) - 27.721(P) zkskid = 12.804 - 0.275(ka) + 6.56(P) zkskib = 14.652 - 0.289(ka) + 3.456(P)
Kaki kanan depan Kaki kanan belakang Kaki kiri depan Kaki kiri belakang
Kondisi Dinamis zkdkad = 7.399 - 0.156(ka) + 14.103(P) zkdkab = 15.665 - 0.232(ka) - 6.186(P) zkdkid = 6.855 - 0.179(ka) + 18.649(P) zkdkib = 12.479 - 0.217(ka) + 3.235(P)
Kaki kanan depan Kaki kanan belakang Kaki kiri depan Kaki kanan belakang
Tabel 8 dan Tabel 9 mencantumkan model-model kedalaman tekan telapak kaki dengan kadar air (ka) dan tekanan (P) sebagai variabel bebasnya dan kedalaman tekan (z) sebagai variabel terikat. Dalam model tersebut, nilai kadar air tanah (ka) diharuskan dalam bentuk persentase (%) dan nilai tekanan (P) dalam satuan berat per luas (kgf/cm2). Kedalaman tekan yang diperoleh melalui model persamaan di atas dinyatakan dalam satuan centimeter (cm). Masing-masing model mewakili sisi kaki yang berbeda untuk subjek lakilaki dan perempuan, yaitu model kedalaman tekan telapak kaki kanan bagian depan dan belakang kondisi statis (zkskad dan zkskab), model kedalaman tekan telapak kaki kiri bagian depan dan belakang kondisi statis (zkskid dan zkskib), model kedalaman tekan telapak kaki kanan bagian depan dan belakang kondisi dinamis (zkdkad dan zkdkab), dan model kedalaman tekan telapak kaki kiri bagian depan dan belakang kondisi dinamis (zkdkid dan zkdkib). Hal ini dilakukan karena adanya perbedaan kedalaman yang dihasilkan masing-masing sisi kaki ketika menapak di atas tanah. Selain itu, perbedaan dalamnya kedalaman tekan juga terjadi antara kaki bagian depan dan belakang.
18
Verifikasi Model Kedalaman Tekan (Sinkage) Telapak Kaki Terhadap Kedalaman Tekan (Sinkage) Traktor Verifikasi model kedalaman tekan telapak kaki dilakukan dengan membandingkan nilai kedalaman tekan yang dihasilkan melalui model terhadap nilai kedalaman tekan yang diukur langsung di lapangan (observatif). Tabel 10 Hubungan antara kedalaman tekan (sinkage) telapak kaki observasi dan kedalaman tekan telapak kaki melalui model (cm) Subjek
Perempuan
Laki-laki
Model Regresi
Simpangan Baku Model Regresi
zkskad zkskab zkskid zkskib zkdkad zkdkab zkdkid zkdkib zkskad zkskab zkskid zkskib zkdkad zkdkab zkdkid zkdkib
1.399 1.790 1.610 1.635 1.279 1.087 1.272 1.249 1.277 1.223 1.339 1.356 1.191 1.251 1.175 1.224
Tabel 10 menampilkan nilai simpangan baku masing-masing model kedalaman tekan antara kedalaman tekan telapak kaki observasi dan kedalaman tekan telapak kaki melalui model perempuan maupun laki-laki. Pada prinsipnya, model-model pendugaan kedalaman tekan yang telah diperoleh diharapkan menghasilkan nilai kedalaman tekan yang sama dengan nilai sebenarnya di lapangan. Hal ini diwakili oleh garis regresi y = x pada grafik sebaran data antara kedalaman tekan telapak kaki model dan observasi. Simpangan baku merupakan sebaran data terhadap garis regresi y = x, yang menunjukkan tingkat kesesuaian hubungan antara perkiraan atau pendugaan yang dilakukan melalui model terhadap data sebenarnya di lapangan. Pada garis regresi y = x, simpangan baku akan bernilai sama dengan nol, yang mengartikan kedalaman tekan telapak kaki melalui model adalah sama dengan kedalaman tekan telapak kaki observasinya. Simpangan baku dapat dikatakan sebagai indeks yang digunakan untuk mengukur tingkat ketepatan regresi (pendugaan) dan mengukur batasan seberapa jauh melesetnya perkiraan dalam suatu pendugaan (Hasan 1999). Berdasarkan Tabel 10, diketahui bahwa model zkdkab pada subjek perempuan dan model zkdkid pada subjek laki-laki memiliki simpangan baku yang paling mendekati nilai nol atau terkecil di antara simpangan baku milik model lainnya.
