PENGOLAHAN TANAH
Pada bab ini akan dibahas beberapa unsur umum pengolahan tanah dan cara-caranya, termasuk pembahasan singkat mengenai beberapa prinsip dinamika yang diterapkan pada pengolahan tanah. Secara umum belum ada usaha untuk menggambarkan pola atau mekanisme hancurnya tanah.
Sekalipun penelitian dinamika tanah telah dilakukan sejak tahun 1920, kemajuan besar dalam bidang riset ini terjadi baru sejak sekitar tahun 1950, dengan terbitnya sejumlah besar makalah ilmiah. Gill dan Van den Berg telah menganalisa, meringkas dan menyusun hasil-hasil penelitian dinamika tanah yang diterbitkan sampai tahun 1964, serta merumuskan prinsip dan konsep dasar dari hasil-hasil tersebut. Usaha tersebut menghasilkan sebuah buku rujukan setebal 500 halaman yang memberi sumbangan besar terhadap bidang dinamika tanah. Meskipun terdapat kemajuan yang pesat di tahun-tahun terakhir, olah tanah masih jauh dari bentuk ilmu yang eksak. Sekalipun salah satu tujuan utama olah tanah adalah untuk memberikan kondisi lingkungan maksimum bagi pertumbuhan tanaman, kita tidak dapat secara kuantitatif menciri atau mengenali kondisi tanah yang dikehendaki. Gaya yang dikenakan pada suatu alat olah tanah guna menghasilkan suatu efek tertentu pada tanah dapat diukur secara akurat, namun kita tak dapat secara handal menduga efek dari perubahan rancangan alat. Akibatnya, tidaklah mengejutkan bahwa rancangan peralatan olah tanah masih lebih berupa seni ketimbang sains.
Pentingnya optimasi pekerjaan olah dan perbagusan rancangan mesin pengolahan akan terlihat jelas jika ditinjau fakta bahwa di AS saja, diperkirakan lebih dari 225 x 109 ton tanah telah diolah tiap tahunnya. Untuk membajak tanah tersebut satu kali dibutuhkan 2 x 109 liter bensin atau solar. Sepanjang bab ini dipakai 2 pengertian yaitu alat/piranti olah tanah dan mesin/peralatan olah tanah. Alat/piranti olah tanah digawarkan sebagai suatu suku pengerja tanah individual seperti mata bajak, piringan atau mata pendangir. Suatu mesin/peralatan olah tanah terdiri atas satu atau sekelompok alat/piranti, ditambah rangka pendukung, roda, piranti kendali dan pelindung, serta suku bangun dan suku penerus daya lainnya.
Sekalipun penelitian dinamika tanah telah dilakukan sejak tahun 1920, kemajuan besar dalam bidang riset ini terjadi baru sejak sekitar tahun 1950, dengan terbitnya sejumlah besar makalah ilmiah. Gill dan Van den Berg telah menganalisa, meringkas dan menyusun hasil-hasil penelitian dinamika tanah yang diterbitkan sampai tahun 1964, serta merumuskan prinsip dan konsep dasar dari hasil-hasil tersebut. Usaha tersebut menghasilkan sebuah buku rujukan setebal 500 halaman yang memberi sumbangan besar terhadap bidang dinamika tanah. Meskipun terdapat kemajuan yang pesat di tahun-tahun terakhir, olah tanah masih jauh dari bentuk ilmu yang eksak. Sekalipun salah satu tujuan utama olah tanah adalah untuk memberikan kondisi lingkungan maksimum bagi pertumbuhan tanaman, kita tidak dapat secara kuantitatif menciri atau mengenali kondisi tanah yang dikehendaki. Gaya yang dikenakan pada suatu alat olah tanah guna menghasilkan suatu efek tertentu pada tanah dapat diukur secara akurat, namun kita tak dapat secara handal menduga efek dari perubahan rancangan alat. Akibatnya, tidaklah mengejutkan bahwa rancangan peralatan olah tanah masih lebih berupa seni ketimbang sains.
Pentingnya optimasi pekerjaan olah dan perbagusan rancangan mesin pengolahan akan terlihat jelas jika ditinjau fakta bahwa di AS saja, diperkirakan lebih dari 225 x 109 ton tanah telah diolah tiap tahunnya. Untuk membajak tanah tersebut satu kali dibutuhkan 2 x 109 liter bensin atau solar. Sepanjang bab ini dipakai 2 pengertian yaitu alat/piranti olah tanah dan mesin/peralatan olah tanah. Alat/piranti olah tanah digawarkan sebagai suatu suku pengerja tanah individual seperti mata bajak, piringan atau mata pendangir. Suatu mesin/peralatan olah tanah terdiri atas satu atau sekelompok alat/piranti, ditambah rangka pendukung, roda, piranti kendali dan pelindung, serta suku bangun dan suku penerus daya lainnya.
A. Capaian Pengolahan Tanah
Olah tanah dapat digawarkan sebagai pengerjaan mekanis terhadap tanah untuk segala macam tujuan. Beberapa capaian olah tanah dalam pertanian ialah :
1. Untuk memperoleh struktur tanah yang dibutuhkan bagi pertumbuhan benih atau akar. Struktur remah diperlukan guna memungkinkan peresapan yang cepat dan ketahanan terhadap hujan, untuk mendapatkan kandungan dan pertukaran udara yang cukup di dalam tanah, dan untuk memperkecil hambatan terhadap penembusan akar. Sebaliknya, suatu persemaian yang baik umumnya membutuhkan partikel yang lebih halus dan kepadatan yang lebih tinggi di sekitar benih.
2. Untuk mengendali gulma atau untuk menghilangkan tanaman yang berlebih (penjarangan).
3. Untuk menata sisa tanaman. Dari tinjauan pengolahan dan penguraian, sampahan perlu dicampur secara menyeluruh, sedangkan penempatan sampahan di lapisan atas akan mengurangi erosi. Sebaliknya, penutupan yang menyeluruh terkadang diperlukan untuk mengendalikan serangga lewatmusim-dingin atau untuk mencegah hambatan terhadap pengerjaan presisi seperti penanaman atau pendangiran tanaman tertentu.
4. Untuk mengecilkan erosi tanah dengan mengikuti cara semacam pengolahan menurut garis tinggi, pembumbunan dan penempatan sampahan secara tepat.
5. Untuk memperoleh bentuk permukaan yang khas untuk pengerjaan penanaman, pengairan, drainase, panen, dan sebagainya.
6. Untuk membenamkan dan mencampur pupuk, pestisida atau bahan tambahan ke dalam tanah.
7. Untuk melakukan pemisah-misahan. Hal ini dapat berupa pemindahan tanah dari satu lapis ke lapis lainnya, penghilangan batu dan barang-barang asing lain, atau pemanenan umbian.
B. Metoda Pengolahan Tanah
Pengerjaan olah tanah untuk persiapan tanam sering dikelompokkan menjadi pertama dan kedua, sekalipun batasnya tidak selalu jelas. Pengerjaan olah tanah pertama meliputi pengerjaan penggarapan tanah awal dan utama. Pengerjaan tersebut umumnya dirancang untuk menurunkan kekuatan tanah, menutup bahan tanaman dan menata ulang bongkah. Pengerjaan pengolahan tanah kedua dimaksudkan untuk menciptakan kondisi tanah yang lebih halus setelah pengolahan tanah pertama. Bajak singkal merupakan alat yang paling umum digunakan untuk olah tanah pertama, namun bajak piringan, garu piringan tugas berat, bajak gancu, bajak tanah bawah jenis pisau, dan bajak rotari juga dipakai. Bajak singkal dan bajak piringan memotong, melempar dan sedikitnya sebagian membalik tanah. Bajak pahat dan bajak tanah bawah memecah tanah tanpa membaliknya. Berbagai ragam peralatan, termasuk beberapa dari yang disebut di atas digunakan untuk olah tanah kedua dan untuk pendangiran pada saat tanam.
Perhatian yang besar pada tahun-tahun terakhir telah mengarah pada kemungkinan penggunaan alat olah tanah berdaya ganda, yaitu alat yang mendapatkan tenaganya melalui lebih dari satu jalur. Bajak rotari, alat olah tanah bergetar, dan sekop mesin adalah sebagian contohnya. Peralatan tersebut memperoleh sebagian tenaganya dari sumber putar, biasanya alat sadap daya (PTO) traktor. Terkuranginya kebutuhan gaya penarik dan keanekagunaan yang lebih besar dalam mengerjai tanah guna mendapatkan hasil yang diinginkan merupakan 2 alasan untuk mempertimbangkan jenis alat yang lebih kompleks tersebut. Jika kebutuhan gaya penarik dapat dikurangi dengan memanfaatkan sebagian dari keluaran traktor melalui jalur non traksi, traktor dapat dibuat dengan masa yang lebih kecil, sehingga akan mengurangi harga serta mengurangi pemadatan tanah.
