ANALISIS KEKUATAN GESER TANAH PADA BERBAGAI TEKSTUR TANAH SKRIPSI AKHMAD IRFAN F

Transkripsi

1 ANALISIS KEKUATAN GESER TANAH PADA BERBAGAI TEKSTUR TANAH SKRIPSI AKHMAD IRFAN F FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2011

2 SOIL SHEAR STRENGTH ANALYSIS IN VARIOUS SOIL TEKSTURE Akhmad Irfan and Gatot Pramuhadi Department of Mechanical and Biosystem Engineering, Faculty of Agricultural Engineering and Technology, Bogor Agricultural University, IPB Darmaga Campus, Po Box 220, Bogor, West Java, Indonesia. Phone , ABSTRACT Plants can grow and obtain a maximum production on an optimum soil condition. Plants growth and farm machinery application were influenced by physical and mechanical soil properties. Its depend on soil texture. The objective of the research was to analyse interaction between physical and mechanical soil properties on soil texture variation. Consistency test, Proctor test, and direct shear test were applied to many soil sampel with vary of soil texture of clay, clay loam, loam, sandy loam, and sandy clay loam. The research showed that the increasing of clay fraction content would increased soil cohesion, while the increasing of sand fraction content would increased soil dry bulk density, but it would decreased soil cohesion. Soil shear strength increased by the increasing of soil dry bulk density before it reached an optimim soil moisture content for compaction, and it increased by the increasing of soil cohesion. Soil shear strength decreased by the decreasing of soil dry bulk density caused by the increasing of soil moisture content after it reached an optimum soil moisture content for compaction and it decreased by the increasing of sand fraction content. Keywords: Soil shear strength, dry bulk density, soil cohesion, soil texture

3 Akhmad Irfan. F Analisis Kekuatan Geser Tanah pada Berbagai Tekstur Tanah. Di Bawah bimbingan Gatot Pramuhadi RINGKASAN Kegiatan pengolahan tanah merupakan kegiatan budidaya yang paling banyak memakan tenaga sehingga dalam kegiatan ini memerlukan alat bantu berupa alat dan mesin pertanian untuk mempercepat kegiatan tersebut. Dalam pengaplikasian mekanisasi pertanian akan menghasilkan hubungan timbal balik antara tanah (dalam hal ini sifat fisik dan mekanik tanah) dengan alat dan mesin pertanian. Sifat-sifat tanah yang menonjol diantaranya adalah permeabilitas (ketertembusan), pemampatan (konsolidasi), dan kekuatan geser. Kekuatan geser merupakan kemampuan tanah untuk menahan beban tanpa mengalami kerusakan. Kekuatan geser ini akan berpengaruh terhadap proses pengolahan tanah terutama oleh mesin (traktor). Dalam pengaplikasian mekanisasi pertanian diperlukan kepadatan tanah yang cukup besar untuk menghasilkan traksi antara tanah dengan roda. Namun demikian tanaman membutuhkan kondisi yang gembur untuk distribusi nutrisi dan pertumbuhan akar. Pada umumnya tanah berpasir memiliki densitas yang tinggi. Dengan tingginya densitas tanah maka mekanisasi pertanian akan dapat diaplikasikan, sebagai contohnya aplikasi mekanisasi pada budidaya tebu lahan kering. Kandungan pasir, debu dan liat berpengaruh secara nyata dalam pengaplikasian mekanisasi pertanian. Penelitian ini dimaksudkan untuk menganalisis hubungan antara sifat fisik dan mekanik tanah dengan berbagai macam tekstur tanah yang diambil dari berbagai tempat. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengamati perubahan sifat fisik (batas cair, batas plastis dan dry bulk density) dan mekanik (kekuatan geser) serta menganalisis hubungan interaksi antara sifat fisik dan mekanik tanah pada berbagai tekstur tanah. Penelitian ini dilakukan terhadap sampel tanah dari berbaagai daerah yang memiliki tekstur yang berbeda-beda. Sampel-sampel tanah tersebut diambil dari Lahan tebu PT Laju Perdana Indah, site Oku Timur, Sumatra Selatan; Lahan Tebu PG Jati Tujuh, Subang, Jawa Barat; Lahan kering di Desa Gataksari Kecamatan Kejajar Kabupaten Wonosobo, Jawa Tengah; Lahan kering di Desa Buntu kecamatan kejajar Kabupaten Wonosobo, Jawa Tengah; dan Lahan kering di Desa Cibatok Kecamatan Cibumbulang Kabupaten Bogor, Jawa Barat. Menurut Departemen Pertanian Amerika Serikat (USDA) tanah yang digunakan dalam pengujian memiliki kelas tekstur lempung, lempung berpasir, lempung berliat, lempung liat berpasir dan liat. Fraksi liat dalam tanah akan meningkatkan kohesi tanah, hal ini disebabkan karena liat bersifat kohesif. Tanah yang mempunyai fraksi pasir dalam jumlah yang besar akan mempunyai densitas yang tinggi, namun demikian kohesi tanah berpasir lebih rendah dibandingkan tanah berliat. kekuatan geser akan meningkat dengan meningkatnya fraksi liat yang ada pada tanah dan akan turun dengan meningkatnya jumlah fraksi pasir dalam tanah. ii

4 ANALISIS KEKUATAN GESER TANAH PADA BERBAGAI TEKSTUR TANAH SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor Oleh AKHMAD IRFAN F FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2011 i

5 Judul Skripsi : Analisis Kekuatan Geser Tanah pada Berbagai Tekstur Tanah Nama : Akhmad Irfan NIM : F Menyetujui, Pembimbing, (Dr. Ir. Gatot Pramuhadi, M.Si.) NIP Mengetahui : Ketua Departemen, (Dr. Ir. Desrial, M. Eng.) NIP Tanggal Lulus : ii

6 PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan judul Analisis Kekuatan Geser Tanah pada Berbagai Tekstur Tanah adalah hasil karya saya sendiri dengan arahan Dosen Pembimbing Akademik, dan belum diajukan dalam bentuk apapun pada perguruan tinggi manapun. 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. Bogor, Juni 2011 Yang membuat pernyataan Akhmad Irfan F

7 Hak cipta milik Akhmad Irfan, tahun 2011 Hak cipta dilindungi Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dari Institut Pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam bentuk apapun, baik cetak, fotokopi, microfilm dan sebagainya

8 BIODATA PENULIS Akhmad Irfan. Lahir pada 27 November 1987 di Gataksari, Kecamatan Kejajar Kabupaten Wonosobo, Jawa Tengah dari pasangan Slamet Suparyono dan Wuryanti yang merupakan anak pertama dari tiga bersaudara. Penulis mengawali pendidikan formal pada SD 02 Serang, Kejajar ( ). Penulis menyelesaikan tingkat pendidikan lanjutan pada SMP 1 Kejajar, Wonosobo ( ) dan SMA Muhammadiyah, Wonosobo ( ). Sejak tahun 2006, Penulis memasuki program Strata-1, dengan program studi Teknik Pertanian Departemen Teknik Mesin dan Biosistem pada Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor melalui jalur Undangann Seleksi Masuk Institut Pertanian Bogor (USMI).. Selama masa kuliah, Penulis aktif di sejumlah organisasi dan kepanitiaan, Badan Eksekutif Mahasiswa (BEM) FATETA dan Unit Kegiatan Mahasiswa AIKIDO sebagai tempat Penulis berbakti dan mengembangkan diri. Pada tahun Penulis menjadi asisten mata kuliah Motor dan Tenaga Pertanian untuk program Sarjana (S1) Teknik Pertanian dan pada tahun yang sama Penulis menjadi asisten mata kuliah Alat dan Mesin Pekebunan untuk program Diploma (D3) Perkebunan Kelapa Sawit Sinarmas. Penulis pernah memperoleh beberapa beasiswa, seperti beasiswa SUPERSEMAR pada tahun dan beasiswa BBM pada tahun Pada juli-agustus 2009 Penulis melakukan Praktik Lapangan dengan topik Aspek Keteknikan pada Pengolahan Tanah dan Penanaman Tebu Lahan Kering di PT Laju Perdana Indah, Oku Timur, Sumatera Selatan.

