alat dan mesin pengolahan tanah-4

Sistematika dan Proses Pengolahan Tanah dengan Bajak

Proses yang terjadi pada pengolahan tanah dengan bajak dapat diasumsikan terdiri dari beberapa bagian proses. Untuk alat ini, proses yang terjadi terdiri dari proses intake, main flow dan output.
Proses intake merupakan proses dimana suatu bagian/lapisan tanah dipisahkan dari bagian utamanya. Proses main flow adalah proses yang terjadi selama tanah bergerak sepanjang bagian alat (plough-body). Proses output mencakup perubahan yang terjadi setelah irisan tanah terlepas dari alat. Sebagai contoh, pada Gambar 11 disajikan beberapa karakteristik bajak dengan batasan masing-masing proses : a-h disebut sebagai bajak 2-diraensi dengan ciri-ciri sebagai berikut : 1) lebar tidak terbatas, 2) mempunyai cutting edge horisontal yang selalu tegak lurus terhadap  arah kerja.

Dalam hal ini proses tidak bervariasi sepanjang arah horisontal yang tegak lurus dengan arah kerja, bila efek keragaman tanah tidak diperhitungkan. Pada bajak 2-dimensi, karakteristik yang penting adalah bentuk permukaan, sudut potong, dan kedalaman pengolahan yang berkaitan dengan ukuran seperti ketinggian alat. Apabila masing-masing dari ketiga karakteristik ini, dipilih dua katagori maka akan ada delapan bajak standar sesuai dengan yang tercantum pada Tabel 1.

Tabel 1. Karekteristik Bajak  2-dimensi

Bajak lain yang ditunjukkan pada Gambar 11. lebih banyak dikenal penggunaannya pada pertanian, yaitu : bajak singkal, rotary, sweep, bajak pemanen kentang. Pada gambar terlihat bahwa A, B, dan C masing-masing menunjukkan proses intake, main flow dan output. Ternyata tidak semua bagian proses dapat dilihat secara jelas pada setiap alat.
Proses Intake : Bentuk-bentuk proses intake dikatagorikan sebagai berikut.

• Intake dengan keruntuhan bidang potong : keruntuhan permukaan terjadi dan tegangan normal bekerja pada hampir seluruh bagian permukaan (Gambar 12a).
• Intake dengan pemotongan tetap : keruntuhan permukaan tanah tidak atau jarang terjadi (Gambar 12 b) .
• Intake dengan retak terbuka : keretakan terjadi mulai dari ujung pisau bajak sampai pada batas penetrasi, wedge (Gambar l2c) .

Gambar 11. Beberapa bentuk bajak (A=intake, B= main flow, C= output)

 

Pada katagori pertama, mata pisau bajak mencoba mendorong tanah ke arah atas yang menyebabkan meningkatnya tegangan pada bagian tersebut. Segera setelah tegangan ini menjadi sama besar dengan kekuatan tanah (soil strength) yang merupakan penjumlahan gaya kohesi tanah dan gaya gesekan dalam, maka bidang keruntuhan mulai terbentuk dan merembet secara cepat ke permukaan tanah. Bidang keruntuhan memisahkan bongkahan tanah dimana bongkahan tanah tersebut selanjutnya bergerak ke atas sepanjang alat, tetapi masih dalam kondisi padat. Setelah proses pemisahan selesai yaitu setelah tegangan melampaui kohesi dan gesekan dalam maka tahanan pemotongan akan turun sampai akhirnya naik kembali akibat gaya dorong/kerja alat. Proses ini berulang kembali sampai terbentuk bongkahan berikutnya (Sohne, 1956).

Pada katagori kedua, setiap elemen volume tanah mengalami deformasi yang memungkinkan irisan tanah tersebut mengikuti perubahan sesuai dengan arah kerja alat tanpa mengalami pecah.

Pada katagori ketiga, mata bajak masuk ke dalam tanah dan menyebabkan timbulnya tegangan di dalam tanah, yang pada waktu tertentu akan mulai timbul retakan. Kejadian tersebut akan berlanjut ke arah horisontal yang sekaligus membuka lintasan bagi pisau bajak.

