ANALISIS PERENCANAAN PONDASI DINAMIS UNTUK MENDUKUNG MESIN TURBIN PADA PABRIK GULA CUKIR JOMBANG

Versi online: Volume 13, Nomor 2

ANALISIS PERENCANAAN PONDASI DINAMIS UNTUK MENDUKUNG MESIN TURBIN PADA PABRIK GULA CUKIR JOMBANG Dynamic Foundation Design Analysis To Support The Turbine Engine At The Sugar Factory of Cukir Jombang Ernawan Setyono1 & Abdiyah Amudi2 1&2

Jurusan Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah Malang Alamat korespondensi : Jl. Raya Tlogomas 246 Malang 65144

Abstract Foundation plan to shore up machine load, the foundation system influinced by shaking load, the load caused by imbalance machine force and static system load (foundation and machine). Reminding the change shaking load, according to time and tempo function which long and working in repetition, it caused the structure would be difference compared with structure which accepted static load only. Foundation type used in this planning was block type foundation where in its calculation to find out the condition fulfilled dimention, using trial and error. In general, the foundation weight was the multiple times of machine weight. Direction amplitudo z = 0,127 mm, amplitudo direction x = 0,142 mm, amplitudo direction y = 0,19 mm, amplitudo vertical combination = 0,0083 rad, amplitudo horizontal combination = 0,0027 rad and turque amplitudo = 0,00159 rad. Dimention which able to resist the machine dynamic load by length 9,2 m, wide 4,8 m, and deep 2,8 m. Keywords : Dynamic Foundation, Elastic Half Space Method

Abstrak Perencanaan pondasi apabila harus menopang beban berupa mesin, maka sistem pondasi tersebut dipengaruhi oleh beban yang bergetar, beban ini disebabkan oleh gaya-gaya mesin yang tidak seimbang dan beban statis sistem (pondasi dan mesin). Mengingat bekerjanya beban yang bergetar tersebut berubah berdasarkan fungsi waktu dan tempo yang relatif lama dan bekerja secara berulang-ulang, maka hal ini menyebabkan kelakuan struktur akan berbeda apabila dibandingkan dengan struktur yang menerima beban statis saja. Tipe pondasi yang dipakai dalam perencanaan ini adalah tipe pondasi blok, dimana dalam perhitungannya untuk mendapatkan dimensi yang memenuhi syarat menggunakan cara coba-coba. Secara umum berat pondasi adalah sekian kali dari berat mesin. Amplitudo arah z = 0,127 mm, amplitudo arah x = 0,142 mm, amplitudo arah y = 0,19 mm, amplitudo kombinasi vertikal = 0,0083 rad, amplitudo kombinasi horizontal = 0,0027 rad dan amplitudo torsi = 0,00159 rad, Dimensi yang mampu menahan beban dinamis mesin yaitu dengan panjang 9,2 m, lebar 4,8 m dan kedalaman 2,8 m. Kata kunci : Pondasi Dinamis, Metode Elastic Half Space

PENDAHULUAN Pabrik gula Cukir Jombang ini merupakan salah satu pabrik yang menggunakan mesin-mesin besar. Pada pabrik tersebut telah menggunakan mesin turbin untuk menyuplai kebutuhan listrik pada pabrik tersebut. Dengan adanya mesin besar tersebut tentunya harus dipersiapkan tempat agar dalam pengoprasiannya nanti bisa lancar bagi penguna mesin tersebut dan keamanan bagi mesin itu sendiri. Oleh sebab itu sudah barang tentu harus dibuatkan sebuah pondasi yang kuat dan aman sesuai dengan

perilaku dari pembebanannya. Adapun rumusan masalah dalam penelitian ini adalah berapakah amplitudo yang bekerja pada pondasi pendukung mesin turbin pada pabrik gula Cukir Jombang dan berapakah dimensi pondasi sehingga memenuhi syarat-syarat perencanaan. Adapun tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui amplitudo yang bekerja pada pondasi pendukung mesin turbin pada pabrik gula Cukir Jombang dan untuk mengetahui dimensi pondasi sehingga memenuhi syarat-syarat perencanaan.