9 KATA PENGANTAR Syukur Alhamdulillah Penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT, atas rahmat dan karunia-nya hingga skripsi dengan judul Analisis Kekuatan Geser Tanah pada Berbagai Tekstur Tanah dapat diselesaikan dengan sebaik-baiknya. Shalawat serta salam Penulis panjatkan kepada Nabi Besar Muhammad SAW yang selalu memberi teladan kepada umat manusia. Penulis menyadari bahwa kelancaran pelaksanaan dan penulisan skripsi ini tak luput dari bantuan berbagai pihak. Dengan penuh ketakziman Penulis mengucapkan terimakasih sebesarbesarnya kepada: 1. Dr. Ir. Gatot Pramuhadi, M.Si, selaku dosen pembimbing yang telah membimbing Penulis selama masa perkuliahan, praktik lapangan, penelitian dan penulisan skripsi dengan penuh pengertian, 2. Prof. Dr. Ir. Tineke Mandang L., MS dan Dr. Ir. I Dewa Made Subrata, M.Agr selaku dosen penguji yang telah memberikan saran dan masukan dalam penyempurnaan penulisan skripsi, 3. Kedua orang tua Penulis, Slamet Suparyono dan Wuryanti yang selalu mencintai Penulis, selalu memberi semangat, do a dan dukungan sepenuh hati serta menguatkan Penulis dikala dalam keadaan sulit, 4. Kedua adik Penulis, alm. Tutut Widiastuti dan Hanifaturrohmah yang selalu menginspirasi Penulis dan atas cinta, semangat, do a dan dukungannya, 5. Saudara Dymaz Gonggo Y. A. yang telah menjadi sahabat yang baik dalam suka ataupun duka selama mengarungi pendidikan di IPB, 6. Seluruh staf dan karyawan Depertemen Teknik Pertanian, terutama Pak Trisnadi, yang telah membantu Penulis selama penelitian dan penulisan skripsi ini, 7. Vian Arif Permana, Syazali, Nono, Erick, Handoko, Arif, Ipung dan seluruh keluarga AL Fath 12, seluruh keluarga AIKIDO IPB, dan Tarung Derajat IPB yang selalu menberikan motivasi, kebahagiaan dan keceriaan, 8. Teman-teman Teknik Pertanian angkatan 43 kenangan indah selama proses belajar, penelitian dan penulisan skripsi ini. 9. Trya Adhesi Holqi dan M. Akhir Natali Harahap yang telah mendukung Penulis baik dukungan materiil dan moril, 10. Semua pihak yang telah membantu dan mendoakan Penulis dalam penelitian dan penulisan skripsi ini. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna sehingga kritik dan saran yang membangun senantiasa Penulis harapkan untuk perbaikan diri di masa yang akan datang. Permohonan maaf Penulis sampaikan setulus-tulusnya kepada semua pihak karena tidak ada manusia yang luput dari kesalahan. Semoga skripsi ini berguna bagi kita semua, mampu memberikan arti dan menambah wawasan bagi yang membaca. Amien. Bogor, Juni 2011 Penulis ix

10 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... ix DAFTAR ISI... x DAFTAR GAMBAR... xi DAFTAR TABEL... xii DAFTAR LAMPIRAN... xiii I. PENDAHULUAN... 1 A. LATAR BELAKANG... 1 B. TUJUAN... 2 C. HIPOTESIS... 2 D. MANFAAT... 2 II. TINJAUAN PUSTAKA... 3 A. TANAH SECARA UMUM... 3 B. SIFAT FISIK DAN MEKANIK TANAH... 3 III. METODOLOGI PENELITIAN A. WAKTU DAN TEMPAT B. ALAT DAN BAHAN C. PROSEDUR PENELITIAN IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. SIFAT FISIK TANAH PADA BERBAGAI TEKSTUR TANAH B. SIFAT MEKANIK TANAH PADA BERBAGAI TEKSTUR TANAH V. KESIMPULAN DAN SARAN A. KESIMPULAN B. SARAN DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN x

11 DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Diagram segitiga tekstur tanah dan sebaran besaran butiran... 4 Gambar 2. Batas-batas Attenberg... 7 Gambar 3. Pengaruh kadar air terhadap konsistensi... 8 Gambar 4. Grafik kekuatan geser... 9 Gambar 5. Keruntuhan tanah dalam proses pemotongan Gambar 5. Alat uji pemadatan tanah (Uji Proctor) Gambar 7. Alat uji geser langsung (Direct Shear Apparatus) Gambar 8. Bagan alir kegiatan penelitian Gambar 9. Penentuan titik-titik pengambilan contoh tanah Gambar 10. Batas cair dan batas plastis Gambar 11. Bagan indeks plastisitas Gambar 12. Densitas tanah PT Laju Perdana Indah Gambar 13. Densitas tanah Desa Buntu Gambar 14. Densitas tanah Desa Gataksari Gambar 15. Densitas tanah PG Jati Tujuh Gambar 16. Densitas tanah Desa Cibatok Gambar 17. Kekuatan geser pada A Gambar 18. Kekuatan geser pada A Gambar 19. Kekuatan geser pada A xi

12 DAFTAR TABEL Tabel 1. Nilai indeks plastisitas dan macam tanah... 8 Tabel 2. Pengklasifikasian tekstur tanah Tabel 3. Batas Cair dan Batas Plastis Tanah Tabel 4. Densitas maksimum dan kadar air optimum Tabel 5. Kekuatan Geser Tabel 6. Kohesi dan sudut geser dalam xii

13 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Hasil Uji Konsistensi Lampiran 2. Hasil Uji Proctor Lampiran 3. Pengujian kekuatan geser xiii