19
Nilai simpangan baku yang kecil menunjukkan kedekatan titik-titik data terhadap garis regresi y = x, yaitu antara kedalaman tekan telapak kaki melalui model dan observasi. Sebaliknya, semakin besar nilai simpangan bakunya, titik-titik data semakin tersebar jauh dari garis regresi y = x. Simpangan baku sebesar 1.087 pada model zkdkab subjek perempuan dan 1.175 pada model zkdkid subjek laki-laki memiliki arti bahwa terjadi penyimpangan sebesar 1.087 cm dan 1.175 cm dalam pendugaan kedalaman tekan telapak kaki melalui model. Selanjutnya, keseluruhan model tersebut digunakan untuk menduga kedalaman tekan traktor dengan cara memasukkan data parameter traktor, yaitu kadar air tanah dan tekanan traktor. Hasil kedalaman tekan traktor yang diperoleh dengan model (zmodel) dibandingkan kembali terhadap nilai kedalaman tekan traktor di lapangan (zobservasi), baik dalam kondisi traktor statis maupun dinamis. Tabel 11 dan 12 menampilkan verifikasi keseluruhan model telapak kaki bila tekanan traktor digunakan dalam masing-masing model untuk pendugaan kedalaman tekan traktor. Verifikasi dilakukan dengan cara melihat nilai simpangan baku antara kedalaman tekan yang dihasilkan melalui masing-masing model terhadap nilai kedalaman tekan traktor yang diukur di lapangan. Semakin kecil nilai penyimpangan yang terjadi, semakin akurat model tersebut bila digunakan untuk menduga kedalaman tekan traktor karena semakin menunjukkan tingkat kedalaman yang sesuai dengan observasinya. Tabel 11 Simpangan baku kedalaman tekan melalui model terhadap kedalaman tekan observasi traktor kondisi dinamis (cm) Subjek Perempuan
Laki-laki
Model Regresi
Simpangan Baku Model Regresi
zkskad zkskab zkskid zkskib zkdkad zkdkab zkdkid zkdkib zkskad zkskab zkskid zkskib zkdkad zkdkab zkdkid zkdkib
13.067 31.339 44.292 10.050 6.493 3.727 10.099 5.719 27.830 9.807 1.905 3.116 3.610 4.300 4.712 3.193
20
Tabel 12 Simpangan baku kedalaman tekan melalui model terhadap kedalaman tekan observasi traktor kondisi statis (cm) Subjek Perempuan
Laki-laki
Model Regresi
Simpangan Baku Model Regresi
zkskad zkskab zkskid zkskib zkdkad zkdkab zkdkid zkdkib zkskad zkskab zkskid zkskib zkdkad zkdkab zkdkid zkdkib
13.664 30.658 43.618 9.323 5.790 2.977 9.400 4.998 28.459 9.079 1.275 2.295 4.063 3.548 5.224 2.426
Berdasarkan simpangan baku yang ditampilkan pada Tabel 11 dan 12, terlihat bahwa model zkdkab subjek perempuan dan zkskid subjek laki-laki memiliki nilai simpangan baku terkecil bila digunakan untuk pendugaan traktor baik pada kondisi dinamis maupun statis. Nilai tersebut lebih kecil pada kondisi traktor statis dibandingkan dengan kondisi traktor dinamis. Hal ini menunjukkan bahwa pendugaan kedalaman tekan traktor melalui model regresi linear tersebut akan lebih tepat bila digunakan pada kondisi statis. Dari data tersebut, dapat terlihat bahwa model yang paling sesuai untuk menduga kedalaman tekan traktor pada kondisi statis maupun dinamis adalah zkdkab melalui pendekatan subjek perempuan dan zkskid melalui pendekatan subjek laki-laki. Model pada subjek perempuan yang digunakan dalam pendugaan kedalaman tekan telapak kaki sudah menunjukkan kesesuaian dengan pendugaan kedalaman tekan traktor, yaitu model zkdkab. Sebaliknya, model pada subjek lakilaki perlu dibedakan dalam penggunaannya untuk menduga kedalaman tekan telapak kaki dan traktor, yaitu zkdkid untuk pendugaan kedalaman tekan telapak kaki dan zkskid untuk traktor. Oleh karena itu, diperlukan suatu faktor koreksi agar model kedalaman tekan dapat digunakan untuk menduga kedalaman tekan telapak kaki dan traktor. Melalui analisis regresi linear diperoleh model zkdkab subjek perempuan dan zkskid subjek laki-laki untuk memprediksi kedalaman tekan traktor kondisi statis maupun dinamis melalui pendekatan telapak kaki. Akan tetapi, penyimpangan yang tergolong masih cukup tinggi menunjukkan bahwa model tersebut masih memiliki kekurangan untuk pendugaan kedalaman tekan traktor, sehingga model lain perlu dicari kembali dengan menggunakan metode analisis lain.