Gambar 12. Proses intake

Pisau menembus masuk ke dalam retakan seperti wedge, sehingga retakan terus terjadi. Arah penyebaran retakan tidak tetap. Pada keadaan tertentu arah retakan lebih banyak ke bawah dan ke atas, sehingga mata pisau tidak dapat lagi beroperasi raenurut lintasan retakan tetapi harus raenembus bagian tanah padat seperti semula. Pada waktu itu kecepatan pembentukan retakan raenurun dan seringkali pada waktu tertentu kecepatan ini menjadi nol. Dengan dimulainya kembali penetrasi pisau bajak pada tanah padat (utuh) maka periode baru dari proses intake dimulai kembali.

Jadi pada proses intake, ada masanya dimana mata pisau menembus atau memotong tanah baru (utuh) dan adakalanya berkerja sebagai wedge sebagaimana retak yang biasanya berlanjut secara kontinyu dengan arah yang berubah-ubah. Batas gerakan dan gerak pembentukan retakan dapat saling mempengaruhi sehingga memungkinkan timbulnya fenomena berikut, yaitu terbentuknya lubang atau saluran di bagian dasar furrow dan irisan yang tertinggal di bawah furrow serta irisan yang tertinggal pada proses main flow.
Proses Main Flow :  Bentuk dasar dari main flow   adalah ditentukan oleh variasi cekungan (kurvatur) pisau bajak. Berikut ini diperlihatkan beberapa contoh variasi cekungan bajak : 

• Pisau bajak dengan sudut cekungan yang makin membesar pada bagian tepi.
• Pisau bajak  dengan sudut cekungan yang makin mengecil pada bagian tepi.
• Pisau bajak dengan sudut cekungan konstan.

Pada bajak dengan sudut cekungan makin membesar pada bagian tepi, proses main flow yang berlangsung adalah sebagai berikut. Tanah yang berasal dari proses intake dipindahkan ke proses output melalui proses main flow. Selama proses main flow, tanah dapat juga mengalami perubahan. Bentuk dari irisan yang dihasilkan oleh proses main flow ditentukan oleh proses intake. Apabila proses intake termasuk katagori pemotongan tetap, maka irisan tanah akan bersifat kontinyu. Suatu proses intake yang disertai dengan garis keruntuhan akan menghasilkan irisan tanah yang terdiri dari potongan-potongan tanah, bergerak dengan dipisahkan oleh garis-garis keruntuhan yang paralel satu sama lain. Apabila terbentuk retakan terbuka selama proses intake maka biasanya main flow akan menerima irisan tanah yang mengalami retakan pada bagian bawah. Bagian atas irisan tanah yang menghubungkan bagian irisan tanah yang mengalami retakan disebut sebagai “hinges”.

Terdapat tiga tipe irisan tanah yang akan melalui proses main flow, yaitu (Gambar 13) :

• Irisan tanah utuh, tidak mengalami pecah (I)
• Irisan tanah yang dihubungkan dengan hinges (II)
• Irisan tanah dengan gerak potongan tanah sinkron (III)

Irisan tipe I : tanah yang masuk pada proses main flow tidak mengalami pecah. Apabila terjadi kontak penuh antara bagian dasar irisan tanah dengan permukaan bajak,' maka seluruh bagian irisan tanah ini akan mengalami deformasi karena sudut cekungan bajak tidak konstan. Pada keadaan tertentu sangat mungkin terjadi kehilangan kontak antara irisan tanah dan permukaan bajak sehingga terbentuk retakan pada bagian bawah irisan tanah, seperti terlihat pada Gambar 14.

Gambar 13. Tipe Main Flow

Irisan tipe II : apabila irisan tanah yang masuk ke main flow terdiri dari potongan-potongan tanah yang disatukan oleh hinges, dan ternyata ikatan tersebut tidak lebih lemah dari ikatan masing-masing potongan tanahnya, maka perilaku irisan tanah itu akan sama dengan perilaku irisan tanah tipe I (unbroken strip). Apabila hinges jauh lebih lemah dari ikatan potongan tanah di bawahnya maka setiap perubahan pada sudut cekungan akan diserap seluruhnya oleh hinges sehingga potongan-potongan tanah akan bergerak seperti benda kaku sepanjang pisau bajak. Oleh karena sudut cekungan membesar, maka retakan di bawah hinges akan makin melebar. Biasanya retakan yang menghasilkan hinges terbentuk dari dasar irisan mengarah ke depan dan ke atas, dan potongan tanah akan terbentuk menurut pola ini.