14 I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang Pertumbuhan tanaman dipengaruhi oleh 4 faktor yaitu faktor tanah, faktor tanaman itu sendiri, faktor iklim dan faktor tindakan budidaya yang dilakukan. Tanah sangat berperan penting dalam kehidupan terutama dalam bidang pertanian. Tanah yang baik adalah tanah yang memiliki partikel yang halus dan kuat sehingga mampu menciptakan lingkungan yang lembab yang diperlukan untuk perkecambahan dan pertumbuhan akar. Dalam pertanian tanah berfungsi sebagai tempat tumbuh dan penyedia nutrisi bagi tanaman. Sebagai tempat tumbuh tanaman, tanah harus mampu menopang tanaman agar mampu tegak berdiri dengan kokoh sedangkan sebagai penyedia nutrisi tanah harus mampu mengikat dan mendistribusikan air, udara dan unsur hara untuk tanaman. Kondisi tersebut tercapai pada tanah yang cukup kuat dan cukup gembur atau memiliki struktur remah. Untuk menciptakan kondisi yang demikian perlu dilakukan tindakan pengolahan tanah. Pengolahan tanah meliputi primary tillage (pengolahan tanah primer) berupa pembajakan (plowing) dan secondary tillage (pengolahan tanah sekunder) yang merupakan kegiatan setelah pembajakan tanah yang biasanya berupa penggaruan (harrowing). Kegiatan pengolahan tanah merupakan kegiatan budidaya yang paling banyak memakan tenaga sehingga dalam kegiatan ini memerlukan alat bantu berupa alat dan mesin pertanian untuk mempercepat kegiatan tersebut. Dalam pengaplikasian mekanisasi pertanian akan menghasilkan hubungan timbal balik antara tanah dalam hal ini sifat fisik dan mekanik tanah dengan alat dan mesin pertanian. Sifatsifat tanah yang menonjol diantaranya adalah permeabilitas (ketertembusan), pemampatan (konsolidasi), dan kekuatan geser. Sifat-sifat tersebut dipengaruhi oleh tekstur tanah. Dalam penggunaan alat dan mesin pertanian pemadatan akan terjadi pada tanah akibat berat dari alat dan mesin pertanian itu sendiri. Pemadatan ini akan berpengaruh terhadap proses budidaya selanjutnya yang dapat mempengaruhi produktivitas tanaman. Tekstur tanah adalah perbandingan relatif fraksi-fraksi pasir, debu dan liat. Tekstur tanah merupakan penentu sifat-sifat fisika, fisika-kimia dan kimia tanah (Hakim et al. 1986). Dengan demikian maka fraksi penyusun tanah akan menentukan proses mekanisasi yang dilakukan karena dengan beranekaragamnya komposisi fraksi-fraksi penyusun tersebut akan menghasilkan sifatsifat tanah yang berbeda-beda pula. Kekuatan geser merupakan kemampuan tanah untuk menahan beban tanpa mengalami kerusakan. Kekuatan geser ini dipengaruhi oleh gaya-gaya yang bekerja pada butiran-butiran, meliputi bagian yang bersifat kohesi dan bagian yang mempunyai gesekan. Kekuatan geser ini akan berpengaruh terhadap proses pengolahan tanah terutama oleh mesin (traktor). Dengan diketahuinya kekuatan geser tanah maka proses pengolahan tanah dapat berlangsung dengan efektif dan efisien. Dalam pengaplikasian mekanisasi pertanian diperlukan kepadatan tanah yang cukup besar untuk menghasilkan traksi antara tanah dengan roda. Namun demikian tanaman membutuhkan kondisi yang gembur untuk distribusi nutrisi dan pertumbuhan akar. Pada umumnya tanah berpasir memiliki densitas yang tinggi. Dengan tingginya densitas tanah maka mekanisasi pertanian akan dapat diaplikasikan, sebagai contohnya aplikasi mekanisasi pada budidaya tebu lahan kering. Kandungan pasir, debu dan liat berpengaruh secara nyata dalam pengaplikasian

15 mekanisasi pertanian. Penelitian ini dimaksudkan untuk menganalisis hubungan antara sifat fisik dan mekanik tanah dengan berbagai macam tekstur tanah yang diambil dari berbagai tempat. B. Tujuan Penelitian Analisis Kekuatan Geser Tanah pada Berbagai Tekstur Tanah ini bertujuan untuk: 1. Mengamati perbedaan sifat fisik (batas cair, batas plastis dan dry bulk density) tanah pada berbagai tekstur tanah. 2. Mengamati perbedaan sifat mekanik (kekuatan geser) tanah pada berbagai tekstur tanah. 3. Menganalisis hubungan interaksi antara sifat fisik dan mekanik tanah pada berbagai tekstur tanah. C. Hipotesis Tanah dengan kandungan fraksi liat yang tinggi akan memiliki kekuatan geser yang besar sedangkan tanah yang memiliki kandungan fraksi pasir yang tinggi akan memiliki kekuatan geser yang lebih kecil. D. Manfaat Hasil penelitian ini bermanfaat sebagai: 1. Bahan pertimbangan bagi penggunaan mesin-mesin pertanian pada pengoperasian di lapang. 2. Bahan pertimbangan dalam peracangan alat dan mesin pertanian dalam menentukan jenis dan ukuran alat pengolah tanah. 3. Bahan pertimbangan dalam perancangan dan pembangunan bangunan pertanian. 2

16 II. TINJAUAN PUSTAKA A. Tanah Secara Umum Menurut Harjowigeno (1995) tanah memiliki arti yang khusus dalam bidang pertanian. Menurutnya, tanah sebagai tempat tumbuhnya tanaman darat. Tanah merupakan hasil dari pelapukan batu yang bercampur dengan sisa-sisa bahan organik dari organisme (vegetasi atau hewan) yang hidup di atasnya atau di dalamnya. Dalam tanah juga terdapat air dan udara. Ikatan antara butiran-butiran yang relatif lemah dapat disebabkan oleh karbonat, zat organik, atau oksida-oksida yang mengendap di antara partikel-partikel (Hardiyatmo 1992). Tanah merupakan campuran bahan mineral dengan bahan organik yang di dalamnya terdapat air yang berasal dari air hujan yang tertahan oleh tanah. Dalam proses pembentukannya terbentuk juga lapisan-lapisan tanah atau horison. Dengan demikian definisi ilmiah tanah adalah kumpulan dari benda alam di permukaan bumi yang tersusun dalam horison-horison, terdiri dari campuran bahan mineral bahan organik, air dan udara, dan merupakan media tumbuh untuk tanaman (Harjowigeno 1995). Bahan mineral tanah terbentuk dari pelapukan batu-batuan yang nantinya terbentuk dalam berbagia ukuran yaitu pasir, debu, dan liat. Mineral tanah ini terdiri dari dua jenis yaitu mineral primer, yang merupakan mineral yang terbentuk dari pelapukan batuan yang dilapuk dan mineral sekunder yaitu mineral bentukan baru yang terbentuk selama proses pembentukan tanah berlangsung. Mineral primer pada umumnya dalam fraksi pasir dan debu sedangkan mineral sekunder umumnya dalam fraksi liat. Susunan mineral tanah berbeda-beda sesuai dengan mineral batu-batuan yang dilapuk (Harjowigeno 1995). Butiran-butiran mineral yang membentuk bagian padat dari tanah merupakan hasil pelapukan dari batuan. Ukuran dari setiap butiran padat tersebut sangat bervariasi dan sifat-sifat fisik dari tanah banyak tergantung dari faktor-faktor ukuran, bentuk, dan komposisi kimia dari butiran (Braja 1993). Bahan organik umumnya ditemukan di permukaan tanah. Meski jumlahnya hanya 3 s.d. 5 % namun memiliki pengaruh yang besar terhadap sifat-sifat tanah yang salah satunya adalah sebagai granulator yang dapat memperbaiki struktur tanah. Tanah yang banyak mengandung bahan organik adalah tanah-tanah lapisan atas atau top soil. Semakin ke lapisan bawah tanah maka kandungan bahan organik semakin berkurang. Oleh karena itu top soil perlu dipertahankan (Harjowigeno 1995). Air juga merupakan bahan penyusun tanah. Air dalam tanah akan ditahan (diserap) oleh masa tanah, tertahan oleh lapisan kedap air, atau karena keadaan drainase yang kurang baik. Air di dalam tanah dapat meresap ataupun ditahan karena adanya gaya-gaya adhesi, kohesi dan gravitasi (Harjowigeno 1995). B. Sifat Fisik Dan Mekanik Tanah 1. Tekstur Tanah Menurut Haridjadja (1980) tekstur tanah adalah distribusi besar butir-butir tanah atau perbandingan secara relatif dari besar butir-butir tanah. Butir-butir tersebut adalah pasir, debu dan liat. Gabungan dari ketiga fraksi tersebut dinyatakan dalam persen dan disebut

