Analisis Tahanan Olah (Draft) Lempeng Datar

T I N J A U A N PUSTAKA
1. PARAMETER-PARAMETER YANG TERLIBAT PADA PROSES
PENGOLAHAN TANAH
Suatu alatpengolahantanah bergerak pada kecepatantetap
dikenai oleh tiga gaya utama atau sistem gaya, yang h a m s berada dalam keadaan seimbang. Ketiga gaya utama tersebut adalah:
1). Gaya gravitasi (berat alat) , 2). Tarikan yang diberikan
untuk mempertahankan gerak dan, 3). Total reaksi tanah. Gaya
reaksi tanah adalah gaya yang digunakan untuk memotong, meme-
cah, memindahkan tanah dan termasuk untuk mengatasi tahanan
gesek atau tahanan gelinding komponen alat pengolahan tanah.
Gaya reaksi tanah dapat juga dipandang dari tahanan tanah terhadap kompresi, tahanan geser, dan adhesi. Diperlihatkan oleh
Nichols, 1931, bahwa gaya reaksi tanah berhubungan dengankandungan air dan kandungan koloida tanah (Bainer &
Kepner , & HLZ,.
a.,1955;
, 1978) . Tahanan geser , koefisien gesekan dalam,
adhesi dan tahanan kompressi adalah sifat-sifat dinamis tanah
yaitu pergerakan tanah karena dikenai gaya luar. Gill dan Vanden Berg, 1967, mendifinisikan dinamikatanah sebagai hubungan
antara gaya yang diberikan pada tanah dan gaya resultan reaksi
tanah. Faktor-faktor dasar yang mempengaruhi respon tanah atas
gaya yang diberikan oleh alat pengolah tanah antara lain ukuran dan distribusi partikel, jumlah dan sifat fraksi koloida
liat , kandungan air, bahan organik, densitas partikel dan komposisi kimiawi dari koloid (Cooper, 1971; Baver et aL. ,1972).
Komponen horisontal gaya tarik atau gaya sejajar arah ge-
7
rak maju alat pengolah tanah disebut sebagai draft (tahanan
olah). Faktor-faktor tanah yang mempengaruhi tahanan olah antara lain kekuatan tanah, densitas tanah (bulk density), koefisien gesekan dan tahanan potong dari akar (Bainer &
1955; Richey &
a.,1961; Ayers,
a.,
1987).
~ a r ibahasan di atas maka terlihat beberapa faktor dinamika tanah yang berperan pada gaya reaksi tanah yang dikenai
alat pengolahan tanah yaitu kekuatan geser tanah, kohesi, adhesi, koefisien gesekan dan densitas tanah.
1.1,
Keruntuhan Tanah (soil failure).
Pada dasarnya semua pernotongantanah, perpindahan dan pe-
ngolahan merubah tanah dari lokasi asalnya dan dal-
ha1 ini
terlibat keruntuhan tanah secara mekanis. Keruntuhan mekanis
tanah selama penmtongan umumnya terjadi dengan menggeser sepanjang permukaan patahan dalam tanah dan sering pada batas
antara tanah dan permukaan alat potong seperti pada Gambar 2.1
(McKyes, 1985).
Tipe dari keruntuhan tanah disebabkan oleh pasak (rigid
tine) dapat digolongkan secara mum atas satu atau dua model
yaitu rapuh atau mengalir, Hodel itu dapat ditetapkan melalui
nilai salah satu dari kandungan air tanah, densitas tanah, kecepatan kerja atau sudutpotong (Stafford, 1981). Soehne, 1956
mengasumsikan penampang melintang dari potongan tanah olah sebagai trapesium, sedangkansiemens, 1965mengasumsikan sebagai
jajaran genjang. Pada kedua kasus tersebut penulisnya mengasumsikan potongan tanah diatas alat pengolah tanah (ridge)
8
merupakan fungsi dari kemiringan permukaan runtuh, sudut potong, dan luas muka alat (Harrison, 1982).
GerJr tanah
h r m u k u n tanah
Arah rnaju
-
Pormukun
pecrh drlrm
Lempeng pernotong
Gambar 2.1.
Batar luncur
Keruntuhan tanah selama pemotongan dengan pengolah tanah berbentuk lempeng
(McKyes, 1985).
Godwin (1974) mengajukan, bahwa kemiringan sudut keruntuhan menggunakan lempeng sempit pengolah tanah, berbentuk sabit pada permukaan depan dan berbentuk ellips kearah samping.
Bentuk lingkaran cukup beralasan untuk digunakan menduga volu-
me tanah yang dipindahkan serta membangun model pengolahan tanah (HcKyes, 1985).
