TPT XX PERHAPI 2011 10-11 Oktober 2011, The Santosa Villas and Resort Sengigi, Lombok, NTB
ANALISIS KOEFISIEN TAHANAN GULIR ALAT ANGKUT DUMP TRUCK PADA JALAN ANGKUT DI KUARI BATUGAMPING Yudhidya Wicaksana, Nuhindro P. Widodo, Suseno Kramadibrata, Ridho K. Wattimena, Fajar Ismail, Batara Nainggolan Laboratorium Geomekanika dan Peralatan Tambang, FTTM ITB
Abstrak Produktifitas penambangan dipengaruhi kinerja alat angkut dan alat muat, salah satu faktor yang mempengaruhi kinerja dari alat angkut adalah Tahanan Gulir atau Rolling Resistance (RR). Koefisien tahanan gulir atau Coeffisien of Rolling Resistance (CRR) adalah besarnya tahanan gulir yang bekerja dibagi beban normal kendaraan. Pengukuran nilai CRR dilakukan di skala lapangan dengan menggunakan alat angkut dump truck bermuatan total 5-15 ton dengan material jalan batugamping. Variabel-variabel pada penelitian ini adalah berat total muatan, tekanan pemompaan ban, dan kecepatan penarikan. Dari hasil pengujian didapatkan nilai CRR untuk material batugamping dengan jenis ban dump truck tipe bias. Berdasarkan hasil pengujian dapat ditunjukkan bahwa kenaikan berat muatan dan kecepatan penarikan akan meningkatkan nilai CRR, sedangkan kenaikan tekanan pemompaan akan menurunkan nilai CRR. Untuk memperoleh hubungan empirik antara antara nilai CRR yang dihasilkan dengan parameter terkait maka dilakukan analisis dimensi. Kata kunci: rolling resistance, coefficient rolling resistance, batugamping 1.
Pendahuluan
Salah satu aktivitas yang dilakukan pada tambang terbuka atau bawah tanah di antaranya adalah kegiatan pemindahan tanah mekanis yang meliputi pekerjaan penggalian, pemuatan, pengangkutan tanah atau batuan. Alat muat pada kegiatan pemindahan tanah mekanis, kinerjanya dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain adalah tahanan gulir (RR, Rolling Resistance), tahanan kemiringan (GR, Grade Resistance), koefisien traksi, rimpull, percepatan, ketinggian dari permukaan laut, dan keahlian operator. Di antara faktor-faktor tersebut, yang bersifat spesifik untuk setiap kondisi ban dan jalan adalah tahanan gulir karena merupakan interaksi antara ban dan permukaan jalan.
Halaman 1 dari 8
TPT XX PERHAPI 2011 10-11 Oktober 2011, The Santosa Villas and Resort Sengigi, Lombok, NTB
Prodjosumarto (1996) menyatakan bahwa tahanan gulir dapat didefinisikan sebagai jumlah segala gaya-gaya luar yang berlawanan dengan arah gerak kendaraan yang berjalan di atas jalur jalan atau permukaan tanah. Wong (1993) menyebutkan bahwa tahanan gulir pada pemukaan jalan yang keras disebabkan terutama oleh adanya defleksi rangka ban pada saat ban berputar. Karena sifatnya yang berlawanan dengan arah gerak ban maka semakin besar nilai tahanan gulir maka diperlukan gaya yang lebih besar untuk mengatasi tahanan gulir tersebut. Gaya Tarik Tahanan Aerodinamis
Ft
Ra Tahanan Kemiringan
Ftlc 2
Rg = Rr
Winch Machine
θ
W si nθ Rolling resistance Rr
W cos θ
W
Ft LC θ
Gambar 1. Gaya-gaya yang bekerja pada kendaraan
Penelitian ini merupakan kelanjutan penelitian sebelumnya yaitu Kramadibrata dkk. (2002) dan Widodo dkk. (2009) dimana pada penelitian tersebut didapatkan nilai koefisien tahanan gulir (CRR, Coefisien of Rolling Resistance) pada berbagai variasi variabel, seperti: variasi beban, jenis landasan, kemiringan, dan tekanan ban. Widodo dkk. (2009) melakukan penelitian pada jalan angkut di tambang terbuka batubara hingga beban maksimum 1 ton dengan berbagai variasi jenis ban, kemiringan jalan dan tekanan ban. Penelitian ini merupakan salah satu tahap persiapan untuk penelitian di jalan angkut tambang batubara dengan skala yang lebih besar (mencapai 40 ton beban maksimum). Penelitian ini dilakukan pada jalan angkut dengan material batugamping di lokasi tambang kuari yang berlokasi di Desa Citatah, Kabupaten Bandung Barat, Provinsi Jawa Barat. Beban maksimum pada jalan dengan material batugamping mencapai 15 ton. 2.