17 sebagai kelas tekstur. Pada umumnya tanah asli merupaka campuran dari butiran-butiran yang mempunyai ukuran yang berbeda-beda (Braja 1993). Tekstur tanah menunjukkan kasar halusnya tanah. Kelas tekstur tanah dikelompokkan berdasarkan perbandingan banyaknya butir-butir pasir, debu dan liat. Tanahtanah yang bertekstur pasir mempunyai luas permukaan yang kecil sehingga sulit menyerap (menahan) air dan unsur hara. Tanah-tanah bertekstur liat mempunyai luas permukaan yang besar sehingga kemampuan menahan air dan menyediakan unsur hara tinggi (Hardjowigeno 1995). Dalam sistem klasifikasi tanah berdasarkan tekstur, tanah diberi nama atas dasar komponen utama yang dikandungnya, misalnya lempung berpasir (sandy clay), lempung berlanau (silty clay), dan seterusnya (Braja 1993). Terdapat hubungan yang erat antara tekstur tanah dengan sifat-sifat tanah yang lain, seperti kapasitas tukar kation (KTK), porositas, kecepatan infiltrasi dan permeabilitas (Soedarmo dan Prayoto 1985). Komposisi ketiga fraksi tanah akan menentukan sifat-sifat fisika, fisika-kimia dan kimia tanah. Sebagai contoh, besarnya lapangan pertukaran dari ionion di dalam tanah amat ditentukan oleh tekstur tanah (Hakim et al. 1986). Sifat fisik dan kesuburan tanah sanggat dipengaruhi oleh tekstur tanah. Dari segi fisis tanah, tekstur berperan pada struktur, rumah tangga, air dan udara serta suhu tanah. Dalam segi kesuburan, tekstur memegang peranan penting dalam pertukaran ion, sifat penyangga, kejenuhan basa dan sebagainya. Fraksi liat merupakan fraksi yang paling aktif sedangkan kedua fraksi yang lain disebut kurang aktif (Haridjadja 1980). Braja (1993) menyatakan bahwa kelas tekstur dapat ditetapkan dengan menggunakan diagram segi tiga tekstur menurut USDA dalam Gambar 1. Sistem ini didasarkan pada ukuran batas dari butiran tanah yang meliputi: a. Pasir : butiran dengan diameter 2.0 s.d mm b. Debu : butiran dengan diameter 0.05 s.d mm c. Liat: butiran dengan diameter lebih kecil dari mm Gambar 1. Diagram segitiga tekstur tanah dan sebaran besaran butiran 4

18 Fraksi pasir terdiri dari pecahan-pecahan batu dengan berbagai ukuran dan bentuk. Butiran-butiran pasir hampir selalu terdiri dari satu macam zat mineral, terutama kwartz (Wesley 1973). Partikel-partikel pasir memiliki ukuran yang jauh lebih besar dan memiliki luas permukaan yang kecil (dengan berat yang sama) dibandingkan dengan partikel-partikel debu dan liat. Oleh karena luas permukaan pasir adalah kecil, maka peranannya dalam ikut mengatur sifat-sifat kimia tanah adalah kecil sekali. Disamping itu, disebabkan fraksi pasir itu memiliki luas permukaan yang kecil, tetapi memiliki ukuran yang besar, maka fungsi utamanya adalah sebagai penyokong tanah dalam disekelilingnya terdapat partikel debu dan liat yang lebih aktif. Kecuali terdapat dalam jumlah yang lebih kecil, maka jika semakin tinggi persentase pasir dalam tanah, makin banyak ruang pori-pori diantara partikel tanah semakin dapat memperlancar gerakan udara dan air (Hakim 1986). Menurut Wesley (1973), debu merupakan bahan peralihan antara liat dan pasir halus. Fraksi ini kurang plastis dan lebih mudah ditembus air daripada liat dan memperlihatkan sifat dilatasi yang tidak terdapat pada liat. Luas pernukaan debu lebih besar dari luas permukaan pasir per gram, tingkat pelapukan debu dan pembebasan unsur-unsur hara untuk diserap akar lebih besar dari pasir. Partikel-partikel debu terasa licin sebagai tepung dan kurang melekat. Tanah yang mengandung fraksi debu yang tinggi dapat memegang air tersedia untuk tanaman (Hakim 1986). Fraksi liat pada kebanyakan tanah terdiri dari mineral-mineral yang berbeda-beda komposisi kimianya dan sifat-sifat lainnya dibandingkan dengan debu dan pasir. Fraksi liat memiliki luas permukaan yang besar. Di dalam tanah molekul-molekul air mengelilingi partikel-partikel liat berbentuk selaput tipis, sehingga jumlah liat akan menentukan kapasitas memegang air dalam tanah. Permukaan liat dapat mengadsorbsi sejumlah unsur-unsur hara dalam tanah. Dengan denikian liat yang permukaannya bermuatan negatif dianggap sebagai penyimpan air dan makanan tanaman (Hakim 1986). Liat terdiri dari butiran-butiran yang sanggat kecil dan menunjukkan sifat plastisitas dan kohesi. Kohesi menunjukkan kenyataan bahwa bagian-bagian bahan itu melekat satu sama lainnya, sedangkan plastisitas adalah sifat yang memungkinkan bentuk bahan itu dirubah-rubah tanpa perubahan isi atau tanpa kembali ke bentuk asalnya, dan tanpa terjadi retakan atau terpecah-pecah (Wesley 1973). 2. Struktur Tanah Menurut Haridjadja (1980) struktur tanah adalah susunan butiran tanah secara alami menjadi agregat dengan bentuk tertentu dan dibatasi oleh bidang-bidang dan Hardjowigeno (1995) mendefinisikan struktur tanah sebagai gumpalan kecil dari butiran-butiran tanah. Gumpalan struktur ini terjadi karena butir-butir pasir, debu dan liat terikat satu sama lain oleh suatu perekat seperti bahan organik, oksida-oksida besi dan lain-lain. Gumpalan-gumpalan kecil ini mempunyai bentuk, ukuran, dan kemantapan (ketahanan) yang berbeda-beda. Struktur tanah meliputi bentuk dan susunan agregat (tipe struktur), ukuran agregat (kelas struktur) dan kemantapan agregat (taraf perkembangan) (Haridjadja 1980). Menurut Hardjowigeno (1995) tanah dengan struktur baik (granuler, remah) mempunyai tata udara yang baik, unsur-unsur hara lebih mudah tersedia dan mudah diolah. Struktur tanah yang yang baik adalah yang bentuknya membulat sehingga tidak dapat saling bersinggungan dengan rapat. Akibat dari itu maka pori-pori tanah akan banyak terbentuk. Struktur tanah juga harus tidak mudah rusak (mantap) sehingga pori-pori tanah tidak cepat tertutup bila terjadi hujan. 5