Empat tipe keruntuhan tanah dapat didefinisikan dalam pe-
ngertiantingkahlakutegangan-regangan yaitu, geser, tekanan,
tegangan dan aliran plastis. Bila tegangan geser suatu tubuh
tanah melebihi suatu titik kritis tertentu, tanah akan runtuh.
Tergantung pada keadaan pendukungtanah dan pembebanan, keruntuhan dapatmenyebabkan suatu luncuran, kerubuhan dinding penahan, atau jejak penurunan tanah (Terzaghi dan Peck, 1948;
Gill dan Vandenberg 1968). Pada keruntuhan, tanah berperilaku
9
sebagai suatu bahan plastis dan mengikuti kriteria keruntuhan
Hohr-Coulomb (Cooper, 1971).
1.2.
Kekuatan Geser Tanah (shear strength).
Keruntuhan geser (shear failure) dalam tanah adalah aki-
bat gerak relatif antar butirnya, bukan karena butirnya sendiri hancur. Oleh karena itu kekuatan geser (shear strength)
tanah tergantung pada gaya-gaya yang bekerja antar butirnya
(Wesley, 1973). Dasar dari pengetahuan kekuatan mekanis tanah
dianggap berasal dari Coulomb pada tahun 1776. Bekerja dengan
bahan bangunan dan tanah, Coulomb mencatat bahwa ada dua proses mekanis yang beraksi menentukan puncak kekuatan geser (ultimate stress). Satu proses disebut gesekan dan yang satunya
lagi kohesi. Total kekuatan geser adalah penjumlahan dari kedua komponen tersebut yang dinyatakan sebagai pada persamaan
(2.1.),(McKyesf
dimana;
1985).
r
= kekuatan geser, Ncm-2
kohesi, Ncm-l
C, =
a, = tekanan normal pada permukaan geser,
# = sudut gesekan luncur dalam, derajat
tan Q) = koefisien gesekan dalam.
nodel yang diperkenalkanCoulombtersebutditerima secara
mum sebagai diskripsi fisik dari keruntuhan tanah. GaJabar 2.2
memperlihatkan sebongkah tanah yang dipadatkan sebelumdibebani sedemikian =pa
sampai bidang patah terbentuk. Coulomb me-
netapkan bahwa pematahan ini membutuhkan gaya geser untuk mengatasi gaya ikatan antar partikel tanah sepanjang bid-
pa-
10
tah dan gaya gesekan antar dua pemukaan yang timbul dari gerak relatif antara permukaan tersebut. Pengujian tertentu untuk menetapkan tahanan untuk melawan patahan merupakan ukuran
tegangan geser di bidang patah pada saat keruntuhan. Tegangan
geser ini disebut kekuatan geser (Koolen dan Kuipers, 1983).
Gambar 2.2. Model bidang keruntuhan geser dari
Coulomb (Koolen dan Kuipers, 1983).
Wesley (1973), mengingatkan bahwa nilai Co dan (b yang diperoleh dari pengukuran di laboratorium tergantung dari pada
cara pengukuran yang digunakan.
Kekuatan geser tanah tergantung pada banyak faktor yang
tidak semua diperhitungkan pada persamaan Coulomb (2.1). Dalam
kenyataannya sangatlah sulit atau hampir tidak mungkin menetapkan secara terpisah dalam nilai kuantitatif yang tepat dari
komponen kekuatan geser tersebut (Tschebotarioff, 1951).
Kekuatan tanah dapat berubah besar dengan perubahan kandungan air yang sedikit (pengaruh ini tidak linear pada selang
kelembaban tanah yang dialami pada operasi pengolahan tanah)
nanya keadaan ini menyulitkan evaluasi pada perubahan yang kecil dari faktor-faktor rancangan tanah-peralatan pengolah tan&
(Reaves, 1966). Hillel ( 1980 ) , juga menekankan pentingnya
kelestbaban tanah karena ini dapat menyebabkan tanah sangat beragam dari kondisi keras sampai kondisi plastis. Tanah pasir
muelah dimanipulasi, sedangkan liat kering mungkin secara eks-
trim sulit diolah karena tanah berada pada kekuatan mekanik
seperti bata.
Baver (1972), memperlihatkan bahwa nilai geser tanah tidak dilconsolidasi menaik secara linear dengan kelembaban tanah
sampai ntaksimua di sekitar batas plastis dan menurun ke suatu
angka yang sangat rendah pada batas cair.
Tabel 2.1.