Batasan penelitian
Penelitian dilakukan untuk mencari nilai koefisien tahanan gulir pada berbagai kondisi parameter. Adapun batasan-batasan masalah penelitian ini, yaitu:
Halaman 2 dari 8
TPT XX PERHAPI 2011 10-11 Oktober 2011, The Santosa Villas and Resort Sengigi, Lombok, NTB
3.
•
Penelitian dilakukan di tambang batugamping di Desa Citatah, Kabupaten Bandung Barat, Provinsi Jawa Barat.
•
Alat angkut yang digunakan adalah dump truck bermuatan maksimal 15 ton yang ditarik oleh dump truck lainnya yang bermuatan lebih besar.
•
Berat muatan dump truck bervariasi mulai muatan total 5 ton, 10 ton, dan 15 ton.
•
Ban yang digunakan adalah ban dump truck dengan jenis ban bias dengan diameter 94 cm dan lebar ban 19 cm dengan variasi tekanan ban 140 Psi (772,18 kPa) dan 112 Psi (965,23 kPa). Uji Lapangan
3.1. Kondisi Jalan Pada Lokasi Pengujian Pengujian tahanan gulir dilakukan pada jalan tambang batugamping di lokasi perbukitan. Material pembentuk jalan adalah material batugamping yang diasumsikan relatif homogen tanpa adanya sisipan material lainnya. Pada jalan yang digunakan untuk penelitian, lapisan atasnya terdapat lapisan tipis debu dan kerikil-kerikil kecil. Profil kemiringan jalan terbagi menjadi tiga segment besar, yaitu kemiringan 0% dengan panjang ± 6 m, kemiringan 4% dengan panjang ± 80 m, dan 10% dengan panjang ± 14 m. Penelitian dilakukan pada segment jalan dengan kemiringan 4% karena jalan dengan kemiringan 4% lebih panjang daripada jalan pada kemiringan 0% dan 10%. (lihat Gambar 2). Beda elevasi titik awal dan titik akhir pengujian adalah 1,4 m. Grade 10
%
Titik akhir Grade 4 %
Titik start
Grade 0 %
14 m 80 m
6m
Gambar 2. Penampang memanjang jalan tambang pada daerah pengujian
3.2. Pengambilan data Pengujian di lapangan menggunakan peralatan berupa dump truck bermuatan 5-15 ton sebagai dump truck yang ditarik dan truck bermuatan maksimal 25 ton sebagai kendaraan penarik. Penggunaan truck yang berbeda muatan ini dimaksudkan agar truck yang bermuatan lebih besar kuat menarik truck yang lebih kecil. Dump truck yang berada di depan menarik dump truck di belakang dengan menggunakan sambungan besi
Halaman 3 dari 8
TPT XX PERHAPI 2011 10-11 Oktober 2011, The Santosa Villas and Resort Sengigi, Lombok, NTB
yang telah dimodifikasi sehingga pada sambungan tersebut dapat ditempatkan load cell tekan. Fungsi load cell tekan ini menggantikan fungsi dari load cell tarik yang digunakan pada penelitian-penelitian sebelumnya. Alasan pemilihan load cell tekan adalah karena load cell tekan memiliki nilai tekanan yang lebih besar daripada load cell tarik, sehingga load cell tekan dapat mengakomodir penelitian pada skala lapangan yang menggunakan dump truck berukuran besar. Gambaran sistematik pengambilan data di lapangan dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Pengambilan data di lapangan
3.3. Hasil dan analisis Gambar 4.a merupakan hubungan koefisien tahanan gulir terhadap berat pada berbagai kecepatan dan tekanan pemompaan untuk kemiringan 4%. Secara umum, Gambar 4.a menunjukan bahwa semakin besar muatan total yang bekerja, maka nilai koefisien tahanan gulir yang bekerja semakin besar, kecenderungan ini diakibatkan semakin besar muatan yang bekerja maka semakin besar deformasi dan defleksi rangka ban pada lintasan sehingga deformasi dan gesekan antara ban dengan jalan semakin besar, yang akan menyebabkan gaya tarik yang diperlukan untuk menarik dump truck semakin besar dan meningkatkan koefisien tahanan gulir Gambar 4.b merupakan hubungan koefisien tahanan gulir terhadap tekanan ban pada kecepatan 10 km/jam, 15 km/jam, dan 20 km/jam serta variasi berat total untuk kemiringan 4%. Gambar 4.b menunjukkan kecenderungan bahwa semakin besar tekanan pemompaaan yang