Bajak rotari membutuhkan draft rendah, atau malah negatif, namun kebutuhan daya totalnya tinggi dan penghancuran tanahnya bisa berlebihan. Goyangan paksa atau penggetaran suatu alat dapat secara nyata mengurangi kebutuhan daya, namun masukan daya total biasanya tak terkurangi, malahan dapat naik. Sekop mesin, dikembangkan di Eropa, terdiri dari sekop-sekop penggali yang dapat menaikkan dan membalik tanah. Sekalipun layak ditinjau dari kebutuhan energi, namun model-model yang ada sekarang ini secara mekanis kompleks dan umur pakainya kurang.
C. Sistem Olah Tanah Minimum
Para rekayasawan, ilmuwan tanaman dan ilmuwan tanah biasanya sependapat bahwa terlalu banyak dilakukan olah tanah ketimbang yang dibutuhkan untuk memberikan kemantapan diperolehnya pendapatan bersih yang maksimal dari produksi tanaman. Kadang pemadatan tanah yang disebabkan oleh traktor dan peralatan pada suatu pengolahan tanah kedua dapat secara hitungan menghilangkan kerja olah tanah pertama. Pengerjaan olah tanah lebar kontinyu biasanya dirancang untuk membuat persemaian yang bagus, sekalipun derajat penghancuran tanah dan kepadatannya boleh jadi berlebihan bagi pertumbuhan akar yang optimum.
Pada tahun-tahun terakhir telah terjadi peningkatan perhatian terhadap sistem olah minimum sebagai cara untuk mengurangi biaya produksi tanaman larik dan untuk memperbagus kondisi tanah. Olah minimum dapat dikerjakan dengan banyak cara. Capaian utamanya adalah :
1. Mengurangi kebutuhan energi mekanis dan tenaga kerja.
2. Menjaga kelembaban dan mengurangi erosi tanah.
3. Memberikan pengerjaan yang memang diperlukan untuk mengoptimalkan kondisi tanah bagi tiap bagian luasan di suatu lapang (contoh: luasan larikan dan luasan sela larikan).
4. Meminimumkan jumlah lintasan melalui suatu lapang.
Pada beberapa sistem olah minimum, satuan gabungan olahtanam setelah pembajakan, pemahatan, atau olah tanah pertama lainnya, dengan jalur-jalur sempit yang memperoleh pengolahan tanah kedua yang dangkal tepat di depan alat penanam. Tipe gabungan yang lain menghasilkan wilayah atau lajur olah tepat di depan alat penanam pada tanah yang tak diolah, atau pada tanah yang dibajak pada musim sebelumnya. Beberapa bentuk alat gabungan yang akan menghasilkan pengerjaan olah minimum dan penanaman saat ini telah tersedia di pasaran.
Penerapan paling utama sistem olah tanah minimum selama ini adalah pada jagung, sekalipun olah per-bagian telah dipakai secara berhasil pada kapas dan sejumlah tanaman larik lainnya. Jagung olah minimum sering ditanam melalui selapis rumput atau sisa tanaman bijian kecil. Pada sistem yang disebut “tanpa-olah”, suatu kolter (coulter) bergelombang atau alat lain yang sesuai memotong dan mengolah lajur selebar 5 8 cm melewati tunggul-tunggul atau seresah, sementara penanam mengikuti tepat di belakangnya. Di antara pendekatan awal menuju olah minimum pada jagung yaitu a) memadukan pengerjaan pembajakan dan penanaman, b) penanaman pada bekas lintasan roda tepat setelah pembajakan. Karena berbagai alasan, dari kedua metoda ini tak ada yang memperoleh perkembangan lebih lanjut.
Penggulud-penanam pada lapang tak diolah merupakan bentuk olah minimum yang dilakukan pada jagung dan tanaman larik lain di beberapa tempat. Tiap larik ditanam di dasar alur penggulud atau pada lajur datar yang agak ditinggikan di dalam alur pada suatu pengerjaan gabungan. Di dataran rendah pantai Caroline dan Georgia misalnya, berbagai tanaman larik tahunan ditanam pada sisaan tanaman bijian kecil tanpa olah tanah sebelumnya.
Pengalaman menunjukkan bahwa olah tanah minimum, pada kondisi yang sesuai dan dengan tanaman larik tertentu, merupakan cara praktis untuk melestarikan sumberdaya dan mengurangi biaya produksi, biasanya tanpa mengurangi hasil panen. Sistem olah tanah minimum dapat menimbulkan masalah manajemen yang baru, khususnya jika melibatkan adanya sisa tanaman di permukaan tanah. Masalah serangga dapat meningkat sehingga pengendalian gulma kimia yang efektif menjadi pentinglah.
D. Olah Tanah Tunggul Seresah
Tujuan utama olah tunggul seresah ialah untuk mengurangi erosi angin dan air dan untuk mempertahankan kelestarian air dengan mengurangi terjadinya limpasan. Cara tersebut dipakai secara luas di Dataran Besar dan di daerah kering atau semi kering lainnya. Olah tunggul seresah berupa pemotongan akar gulma dan tumbuhan lainnya dan meninggalkan sisa tanaman di atas permukaan atau mencampurkannya ke tanah sedalam beberapa cm. Penempatan sisaan yang tepat tergantung pada jumlah yang ada dan pengerjaan berikutnya. Jumlah sisaan yang banyak pada atau dekat permukaan tanah melindungi tanah namun menimbulkan masalah penanaman (karena penanaman harus menembus lapisan tersebut) dan pada pendangiran jika tanaman larik termasuk dalam rotasi tanamannya.
Bajak tanah bawah khusus tipe pisau telah dikembangkan untuk menghasilkan pengerjaan olah tanah awal maupun berikutnya tanpa memindahkan atau menggeser lapisan olah. Kaki bebek (sweep) bentuk V yang dirancang untuk keperluan ini dapat memiliki lebar potong berkisar dari 0,6 2,4 m. Pisau lurus yang dipasang pada posisi tegak lurus terhadap arah jalan kadangkala dipakai untuk pengerjaan olah permulaan. Juga dipakai penyiang bentuk batang. Pada seresah yang sangat berat yang sebagian sisaannya harus dicampur ke dalam tanah bagian atas beberapa cm, dapat digunakan bajak piringan vertikal dan garu piringan. Pendangir lapang, bajak pahat, garu rotari dan penginjak condong (penginjak seresah) juga dipakai di beberapa tempat. Pada olah tunggul gandum bero musim panas, diperlukan 4 pengerjaan olah dengan selang sekitar 1 bulan untuk mengendalikan gulma.
E. Gawar Istilah Gaya, Tenaga dan Daya
Dalam membahas hubungan gaya dan tenaga olah, mahasiswa perlu akrab secara menyeluruh dengan gawar dan hubungan dasar dalam mekanika. Dalam bab ini akan digawarkan istilah terkait dan konsep tambahan yang dipakai secara khusus berkaitan dengan mesin pertanian.
Gaya ialah setiap penyebab yang merubah atau cenderung merubah keadaan diam atau bergeraknya suatu benda. Sebuah gaya secara lengkap dicirikan oleh besar dan arahnya serta letak garis kerjanya. Satuan dalam sistem SI ialah newton (N).
Pull (gaya penarik) pada suatu alat ialah total gaya yang dikenakan pada alat tersebut dari sebuah mesin penggerak. Pada alat olah tanah, umumnya gaya tersebut bersudut ke atas beberapa derajat dari arah mendatar, dapat terletak pada bidang tegak yang sejajar arah gerak, dapat juga tidak.
Draft ialah suku mendatar dari pull, sejajar dengan arah gerak. Draft samping ialah suku mendatar dari pull, tegak lurus terhadap arah gerak. Draft spesifik ialah draft per satuan luas dari irisan melintang luasan terolah, biasanya dinyatakan dalam newton per cm2.
Torka ialah momen gaya yang cenderung menghasilkan putaran terhadap suatu titik. Torka merupakan hasil kali gaya dengan jejari putaran, dan pada umumnya dinyatakan dalam newtonmeter. Sebuah kopel terdiri dari dua gaya sama besar dan berlawanan arah, sejajar namun tak segaris. Besarnya momen suatu kopel sama dengan hasil kali salah satu gaya dengan jarak tegak antara kedua gaya. Sebuah kopel dapat cenderung untuk menghasilkan putaran terhadap sebarang titik yang terletak pada bidang tempat kedudukan kedua gaya. Jadi torka ialah kejadian khusus suatu kopel dengan pusat putaran torka terletak pada garis kerja salah satu gaya.
Usaha ialah hasil kali gaya pada arah geraknya dengan jarak yang ditempuh gaya tersebut. Satuan umumnya ialah joule. Daya ialah laju berlangsungnya usaha. Satuan umumnya ialah kilowatt. Satu kilowatt ialah 1 kilojoule usaha per detik.Daya Batang Penarik (dbp) dalam hubungannya dengan alat tipe seret/gandengan maupun gendong ialah daya yang nyata dibutuhkan untuk menarik atau menggerakkan alat pada kecepatan yang seragam.