Densitas
w-3
Parameter kekuatan tanah dalam hubungannya dengan
densitas dan kelembaban tanah (Bateman, 1965, di
dalam Chancellor, 1971)
Kelem
baban
tanah
%
Kekuatan
geser max.
pada 0.138
bar tegang
an normal,
Gaya
impedance'
Energi menggembur
kan tanah ke 2.54
cm garis tengah
rata-rata,
(dyne cm/g)x lo-'
dyne x
bar
.
Beban
lambat
Beban
impact
1-10
28
0 344
.
2.89
1.20
31.4
1-40
28
0.618
4.89
19.40
128.5
1.22
18
0.895
13.60
5.08
22.4
1.56
18
1.790
28.90
49 .30
173-2
30" cone penetrometer, 0.975 cm max- garis tengah.
12
Kekuatan geser tanah dapat berada pada selang dari hampir
no1 untuk tanah sangat basah dan remah, sampai melebihi 280
kPa untuk tanah berbutir sangat halus yang dipadatkan (McKyes,
1989). -teaan,
1965, di dalam Chancellor (1971) memperlihat-
kan bahwa untuk tanah lempung liat berdebu (silty clay loam)
pada dua kandungan air, kekuatan geser tanah lsenaik dengan naiknya densitas tanah kering sententara gaya normal dipertahankan tetap (Tabel 2.1.)1.2.1.
Kohesi Tanah.
Persamaan (2.1), hasil karya Coulomb seorang insinyur Pe-
rancis, memperlihatkan bahwa kohesi (C,) tidak tergantung pada
tekanan normal (a,) yang bekerja pada bidang runtuh, sehingga
pada tekanan normal nol, r = C,.
Jadi berdasarkan persamaan
Coulomb, kohesi didefinisikan sebagai kekuatan geser pada tekanan normal Sara dengan no1 (Tschebotarioff, 1951).
Chancellor (1971), memandang kohesi sebagai fungsi dari
kekuatan regangan (tensile strength) dan sudut gesekan dalam
sebagai pada persamaan (2.2)- Karena kekuatan regangan menaik
dengan naiknya densitas tanah keringmaka dapat juga dikatakan
kohesi meningkat dengan naiknya densitas tanah,
dimana;
C,
r,
9
=
=
=
kohesi, N c n i 2
tegangan regangan runtuh, N cm-'
sudut gesekan dalam tanah, derajat
Kohesi sering dinyatakan dan diterima sebagai sifat fisik
dari tanah. Dalam kenyataannya, itu hanya parameter dari asumsi persamaan yield. Keberadaannya secara logika hanya dapat
diterangkan dengan suatu interpretasi persamaan dantidak dari
dasar sifat fisik tanah itu sendiri (Gill dan Vanden Berg,
Tabel 2.2.
Kohesi dan sudut gesek dalam pada berbagai
kadar air (HcKyes, 1985).
,
1
Kadar air (KA)
%
1
3
Sudut gesek dalaa
(#) derajat
Kohesi (C,)
kPa
7
list, Thailand
4.1
38
13
1.8
43
10
1
1
55
2.1
10
185
3.4
11
liat berata
liat ringan (lean clay)b
22
68.9
20
24
48.2
18
26
34.5
15
28
27.6
12
30
17.2
11
32
13.8
1
11
" Land Locomotion Laboratory, Detroit, MI.
Waterways Experiment Station, Vicksburg, NS.
Baver et a1
. (1972), memperlihatkan bahwa kohesi pada ta-
nah dapat dipandang sebagai suatu ikatan dari partikel-partikel karena gaya tarik menarik antar partikel yang muncul dari
mekanisme kimia fisika. Kohesi menaik dengan penurunan kadar
air dari adonan tanah yang dikeringkan dikarenakan penurunan
dari ketebalan lapisan tipis air.
Hckyes (1985) meperlihatkan hasil pengukuran kohesi berbagai tanah liat, yang dikutip dari Baker, 1969, sebagai tertera pada Tabel 2.2.
1.2.2.
Sudut Gesekan Tanah-Tanah.
Gesekan adalah suatu sifat dinamis yang terlibat dalam
pergerakan badan kaku tanah. Hukum umm dari gesekan Coulomb
digunakan pada gesekantanah-tanah, tapi alamyang persis dari
gaya gesekan tersebutbelum jauh dikenal. Prosedure yang biasa
adalahmemisahkan gaya-gaya yang bekerja atas yang normalterhadap permukaan dan tangen terhadap permukaan (Gill dan Vanden Berg, 1968). Persamaan Coulombmemperlihatkan bahwa komponengesekan kekuatan gesertanah secara langsung sebanding dengan tekanan normal a, dan nilai tan # (koefisien gesekan)
.