19 3. Kadar Air Tanah Tanah terdiri dari tiga fase yaitu cair, padatan dan gas. Fase cair adalah air tanah yang mengisi bagian-bagian atau seluruhnya dari ruangan kosong diantara zarah-zarah padat (Haridjadja 1980). Air terdapat di dalam tanah karena ditahan (diserap oleh masa tanah), tertahan oleh lapisan kedap air, atau keadaan drainase yang kurang baik. Gaya adhesi, kohesi dan gravitasi mempengaruhi ditahan atau meresapnya air dalam tanah (Hardjowigeno 1995) Kadar air tanah merupakan nisbah antara berat air dengan berat tanah kering (basis kering), atau nisbah antara berat air dengan berat tanah basah (basis basah), atau nisbah antara volume air dengan volume tanah utuh (basis volume). Kadar air tanah dinyatakan dalam persen berat atau persen volume (sapei et al. 1990). Haridjadja (1980) memaparkan bahwa penetapan kadar air tanah dapat dilakukan dilapangan dan laboratorium. Metode penentuan kadar air dapat diklasifikasikan menjadi gravimetrik, tensiometri, tahanan listrik dan pembauran neutron. Cara gravimetrik dilakukan dengan cara sejumlah tanah basah dikeringkan dalam oven pada suhu 100 o C hingga 110 o C selama jam. Air yang hilang selama pemanasan merupakan air yang terdapat dalam tanah basah. Persamaan yang menyatakan besarnya kadar air tanah dapat dituliskan sebagai berikut: = 100% (Kadar air basis kering) dengan X adalah bobot contoh tanah dan Y adalah bobot contoh tanah yang telah dikeringkan di dalam oven (Haridjadja 1980). 4. Konsistensi Tanah Konsistensi tanah menunjukkan kekuatan daya kohesi butir-butir tanah atau daya kohesi butir-butir tanah dengan benda lain. Konsistensi tanah merupakan bagian dari ilmu yang mempelajari perubahan-perubahan bentuk (deformation) dan aliran suatu benda (flow) atau sering disebut sebagai Ilmu Rheologi. Sifat-sifat rheologi tanah dipelajari dengan menentukan angka-angka Atterberg, yaitu angka-angka kadar air tanah pada beberapa kondisi tanah. Angka Atterberg meliputi batas cair, batas plastis, batas melekat. Dalam keadaan kering, tanah dibedakan ke dalam konsistensi lunak sampai keras. Dalam keadaan basah dibedakan plastisitasnya yaitu dari plastis sampai tidak plastis atau kelekatannya yaitu dari tidak lekat sampai lekat. Dalam keadaan lembab atau kering konsistensi tanah dibedakan menjadi gembur jika dalam keadaan lembab atau lunak dalam keadaan kering dan teguh (lembab) atau keras (kering) (Harjowigeno 1995). Atas dasar air yang dikandung tanah, tanah dapat dipisahkan kedalam empat keadaan dasar,yaitu: padat, semi padat, plastis dan cair, seperti ditunjukkan pada Gambar 2. 6

20 Gambar 2. Batas-batas Attenberg a. Batas Cair [Liquid Limit (LL)] Batas cair adalah jumlah air terbanyak yang dapat ditahan tanah. Kalau air lebih banyak tanah bersama air akan mengalir. Dengan kadar air yang tinggi ini, tanah dapat melekat pada alat pengolahan tanah seperti bajak dan cangkul. Bila air berkurang maka melekatnya melekatnya tanah pada alat pengolahan juga berkurang, sehingga bila kadar air terus berkurang tanah tidak dapat melekat lagi (Harjowigeno 1995). b. Batas Plastis [Plastic Limit (PL)] Batas plastis adalah kadar air dimana gulungan tanah mulai tidak dapat digolek-golek (digulung-gulung) lagi. Kalau digolek-golek tanah akan pecah-pecah ke segala jurusan. Pada kadar air lebih kecil dari batas plastis tanah sukar diolah (Harjowigeno 1995). Batas plastis merupakan batas terendah dari tingkat keplastisan suatu tanah (Braja 1993). c. Indeks Plastisitas [Plasticity Index (PI)] Menurut Braja (1993) indeks plastisitas adalah perbedaan antara batas cair dengan batas plastis suatu tanah, atau = Tanah-tanah liat pada umumnya memiliki indeks plastisitas yang tinggi sedangkan tanah-tanah berpasir mempunyai indeks plastisitas yang rendah (Harjowigeno 1995). Jumlah dan ciri bahan koloid mempengaruhi plastisitas. Fraksi-fraksi liat silika menunjukkan plastisitas yang kuat dibandingkan dengan sesquioksida. Monmorillonit lebih plastis plastis dibandingkan dengan liat koalinit (Hakim 1986). Menurut Haridjadja (1980) konsistensi memiliki peran penting dalam penggarapan tanah (tillage). Pengolahan tanah dalam keadaan yang sanggat basah atau sanggat kering akan menyebabkan rusaknya struktur tanah yang akan berimbas pada memburuknya drainase tanah dan sukarnya akar menembus tanah. Tanahtanah yang mempunyai konsistensi baik umumnya mudah diolah dan tidak melekat pada alat pengolah tanah (Harjowigeno 1995). Dalam Hardiyatmo (1992) batasan mengenai indeks plastis, sifat, macammacam tanah dan kohesinya diberikan oleh Attenberg seperti pada tabel 1. 7

21 Tabel 1. Nilai indeks plastisitas dan macam tanah PI Sifat Macam Tanah Kohesi 0 Nonplastis Pasir Nonkohesif < 7 Plastisitas rendah Lanau Kohesif sebagian 7-17 Plastis sedang Lempung berlanau Kohesif > 17 Plastisitas tinggi Lempung Kohesif Kohnke (1980) menambahkan bahwa pengaruh dari kadar air mengakibatkan perubahan terhadap konsistensi. Hubungan antara konsistensi dan kadar air digambarkan seperti berikut. Gambar 3. Pengaruh kadar air terhadap konsistensi 5. Densitas Tanah Bulk Density atau kerapatan lindak menunjukkan perbandingan antara berat tanah kering dengan volume tanah termasuk pori-pori tanah. Bulk Density merupakan petunjuk kepadatan tanah, semakin padat suatu tanah maka semakin tinggi bulk density, artinya semakin sulit meneruskan air atau ditembus akar tanaman. Pada umumnya bulk density tanah berkisar antara g/cm 3. Akan tetapi ada juga beberapa jenis tanah yang mempunyai bulk density kurang dari 0.85 g/cm 3 (Hardjowigeno 1995). Menurut Pramuhadi (2005), pertumbuhan dan produksi tebu maksimum serta pertumbuhan gulma minimum terjadi pada kisaran densitas tanah g/cm 3. Pada suatu usaha pemadatan tanah yang tetap, bulk density tanah merupakan fungsi kadar air tanah. Bulk Density tanah meningkat mulai dari meningkatnya kadar air tanah dan mencapai puncak yang disebut sebagi kadar air optimum, selanjutnya menurun seiring dengan meningkatnya kadar air tanah (Hillel 1980). 6. Kekuatan Tanah Kekuatan tanah adalah kemampuan tanah untuk menahan beban tanpa mengalami kerusakan, baik berupa perpecahan, perpisahan ataupun aliran. Secara kuantitatif kekuatan tanah dapat didefinisikan sebagai tegangan maksimal yang dapat diberikan kepada tanah 8