Analisis Perencanaan Pondasi Dinamis untuk Mendukung Mesin Turbin pada Pabrik Gula Cukir Jombang

133

Ernawan Setyono1 & Abdiyah Amudi2

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah perencanaan ini metode analisa dinamis yang dipakai adalah metode lumped parameter system, untuk menentukan lumped parameter system metode yang dipakai adalah metode elastis half space, Pondasi yang dipakai adalah tipe blok, dan dalam perencanaan ini tidak membahas aspek ekonomis suatu struktur karena waktu penelitian sedikit sehingga tidak mencukupi untuk membahas aspek ekonomisnya. Analisa dan perencanaan pondasi tipe blok a. -

Sifat geometric pondasi mesin Pusat gravitasi

Mesin dan pondasi dapat dibagi dalam beberapa bagian massa dan bentuk gravitasi tetap, misalkan koordinat pusat gravitasi masing-masing massa elemen dihubungkan pada sumbu yang berubah-ubah (xi, yi, zi) dari pusat gravitasi mesin dan pondasi didapat : (Bowles, J.E, 1993 : 55)

 mixi x i  mi i  miyi y i  mi i  mizi z i  mi i

Momen inersia dasar pondasi

Ix 

B3L 12

Iy 

BL3 12

Iz  Ix  I y Pada saat dibebani maka gaya-gaya yang terjadi adalah sebagai berikut : (Prakash, S, 1988 : 213) • Translasi sepanjang sumbu z (gaya vertikal) • Translasi sepanjang sumbu x (gaya lateral)

134

Agustus 2015, Hal. 133 - 140

Media Teknik Sipil

• • • •

Translasi sepanjang sumbu y (gaya longitudinal) Putaran pada sumbu x (pitching) Putaran pada sumbu z (torsi) Putaran pada sumbu y (rocking)

Perhitungan Akhir Pondasi

• Analisa getaran vertical (Sidartha, 1996 : 15-28) - Perhitungan konstanta kekakuan

Gs.h   kz  Gro Ci  Si  G.ro   Dimana : G = modulus geser tanah (t/m2) ro = radius ekivalen (m) h = kedalaman tertanam (m) Ci = kohesifitas tanah Si = gaya geser ultimit, - Perhitungan frekuensi natural

f nz 

1 k  z 2 m

Dimana : kz = konstanta kekakuan (t/m) m = massa struktur pondasi (t.m/det2) - Perhitungan amplitudo vertikal

Pz

Azd 

2

kz

2    2      1        2D     nz    z   nz    

Dimana : P z = beban dinamis (t.rad2) D z = redaman kz = konstanta kekakuan (t/m) ù = kecepatan operasi (rad/sec) ùnz = kecepatan natural (rad/sec)

• Analisa getaran horizontal - Perhitungan konstanta kekakuan

Gs.h   kx  Gro C x1  S x1  G.ro   Dimana : G = modulus geser tanah (t/m2) ro = radius ekivalen (m)


h = kedalaman tertanam (m) Cx1 = kohesifitas tanah Sx1 = gaya geser ultimit

- Perhitungan amplitudo goyangan

- Perhitungan frekuensi natural

f nx 

- Perhitungan amplitudo horizontal

Px kx

   2   1      2 D        nx    x  nx    

•

• Analisa getaran goyangan - Perhitungan konstanta kekakuan

  G h h2  S y1  K y  Gro 3  C y1  s S x1   2 G ro  3ro  

- Perhitungan frekuensi natural

f ny 

k 1  y 2 m

Dimana : K y = konstanta kekakuan (t/m) m = massa struktur pondasi (t.m/det2)

   

2

Analisa getaran kombinasi

2

Dimana : P x = beban dinamis (t.rad2) Dx = redaman Kx = konstanta kekakuan (t/m) ù = kecepatan operasi (rad/sec) ùnx = kecepatan natural (rad/sec)

Dimana : G = modulus geser tanah (t/m2) ro = radius ekivalen (m) h = kedalaman tertanam (m) Cy1 = kohesifitas tanah Sy1 = gaya geser ultimit

   2   1       2D       y  ny   ny   

Dimana : My= momen inersia pada sumbu y (t.m.det2) D y = redaman K y = konstanta kekakuan (t/m) ù = kecepatan operasi (rad/sec) ùny = kecepatan natural (rad/sec)

Dimana : Kx = konstanta kekakuan (t/m) m = massa struktur pondasi (t.m/det2)