Sifat fisik dari pertalian komponen tersebut adalah komplek
dan belum sepenuhnya dipahmi (Tschebotarioff,l951).
Berbagai hasil penelitian merperlihatkan bahwa untuk pasir, sudut gesekan dalam menaik dengan kenaikan densitas tanah
kering. Kenaikan tegangan normal mengurangi sudut gesekan pada
setiap densitas. Kenaikan densitas tanah pada tanah liat disamping diikuti kenaikan kohesi juga diikuti kenaikan sudut
15
gesekan dalam tanah (Chancellor, 1971). HcKyes (1989), memperlihatkan sudut gesekan dalam tanah pada berbagai kepadatan sebagai pada Tabel 2.3.
Tabel 2.3. Densitas relatif dan sudut gesekan dalam dari tanah butiran bersifat gesekan (Teng, 1962 di dalam
Sedang
Tahanan penetrasi
standard, pukul/ft
Padat
I
Sangat
padat
I
1.2
4-10
0-4
1
Unit massa, t/m3
Lembab
Dalam air
1 1
'Naik 5" k t u k tanah k&G
1.2.3.
0.9
0.95
1.05
1.2
dari 5 % bu .ir halus (fine).
Pengukuran Kekuatan Geser Tanah.
Ada dua kelompok metoda penqukuran kekuatan tanah yaitu
pengujian laboratorium danlapang. Pengukuran laboratorium secara mum dapat dikendalikan lebih hati-hati. Dari pandangan
secara fisik, bagaimanapun sulit memastikan bahwa contoh yang
diambil dari lapang untuk diuji di laboratorium dalam keadaan
persis sama dengan di lokasi asalnya. Apakah tanah berliat
atau berpasir besar kemungkinan densitasnya berubah (HcKyes,
1989).
Pengukuran kekuatan geser tanah di laboratorium dapat
.
dibagi atas; 1) Pengukuran tertutup (undrained tests), yaitu
pengukuran dimana airtidakdiperbolehkan rengalir dari contoh
tanah, 2). Pengukurantertutup dikonsolidasi (consolidated un-
I
16
drained tests) yaitu pengukuran dimana contoh diberi tegangan
normal dan air dapat keluar sampai konsolidasi selesai (tidak
terjadi lagi perubahan isi tanah) dan dilanjutkan dengan pemberian tegangan cpeser secara tertutup. 3). Pengukuran terbuka
(drained tests) yaitu diaana selama pemberian tegangan normal
dan tegangan geser jalan air t e b p terbuka (Wesley, 1973).
sudou (1990), menabulasikan metoda yang populer untuk mengukur
parameter kekuatan tanah
Tabel 2.4.
dan $) sebagai pada Tabex 2.4.
Hetoda pengukuran parameter kekuatan tanah dari
persamaan Coulomb (Sudou, 1990).
Tegangan
diberikan
Jenis
pengujian
a
Hanya
compressi
Triaxial
compression
Kompressi
dan geser
Geser
( shear)
A
Direct shear
Vane shear
i
I
1.3.
(C,
compression ]
II
Tahanan Geser (shear resistance) Tanah-Alat.
Setiap benda yang maeluncur atau bergerak pada suatu bi-
dang singgung dengan benda lain akan menghasilkan suatu tahanan geser. Tahanan geser adalah tahanan yang diperlukan un-
tuk mengatasi gesekan yang terjadi antara dua benda yang bergesekan, sebagai dikemukakan oleh Gill dan Vandenberg (1968),
bahwa gesekan tanah-logam dapat diidentifikasi sebagai sudut
gesekan luncur.
diatana,
=
=
=
=
F,
a,
6
koefisient gesekan luncur
gaya tangensial menghasilkan luncuran, N.
beban normal pada permukaan sliding, N.
sudut gesekan dalam tanah-logam, derajat.