Kilowatt-jam ialah jumlah usaha yang dihasilkan jika daya 1 kilowatt digunakan selama 1 jam.
F. Gaya Yang Bekerja pada Alat Olah Tanah
Seorang rekayasawan berkepentingan dengan gaya-gaya yang bekerja pada alat olah tanah dari sudut pandang kebutuhan daya total, penggandengan atau penerapan mesin penarik yang tepat, perancangan untuk memadainya kekuatan dan ketegaran, dan untuk penentuan bentuk alat serta penyetelannya yang terbaik. Alat olah tanah yang bergerak pada kecepatan tetap terkenai 3 gaya utama atau 3 sistem gaya yang harus berada dalam kesetimbangan. Gaya tersebut yaitu:
1. Gaya gravitasi yang bekerja pada alat
2. Gaya-gaya tanah yang mengenai alat
3. Gaya yang bekerja di antara alat dan mesin penggerak. Jika torka dari transmisi daya rotari tidak dilibatkan, resultan gaya tersebut ialah pull dari penggerak terhadap alat.
Clyde membagi total reaksi tanah ke dalam gaya berguna dan gaya parasit. Gawar gaya tanah berguna ialah gaya yang harus diatasi alat untuk pemotongan, pemecahan dan pemindahan tanah. Gaya parasit ialah gaya (termasuk gesekan dan tahanan guling) yang mengenai permukaan stabilisasi semacam tamping (land-side) atau alas bajak atau pada garit penyangga atau roda. Pada kondisi kerja tertentu dengan alat tertentu, pengemudi memiliki penguasaan yang sedikit pada gaya tahanan tanah berguna, namun baik perancang maupun pemakai memiliki kekuasaan pada gaya parasit.
Jika sebuah alat tidak simetri terhadap bidang tegak membujur yang melalui garis pusatnya, gaya tanah berguna biasanya menghasilkan efek putaran. Dua cara untuk menyatakan reaksi tanah total pada alat olah pada keadaan umum di mana terdapat efek putaran diperlihatkan pada gambar 1.2. Metoda lain yang digunakan oleh beberapa peneliti meliputi:
1. Suatu ulir/pilinan, yaitu sebuah gaya + sebuah kopel pada bidang tegak lurus terhadap gaya.
2. Tiga gaya pada poros yang saling tegak lurus dan tiga kopel pada bidang irisan poros.
3. Tiga gaya pada tiga bidang utama.
Hasil pengukuran gaya dapat secara akurat digambarkan menggunakan masing-masing dari kelima metoda tersebut dan hasil yang dinyatakan dalam satu bentuk dapat dipindahkan ke bentuk lainnya dengan metoda statika. Satu metoda mungkin lebih disukai dibanding lainnya pada situasi tertentu, tergantung pada maksud penggunaan data. Vanden Berg menunjukkan bahwa garis kerja unik resultan gaya tunggal hanya dapat diperlihatkan dengan metoda ulir karena sistem ini menggambarkan kopel minimum.
Lambang-lambang Yang Digunakan dalam Analisa Gaya Pengolahan Tanah Dalam daftar berikut dijelaskan mengenai lambang yang paling sering muncul dalam beberapa bab yang membahas tentang alat olah. Lambang yang lain-lainnya akan diterangkan pada saat dijumpai pada berbagai pasal.
R = resultan seluruh gaya tanah berguna yang bekerja pada alat (Gb 1.1 b). Jika gaya berguna dan parasit tak dapat ditentukan secara terpisah, R mencakup keduanya.
L = suku R membujur atau searah dengan arah jalan (Gb. 1.1).
S = suku R melintang (Gb. 1.1).
V = suku R tegak (Gb. 1.1).
Rh = resultan L dan S (Gb 1.1 a).
Rv = resultan L dan V (yaitu suku R pada bidang tegak-membujur).
a = jarak melintang antara V dan Rh, untuk alat yang memiliki efek putaran (Gb 1.1 a).
Va = kopel yang cenderung memutar alat pada poros membujur (Gb 1.1 b).Q = resultan seluruh gaya parasit yang bekerja pada alat.
Qh = suku Q pada bidang mendatar, meliputi gaya sisi penstabilan dan gaya gesaek membujur penyertanya.
Qv = suku Q pada bidang tegak membujur, meliputi gaya sangga tegak dan gaya gesek membujur penyertanya ataupun tahanan guling.
P = resultan pull yang dikenakan pada alat oleh mesin penggerak.
Ph = suku P pada bidang mendatar.
Pv = suku P pada bidang tegak membujur.
W = gaya gravitasi yang bekerja pada alat, melalui pusat gravitasi.
H = pusat tahanan alat mendatar, ialah titik potong Rh dan Qh atau 2 suku Rh semisal pada garu piringan.
G = titik potong Qv dan resultan W dan Rv. Titik tersebut bisa disebut pusat tahan tegak.
Subskrip x, y, dan z, jika dikenakan pada P dan Q menunjukkan suku gaya pada arah membujur, melintang, dan tegak.
G. Mekanika Olah Tanah
Reaksi tanah terhadap gaya yang diberikan dari alat olah tanah dipengaruhi oleh tahanan tanah terhadap pemampatan, tahanan terhadap geseran, adhesi (gaya tarik menarik antara tanah dengan bahan lain) dan tahanan gesek. Itu semua merupakan sifat dinamika yang hanya mewujud jika ada gerakan tanah. Gaya percepatan bukanlah sifat dinamika tanah namun juga muncul. Nichols telah menunjukkan bahwa gaya reaksi dari seluruh golongan tanah didominasi oleh kelembaban lapisan pada zarah koloid dan dengan demikian secara langsung berhubungan dengan kelembaban tanah dan kandungan koloid.
Tanah dapat digolongkan menjadi plastis dan non plastis. Istilah plastis berarti bahwa tanah tersebut dapat diubah bentuknya dalam kisaran kandungan lengas tertentu, dan akan mempertahankan bentuknya setelah mengering. Tanah pasir dan tanah lain yang mengandung koloid atau lempung kurang dari 15 20 %, umumnya dianggap non-plastis.
Jika tanah plastis diairi sampai jenuh kemudian dibiarkan mengering, akan dilalui tahapan berikut: lekat, plastis, rapuh, dan keras. Tahap rapuh mencerminkan kondisi optimum untuk olah tanah. Pemadatan tanah oleh alat olah tanah dan traktor, yang merupakan masalah serius di beberapa tempat, disebabkan oleh pengerjaan tanah pada saat terlalu basah.
Secara praktis, seluruh alat olah tanah terdiri dari piranti untuk memberikan tekanan kepada tanah, sering dengan memakai bidang miring atau baji. Ketika alat digerakkan maju, tanah pada jalur gerak akan terkena tegangan pemampatan yang pada tanah rapuh akan menghasilkan kerja geseran. Geseran tanah jauh berbeda dibanding geseran pada kebanyakan padatan, sebab pada tanah, reaksinya mungkin meluas sampai jarak yang jauh pada kedua sisi bidang geser dikarenakan gesekan dakhil dan kerja kohesi lapis-lapis lembab.
Kohesi dapat digawarkan sebagai gaya yang akan saling menahan antar zarah yang sejenis. Gesekan dakhil dihasilkan dari saling kunci antar zarah di dalam massa tanah. Kohesi dan gesekan dakhil terkadang dianggap sebagai sifat fisika tanah yang sebenarnya. Pada kenyataannya, keduanya hanyalah parameter geseran sebagaimana ditunjukkan pada persamaan berikut:
g = C + r tan O . . . . . . . . . . (1.1)
di mana
g = tegangan geser pada retakan tanah
C = kohesir = tegangan normal terhadap bidang retakan geseran
O = sudut gesekan dakhil.
Didasarkan pada persamaan di atas, kohesi bisa dirasionalisasikan sebagai tegangan geser dengan beban normal nol. Harga C dan O bisa ditentukan dengan mengukur tegangan geser pada beberapa nilai tegangan normal. Kekuatan geser memiliki pengaruh penting terhadap draft alat olah tanah. Pecahnya tanah karena pemampatan biasanya diakitkan dengan pengurangan volume. Peretakan karena geseran dan peretakan karena pampatan tidak merupakan gejala independen, melainkan terjadi sebagai kerja gabungan. Peretakan atau pematahan tanah dapat juga dijelaskan sebagai aliran plastis tanpa peremukan dan pembentukan permukaan retakan geser biasa. Contohnya ialah “aliran” lempung basah melingkari gagang bajak tanah bawah saat alat tersebut melewati tanah.
Pemotongan tanah bisa digawarkan sebagai kerja pengirisan yang tidak menghasilkan retakan utama lainnya semacam geseran. Keadaan di mana pemotongan murni dapat terjadi ditentukan oleh perwatakan tanah dan kandungan lengas serta kadang-kadang oleh derajat pengurungan. Pada banyak pengerjaan olah, pemotongan merupakan kerja independen yang tak tergawarkan secara jelas.