21
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Parameter pengukuran yang digunakan dalam pendugaan kedalaman tekan (sinkage) pada penelitian ini adalah kadar air tanah dan tekanan kontak objek. Jenis tanah di lokasi penelitian ini tergolong sebagai tanah liat berpasir (sandy loam) dengan kondisi kadar air tanah pada hari pengujian pertama adalah sebesar 28.65%, pada hari pengujian kedua sebesar 33.03%, dan 31.93% pada hari pengujian ketiga. Nilai tekanan kontak pada objek adalah beragam, meliputi tekanan pada masing-masing sisi telapak kaki subjek dan tekanan pada masingmasing roda traktor. Keseluruhan data dianalisis melalui regresi linear, sehingga diperoleh beberapa model kedalaman tekan (sinkage). Regresi linear kurang tepat digunakan untuk menduga kedalaman tekan traktor dari parameter kadar air tanah dan tekanan. Namun, model terbaik yang dihasilkan untuk memprediksi kedalaman tekan traktor berbasis pendekatan kedalaman tekan telapak kaki adalah zkskid = 12.804 - 0.275(ka) + 6.56(P) melalui subjek laki-laki dan zkdkab = 18.028 0.262(ka) - 7.304(P) melalui subjek perempuan. Dasar penetapan kedua model tersebut adalah karena memiliki nilai simpangan baku terkecil terhadap kedalaman tekan traktor di lapangan. Penggunaan model tersebut hanya terbatas pada kondisi kadar air tanah 28.65% hingga 33.03%. Saran Perlu dilakukan penelitian lanjut dengan metode analisis lain yang dapat memperoleh pendugaan kedalaman tekan traktor yang lebih akurat dengan melibatkan beberapa variabel lain. Suatu penambahan faktor koreksi perlu dilibatkan dalam model persamaan pendugaan. Pendugaan kedalaman tekan roda traktor roda empat melalui pendekatan kedalaman tekan telapak kaki manusia menghasilkan nilai yang berbeda antara kedalaman tekan pada kondisi statis dan dinamis. Pendugaan kedalaman tekan akan lebih presisi pada kondisi statis, sehingga perlu adanya penelitian lanjut agar memperoleh pendugaan kedalaman tekan dengan tingkat presisi yang sama untuk kondisi statis maupun dinamis.
DAFTAR PUSTAKA Armansyah. 2002. Analisis tahanan gelinding (rolling resistance) roda traksi dengan metode uji roda tunggal pada bak tanah (soil bin) [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Astika IW. 1988. Mempelajari pengaruh pengelolaan tanah terhadap tahanan penetrasi tanah di kebun percobaan Darmaga IV IPB, Bogor [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Das BM. 1993. Mekanika Tanah Jilid 1. Jakarta (ID): Penerbit Erlangga Hasan MI. 1999. Pokok-pokok Materi Statistik 2 (Statistik Inferensif). Jakarta (ID): Bumi Aksara.