Halaman 4 dari 8
TPT XX PERHAPI 2011 10-11 Oktober 2011, The Santosa Villas and Resort Sengigi, Lombok, NTB
diberikan maka nilai koefisien tahanan gulir yang dihasilkan semakin kecil. Untuk kondisi kemiringan 4% nilai CRR yang dihasilkan akan turun seiring dengan kenaikan tekanan pemompaan ban mengikuti persamaan linear. Penurunan nilai kemiringan CRR akan jelas terlihat untuk kondisi berat total muatan 150 kN dengan kecepatan penarikan 20 km/jam, hal ini dikarenakan laju penetrasi dan deformasi yang diakibatkan tekanan pemompaan ban lebih kecil dibandingkan daya dukung tanah untuk mengatasi tekanan ban dan rangkanya. Pemberian berat muatan yang besar harus diimbangi dengan pemberian tekanan pemompaan yang optimum untuk meneruskan beban vertikal ke permukaan kontak antara ban dengan tanah. Pada beban 50 kN dengan kecepatan penarikan 10 km/jam penambahan tekanan pemompaan ban memberikan pengaruh terhadap penurunan CRR relatif kecil hal ini dikarenakan beban muatan yang bekerja ringan. Pada Gambar 4.c terlihat kenaikan nilai koefisien tahanan gulir untuk kecepatan 10 km/jam, 15 km/jam, dan 20 km/jam. Menurut Wong (1993), semakin besar kecepatan yang bekerja pada kendaraan maka semakin besar deformasi yang terjadi pada ban dan lintasan, dan semakin besar getaran pada struktur ban. Gambar 4.a menunjukan kurva koefisien tahanan gulir untuk tekanan pemompaan yang sama, CRR pada kecepatan 20 km/jam berada diatas kurva CRR dengan kecepatan 15 km/jam dan 10 km/jam, kenaikan CRR seiring dengan kenaikan kecepatan karena pada kecepatan rendah gaya yang digunakan stabil dan tidak terjadi kenaikan percepatan yang cepat, pada kecepatan tinggi terjadi kenaikan percepatan yang tiba-tiba sehingga saat terjadi kenaikan kecepatan tersebut akan terjadi kenaikan gaya secara tiba-tiba. Gambar 4.c ini sesuai dengan teori Wong (1993) Pengujian tahanan gulir adalah pengujian yang mengacu pada gaya yang terjadi akibat adanya kontak antara ban dan material jalan. Karena itu luas kontak yang terjadi perlu dianalisis karena sangat berpengaruh terhadap gesekan yang terjadi. Luas kontak yang diukur saat pengujian dihubungkan dengan berat total muatan yang bekerja dan tekanan pemompaan yang diberikan. Gambar 4.d menunjukkan hubungan antara penambahan beban dengan luas kontak antara ban dan material jalan. Ketika dilakukan penambahan beban, maka terjadi penambahan tekanan pada permukaan material sehingga menyebabkan defleksi pada ban. Karena adanya defleksi ini maka luas kontak yang terjadi akan semakin bertambah besar. Parameter yang dihasilkan akibat hubungan antara ban dan material jalan tidak hanya pada luas kontak yang dihasilkan, tetapi juga benaman dan Halaman 5 dari 8
TPT XX PERHAPI 2011 10-11 Oktober 2011, The Santosa Villas and Resort Sengigi, Lombok, NTB
penetrasi ban yang diakibatkan tekanan kendaraan. Pada penelitian ini tidak dilakukan analisis terhadap benaman dan penetrasi karena perbedaan benaman yang dihasilkan relatif kecil, dan pengujian tahanan gulir dilakukan berulang kali, sehingga tinggi benaman yang dihasilkan kurang baik. Pada Gambar 4.e menunjukan kecenderungan semakin besar tekanan pemompaan yang diberikan akan memberikan luas kontak yang dihasilkan semakin kecil. Luas kontak yang dihasilkan menunjukan deformasi yang dihasilkan antara ban dengan material lintasan. Pada penelitian ini, pemberian tekanan pemompaan semakin besar menyebabkan deformasi yang terjadi semakin kecil. Untuk berat muatan semakin besar diperlukan tekanan pemompaan optimum untuk mengimbangi tekanan yang dihasilkan oleh ban.