Gesekan dan Adhesi
Semua pengerjaan olah tanah meliputi kerja gelinciran tanah pada permukaan alat. Gesekan tanh dengan alat yang memiliki permukaan singgung yang luas akan menghasilkan suku kebutuhan daya yang perlu diperhitungkan. Gesekan juga terlibatkan ketika dua badan tanah yang tegar saling bergerak antar keduanya. Gejala ini dibedakan dari gesekan dakhil yang terdapat pada persamaan 1.1. Kecuali jika melibatkan beban normal atau kecepatan yang besar, gesekan badan tegar tanah terhadap tanah biasanya dianggap mengikuti hukum gesekan sederhana, di mana
di mana
u = koefisien gesek (tanah terhadap tanah)
F = gaya gesek yang menyinggung permukaan
N = gaya normal (tegaklurus permukaan)
O = sudut gesek.
Pada hubungan yang diidealisasi ini, u independen terhadap beban normal, luasan singgung, dan kecepatan gelincir.
Gesekan tanah pada alat pengolah biasanya terjadi antara tanah dan baja, namun kadangkala terjadi antara tanah dan plastik (misalnya pada mata bajak yang dilapis plastik). Jika tanah menggelincir di atas logam, gaya adhesi antara tanah dan baja memberi pengaruh yang besar terhadap gaya gesek. Gaya adhesi terutama bersumber dari lapis-lapis lembab dan besarnya berubah sesuai kadar lengas. gaya adhesi berefek menaikkan beban normal (tegak lurus) pada permukaan, sehingga menaikkan gaya gesek singgungnya. Dikarenakan tak mungkin memisahkan efek kedua suku, yang biasa dilakukan pada pengujian laboratorium ialah menggambarkan efek gabungannya yang diberi nama “koefisien gesek nyata”, yang dicirikan sebagai u’ (untuk membedakannya dari u pada persamaan 1.2).
Hubungan umum antara gesekan tanah-logam dan kandungan lengas tanah, sebagaimana diterangkan oleh Nichols, diperlihatkan pada gambar 1.2. Pada fasa gesek, gaya adhesinya kecil dan koefisien geseknya sangat tak bergantung pada kandungan lengas. Tanah pada kondisi rapuh biasanya memiliki kadar lengas di dalam kisaran ini. Pada fasa adhesi, lapis lembab terbentuk di antara zarah tanah dan logam, sehingga tercipta gaya adhesi yang menyebabkan koefisien gesek naik secara cepat mengikuti kenaikan lengas. Jika tanah memiliki lengas yang cukup untuk bekerja sebagai pelumas, koefisien gesek turun ketika ditambahkan lebih banyak air.
Kadar lengas peralihan antar fasa naik dengan naiknya kandungan lempung, lebih tinggi pada tanah lempung dibanding pada tanah pasir. Koefisien gesek nyata lebih tinggi pada tanah lempung dibanding pada tanah pasir. Kisaran khas untuk tanah pada baja halus yang dilicinkan secara biasa, sebagaimana dilaporkan oleh berbagai peneliti, ialah 0,2 0,5 untuk tanah pasiran, 0,3 0,65 untuk tanah geluh, dan 0,35 0,8 untuk tanah lempung. Porsi yang lebih rendah dari masing-masing kisaran menunjukkan harga dalam fasa gesek.
Macam dan kehalusan bahan yang bergesekan dengan tanah mempengaruhi koefisien gesek nyata. Bahan semacam teflon, yang tahan pembasahan, tidak membentuk gaya adhesi yang besar terhadap tanah, sehingga menghasilkan koefisien gesek nyata yang jauh lebih rendah (Gb. 1.3).
Beberapa peneliti menemukan bahwa koefisien gesek nyata tanah-logam menurun ketika beban normal besar, khususnya pada lempung lembab dan geluh lempungan.
H. Penentuan Watak Kekuatan Tanah Lewat Ketahanan Tembus
Kekuatan tanah ialah kemampuan atau kapasitas tanah pada kondisi tertentu untuk menahan atau menyangga gaya yang dikenakan. Ketahanan tembus ialah parameter gabungan yang meliputi beberapa sifat tanah independen namun biasanya dipandang mencerminkan kekuatan tanah. Untuk mengukur kekuatan tembus, alat ukur sederhana yang dikenal sebagai penetrometer ditekankan ke tanah, dan gayanya diamati dalam kaitannya dengan kedalaman penembusan. Pembacaan gaya penetrometer per satuan dasar luas irisan melintang menghasilkan petunjuk kekuatan relatif berbagai tanah dan keseragamannya terhadap kedalaman pada kondisi tanah tertentu.
Rekomendasi ASAE R313, dibuat tahun 1968, memberikan cirian dimensi untuk dua ukuran baku penetrometer kerucut yang ditawarkan, yang juga mencakup metoda tatacara memperoleh pembacaan. Penerbitan dan penerimaan umum terhadap rekomendasi ini telah sangat mempertinggi kebergunaan data penetrometer.
I. Pengikisan Tanah
Kepengikisan merupakan sifat dinamika tanah yang lebih memberi efek kumulatif ketimbang efek serta merta. Ketika sejumlah besar tanah menggelincir di atas permukaan alat olah, aus karena pengikisan dapat merubah ukuran, bentuk, atau kekasaran alat yang cukup untuk membuatnya tak efektif, terutama jika tekanan tanah terhadap alat tinggi. Watak atau kondisi tanah yang mempengaruhi kepengikisan antara lain ialah: kekerasan, bentuk dan ukuran partikel tanah, kepadatan yang menahan partikel dalam massa tanah, dan kandungan lengas tanah. Ketahanan kikis logam terpengaruhi terutama oleh komposisi bahannya dan kekerasan, kekuatan, dan kekasarannya.
Pelapisan atau penyepuhan dengan logam campuran yang khusus yang tahan kikis sering diberikan pada tepi pemotong alat olah tanah untuk menurunkan laju aus, khususnya guna pemakaian pada tanah pasir atau tanah geluh pasiran. Proses ini dikenal sebagai pengerasan muka. Pengerasan muka bahan dengan komposisi berbeda tersedia untuk kondisi kombinasi kikis dan bentur tertentu. Bahan tersebut, yang dijual dengan berbagai nama dagang, sangat keras dan sebagian di antaranya cukup getas. Bahan tersebut biasanya campuran krom-kobalt-tungsten yang tak berbesi, atau campuran besi karbon tinggi yang mengandung unsur semacam krom, tungsten, mangaan, silikon dan molibden. Bahan tersebut diberikan pada kejen bajak, mata bajak tanah bawah, pendangir pahat, dan alat olah tanah lainnya dengan memakai las busur listrik atau las karbit.
J. Faktor-faktor Rancangan Alat Olah Tanah
Capaian penggunaan alat olah tanah ialah untuk mengerjai (mengubah, memindahkan, atau membentuk) tanah sebagaimana dikehendaki untuk memperoleh kondisi tanah tertentu. Tiga faktor rancangan abstrak yaitu kondisi awal tanah, bentuk alat, dan cara gerak alat akan mengendalikan atau menentukan pengolahan tanahnya. Hasil dari ketiga faktor masukan independen tersebut ditunjukkan oleh dua faktor keluaran yaitu kondisi akhir tanah dan gaya yang dibutuhkan untuk mengolah tanah. Kelima faktor tersebut seluruhnya berkaitan langsung dengan kepentingan perancang peralatan olah tanah.
Dari ketiga faktor masukan, perancang hanya memiliki kekuasaan yang penuh terhadap bentuk alat. Pengguna mungkin mengubah-ubah kedalaman atau kecepatan pengerjaan dan mungkin juga memakai alat untuk berbagai kondisi awal tanah, Bagaimanapun bentuk alat tak dapat ditinjau terpisah dari cara penggerakannya atau kondisi awal tanahnya. Orientasi bentuk alat yang berkaitan dengan arah jalan mestilah ditentukan. Kondisi tanah awal yang berbeda kadangkala membutuhkan bentuk yang berbeda. Contohnya, banyak bentuk bajak singkal yang berbeda yang dibuat untuk jenis dan kondisi tanah yang berbeda.
Bentuk yang perlu diperhatikan dalam rancangan ialah permukaan tempat tanah bergerak di atasnya saat alat olah tanah dipergunakan. Gill dan Vanden Berg menggolongkan 3 perwatakan bentuk: bentuk makro, bentuk tepi, dan bentuk mikro. Istilah bentuk makro menunjuk pada bentuk permukaan secara garis besar, sedangkan bentuk tepi menunjuk pada bentuk tepi luar dan irisan melintang pada batas permukaan pengerja tanah. Bajak piringan yang bertakik dan yang halus mamiliki bentuk tepi yang berbeda namun bentuk makronya dapat sama. Bentuk mikro menunjuk pada kekasaran permukaan.