Banyak peneliti megaformulasikan sudut gesekan luncur dengan suatu model sebagai pada persamaan 2.3. Para peneliti menggunakan model untuk p' dengan nenerima bahwa banyak peubah
terlibatdan model tersebut adalah penyederhanaan dari penomena yang kompleks. Studi-studi ntenggunakan model initelah memperlihatkan pengaruh terhadap tahanan luncur dari berbagai peubah seperti komposisi dan kehalusan permukaan luncur, distri-
busi ukuran partikel dan kandungan air tanah, tegangan normal
pada permukaan singgung, panjang jalur dan kecepatan luncur,
dan suhu permukaan. Tahanan luncur tanah pada permukaan alat
pengolah tanah dapat mencapai 30-40 persen kebutuhan energi
pengolahantanah. Tahanan luncurtanah-logammengandung adhesi
dan gesekan (Hendrick dan Bailey, 1982). Tahanan geser antara
bahan padat dan tanah dapat dinyatakan dengan persamaan (2.4)
yaitu sebagai yang digambarkan oleh Coulomb tentang kekuatan
geser tanah (Karafiath dan Nowatzki, 1978).
a,
dimana, r ,
C,
a,
=
=
=
6. =
tan 6
=
tan 6
tahanan geser tanah-logam, N
adhesi , N cW2.
tekanan normal, N em-*
sudut gesekan tanah-logam, derajat
koefisien gesekan luncur.
1.3.1.
Adhesi.
~ d h e s iadalah gaya yang dihasilkan dari suatu tarik mena-
rik antara dua bahan tidak sejenis atau dapat juga dinyatakan
sebagai gaya normal yang dibutuhkan untuk memisahkan partikel
dari peraukaan padat (Gill dan Vandenberg, 1968 ; Karaf iath dan
Nowatzki 1978). Antara tanah dan beberapa bahan lain, gaya
adhesi hampir semata-mata dikarenakan lapisan tipis air. Keadhesian mempunyai dua bentuk tingkah laku yang penting yang
h a m s tergalabarkan dalam hubungan tanah-mesin yaitu yang berkaitan dengan kelengketan (stickiness) dan gesekan luncur
(Gill dan Vanden Berg, 1968).
Sumber adhesi antara lain sifat molekul, sifat listrik,
gaya Coulomb dan kapiler. Gaya kapiler terjadi bila miniski
air terbentuk di m a n g diantara partikel tanah dan permukaan
bahan padat. Adhesi antara suatu permukaan padat dan tanah karena gaya kapiler tergantung pada sudut kontak yang dibuat air
dengan permukaan padat, tingkat kejenuhan dan kelembaban relatif udara dalam ruang kosong antar partikel tanah (Karafiath
dan ~owatzki,1978).
1.3.2.
Koefisien Gesekan.
Nichols, 1931, didalam Kepner
&u. (1978), meperlihat-
kan bahwa hubungan antara gesekan tanah-logam dengan kenaikan
kadar air tanah, secara umm dibagi atas tahap gesekan, tahap
adhesi dan tahap pelumasan. Pada tahap gesekan (kadar air rend&)
gaya adhsi kecil dan koefisien gesekan pada dasarnya ti-
dak dipengaruhi oleh kandungan air. Pada selang kandungan air
.
ini biasanya tanah mudah pecah (hancur) Pada tahap adhesi lapisan tipis air terbentuk antara partikel tanah dan logam, sehingga meninhulkan gaya adhesi dan menyebabkan kenaikan koefisien gesekan dengan kenaikan kandungan air. Bila tanah sudah
c&up
lembab, lapisan air bertingkah sebagai pelumas dan koe-
fisien gesekan menurun dengan penaBabahan air.
Koefisien gesekan tanah liat lebih tinggi dari pada tanah
berpasir. K o e f isien gesekan tanah pada ba ja yang dipoles halus
dari berbagai laporan penelitian adalah 0.2
0.3
- 0.65
untuk lenkpung, dan 0.35
-
- 0 -5 untuk
pasir,
0.8 untuk tanah liat. Ba-
tas rendah dari koefisien gesekan tersebut adalah koefisien
gesekan pada kadar air tahap gesekan (Kepner & aIb,.,
1978).
2. DRAFT PADA ALAT PENGOLAH TANAH SEDERHANA BERBENTUK
LEMPENG.
Wtoda-metoda pendugaan untuk menduga tahanan olah umumnya hanya berlaku untuk satu jenis proses. Aspek dari proses
pengolahan tanah hanya dapat diduga asal saja tersedia informasi mengenai alat, sistei tanah-alat, dan tanah. Dua jenis
umum pendu ga aspek proses pengolahan tanah dari suatu kunpulan sifat khas tanah dan alat, dapat d i m a n sebagai: a) metoda yang terutama didasarkan pada pengetahuan mekanisme proses, dan b) metoda yang terutama didasarkan pada observasi dari hubungan sifat khas dan aspek-proses (Kwlen, 1977).
2.1.
Mekanisre Proses Pengolahan Tanah.