2

2

ky

1 k  x 2 m

Axd 

My

Ay 

2   G h L C 1    C x1  s   S 1   G  ro   ro   3 k 1  Gro   2 2  Gs  h  x h  L  h.L  S   G  ro   3ro 2 ro 2 ro 2  x1     

 h   G  h  k 2  Gro LC x1   s   L   S x1  2   G  ro   Dimana : G = modulus geser tanah (t/m2) L = panjang pondasi (m) ro = radius ekivalen (m) h = kedalaman tertanam (m) C = kohesifitas tanah S = gaya geser ultimit, (Sidartha, 1996 : 18) - Perhitungan frekuensi natural 2

f 21.2 

1  kx k  1  kx k  kx 2         2  m Mm  4  m Mm  m.Mm

Dimana : K = konstanta kekakuan (t/m) m = massa struktur pondasi (t.m/det2) Mm= momen inersia massa (t.m.det2) - Perhitungan amplitudo vertikal

Av 

a xA1 2

Ah  Ax  h. A 2 Analisis Perencanaan Pondasi Dinamis untuk Mendukung Mesin Turbin pada Pabrik Gula Cukir Jombang

135


Media Teknik Sipil

Dimana : A v = total amplitudo vertical a = panjang pondasi AÖ1= amplitudo goyangan Ah = total amplitudo horizontal Ax = amplitudo horizontal h = jarak antara pusat rotor terhadap pusat gravitasi AÖ2= amplitudo goyangan

-

- Perhitungan Daya Dukung Tanah Pondasi yang bersandar pada tanah lempung berpasir (Ø = 7 0 dan C = C u ) memiliki persamaan sebagai berikut. (Das, Braja M, 1984 : 230 ) 1 qu  c.cs .cd .N c  q.qs .qd N q  s .d .BN  2

Dimana : λcs, λqs, λγs

λcd, λqd, λγd Nc Nq Nã B

= faktor bentuk untuk untuk bentuk persegi = faktor kedalaman = faktor kapasitas daya dukung = faktor kapasitas daya dukung = faktor kapasitas daya dukung = lebar pondasi (m)

-

Generator Berat (Wg) Berat Rotor (Wr) Kec. Operasi (f)

= 14200 kg = 500 kg = 8900 rpm = = 4,1 m = 4,4 m = 2,8 m

Kondisi tanah dibawah struktur adalah tanah lempung dan berada pada zona 4 dari peta wilayah gempa untuk Indonesia (PPTGIUG’83). Dari pengamatan tanah diperoleh data-data sebagai berikut : (Data tanah diperoleh dari Pabrik Gula Cukir Jombang). - Berat volume tanah (ã) = 1,692 t/m3 - Modulus geser tanah (G) = 2145,8077 t/m2 - Sudut geser dalam (Ø) = 70 - Angka poison (ì) = 0,4 - Angka pori (e) = 1,422 Lingkup Pembahasan

-

= 16300 kg = 4850 kg = 6946

= 115,77 rad/sec = 4,1 m = 2,5 m

Data Tanah

-

Specifikasi Generator dan Turbin

rpm Panjang Generator Lebar Generator Turbin Berat (Wt) Berat Rotor (Wr) Kec. Operasi (f) 148,33 rad/sec Panjang Turbin Lebar Turbin Tinggi turbin

Perhitungan beban dinamis Perhitungan dimensi rencana pondasi dinamis Perhitungan model struktur yang bekerja pada pondasi pendukung mesin turbin Perhitungan daya dukung tanah Perhitungan penurunan tanah (Diplacement)

METODE PENELITIAN

Mulai

Data Mesin : 1. Generator 2. Turbin

136

Agustus 2015, Hal. 133 - 140

Data Tanah : 1. Berat Jenis 2. Modulus Geser Tanah 3. Sudut Geser Dalam 4. Angka Poison 5. Muka Air Tanah


Dimensi Pondasi : 1. Panjang Pondasi 2. Lebar Pondasi 3. Tebal pondasi

Cek Resonansi

Respon Dinamis : 1. Getaran Arah Sumbu z 2. Getaran Arah Sumbu x 3. Getaran Arah Sumbu y 4. Getaran Kombinasi 5. Getaran Torsi