Kebanyakan bentuk alat olah tanah dibuat dengan cara potong dan coba, atau berdasar analisis kualitatif. Hubungan bentuk dengan kerja pengolahan tanah telah memperoleh perhatian terbesar pada pengembangan mata bajak singkal, sedangkan hubungan antara bentuk dan gaya memperoleh perhatian pada pengembangan alat tanah bawah dan alat jenis pahat. Penggambaran bentuk secara matematika merupakan cara penggambaran yang paling serbaguna, namun alat semacam bajak singkal memiliki bentuk yang kompleks sehingga tak dapat secara mudah digambarkan dalam bentuk matematika. Penggambaran secara grafik sering telah dicoba dan penggunaan analisis komputer untuk bentuk mata bajak terus meningkat.
Bentuk tepi pemotong dapat mempengaruhi draft di samping mempengaruhi suku gaya tanah tegak dan menyamping. Contohnya, lempeng piringan yang diasah pada sisi cekungnya akan menembus tanah lebih gampang dibanding lempeng yang diasah pada sisi cembungnya. Kejen yang telah aus akan mengurangi gaya V tegak arah ke bawah, dan cenderung menyebabkan pemadatan tanah dan kadangkala nyata-nyata menaikkan draft.
Kekasaran permukaan tempat meluncurnya tanah (bentuk mikro) mempengaruhi gaya gesek. Kekasaran permukaan berkaitan dengan penghalusan awal dan pengaruh aus-kikis serta dapat terjadi secara lokal karena karat, goresan ataupun tekanan kecil. Tahanan gesek dapat menyita sampai 30 % dari draft total bajak singkal. Bentuk mikro dapat pula memiliki pengaruh yang penting terhadap unsur lain pergerakan tanah, semisal pembilasan. Faktor yang mempengaruhi pembilasan akan dibahas pada bab 2 dikarenakan watak kinerja tersebut berkaitan terutama dengan bajak singkal.
Cara bergerak alat meliputi arah, lintasan melalui tanah dan kecepatan. Untuk alat yang bergerak lurus (yaitu yang bukan rotari atau bergetar), tapak kerja tersebut biasanya dicirikan dengan semata menentukan kedalaman dan lebar potong. Arah alat yang mempunyai bentuk tertentu dapat secara nyata mempengaruhi baik pengerjaan tanah maupun gaya. Seringkali sistem persambungan yang dipakai untuk menempatkan alat mempengaruhi baik kedalaman maupun arahnya. Jika tersedia daya yang cukup, kecepatan merupakan faktor rancangan yang paling mudah diubah-ubah. Menaikkan kecepatan umumnya akan menaikkan draft, namun juga mempengaruhi pergerakan dan pemecahan tanah.
K. Pengukuran dan Penilaian Kinerja
Sebagaimana telah dibahas di depan, gaya alat dan perubahan kondisi tanah adalah dua unsur dasar kinerja alat olah tanah. Alat tersebut harus mampu mengolah tanah sebagaimana yang diperlukan dengan masukan tenaga yang sekecilnya, dan kondisi akhir tanah harus mampu mendekati kondisi yang dikehendaki. Sistem gaya yang bekerja pada alat olah tanah dapat digambarkan secara matematika dan gaya-gaya tersebut dapat diukur. Namun penghitungan kinerja secara kuantitatif sulit karena belum ada cara yang dapat secara memadai memaparkan kondisi tanah, atau yang dapat menciri kondisi yang dibutuhkan untuk kegunaan termaksud.
Tiga unsur kondisi tanah akhir yang perlu diperhatikan tergantung pada fungsi atau tujuan pengerjaan olah tanah tertentu ialah
1. derajat pemecahan tanah,
2. kehalusan ukuran bongkah tanah dalam hubungannya dengan kedalaman, dan
3. keseragaman pengadukan sampai kedalaman oleh.
Pemecahan tanah dapat diukur dengan pengayakan contoh tanah yang mewakili keseluruhan kedalaman olah. Gill dan Vanden Berg menjelaskan tentang ayakan putar yang dirancang untuk keperluan tersebut. Hasilnya dapat dinyatakan dalam besaran agihan ukuran butir tanah aktual, diameter rata-rata massa, atau modulus penghancuran
Penghalusan ukuran bongkah tanah, mungkin dengan bongkahan yang lebih besar terletak pada bagian atas dekat permukaan, sering diperlukan, namun kadang tak diperlukan pada situasi lain. Banyak jenis alat olah yang memiliki efek seperti itu, dengan derajat yang berbeda-beda. Pengayakan lapis-lapis tanah secara sendiri-sendiri merupakan cara untuk mengukur kinerja penghalusan bongkah dari suatu alat olah tanah.
Seringkali capaian olah tanah adalah untuk mencampur tanah agar diperoleh agihan bongkah atau lengas secara seragam. Bisa juga pemberian bahan seperti pestisida atau pupuk memerlukan pencampuran dengan tanah secara merata. Keseragaman pencampuran dapat dinilai dengan menempatkan bahan pelacak di permukaan tanah kemudian mengamati penyebarannya setelah olah. Bahan berupa bubuk, bahan radioaktif, bahan berpendar, zat warna yang kepekatannya dalam contoh tanah dapat diukur secara spektrofotometri, dan natrium atau kalium klorida telah dicoba untuk keperluan tersebut.
Penilaian kinerja olah tanah juga mencakup pembandingan kondisi tanah akhir aktual dengan kondisi yang dibutuhkan. Kondisi yang dibutuhkan seluruhnya ditentukan oleh maksud kegunaan tanah olahan. Tingkat kedekatan kinerja fungsional, jika dianggap berada di bawah patokan yang dikehendaki, mungkin akan diperhadapkan dengan pertimbangan ekonomi dan faktor-faktor lain. Kinerja juga mencakup kapasitas lapang dan efisiensi pemakaian tenaga, yang harus dipertimbangkan pada saat membandingkan 2 alat atau lebih. Penempatan sisaan tanaman dan derajat pencacahannya merupakan faktor lain yang kadang mesti dipertimbangkan.
Untuk menghitung efisiensi penggunaan tenaga, pada alat pertanian yang guna utamanya untuk pemecahan tanah, tenaga setara yang dibutuhkan untuk memperkecil ukuran bongkah harus diukur lewat percobaan. Caranya ialah dengan menerapkan tenaga ke tanah dengan cara yang bisa dikendalikan dan mengukur efeknya dalam besaran ukuran bongkah. Gill dan McCreery membuat cara jatuh-remuk yaitu contoh tanah dijatuhkan dari ketinggian tertentu ke atas permukaan tegar lalu tenaga kinetik yang hilang untuk penjatuhan dihubungkan dengan diameter rerata massa yang dihasilkan. Penjatuhan lebih lanjut terhadap bongkah besar yang tertinggal menghasilkan hubungan antara diameter rerata massa dengan tenaga kinetik total yang dibutuhkan (Gb. 1.4).
Pada cara penghitungan masukan tenaga setara yang lain, tenaga untuk meremukkan tanah dikenakan dengan penekanan lambat, dengan memukul tanah dengan piranti bandul atau dengan memutar bilah yang mirip rotari-tiller. Tak satupun dari cara tersebut yang dapat mengukur tenaga mutlak yang dibutuhkan untuk penghancuran tanah, karena mekanisme pecahnya tanah bisa berbeda dibanding jika diolah dengan alat olah tanah yang sebenarnya. Cara yang berbeda tidak perlu memberi hasil yang sama. Untuk masing-masing kondisi tanah yang berbeda, harus dilakukan uji tersendiri. Sekalipun demikian, cara-cara tersebut merupakan cara yang banyak manfaatnya untuk membandingkan hasil dari berbagai pengerjaan olah tanah.
Untuk menilai pekerjaan olah dalam besaran penggunaan tenaga, masukan tenaga olah aktual per satuan volume dihitung terhadap draft terukur, lebar potong dan kedalaman potong. Masukan tenaga setara dihitung dengan salah satu di antara berbagai cara yang dijelaskan di muka, dibagi dengan masukan tenaga olah aktual untuk memperoleh nisbah nirmatra yang mungkin bisa dinamakan sebagai faktor pemanfaatan tenaga. Faktor tersebut tidak menggambarkan efisiensi olah secara ketat, karena acuan masukan tenaga setara bukan minimum mutlak.
L. Pengukuran Gaya Tanah pada Alat Olah
Jika alat dipasangkan pada cabang rangka yang seluruhnya disangga oleh rangka kereta tarik melalui 6 transduser gaya yang arahnya tepat (Gb. 1.5), resultan reaksi tanah dapat dihitung secara lengkap. Kereta penarik tersebut yang biasanya ditarik traktor, menggerakkan alat dengan kecepatan, kedalaman, dan arah yang dikehendaki sementara gaya-gayanya diukur. Untuk mendapatkan hasil yang akurat, diperlukan rel pemandu untuk kereta, untuk mendapatkan lebar dan kedalaman potong yang konstan pada daerah uji.