Soehne, 1956, menganalisis aksi alat pengolah tanah yang
disederhanakan dan menyimpulkan bahwa empat persamaan tingkah
laku sederhana menjelaskan aksi pengolahan tanah yaitu :
gesekan tanah-logama, keruntuhan geser, gaya percepatan untuk
setiap bongkah tanah, dan tahanan potong. Gaya hipotetis yang
bekerja pada bagian p o t m a n tanah sebagai reaksinya terhadap
gerak maju alat diperlihatkan pada Gambar 2.3 (Gill dan Vanden
Berg, 1968).
I
1
1
I
Gambar 2.3. Gaya hipotetis dan hubungan secara geometris
antara kecepatan (V) dan panjang (L) untuk
suatu potongan tanah beraksi pada lempeng pengolah tanah (Soehne, 1956 dalam Gill dan
Vanden Berg, 1968).
Swick dan Perumpral (1988), raenduga gaya pada pengolahan
tanah secara dinaais dengan berdasar pada hipotesis bahwa ba-
gian bes-
kenaikan gaya alat adalah karena kenaikan kecepatan
alat dan dapat dihubungkan dengan dua penorena yaitu, kekuatan
g e s e r t a n a h dan gesekan t a n a h logam bertambah dengan kenaikan
kecepatan geser. Gaya dibutuhkan untuk percepatan t a n a h dari
keadaan d i a m k e t i n g k a t k e c e p a t a n t e r t e n t u t e r g a n t u n g pada kec e p a t a n a l a t dan geometri keruntuhan tanah.
Soehne , 1956, mengemukakan bahwa tahanan pemotongan t a n a h
dapat diabaikan kecuali bila t e r d a p a t batu a t a u akar a t a u bila
bagian p e w t o n g (mata p i s a u ) a l a t t u a p u l . Berdasarkan h a l t e r b u t raka d a r i m o d e l pengolahan t a n a h pada G a m b a r 2.3 d i h a s i l kan persamaan tahanan o l a h (Fx) sebagai pada persamaan (2.5)
( G i l l dan Vanden Berg, 1968).
cosa-p'sina
sina+p'cosa
B = & D w v 2
8
+
I
cosp-psinp
sinp+pcosp
sina
sin(a+$)
dimana; Fx = tahanan o l a h , N.
W = berat tanah, N.
B = gaya percepatan t a n a h , N.
p ,
= d e n s i t a s t a n a h (basis basah), N cm-3
w = lebar a l a t , cm
D = kedalaaaan o l a h , cm
Co = kohesi tanah, N cm-"
V = kecepatan maju a l a t , cm dt-I
g = percepatan g r a v i t a s i , cm dt-'
p = k o e f i s i e n gesekan dalam tanah
8
Lo
Ao
=
=
=
sudut bidang patah tanah, derajat
panjang alat, cm
luas permukaan bidang patah tanah, cm.
Rowedan Barnes, 1961, menggabungkan kedalam rumus Soehne
pengaruh dari adhesi sehingga persamaan duga tahanan olah menjadi sebagai pada persamaan (2.6),(GilldanVandenberg, 1968).
F x =
!+
Co Ao
z(sin9
+
+ B
Cr
cosfl)
+
Ca Aa
~(sina+
+L'
cosa)
(2.6)
dimana; Ca = adhesi tanah-alat, N an-'.
Aa = luas permukaan gesek tanah-alat, an2.
p r = koefisien gesekan tanah-alat.
a = sudut kemiringan kerja alat, derajat
EIcKyes ( 1985) , mengajukan persamaan untuk menduga tahanan
olah dengan model lempeng lebar pemotong tanah yang tidak dihaluskan permukaannya seperti pada Gambar 2.4.
LEMPENQ PENQOLAH TANAH
v
PATAH
Gambar 2.4. Model lempeng sempit pemotong tanah
( M c K y e s , 1985).
Pada persamaantersebutdiperhatikan gaya inersia sebagai
suatu komponen analisis tahanan olah pada lempeng pemotongta-
nah dan menambarnan gaya percepatan kepada keseimbangan gaya
pada teori keruntuhan tanah pasip dari lempeng datar, hingga
dihasilkan persamaan (2.7) untuk menduga tahanan olah-
Fx
=
F sin(a+8)
+
a D w cot a
(2.7)
1 + cotpcot (p +4)
Nc - cos(a+6)+sin(a+6)cot(p+4)
-
[COS
(.+a)
tanp +cot(p +4)
+sin(a+6) cot (p++)1 [~+tanPcot~]
dimana; F
= gaya bekerja menggerakkan alat, N.
Fx = tahanan olah (komponen gaya horijontal), N.
Fz = kompnen gaya vertikal, N.
Co = kohesi tanah, N an-'.