(a)
(b)
Halaman 6 dari 8
TPT XX PERHAPI 2011 10-11 Oktober 2011, The Santosa Villas and Resort Sengigi, Lombok, NTB
(c)
(d)
(e) Gambar 4. (a) Hubungan CRR terhadap berat pada berbagai kecepatan dan tekanan pemompaan; (b) Hubungan CRR terhadap tekanan pemompaan ban pada berbagai kecepatan dan berat total; (c) Hubungan CRR terhadap kecepatan penarikan pada berbagai tekanan ban dan berat total; (d) Hubungan penambahan beban terhadap luas kontak; (e) Hubungan penambahan tekanan ban terhadap luas kontak
4.
Analisa dimensi
Penelitian di lapangan menghasilkan variabel-variabel yang dapat digunakan untuk analisis dimensi. Variabel yang dianalisis ada 6 buah
Halaman 7 dari 8
TPT XX PERHAPI 2011 10-11 Oktober 2011, The Santosa Villas and Resort Sengigi, Lombok, NTB
(n=6) yang ditunjukkan dalam Tabel IV.11. Variabel–variabel tersebut adalah berat total muatan (W), tahanan gulir (RR), tekanan pemompaan ban (P), kecepatan (v), luas kontak (A), dan diameter ban (d). Tabel 1. Parameter dimensi yang bekerja
5.
Parameter
Simbol
Unit
Dimensi
Berat
W
kg.m/s2
MLT-2
Tahanan Gulir
RR
kg.m/s2
MLT-2
Tekanan Ban
P
kg/m.s2
ML-1T-2
Kecepatan
v
m/s1
MT-1
Luas Kontak
A
m2
L2
Diameter ban
d
m
L
Dengan menggunakan teorema Buckingham, maka persamaan tahanan gulir adalah: RR = 0.013
.W
Kesimpulan
Dari hasil uji lapangan didapatkan nilai CRR bernilai antara 0,016 – 0,031 dengan nilai rata-rata 0,021. Parameter yang digunakan adalah jenis ban dump truck bermuatan maksimal 15 ton adalah ban bias, material lintasan adalah batugamping, kecepatan penarikan 10 km/jam, 15 km/jam, dan 20 km/jam, tekanan pemompaan yang digunakan 112 psi dan 140 psi, beban 50 kN, 100 kN, dan 150 kN dan kemiringan lintasan 4%. Berdasarkan hasil analisis dimensi maka nilai tahanan gulir pada kondisi material jalan batugamping dapat dituliskan sebagai berikut: RR = 0.013
.W
RR P A W
= Rolling Resistance atau Tahanan Gulir = Tekanan Pemompaan Ban (kPa) = Luas Kontak Ban dengan Jalan (m2) = Beban Total Kendaraan (kN)
Daftar pustaka 1.
Komandi, G., An Evaluation of the Concept of Rolling Resistance, Journal of Terramechanics, 1999
2.
Kramadibrata, S, dkk., Analysis of Rolling Resistance Coefficient of Dried Silt and Wet Silt at Laboratory Scale, Mine Planning and Equipment Selection (MPES), 2002
3.
Kramadibrata, S., The Use of Dimensional Analysis, Department of Mining Engineering – ITB, Bandung, 1998
4.
Prodjosumarto, P., Pemindahan Tanah Mekanis, Jurusan Teknik Pertambangan, ITB, Bandung, 1996
5.
Widodo, N.P., Wicaksana, Y., Wattimena, R.K., A Preliminary Field-Study to Determine Rolling Resistance Surface Coal Mines, Faculty of Mining and Petroleum Engineering, Bandung Institut of Technology, 2009
6.
Wong, Theory of Ground Vehicles, 2nd Edition, John Wiley and Sons, Inc, New York, 1993
Halaman 8 dari 8