Dengan susunan seperti itu, dapat diuji alat yang mendapat reaksi tanah gabungan geser dan putar. Gaya parasit dapat dimasukkan dalam reaksi tanah terukur, atau bisa dihilangkan atau dikecilkan dengan penyetelan alat atau dengan meniadakan semua permukaan stabilisasi dan penyangga. Pengaruh gravitasi terhadap alat dapat dihilangkan dari hitungan gaya dengan melakukan pembacaan awal dengan alat terpasang, kemudian hanya mencatat perubahan beban yang disebabkan oleh reaksi tanah. Hasil atau keluaran dari keenam transduser gaya dapat dipadukan ke dalam salah satu dari lima bentuk keluaran.
Pengukuran gaya pada alat pada ukuran sesungguhnya bisa dilakukan dengan kereta uji lapang atau dengan fasilitas laboratorium yang memiliki tanah dalam rinjing besar. Sistem rinjing tanah memungkinkan dilakukannya uji dengan pengendalian yang cermat dan kondisi tanah dan kondisi kerja yang seragam. Susunan tersebut khususnya cocok untuk penelitian dasar dan untuk uji yang berulang yang mencakup pembandingan rancangan atau penyetelan alat yang berbeda pada berbagai kondisi tanah. Secara kuantitatif, hasil uji tersebut tidak perlu mewakili keadaan lapang. Peralatan uji lapang menghasilkan perolehan yang lebih mencirikan kondisi kerja aktual namun terpengaruh oleh keragaman kondisi tanah, bahkan meskipun dalam satu lapang. Hasil uji lapang memberikan dasar yang lebih bagus untuk rancang bangun ketimbang hasil uji di rinjing tanah.
Clyde melakukan banyak terobosan baru dalam pekerjaan analisa dan pengukuran gaya di Universitas Negara Bagian Pennsylvania. Olehnya dibuat kereta uji pada kira-kira tahun 1935 dan memakainya selama beberapa tahun. Pengendalian menyamping kereta ini, yang dinamakannya “pengukur olah tanah”, dilakukan dengan pemasangan roda besi yang dijalankan melalui lekukan rel baja. Kedalaman dikendalikan dengan 2 roda berban karet yang dijalankan di atas tanah bagian yang tak diolah. Penekanan diberikan pada penghitungan tahanan tanah pada kondisi lapang aktual pada tanah yang mudah diolah, pada tanah rata-rata, dan pada tanah yang agak sulit, untuk mendapatkan kisaran kondisi sebagai dasar perancangan dan pelaksanaan kerja olah tanah.
Gill dan Vanden Berg menulis tentang 2 macam dinamometer lapang yang digunakan oleh lembaga penelitian di Eropa. Tak satupun dari keduanya yang menggunakan rel pandu. Alat dari NIAE digendongkan pada traktor dan memiliki krepyak kecil untuk mengendalikan kedalaman. Alat jenis satunya yang terdapat di Jerman dipasangkan pada kereta gandeng beroda tiga. Jika lebar potong harus dikendalikan, seperti pada bajak singkal atau piringan, dua piranti yang sama digendongkan pada kereta gandeng dengan kedudukan yang mirip dengan jika berupa satu set alat, lalu ditambahi dengan piranti belakang. Beberapa pabrik alat pertanian serta lembaga lain di Amerika juga memiliki kereta uji lapang.
Laboratorium Peralatan Olah Tanah Nasional milik USDA di Auburn, Alabama, merupakan pusat penelitian dinamika tanah yang terkenal, memiliki rinjing-rinjing tanah dan telah digunakan sejak tahun 1936. Laboratorium tersebut memiliki 9 rinjing lapang dan 2 rinjing ruang, yang di dalamnya dapat dijalankan roda, krepyak, gandengan, dan peralatan olah dengan ukuran sebenarnya. Masing-masing rinjing memiliki lebar 6,1 m, tinggi 0,6 atau 1,5 m dan panjang 58 atau 76 m. Komposisi mekanika tanah berbeda-beda mulai tanah pasir sampai tanah lempung. Dari tanah tersebut dipilih untuk memperoleh kisaran perwatakan tanah yang lebar. Rel di atas dinding di antara rinjing digunakan untuk bertumpunya roda dan semua penumpu dari kereta uji. Tersedia peralatan untuk pemadatan, penggerusan, pengadukan, perataan, atau penyemprotan tanah, dan untuk melindunginya dari cuaca. Kereta penarik menarik kereta alat dan dapat dijalankan pada kecepatan 3 16 km/jam.
Beberapa pabrik alat pertanian, beberapa balai penelitian pertanian di negara-negara bagian dan Laboratorium Peralatan Olah Tanah Nasional memiliki rinjing tanah kecil yang diletakkan dalam ruangan, yang dipergunakan terutama untuk penelitian berskala model atau untuk bentuk piranti olah yang sederhana. Jumlah fasilitas tersebut selalu bertambah. Kadang-kadang alat digerakkan melintasi rinjing diam yang panjangnya 6,1 18,3 m, ada juga yang alatnya diam, sedangkan tanahnya dijalankan dalam palung berbentuk cincin yang diputar, dalam rinjing pendek yang dijalankan lurus, atau di atas sabuk yang bergerak.
Kebanyakan, jika bukannya semua, alat uji yang terdapat sekarang menggunakan transduser penara regangan (straingage). kecepatan maju biasanya diukur dengan generator tachometer yang menghasilkan sinyal listrik yang dapat dimasukkan dalam satu saluran pada piranti yang sama dengan yang digunakan untuk transduser gaya. Biasanya dipakai 8 saluran osilograf, 4 saluran pita magnetik perekam, dan perekam x-y. Setidaknya di satu tempat, seluruh sinyal keluaran transduser dimasukkan langsung ke dalam komputer analog yang mengolah seluruh data selama pengujian.
Ketika mempelajari satu suku atau bagian khusus dari alat, sering diperlukan untuk mengisolasi suku tersebut dan mengukur hanya gaya yang bekerja padanya. Contohnya, kejen bajak singkal dapat disangga dari belakang dengan 2 batang julur (kantilever) yang secara bangun memisahkannya dari bagian mata bajak lainnya namun masih menempatkannya pada posisi fungsionalnya yang benar. Penara regangan dapat dilekatkan pada balok penyangga untuk mengukur satu atau lebih suku gaya atau untuk mengukur sistem gaya selengkapnya pada kejen. Untuk menghitung sistem selengkapnya dibutuhkan 6 pengukuran gaya, yang pada contoh tadi berupa gaya sumbu dan momen lengkung pada 2 arah tegak lurus pada masing-masing balok. Kadang-kadang transduser gaya dapat dilekatkan langsung pada suku bangun yang secara normal menopang piranti atau suku alat.
Jika penghitungan gaya dilakukan dengan cara pengukuran momen lengkung, momen tersebut perlu diukur pada 2 bagian dari balok untuk menentukan secara akurat gaya normal yang bekerja padanya. Kedua bagian tersebut harus terletak berjauhan (agar diperoleh tanggapan yang maksimum) dan irisan melintangnya mesti identik. Rangkaian jembatan disusun sedemikian sehingga perbedaan di antara kedua momen dapat terukur. Setiap momen yang berasal dari suku gaya eksentrik yang sejajar terhadap poros balok akan terhapuskan pada pembacaan transduser, dikarenakan momen semacam itu akan mempunyai besar yang sama sepanjang balok. Gaya sumbu tidak menghasilkan tanggapan, karena pengaruhnya terhadap kedua penara sama besar.
M. Pengukuran Draft Peralatan Tipe Tarik
Sebagaimana digawarkan pada pasal 6, draft ialah bagian dari pull yang arahnya sejajar arah gerak. Piranti tersederhana untuk mengukur pull ialah dinamometer pegas (dengan bagian utamanya berupa pegas besar yang dihubungkan dengan jarum penunjuk) yang disambungkan di antara batang penarik traktor dan titik penggandengan pada peralatan olah, dan dibaca secara langsung. Dikarenakan adanya fluktuasi beban yang terjadi secara cepat, dinamometer semacam itu hanya cocok untuk pengukuran secara kasaran. Dinamometer hidrolik, yang menyalurkan tekanan ke manometer bourdon yang telah dikalibrasi dalam satuan gaya, lebih mudah digunakan dibanding dinamometer pegas, karena fluktuasi gaya dapat diredam cukup bagus dengan menggunakan cairan yang kental atau dengan diperlengkapi dengan penghambat aliran pada saluran cairannya. Beberapa dinamometer hidrolik merekam pull di atas kertas grafik yang digerakkan dari roda tanah.