Ca = adesi tanah, N mu-'.
q = tekanan pada permukaan tanah, N cm-*.
w = lebar alat, cm.
6 = sudut gesekan antara tanah dan alat, derajat.
Harrison (1982), mengajukan potongan melintang dari bongkah potongan tanah di atas permukaan alat pengolah tanah berbent-
jajaran genjang seperti pada Gambar 2.5. Besarnya taha-
nan olah untuk asumsi ini diduga dengan persamaan (2.8).
24
POTONQAN TANAH
PERU U K M N UNAH
LEMPENG
PENGOLAH TANAH
I
1
Gatnbar 2 . 5 . Diagram badan bebas gaya yang bekerja pada
potongan tanah yang dipindahkan o l e h a l a t
pengolah tanah sederhana (Harrison, 1 9 8 2 ) .
Fx =
Fz
[ 2 C o D +
=
-[
=
W
tan Q +cot y
I w
2 C o D + W
1 + tan
p
+
tan y
p LDsin(P + a)
sina
where;
Fx = gaya horisontal, N.
Fz = gaya vertikal, N.
W = bobot bongkah tanah, N.
L = panjang muka alat, cm.
D = dalam pengolahan tanah, cm.
w = lebar potong, cm.
4J = sudut gesekan dalam tanah.
A = sudut gesekan luar tanah-alat.
25
2.2.
Pengaratan Antara Ciri-ciri dan Aspek Proses,
K w l e n and Kuipers (1983), melaporkan faktor tahanan olah
yang dikemukakan oleh Sprinkle et al., 1970, yaitu untuk suatu
leapeng datar pengolah tanah dengan nisbah panjang terhadap
lebar tetap seperti pada persamaan (2.9). Berdasarkan teori Pi
dapat dibuat Qersamaan (2.10).
Yamazaki
al., (1972), telah menggunakan analisis
dilaensi dan parameter-parametertak berdimensimendugatahanan
olah dari aksi perataan tanah menggunakan lempeng tegak pada
pasis kering murni dan dihasilkan persamaan (2.11).
Luth dan Wismer dalam HcKyes(1985), melaporkan persamaan
pellduga konponen gaya pernotongan horizontal untuk lempeng datar khusus pada tanah pasir dengan persamaan (2.12) sedang untuk tanah liat dengan persamaan (2.13).
I
Fx
-7 3
~ ~ 7 7 [ l . 0 S ( ~ ~ ~ 1 +v2
l . 2 6 - + 1 .( 2
9 .11 2 )
P ~ w D ~ . ~ L ~ .Lsina
~
gL
Daywin,(1981), melakukanpercobaanpe~jakanenggunakan
ba jak singkal di lahan latosol kebun percobaan IPB Damaga dan
menerukan model tahanan olah sebagai pada persamaan (2.14).
Persamaan (2.14) berlaku untuk; lebar olah 1.10 ma, berat
ba jak 4414.5 N, densitas partikel tanah 25.849 kN/m3 dan nis-
bah tahanan olah dengan berat bajak, nisbah lebar olah dengan
panjang bajak, nisbah jari-jari kelengkungan dengan panjang
bajak serta sudut potong dan koefisien gesekan tanah-alat tetap.
Noor (1993), melaporkan persamaan tahanan olah pengolahan
tanah sawah pasang surut (dari Kebun Percobaan Handilmanarap,
Kabupaten Banjar, Kalimantan Selatan) renggunakan alat pengolah lempeng datar di Bak Uji pengolahan tanah IPB sehgai pada
persamaan (2.15) dan (2.16).
Stafford (1981), mempelajari unjuk kerja lempeng sempit
pengolah tanah bentuk tajak (tine) yaitu lebar 40 mm, kedalaman 150 mm, didorong melalui tanah lempung liat berpasir dan
tanah liat di dalam bak tanah di laboratorium. Dilaporkan bahwa hubungan antara kecepatan dan tahanan olah, bila kadar air
di bawah batas plastis akan berbentuk parabolik seperti pada
persamaan (2.17).
,
Fx = tahanan olah, N
V
= kecepatan maju, m dt-l
a,, a,, a, = konstanta
dimana
.