22
Hairunnisa. 2014. Prediksi luasan telapak kaki dengan parameter berat dan tinggi badan [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Hismaya G. 2014. Model pendugaan kedalaman tekan roda traktor roda empat berbasis uji plat sinkage [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Islami T, Utomo WH. 1995. Hubungan Tanah, Air, dan Tanaman. Semarang (ID): IKIP Semarang Press. Jury WA, Horton R. 2004. Soil Physics (sixth edition). New Jersey (US): John Wiley & Sons, Inc. Krishan K. 2008. Estimation of stature from footprint and foot outline dimensions in Gujjars of North India. Forensic Sci Int.175(1):93101.doi:10.1016/j.forsciint.2007.05.014. Lumintang TM, Hidayat I. 1982. Pengaruh Pembebanan dan Intensitas Lalu Lintas Traktor Terhadap Kepadatan Tanah (Soil Compaction) Serta Distribusinya Menurut Kedalaman Tanah. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Mousaviseyedi SR, Tabatabaekoloor R. 2012. Investigation the effects of moisture content, traffic and loading on soil sinkage. Sari (IR): Dept. of Farm Machinery, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University. Rangkuti SR. 2002. Rancang bangun instrumen pengukuran kemampuan traksi traktor 2 roda pada lahan sawah [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Robiansyah. 2014. Pendugaan ketenggelaman terrestrial robotic vehicle (TRV) dengan menggunakan tes ketenggelaman plat [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Rouf A. 2013. Prediksi kedalaman ketenggelaman roda traktor roda-4 pada tanah sawah berdasarkan hasil uji geser langsung [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Soedarmo GD, Purnomo SJE. 1993. Mekanika Tanah. Malang (ID): Penerbit Kanisius Wahyono T. 2009. 25 Model Analisis Statistik dengan SPSS17. Jakarta (ID): PT Elex Media Komputindo.
23
Lampiran 1. Grafik hubungan kedalaman tekan telapak kaki observasi dan model (perempuan) zkdkad
zkdkid 15
y=x
10 5
zkdkad
zobservasi
zobservasi
15
y=x
10 5
0
zkdkid
0 0
5 10 zmodel
15
0
zkdkab y=x
zkdkab
zobservasi
zobservasi
10 5
y=x
15 10 5
0
zkdkib
0 0
5 10 zmodel
15
0
zkskad
5 10 zmodel
15
zkskid
15
15
y=x
10 5
zkskad
zobservasi
zobservasi
15
zkdkib
15
y=x
10
0
5
zkskid
0 0
5 10 zmodel
15
0
5 10 zmodel
15
zkskib
zkskab 15
10 5
zkskab
0
zobservasi
y=x
15 zobservasi
5 10 zmodel
y=x
10 5
zkskib
0 0
5 10 zmodel
15
0
5 10 zmodel
15
24
Lampiran 2. Grafik hubungan kedalaman tekan telapak kaki observasi dan model (laki-laki) zkdkad 10
5
y=x
15
zkdkad
zobservasi
15 zobservasi
zkdkid y=x
0
10 5
zkdkid
0
0
5 10 zmodel
15
0
zkdkab 15
y=x
10 5
zkdkab
y=x
10 5
0
zkdkib
0 0
5 10 zmodel
15
0
zkskad
5 10 zmodel
15
zkskid 15
y=x
10 5
zkskad
zobservasi
zobservasi
15
0
y=x
10 5
zkskid
0 0
5 10 zmodel
15
0
zkskab
5 10 zmodel
15
zkskib y=x
10 5
zkskab
0
y=x
15 zobservasi
15 zobservasi
15
zkdkib
zobservasi
zobservasi
15
5 10 zmodel
10 5
zkskib
0 0
5 10 zmodel
15
0
5 10 zmodel
15
25
Lampiran 3. Dimensi roda traktor Kubota L3608 di atas karakteristik platform beton/concrete (cm) Roda Kanan Depan Kiri Depan Kanan Belakang Kiri Belakang
Øvertikal 74.9 74.4 114 111.4
Parameter Øhorizontal 77.1 77.6 114.1 114.4
p 24.5 24.1 29.1 28.4
l 16.5 18.1 27.5 28.1
26
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 7 Juni 1991 sebagai anak pertama dari Bapak Arya dan Ibu Eka. Penulis lulus dari SDN Polisi 4 dan SMPN 2 di Bogor pada tahun 2003 dan 2006. Pada tahun 2009, penulis lulus dari SMA Negeri 5 Bogor, lalu melanjutkan pendidikan di Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) sebagai mahasiswa Departemen Teknik Pertanian yang kini disebut Departemen Teknik Mesin dan Biosistem dalam Fakultas Teknologi Pertanian IPB. Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif dalam beberapa kepanitiaan dan kepengurusan organisasi. Salah satunya adalah aktif dalam Badan Eksekutif Mahasiswa Fakultas Teknologi Pertanian (BEM-Fateta) sebagai anggota/staff Departemen Mitra Desa pada masa periode 2010-2011. Penulis juga telah melaksanakan Praktik Lapangan di Pabrik Gula Ngadiredjo milik PTPN-X pada bulan Juni-September 2012 dengan judul pengamatan ergonomika pada pemanenan tebu di PG. Ngadiredjo, Kediri, Jawa Timur.