22 tertentu tanpa menyebabkan kerusakan pada tanah tersebut (Hillel 1980). Kekuatan tanah tergantung pada gaya-gaya yang bekerja diantara butir-butirnya (Wesley 1973). Kekuatan geser tanah merupakan gaya perlawanan yang dilakukan oleh butir-butir tanah terhadap desakan atau tarikan (Hardiyatmo 1992). Wesley (1973) menambahkan bahwa kekuatan geser tanah adalah akibat gerak relatif antara butiran, bukan karana butirannya sendiri hancur. Menurut Hardiyatmo (1992), bila tanah mengalami pembebanan akan ditahan oleh: a. Kohesi tanah yang terkandung pada jenis tanah dan kepadatannya, tetapi tidak tergantung dari tegangan vertikal yang bekerja pada bidang geseran. b. Gesekan antara butir-butir tanah yang besarnya berbanding lurus dengan tegangan vertikal pada bidang gesernya. Couloumb (1773) mendefinisikan fungsi f(σ) sebagai: = tan dengan τ= kuat geser tanah,, c= kohesi tanah, σ =tegangan normal pada bidang runtuh dan θ=sudut gesek dalam tanah. Hubungan dari persamaan ini dapat digambarkan seperti berikut. Gambar 4. Grafik kekuatan geser Dalam tanah tidak berkohesi, kekuatan gesernya hanya terletak pada gesekan antara butiran tanah saja (c=0) sedangkan pada tanah berkohesi dalam kondisi jenuh, maka θ=0 dan τ=c (Sunggono 1984). Hardiyatmo (1992), mengungkapkan bahwa kekuatan geser tanah dari benda uji yang diperiksa di laboratorium, biasanya dilakukan dengan besar beban yang ditentukan terlebih dahulu dan dikerjakan dengan menggunakan tipe peralatan khusus. Beberapa faktor yang mempengaruhi besarnya kekuatan geser tanah yang diuji di laboratorium adalah : a. Kandungan mineral dan butiran tanah b. Bentuk partikel c. Angka pori dan kadar air d. Sejarah tegangan yang pernah dialami e. Tegangan yang ada di lokasi (di dalam tanah) f. Perubahan tegangan selama pengambilan contoh dari dalam tanah g. Tegangan yang dibebankan sebelum pengujian h. Cara pengujian i. Kecepatan pembebanan j. Kondisi drainasi yang dipilih, drainasi terbuka (drained) atau tertutup (undrained) k. Tekanan air pori yang ditimbulkan l. Kriteria yang diambil untuk penentuan kuat gesernya 9

23 Terdapat beberapa batasan ataupun kekurangan dalam pengujian kekuatan geser langsung, yaitu: a. Tanah benda uji dipaksa untuk mengalami keruntuhan (fail)) pada bidang yang telah ditentukan sebelumnya. b. Distribusi tegangan pada bidang kegagalan tidak seragam. c. Tekanan air pori tidak dapat diukur. d. Deformasi yang diterapkan pada benda uji hanya terbatas pada gerakan maksimum sebesar alat geser langsung dapat digerakkan. e. Pola tegangan pada kenyataannya adalah sangat kompleks dan arah dari bidang- f. Drainase tidak dapat dikontrol. bidang tegangan utama berotasi ketika regangan geser ditambah. Luas bidang kontak antara tanah di kedua setengah bagian kotak geser berkurang ketika pengujian berlangsung. Tetapi pengaruhnya sangat kecil pada hasil pengujian, sehingga dapat diabaikan. Keruntuhan mekanis biasanya terjadi pada proses pemotong tanah pada bagian permukaan pemotongan dalam (internal rupture surface) tanah dan pada batas tanah dengan permukaan alat pemotong. Dalam menganalisis mekanisme dari keruntuhan tanah diperlukan pengetahuna mengenai sifat mekanis tanah dalam hal ini kekuatan geser yang merupakan penjumlahan dari proses gesekan dan kohesi. Dengan menganalisis keruntuhan mekanis tanah ini dapat dirancang tipe alat pemotong yang efektif dan efisien (McKyes, 1985). Gambar 5. Keruntuhan tanah dalam proses pemotongan 10

24 III. METODOLOGI PENELITIAN A. WAKTU DAN TEMPAT Penelitian dilaksanakan mulai Agustus 2010 sampai Februari 2011 di Laboratorium Teknik Mesin dan Budidaya Pertanian Leuwikopo dan di Laboratorium Mekanika Dan Fisika Tanah, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. B. ALAT DAN BAHAN 1. Alat Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : a. Pengambilan Contoh Tanah: 1) Cangkul 2) Plastik wadah contoh tanah 3) Sekop kecil (kored) b. Pengukur kadar air: 1) Wadah (cawan) contoh tanah 2) Neraca elektronik 3) Mesin pengering (Oven) c. Uji Pemadatan Tanah (Uji Proktor): 1) Mold dengan diameter 10 cm, volume 1 liter 2) Base Plate 3) Collar 4) Reamer seberat 2.5 kg 5) Neraca elektronik 6) Peralatan pengukur kadar air 7) Ayakan tanah ᴓ 4.76 mm 8) Wadah (baki plastik) 9) Extruder 11

25 Gambar 5. Alat uji pemadatan tanah (Uji Proctor) d. Uji Konsistensi Tanah (Batas Cair Dan Batas Plastis): 1) Permukaan gelas/kaca yang halus 2) Silinder ᴓ 3 mm (sebagai acuan) 3) Spatula (pisau colet) 4) Ayakan ᴓ 0.42 mm 5) Peralatan pengukur kadar air tanah 6) Semprotan air 7) Standard Casagranda 8) Pembuat alur Gambar 6. Alat uji batas cair (Standard Casagrande) e. Uji Geser Langsung: 1) Peralatan uji geser langsung (Direct Shear Apparatus) 2) Peralatan pembuat contoh tanah (Trimmer) 3) Peralatan pengukur kadar air 12

26 Gambar 7. Alat uji geser langsung (Direct Shear Apparatus) 2. Bahan Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah contoh tanah yang diambil dari: 1) Lahan tebu PT Laju Perdana Indah, site Oku Timur, Sumatra Selatan 2) Lahan Tebu PG Jati Tujuh, Subang, Jawa Barat 3) Lahan kering di Desa Gataksari Kecamatan Kejajar Kabupaten Wonosobo, Jawa Tengah 4) Lahan kering di Desa Buntu kecamatan kejajar Kabupaten Wonosobo, Jawa Tengah 5) Lahan kering di Desa Cibatok Kecamatan Cibumbulang Kabupaten Bogor, Jawa Barat. C. PROSEDUR PENELITIAN Prosedur penelitian yang akan dilakukan secara garis besar meliputi pengambilan contoh tanah, pengukuran kadar air dan bulk density tanah lapangan, pengeringan contoh tanah, persiapan contoh tanah, pengujian kekuatan geser langsung, pengujian konsistensi tanah, pengujian pemadatan tanah seperti terlihat bagan alir penelitian pada Gambar Pengambilan Contoh Tanah Contoh tanah diambil dengan menggunakan alat bantu berupa cangkul, kantong plastik, dan sekop kecil (kored). Agar contoh tanah yang diambil dapat mewakili kondisi keseluruhan lahan maka dilakukan pengambilan contoh tanah di beberapa titik (5 titik) seperti pada gambar berikut : 13

27 Mulai Pengambilan Contoh Tanah Analisis Tekstur Tanah Pengeringan Contoh Tanah Persiapan Contoh Tanah Uji Konsistensi Uji Geser Langsung Uji Pemadatan Batas Cair dan Batas Plastis Kekuatan Geser Maksimum Densitas Maksimum dan Kadar Air Optimum untuk Pemadatan Analisis hubungan interaksi Selesai Gambar 8. Bagan alir kegiatan penelitian 14