Dinamometer penara regangan sering digunakan untuk mengukur pull batang penarik. Ada beberapa ragam susunan yang digunakan, namun biasanya penara regangan mengukur pada rangka yang terkena momen lengkung. Dengan meletakkan penara pada tempat yang berlawanan sehingga mendapat tarikan dan tekanan, dihasilkan tanggapan maksimum serta penyederhanaan kompensasi suhu. Transduser gaya tipe cincin yang susunan penara regangannya seperti terlihat pada gambar 1.6, mempunyai kepekaan bagus terhadap gaya tarik atau tekan sumbu sedangkan tanggapannya tidak terpengaruh oleh beban bengkok keseluruhan.
Untuk mendapatkan gambaran lengkap dari draft alat dan kebutuhan daya, perlu dilakukan pengukuran kecepatan dan lebar serta kedalaman olah di samping penghitungan draft. Karena adanya fluktuasi yang lebar dalam hal draft dan kondisi tanah, bahkan pada satu lintasan yang pendek, perlu dibuat grafik pull terhadap jarak tempuh. Pengintegralan luasan di bawah kurva tersebut akan menghasilkan usaha total dan pull rerata. Kecepatan dapat dihitung dengan mengukur waktu tempuh sepanjang jarak tempuh, yang telah diukur atau yang secara otomatik tercatat, atau dengan generator tachometer yang digerakkan dari roda tanah.
Jika dinamometer biasa disambungkan langsung pada persambungan antara peralatan dan traktor, gaya yang terukur menunjukkan total pull bukannya suku draft. Dalam hal itu sudut tegak antara garis pull dengan arah mendatar dan sudut datar antara garis pull dan arah gerak harus diukur sehingga draft dapat dihitung dari pull. Zoerb menulis tentang dinamometer penara regangan sambung langsung yang penaranya dilekatkan pada poros tegak yang ditopang oleh 2 bantalan bola (yang bekerja sebagai balok sederhana) dengan susunan sedemikian sehingga penara hanya akan mengukur suku draft dari pull. Dengan mencatu rangkai jembatan penara regangan tersebut dari tegangan yang berasal dari generator tachometer, dapat diperoleh pembacaan daya secara langsung.
Darft bajak umumnya dinyatakan dalam newton per cm2 irisan olah. Draft semacam ini digawarkan dalam pasal 1.6 sebagai draft spesifik. Pada beberapa alat, misalnya penanam, dapat dipakai satuan kilonewton per larik. Untuk kebanyakan peralatan olah tanah lain, draft biasanya dinyatakan dalam kilonewton per meter lebar, kadangkala juga dengan menerangkan kedalaman olahnya. Kisaran khas draft peralatan disajikan pada tabel 1.
N. Pengukuran Gaya Gandeng pada Peralatan Gendong dan Semi Gendong
Draft dapat diukur dengan pemasangan penara regangan pada sisi depan dan belakang pada pasak melintang yang dijulurkan, yang menyangga ujung depan sambungan pada gandengan 3 titik. Balok sederhana, bukannya balok julur, dapat dipakai pada titik gandengan atas. Empat penara pada setiap penumpu ditempatkan secara akurat sedemikian sehingga dapat menangkap hanya momen lengkung pada bidang yang mendatar. Pembacaan tunggal untuk draft dapat diperoleh dengan menyambungkan keluaran dari ketiga rangkai jembatan (satu rangkai per penyangga) secara sejajar, atau dengan menyambungkan semua penara ke dalam satu rangkaian jembatan. Pengukuran perbedaan antara momen lengkung pada 2 bagian untuk masing-masing balok penyangga, sebagaimana diterangkan pada pasal 1.5, menghilangkan pengaruh momen yang disebabkan oleh gesekan dalam sambungan bantalan bola. Scholtz mengecilkan pengaruh gesekan bantalan bola dengan membuat balok julur gandengan bawah sepanjang 165 mm (terhadap titik pusat bola). Pengukuran momen lengkung hanya dilakukan pada satu irisan pada masing-masing balok.
Sistem pasak-gandengan untuk pengukuran draft hanya cocok jika peralatan tidak disangga sama sekali oleh sambungan pengangkat gandengan, atau jika gaya sambungan pengangkat dan sudutnya terukur. Oleh karena sambungan pengangkat tidak tegak (Gb 1.7), setiap gaya yang terdapat di dalamnya akan memiliki suku membujur yang akan mempengaruhi tanggapan dari balok transduser pada gandengan bawah. Gaya pada sambungan pengangkat dapat diukur menggunakan transduser tipe cincin (Gb 1.6) serta menggabungkannya ke dalam pembacaan tunggal. Sudut gandengan pengangkat pada bidang tegak membujur harus juga diketahui untuk menentukan koreksi terhadap pembacaan draft.
Jika suku gaya membujur, tegak, dan menyamping yang bekerja pada peralatan harus dihitung semua, harus dibuat pengukuran secara bersamaan terhadap
1. gaya sumbu dan momen lengkung pada 2 arah pada kedua gandengan bawah (diukur di bawah gandengan pengangkat),
2. gaya sumbu pada gandengan atas, dan
3. arah ketiga gandengan.
Penara regangan dapat dipasang secara langsung pada gandengan bawah atau pada gandengan langsung yang disesuaikan, yang memungkinkan diperolehnya tanggapan yang memadai pada ketiga arah. Susunan yang lebih peka terdiri atas gandengan khusus yang menyalurkan gaya sumbu dan momen lengkung melalui balok julur yang tegak lurus terhadap poros gandengan, dengan mempergunakan prinsip pengurangan momen lengkung ganda (pasal 1.15) pada masing-masing dari ketiga arah suku gaya. Susunan ini ditunjukkan pada gambar 1.7. Pada gandengan atas, digunakan transduser gaya tipe cincin.
O. Kebutuhan Tenaga dan Pemecahan Tanah
Sebagaimana ditunjukkan pada gambar 1.4, tenaga yang dibutuhkan untuk pemecahan tanah tergantung pada derajat penghancuran yang diinginkan. Jumlah tenaga yang dibutuhkan untuk menghasilkan suatu tingkat penghancuran tertentu bergantung terutama pada kekuatan tanah dan efisiensi penggunaan tenaga oleh alat. Kekuatan tanah tergantung pada watak alami tanah dan kondisi fisikanya. Tanah lempung memiliki kebutuhan tenaga pecah yang lebih tinggi dibanding tanah pasir atau geluh. Iklim, cara tanam, cara budidaya, dan faktor-faktor lain mempengaruhi kondisi fisika tersebut. Untuk tanah tertentu, kebutuhan tenaga akan bertambah dengan bertambahnya rapat curah, sebagaimana dilukiskan pada gambar 1.8.
Kekuatan dari tanah yang lembab pada awalnya, akan naik secara cepat jika tanah tersebut mengering, khususnya pada tanah lempung dan tanah geluh lempungan, sehingga akan juga meningkatkan kebutuhan tenaga penghancuran. Pada alat yang memiliki permukaan yang luas yang bersinggungan dengan tanah, naiknya gesekan pada tahap adhesi akan menaikkan kebutuhan tenaga jika tanah terlalu basah. Oleh karena itu, penjadwalan pekerjaan olah tanah sedemikian sehingga dapat dilaksanakan pada kandungan lengas optimum dapat merupakan masalah penting dalam kaitannya dengan pengecilan kebutuhan tenaga. Pada daerah kering, pemberian air sebelum olah tanah bisa mengurangi kebutuhan daya dan atau menaikkan derajat penghancuran. Olah tanah kedua hendaknya dilaksanakan sebelum bongkahan tanah memiliki waktu yang cukup untuk mengering.
Kedalaman olah, lebar olah, bentuk alat (termasuk tepi pemotongnya), penyusunan alat dan kecepatan jalan adalah faktor yang dapat mempengaruhi draft dan efisiensi pemanfaatan tenaga pada kondisi tanah tertentu. Pengaruh parameter tersebut berbeda-beda pada berbagai jenis alat yang berbeda dan pada berbagai kondisi tanah yang berbeda. Pada saat menghitung pengaruhnya terhadap draft, pengaruh masing-masing terhadap tingkat penghancuran harus juga dipertimbangkan. Kadang-kadang sedikit penambahan pemecahan tanah dianggap telah cukup memadai untuk menghindari banyak berkurangnya efisiensi pemanfaatan tenaga. Pertanyaan yang harus diajukan kemudian adalah apakah meningkatnya penghancuran tersebut menguntungkan pada situasi tertentu.
Pada bajak gancu, draft spesifik rerata pada olah tanah pertama umumnya menunjukkan peningkatan kecil atau cukupan dengan meningkatnya kedalaman, terutama pada tanah berat. Uji lapang kadang menunjukkan kenaikan besar pada kedalaman di bawah kedalaman olah normal karena adanya keragaman kondisi tanah (misalnya adanya lapisan terpadatkan). Pengaruh kedalaman terhadap draft spesifik bajak singkal dipengaruhi oleh bentuk dan ukuran, akan dibahas pada bab 2. Penempatan roda, garit, atau piranti samping lain secara tak tepat, yang sehingga mengganggu pola patahan tanah normal, dapat menaikkan draft. Bentuk dan arah alat merupakan faktor penting berkaitan dengan draft. Masalah tersebut akan dibahas pada bab yang menerangkan masing-masing tipe implemen.