Irisan tipe III : Apabila proses intake menghasilkan suatu set potongan tanah yang bergerak paralel satu dengan lainnya, maka gerakan paralel ini akan dipertahankan seterusnya sepanjang pisau bajak dan akan tetap paralel meskipun terjadi perubahan pada cekungan permukaan alat. Bila gaya tarik menarik atau daya ikat antara potongan tanah lemah pada pisau yang memiliki cekungan, maka bagian dasar dari potongan ini akan meremah dan mengisi/ menempati cekungan pisau bajak. Selanjutnya permukaan pisau bajak akan berubah kira-kira menjadi sama dengan pisau datar tanpa cekungan, dan potongan tanah tidak lagi bergerak paralel satu dengan lainnya (Gambar 14 ).

Gambar 14. Retakan yang terbentuk karena tidak terjadi kontak antara permukaan pisau dan tanah

Gambar 15. Kelengketan tanah (sticking) pada permukaan

Gambar 16. Proses pengisian tanah pada cekungan pisau

Pada bajak dengan sudut cekungan mengecil pada bagian tepi, proses main flow yang dialami untuk tipe irisan I, II dan III juga berlaku. Khusus untuk tipe irisan II berlaku :

• retakan di bawah hinges mengikuti gerakan irisan sepanjang bajak.
• jatuhnya potongan tanah jauh lebih sedikit.

Main flow pada bajak dengan sudut cekungan konstan mengalami proses seperti yang terjadi pada irisan tipe III. Meskipun sudut cekungan tidak konstan, gerakan relatif dari potongan tanah adalah tetap dengan mengikuti perubahan cekungan tanpa terjadi rotasi pada potongan-potongan tanah. Akan tetapi bila main flow menerima irisan tanah utuh atau irisan yang diikat oleh hinges, maka tipe proses yang terjadi tidak melibatkan deformasi bila irisan tanah mengikuti bentuk permukaan bajak.

Proses Output : Merupakan proses perubahan yana terjadi pada saat tanah meninggalkan bajak, Apabila tanah masih berbentuk irisan pada saat meninggalkan bajak maka tanah tersebut akan mengalami tegagan yang besar pada penampang ujung irisan. Pada kepanjangan tertentu irisan tanah tersebut akan pecah dan terputus. Bila keruntuhan permukaan telah selesai, maka terbentuk potongan-potongan tanah yang akhirnya jatuh bebas. Biasanya potongan tanah ini mempunyai bentuk dan dimensi yang berbeda dengan potongan tanah yang terbentuk pada proses intake dan main flow.

Lamanya pembentukan potongan-potongan tanah pada proses pemecahan sangat tergantung pada kekuatan tanah (soil strength) dan derajat peremahan (weakening) yang terjadi pada proses intake dan main flow. Gambar 17 memperlihatkan bentuk dan ukuran potongan-potongan tanah yang terbentuk pada saat tanah meninggalkan bajak. Pada Gambar terlihat retakan yang terbentuk selama proses intake dan main flow digambarkan dengan garis tebal, sedangkan retakan yang terjadi pada saat tanah meninggalkan bajak digambarkan dengan garis putus-putus. Notasi a, b, c, d dan e menunjukkan perbedaan dalam hal pembentukan retakan baik jumlah maupun jaraknya. Potongan tanah yang panjang pada Gambar d adalah merupakan output dari irisan tanah yang berkohesi tinggi.

http://images.nurshuhada2010.multiply.multiplycontent.com/attachment/0/THqzzgooCycAAEi02jM1/Alat%20dan%20Mesin%20Pengolahan%20Tanah4.swf?key=nurshuhada2010:journal:13&nmid=361657598
Gambar 17. Bentuk dan ukuran potongan tanah pada proses output.