28 Gambar 9. Penentuan titik-titik pengambilan contoh tanah 2. Analisis Tekstur Tanah Analisis tekstur tanah dilakukan untuk mengetahui persentase kandungan debu, liat, dan pasir yang terkandung dalam contoh tanah. Analisis ini dilakukan di Laboratorium Ilmu Tanah dan Sumber Daya Lahan, Fakultas Pertanian Institut Pertanian Bogor. Jumlah tanah yang dibutuhkan untuk analisis ini adalah 200 gram tiap contoh tanah. 3. Pengeringan Contoh Tanah Sebelum dilakukan pengujian, contoh tanah harus dikering-udarakan terlebih dahulu. Dilakukan pengeringan dengan kondisi kering-udara agar sifat-sifat yang dimiliki tanah tidak berubah. Proses pengeringan contoh tanah dilakukan dalam kurun waktu 2 (dua) minggu di Laboratorium Teknik Mesin Dan Budidaya Pertanian Leuwikopo. 4. Persiapan Contoh Tanah Contoh tanah yang telah dikeringkan selanjutnya dihancurkan agar diperoleh tanah dengan lolos ayakan ᴓ 4.76 mm guna keperluan uji pemadatan dan kekuatan geser tanah dan juga tanah dengan lolos ayakan ᴓ 0.42 mm guna uji konsistensi tanah. Persiapan contoh tanah dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin Dan Budidaya Pertanian Leuwikopo dengan alat bantu palu kayu, ayakan (ᴓ 4.76 mm dan ᴓ 0.42 mm), dan kantong plastik. 5. Uji Konsistensi Tanah (Uji Casagranda) Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui batas cair dan batas plastis serta indeks plastisitas dari masing-masing contoh tanah. Pengujian ini dilakukan di Laboratorium Mekanika Dan Fisika Tanah. a. Prosedur Penentuan Batas Cair: 1) Contoh tanah lolos ayakan ᴓ 0.42 mm sebanyak 100 gram diletakkan di permukaan gelas/kaca es 15

29 2) Contoh tanah dibuat pasta dengan penambahan air, lalu ditutup selama 30 menit dengan kain basah 3) Pasta tanah dimasukkan ke mangkuk Casagranda setebal 1 cm, lalu dibuat alur 4) Arah pembuatan alur vertikal sedemikian sehingga tanah tidak rusak atau tergeser 5) Memasang mangkuk ke alat Casagranda 6) Alat diputar dengan kecepatan 2 putaran/detik 7) Diketuk hingga kedua sisi bertemu sepanjang 1.5 cm 8) Hitung banyaknya ketukan, ukur kadar air di sekitar tempat pertemuan tersebut 9) Batas cair hasil percobaan terhadap contoh tanah adalah kadar air tanah pada 25 ketukan tanah bertemu. Caranya bisa ditempuh dengan interpolasi 3 kali dibawah 25 ketukan dan 3 kali di atas 25 ketukan pada batas ketukan antara 10 sampai 50 ketukan. b. Prosedur Penentuan Batas Plastis: 1) Contoh tanah lolos ayakan ᴓ 0.42 mm sebanyak 100 gram diletakkan di permukaan gelas/kaca es 2) Contoh tanah dibuat pasta dengan penambahan air, lalu tutup selama 30 menit dengan kain basah 3) Contoh tanah dibuat silinder sebesar ᴓ 3 mm dengan tangan 4) Apabila gulungan contoh tanah retak sebelum mencapai ᴓ 3 mm maka tanah terlalu kering, harus diulangi 5) Apabila gulungan contoh tanah belum retak setelah mencapai ᴓ < 3 mm maka tanah terlalu basah, harus diulangi 6) Batas plastis tercapai apabila gulungan contoh tanah retak saat contoh tanah tepat mencapai ᴓ 3 mm 7) Tanah ᴓ 3 mm retak dikumpulkan ke dalam wadah sebanyak 6 gram, kemudian diukur kadar airnya, Langkah ini dilakukan 2 kali ulangan 8) Selisih perbedaan kadar air kedua ulangan tersebut tidak boleh lebih dari 2% 9) Batas plastis hasil percobaan terhadap contoh tanah adalah rata-rata nilai kadar air kedua ulangan tersebut 6. Uji Kekuatan Geser Langsung Tanah Pengukuran kekuatan geser dalam penelitian ini dilakukan dengan uji geser langsung (Direct Shear Test) menggunakan alat uji geser langsung (Direct Shear Apparatus). Contoh tanah yang akan diteliti dimasukkan ke dalam Direct Shear Apparatus kemudian diberikan beban vertikal (tegangan normal) yang konstan. Kemudian contoh tanah tersebut diberikan tegangan geser sampai nilai maksimum. Tegangan geser ini diberikan dengan kecepatan bergerak (Strainrate) yang konstan dan cukup pelan (2% / menit) sehingga tegangan air pori selalu tetap nol. Prosedur pengukuran kekuatan geser tanah menggunakan Direct Shear Apparatus adalah sebagai berikut : a. Buat contoh tanah dengan menggunakan Trimmer b. Ukur berat, dimensi dan kadar air contoh tanah 16

30 c. Letakkan / masukkan contoh tanah ke dalam kotak geser d. Pasang kotak geser ke peralatan geser e. Set pengukur beban (R) dengan deformasi (δ) = 0 f. Beri beban normal (σ) g. Pemberian beban normal minimal ada tiga macam, yaitu 0.5 kgf/cm 2, 1.0 kgf/cm 2, dan 1.5 kgf/cm 2, supaya dapat dibuat kurva garis lurus dalam kurva τ terhadap σ. h. Beri beban geser dengan laju pembebanan 2% / menit i. Catat beban (R) pada setiap deformasi (δ) sebesar 20 skala, dengan nilai k = kgf/skala R j. Hitung kekuatan geser (τ) dengan rumus : τ = R.k A = R.k 1/4 пd 2 Dari ketiga kurva hubungan τ terhadap σ diperoleh τ max pada tiap kurva. Buat kurva hubungan τ max terhadap σ, sehingga diperoleh suatu garis lurus, dan didapatkan nilai kohesi (c) dan sudut gesek dalam (Φ) 7. Uji Pemadatan Tanah Pemadatan adalah suatu proses dimana udara pada pori-pori tanah dikeluarkan dengan salah satu cara mekanis. Cara mekanis yang digunakan dalam pemadaatan boleh bermacam-macam. Di lapangan biasanya dipakai cara menggilas, sedangkan dilaboratorium dipakai cara memukul. Untuk setiap daya pemadatan tertentu (certain compactive effort) kepadatan yang tercapai tergantung kepada banyaknya air di dalam tanah tersebut, yaitu kepapda kadar airnya. Air berlaku sebagai bahan pelumas sehingga tanah akan mudah dipadatkan dan ruang kosong antara butiran akan menjadi lebih kecil. Pada kadar air yang lebih tinggi lagi kepadatan akan turun lagi karena pori-pori tanah menjadi penuh terisi air yang tidak dapat dikeluarkan dengan cara memadatkan. Kepadatan tanah biasanya diukur (dinilai) dengan menentukan berat isi keringnya, bukan dengan menentukan angka porinya. Lebih tinggi berat isi kering maka lebih kecil angka pori dan lebih tinggi derajat kepadatannya (Wesley 1973). Tujuan pemadatan di lapangan adalah mendapatkan tanah pada keadaan kadar air optimumnya, sehingga tercapai keadaan paling padaat. Dengan demikian tanah tersebut akan memiliki kekuatan yang relatif besar, compressibility yang kecil dan pengaruh air terhadapnya akan diperkecil (Wesley 1973). Jenis tanah, yang diwakili oleh distribusi ukuran-butiran, bentuk butiran tanah, berat spesifik bagian padat tanah dan jumlah serta jenis mineral lempung yang ada pada tanah mempunyai pengaruh besar terhadap harga berat volume kering maksimum dan kadar air optimum dari tanah tersebut (Braja 1993). Tanah lanau (debu) yang dipadatkan umumnya akan stabil dan mampu memberikan kuat geser yang cukup dan sedikit kecenderungan perubahan volume. Tapi, tanah lanau sangat sulit dipadatkan bila dalam keadaan basah karena permeabilitasnya rendah. Tanah lempung (liat) yang dipadatkan dengan benaar akan memberikan kuat geser yagn tinggi. Stabilitas terhadap kembang-susut tergantung dari jenis kandungan mineralnya. Lempung padat memiliki permeabilitas yang rendah dan tanah ini tidak dapat 17