Gill dan McCreery melakukan uji pada bagian mata bajak singkal yang lebarnya 51, 102, 152, dan 203 mm, dengan lebar pemotongan 25 sampai 203 mm pada tanah geluh lempung debuan di Laboratorium Peralatan Olah Nasional. Draft spesifik untuk pemotongan 51 mm dan 25 mm ialah 40 % dan 140 % lebih tinggi dibanding rerata untuk pemotongan 102, 152, dan 203 mm. Namun diameter massa rerata bongkah menurun dari 218 sampai 38 mm jika lebar pemotongan dikurangi. Faktor pemanfaatan tenaga, didasarkan pada metoda jatuh-remuk (pasal 1.14) meningkat dari 0,14 pada pemotongan 203 mm sampai 0,65 pada pemotongan 51 mm dan 0,79 pada pemotongan 25 mm. Pengujian terhadap bajak piringan 66 cm dengan pemotongan 25 mm sampai 203 mm menghasilkan draft spesifik yang lebih tinggi pada pemotongan 25 mm dan 51 mm, namun tidak banyak perubahan faktor pemanfaatan tenaga pada seluruh kisaran lebar.
Berbagai pengujian tersebut memperlihatkan prinsip penggunaan potongan kecil pada tanah yang mampat untuk memperoleh fragmentasi maksimum, serta menghasilkan perkiraan bahwa metoda yang paling efisien untuk menghasilkan diameter massa rerata bongkah tertentu ialah dengan mengenakan gaya dengan cara sedemikian sehingga pemecahan tanah terjadi dalam satu langkah sekaligus. Pada cara yang dikerjakan sekarang ini, dipakai cara yang berlawanan, yaitu massa tanah dihancurkan dengan pengerjaan olah tanah yang berturutan. Peralatan yang digunakan pada tanah gembur sering hanya memindahkan bongkah tanpa terlalu banyak menambah tingkat peremukan.
Efek pembajakan yang diikuti oleh 4 kombinasi olah tanah kedua telah diamati pada uji lapang yang dilakukan pada 7 kombinasi tanah dan kondisi tanaman sebelumnya yang berbeda-beda. Pada 4 lapang yang semua olah tanah untuk lapang khususnya dikerjakan dalam perioda 3 jam, diameter massa rerata bongkah tanah setelah pembajakan berkisar antara 33 mm 61 mm. Pembajakan menggunakan piringan setelah singkal mengurangi ukuran bongkah dengan 20 35 % namun pemakaian piringan berikutnya, atau penggaruan setelah pembajakan piringan, biasanya tak lagi memiliki efek berarti terhadap rerata ukuran bongkah.
P. Pengaruh Kecepatan terhadap Draft
Menambah kecepatan maju akan menaikkan draft pada kebanyakan alat olah tanah, terutama karena percepatan yang lebih besar terhadap tanah yang terpindah jauh. Percepatan tanah meningkatkan draft sedikitnya karena 2 alasan, pertama karena gaya percepatan menaikkan beban normal pada permukaan yang bersinggungan dengan tanah, yang oleh karenanya menaikkan tahanan gesek, dan kedua karena adanya tenaga kinetik yang dipindahkan ke tanah. Oleh karena gaya percepatan sebanding dengan kuadrat kecepatan, dan karena draft juga mencakup suku yang pada dasarnya tidak tergantung pada kecepatan, menjadi nalarilah untuk menyatakan hubungan antara kecepatan dan draft dengan persamaan berbentuk
Ds = Do + K S2 . . . . . . . . . . . . (1.3)
dengan
Ds = draft pada kecepatan S
Do = suku statika draft, independen terhadap kecepatan
S = kecepatan maju
K = tetapan yang nilainya tergantung pada jenis rancangan alat serta pada kondisi tanah.
Ds = draft pada kecepatan S
Do = suku statika draft, independen terhadap kecepatan
S = kecepatan maju
K = tetapan yang nilainya tergantung pada jenis rancangan alat serta pada kondisi tanah.
Besarnya pengaruh kecepatan terhadap draft tergantung pada besar relatif suku yang tak bergantung pada kecepatan dan suku yang meningkat jika kecepatan meningkat, serta dipengaruhi oleh jenis dan rancangan alat serta oleh kondisi dan jenis tanah. Sebagai contoh, terdapat hasil uji yang menunjukkan bahwa penambahan kecepatan dari 4,8 km/jam menjadi 9,6 km/jam menaikkan draft sebesar 90 % dan 40 % pada bajak piringan pada dua jenis tanah yang berbeda, dengan rerata sebesar 50 % untuk bajak singkal lazim pada satu jenis tanah dan sebesar 15 % pada bajak tanah bawah.
Q. Pengkajian Berskala Model
Uji lapang alat olah tanah terpengaruhi oleh keragaman alami kondisi tanah. Penggunaan rinjing tanah yang besar untuk uji alat dengan ukuran sebenarnya memerlukan modal yang mahal untuk peralatan yang sangat khusus. Pendekatan lain yang menawarkan kemurahan, kenyamanan dan penguasan kondisi yang bagus ialah penerapan prinsip simulasi dalam uji laboratorium alat olah tanah berukuran model. Model alat telah digunakan dalam banyak bidang keteknikan, namun hanya sejak kira-kira tahun 1966 terdapat minat yang besar dalam pengkajian model terhadap alat olah tanah.
Capaian Umum Uji Model Ialah
1. untuk dapat memprakirakan unjuk kerja sistem prototipe (dengan ukuran sebenarnya) dari nilai yang terukur pada sistem yang kecil dan relatif murah, atau
2. untuk memperoleh pemahaman terhadap sifat, besar, dan efek parameter fisika sistem tersebut.
Pengkajian model yang diperkecil didasarkan pada konsep kesamaan antara sistem prototipe dan model, dengan kaidah-kaidah fisika yang sama yang mengatur kedua sistem tersebut.
Dua sistem akan menampilkan kelakuan yang mirip jika dicapai kemiripan geometri, kinematika, dan dinamika. Untuk mendapatkan kemiripan geometri merupakan hal yang relatif sederhana. Untuk kemiripan dinamika, nisbah seluruh gaya yang mempengaruhi sistem harus sama pada model dan pada prototipe. Masalahnya adalah mengenali dan menentukan semua gaya itu. Kesamaan kinematika biasanya akan tercapai jika kesamaan geometri dan dinamika telah tercapai.
Langkah pertama dan terpenting dalam merencanakan kajian model ialah pencirian semua variabel fisika yang dapat diukur, yang jika dipadukan secara benar akan secara lengkap menjelaskan gejala fisika yang dikaji. Kemudian prinsip analisis matra diterapkan untuk mengelompokkan variabel tersebut menjadi serangkai besaran yang independen dan tak bermatra, yang digunakan sebagai dasar untuk perancangan alat.
Jika telah diperoleh pembuatan skala yang benar pada semua faktor yang relevan, prakiraan yang bagus terhadap kinerja sistem prototipe dapat diperoleh dengan semata mengalikan kinerja model dengan faktor pengali yang sesuai. Biasanya terdapat unsur yang tak terskala. Unsur tersebut akan mengakibatkan ketaksamaan atau distorsi yang perlu dipertimbangkan. Menskala sifat-sifat tanah adalah salah satu masalah utama.
Usaha cara lain untuk menentukan dan mengukur seluruh sifat tanah sehingga dapat diskala ialah menggunakan tanah yang sama untuk prototipe dan model. Penyimpangan yang muncul kemudian dihitung secara empiri dengan mengamati kecenderungan hasil yang diperoleh dengan model dengan beberapa ukuran (memiliki faktor pengali yang berbeda) lalu membuat faktor penduga untuk menghilangkan efek penyimpangan.
R. Penelitian terhadap Alat Olah Tanah Sederhana
Pada tahun-tahun belakangan ini usaha penelitian yang banyak telah dilakukan untuk pengujian alat olah tanah berbentuk sederhana sebagai cara untuk mengkaji prinsip dasar reaksi tanah terhadap gaya yang mengenainya. Alat tersebut biasanya berujud lempeng datar yang dijalankan melalui tanah dengan posisi tegak (dengan sudut angkat 90o) ataupun dengan posisi miring dengan sisi bawahnya di depan (dengan sudut angkat tajam). Lempeng-lempeng yang lebarnya 25 100 mm biasanya dipakai sebagai gerigi garpu dengan bagian lebar penuhnya mencuat ke atas permukaan tanah. Lempeng lebar (ada yang sampai 76 cm) lebih sering dibenamkan dan dipakai pada sudut angkat kurang dari 45o untuk mempelajari gerakan tanah ketika terangkat. Uji dengan alat sederhana dilakukan di lapang, di rinjing lapang atau di rinjing ruang dengan berbagai ukuran.