Lebih lanjut Stafford (1981) menambahkan bahwa hubungan
tahanan olah dan kecepatan maju seperti pada persamaan (2.17)
hanya akan berlaku pada selang kecepatan 0.1-5 m/dt. Pada kecepatan maju 2-3 m/dt ditemui ketidak selarasan menyolok yang
terjadi di tanah liat dan sekitar 5 m/s di tanah lempung liat
berpasir. Pada kecepatan rendah, model keruntuhan berubah dari
rapuh (pecah-pecah) ke mengalir sejalan dengan kenaikan kandungan air. Bidang geser terlihat nyata pada kandungan air 18 %
dan 28 % pada pergesakan sudut potong alat 45" dan 90" melalui
tanah liat pada kecepatan 5 m/s. Pada kecepatan tinggi (5 m/s)
patahan mengalir terjadi pada semua kandungan air. Pada tanah
padat semua lempeng sempit pengolah tanah (pada 45, 90, 112,
28
135 derajat sudut potong) memperlihatkan terjadinya patahan
getas.
~urministradoet aL. (1990), menmasilkan tahanan olah model bajak singkal (0.13 m lebar potong) pada tanah liat (65 %
kadar air basis kering) di ba)c uji pengolahan tanah (kecepatan
olah dari 0.1 sampai 0 -63 m/dt pada kedalaman 0.02 m) sebagai
pada persamaan ( 2.18)
dimana, Fx
V
=
=
tahanan olah, N.
kecepatan maju, m/dt.
Harrison (1982), telah melaporkan hasil dari studi l a b ratorium menggunakan satu meter lebar lempeng sederhana pada
tanah lempung berliat. Densitas tanah beragam dari 1100 sampai 1200 kg m-Z pada selang kandungan air dari 18 sampai 20
persen (basis kering). Tahanan olah secara langsung dihubungkan terhadap sudut potong tanah, jari-jari mata pisau, panjang
dan dalam lempeng, dan gprlakuan permukaan atau gesekan luar.
Kenaikan tahanan olah diperkirakan 33 persen untuk kenaikan
kedalaman olah dari 7.5
cm ke 10 em. Perubahan tahanan olah
dan reaksi vertikal bertalian dengan perubahan bentuk blok
potongan tanah di depan alat pengolah tanah. Walaupun bentuk
blok potongan tanah merupakan .fungsi dari orientasi batang,
luas perrukaan dan gesekan dalam, juga fungsi dari gesekan
luar, kohesi tanah, dan ukuran m a t a pisau. Lokasi dari pusat
titik berat blok potongan tanah nterupakan suatu ha1 menarik
29
karena blok potongan tanah bukanlah suatu tubuh kaku. Tahanan
olah dan reaksi gaya vertikal berlokasi di bawah setengah lemp e w , dan berubah dengan perubahan setiap peubah yang mengubah
lokasi pusat titik berat blok potongan tanah.
3. PERPINDAHAN TANAH
Koolen 197.7,memandang aliran tanah pada proses pengolahan tanah atas tiga bagian yaitu proses pemasukan, aliran utama
dan proses keluaran. Proses pemasukan memisahkan lapisantanah
dari tanah tak terganggu. Pada alat dilengkungkan, proses pemasukan dapatdimasukkan kedalam katagoribidang runtuh geser,
pewtongan mantap, atau celah terbuka seperti pada Gambar 2.6,
Tanah dari proses pemasukan dialirkan ke proses keluaran
melalui aliran utama. Bila proses pemasukan adalah pemotongan
mantap maka lapisan akan ajeg. Suatu proses pemasukan dengan
bidang runtuh geser menghasilkan proses pergerakan dipisahkan
oleh bidang patah sejajar. Bila retak terbuka dibentuk selama
proses pemasukan, aliran utama akan menerima lapisan tanah
yang kurang lebih retak di bagian bawah. Jadi untuk alat
pengolah tanah yang kelengkungannya menaik kearah ujung, ada
3 tipe utama lapisan tanah dikirimkan ke aliran utama seperti
diperlihatkan pada Gambar 2.7 (Kwlen, 1977).
30
Bidang runtuh
geser
Permukrrn
trnrh
lempstrg pengolah
.
tanah
a
I
.
..............
..............
m
m
I
.
m
1
m
m
m
.
1
1
1
m
.
'
m
1
.
m
m
.
m
m
.
m
t
.
.
1
m
m
.
.
I
....
'
I
*
.
*
m
.I
.
I
..............
.
m
m
m
m
.
.
m
.
.
m
m
m
,
....
I.
'
. . . . . .'
..............
I.
a
f,
.I'
a
I m
Gambar 2.6. Tipe proses pemasukan p~tongantanah (Koolen,
1977).
potongan
kcrntinu
fermukaan
tanah
Lengrn pemov.ng lelnpeng
I
I
I I
potongan-potongan
Lempeng pengdah
1
I tanah
potongan-potongan
bergerak bersama
_____._._._____.._._.
.......
Gambar 2.7. T i p e a l i r a n utama potongan tanah (Koolen,
1977).