31 dipadatkan dengan baik pada waktu basah. Bekerja dengan tanah lempung yang basah akan mengalami banyak kesulitan (Hardiyatmo 1992). Traksi dan alat transportasi dirancang untuk menghasilkan gaya traksi atau untuk memberikan pijakan bagi kendaraan agar pergerakan roda lebih optimum dan untuk pertimbangan energi. Ketika fungsi utama alat traksi terpenuhi, deformasi tanah menjadi bagian dari hubungan antara tanah dengan alat traksi dan harus diperhatikan (Reidy dan Reed, 1966). Traksi yang terjadi pada tanah akan mengakibatkan terjadinya pemadatan tanah dan intensitas kontak antara alat traksi dengan tanah akan meningkatkan pemadatan tanah (McKyes, 1985). Uji ini dilakukan untuk mengetahui karakteristik pemadatan (kompaksi) tanah yang tergantung oleh jenis tanah, ukuran partikel tanah, kadar air, dan perlakuan pemadatan. Uji kompaksi terhadap contoh tanah pada penelitian ini menggunakan metode Standard Proctor dengan cara wetting process (perubahan dari kondisi kering ke basah) dan pengambilan contoh tanahnya secara repeating sample (berulang-ulang). Prosedur penelitian uji pemadatan tanah menggunakan metode Standard Proctor adalah: a. 3 kg contoh tanah lolos ayakan ᴓ 4.76 mm dimasukkan ke dalam wadah b. Tanah dipadatkan dengan membuat 3 lapisan, masing-masing lapisan diberikan tekanan dengan reamer sebanyak 25 kali ketukan c. Bagian tepi atas tanah dipotong d. Ukur bulk density tanah dengan cara: 1) Timbang berat mold + base plate (m 1 ) 2) Timbang berat mold + base plate + tanah padat (m 2 ) 3) Hitung kadar air contoh tanah (w) 4) Hitung densitas basah (ρt) 5) Hitung densitas kering (ρd) 6) Hitung densitas tanah (ρs) dengan menggunakan persamaan: ρ w ρs = ( 1 GS + w 100 ) dimana : ρw = densitas air ( 1 g/cm 3 ) GS = specific gravity ( 2.7 ) w = kadar air contoh tanah (%) 7) Kadar air tanah diubah dengan cara: a) Tanah dikeluarkan dengan alat extruder b) Tanah dihancurkan kembali c) Ditambahkan air 8) Tanah dipadatkan kembali, diulang terus hingga densitasnya turun (± 5 kali ulangan) 18

32 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Sifat Fisik Tanah pada Berbagai Tekstur Tanah Sifat fisik tanah yang diamati dalam penelitian ini meliputi tekstur tanah, konsistensi tanah dan densitas tanah. Tekstur tanah merupakan faktor yang digunakan sebagai pembanding dalam penelitian ini. Menurut sistem klasifikasi tekstur tanah atas dasar persentase fraksi-fraksi penyusunnya oleh Departemen Pertanian Amerika Serikat (USDA) sampel-sampel yang digunakan dalam pengujian memiliki kelas tekstur lempung, lempung berpasir, lempung berliat, lempung liat berpasir dan liat. Sampel tanah dari PT Laju Perdana Indah dan Desa Buntu memiliki fraksi pasir yang besar yaitu 70% sedangkan fraksi liat yang paling tinggi terdapat pada sampel tanah dari lahan tebu PG Jati Tujuh dengan nilai 54.39%. Pengklasifikasian tekstur tanah secara lengkap tersaji pada Tabel 2. Tabel 2. Pengklasifikasian tekstur tanah Tekstur Lokasi pasir debu liat (%) (%) (%) kelas tekstur menurut USDA Pulau Jawa Desa Cibatok Kecamatan Cibumbulang Kabupaten Bogor Liat (Clay) Lahan Tebu PG Jati Tujuh Desa Gataksari Kecamatan Kejajar Kabupaten Wonosobo Desa Buntu kecamatan kejajar Kabupaten Wonosobo Pulau Sumatera lempung berliat (Clay loam) Lempung (Loam) lempung berpasir (Sandy Loam) Lahan tebu PT Laju Perdana Indah lempung liat berpasir (Sandy clay loam) Pengamatan pada konsistensi tanah meliputi pengamatan terhadap kadar air batas plastis (plastic limit), kadar air batas cair (liquid limit), dan indeks plastisitas tanah yang merupakan angkaangka Attenberg. Konsistensi dalam pertanian dapat digunakan sebagai parameter mudah-tidaknya tanah untuk diolah. Hasil pengamatan terhadap parameter konsistensi tanah tersaji dalam Tabel 3 dan data mengenai masing-masing sampel tersaji pada Lampiran 1. Dari hasil pengamatan batas cair dan batas plastis yang dilakukan terhadap sampel tanah diperoleh nilai batas plastis dan batas cair yang beragam. Nilai batas cair dan batas plastis tertinggi terjadi pada contoh tanah yang diambil di Desa Cibatok yaitu 56.01% untuk kadar air batas cair dan 35.96% untuk kadar air batas plastis. Tingginya batas cair dan batas plastis ini diakibatkan oleh besarnya fraksi liat yang terkandung dalam contoh tanah. Seperti yang talah dipaparkan oleh Wesley (1973) bahwa liat menunjukkan sifat plastisitas dan kohesi. Dengan adanya kohesi ini maka bagian-

33 bagian penyusun tanah akan saling berikatan dan melekat satu dengan yang lainnya. Kadar air batas cair dan batas plastis contoh tanah yang diuji tersaji pada Gambar 10. Lokasi Desa Cibatok Jati Tujuh Laju Perdana Indah Desa Gataksari Desa Buntu Tabel 3. Batas Cair dan Batas Plastis Tanah Konsistensi Tekstur Batas Batas Cair Plastis Pasir Debu Liat Kelas (%) Tekstur (%) (%) Indeks Plastisitas liat Lempung Berliat Lempung liat berpasir Lempung Lempung Berpasir Kadar Air (%) 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 Batas Cair 56,01 54,08 40,40 35,96 24,84 20, Cibatok Jati Tujuh LPI Gataksari Buntu Batas Plastis Lokasi Gambar 10. Batas cair dan batas plastis Pada contoh tanah dari Desa Buntu dan Desa Gataksari besarnya nilai kadar air batas cair dan batas plastis tidak dapat diuji. Pada pengujian batas cair tanah yang telah menjadi pasta sulit dibentuk di mangkuk kuningan dan pada saat telah mampu dibentuk kadar air yang tercapai terlalu tinggi sehingga hanya dalam lima ketukan saja tanah telah menyatu. Pada pengujian batas plastis tanah tidak dapat digulung-gulung. Tidak mampunya kedua contoh tanah tersebut untuk diuji disebabkan karena keduanya tidak memiliki jumlah fraksi liat yang cukup. Nilai batas plastis dan batas cair tidak dapat diperoleh disebabkan karena tingginya fraksi debu. Fraksi debu bersifat sanggat mudah menyerap air namun memiliki ikatan yang lemah sehingga tanah dengn fraksi debu yang tinggi akan lebih cepat basah dan berikatan lemah. Dari pengujian sampel tanah diperoleh data indeks plastisitas seperti pada Gambar 11 dan Gambar 12. Pada kurva tampak bahwa indeks plastisitas dari sampel tanah yang diambil dari Desa 20