Daya Dukung pondasi

DISPLACEMENT

Cek Pondasi Selesai

Gambar 1. Diagram alir perencanaan ex

HASIL DAN PEMBAHASAN Pembebanan - Eksentrisitas arah x dan y Dari arah y PR Generator = 1,265 m dari elevasi 00,00 PR Turbin = 0.630 + 0,085 = 0,715 m dari elevasi 00,00 PM Pondasi = 2,8 x ½ = 1,4 m Dari arah x PR Generator = 2,850 + 0,235 + 0,35 = 3,435 m dari tepi pondasi PR Turbin = 2,4 + 0,35 = 2,75 m dari tepi pondasi PM Pondas = 4,1 x ½ = 2,05 m i Generator e y = PRGenerator + PMPondasi = 1,265 + 1,4 = 2,665 m ex = PRGenerator - PMPondasi = 3,435 – 2,05 = 1,385 m Turbin ey

= PRTurbin + PMPondasi = 0,715 + 1,4 2,115 m

=

= PRTurbin - PMPondasi = 2,75 – 2,05 0,7 m

=

P Generator = m. e. f2

 16,3    2,665115,772  9,81 

=

P Turbin

= 59348,24 t.rad2 = m. e. f2

 14,2    2,115  148,332  9,81 

=

P Total

= 67357,77 t.rad2 = PGenerator + PTurbin = 59348,24 + 67357,77 = 126706,01 t.rad2

Sifat Geometrik Pondasi Berat Komponen Berat Turbin = 14,2 ton Berat Generator = 16,3 ton Beban Pondasi = 186,906 ton Total Pembebanan (P)


137


(P)

Media Teknik Sipil

= P1 + P2 + P3 = 14,2 + 16,3 + 186,906 = 217,406 ton

 0,6 0 ,172 1609 ,356  = 1  6 ,08  6 , 70  3,750 0 ,172  2145 ,8077  2 , 095  0,6   1609 ,356 6 , 08      2 , 70   2145 ,8077 3, 750  

Dz

Massa komponen

      

= 1,322 mm Massa Turbin (m) = W/g = 14,2/9,81 = 1,448 t/m-1det-2 Massa Generator (m) = W/g = 16,3/9,81 = 1,662 t/m-1det-2

Perhitungan frekuensi natural

f nz 

= Massa pondasi Bagian I (W) = 141,748 ton (m) = W/g = 141,748/9,81 = 14,449 t/m-1det-2 Bagian II(W) = 45,158 ton (m) = W/g = 45,158/9,81 = 4,603 t/m-1det-2

k 1  z 2 m 1 145566,23  = 12,9 rad/sec 2 22,162

Kontrol frekuensi resonansi

ro 

=

A 

4,8  9,2 3,14

Perhitungan Akhir Pondasi

= 3,750 m

Analisa Getaran Vertikal Perhitungan Radius Ekivalen

Perhitungan konstanta kekakuan vertikal (kz)

Gs.h   kz  Gro Ci  Si  G.ro  

fnz < fop 12,9 rad/sec < 115,77 rad/sec

  ,80 0,6  0,752145 ,803,7506,58  2,70 = 2145 ,80 3,750  2145  

Perhitungan amplitudo vertikal

Perhitungan konstanta redaman vertikal (Dz)

bo 

( BxLxH) xBjBeton   3 ro ro3 186 ,906

= 1,692  3, 750 3 = 2,095 m

1 , 692

Agustus 2015, Hal. 133 - 140

  

2

2

    2 D   z     nz  

    

2

126706 ,01 2

=

2   115 ,77  2    115 ,77   145566 , 23  1       2  1,322      53,196    53,196     

Perhitungan pada kondisi horizontal, goyangan, kombinasi vertikal, kombinasi horizontal dan torsional ditabelkan pada tabel 1 terlampir :

= 9 , 81 = 0,172 t/m3

138

kz

  1       nz 

= 0,000127 m = 0,127 mm

   gravitasi

  C  S h   s 2  2 ro   1 Dz  x 2 bo G   Ci   s  x   G  

Pz

A zd 

= 145566,23 t/m

Perhitungan daya dukung pondasi q u  c.cs .cd .N c  q. qs . qd N q    G s    x  G      h   Si ro 

1 s .d .BN  2

 1,5 1,141,58 N c  5,0761,06 1,10 N q  0,5  0,79 11,692 4,8  N 


= 2,7 Nc + 5,9 Nq + 3,2 Nã Faktor bentuk untuk pondasi bentuk persegi :

 4,8  s  1  0,4   0,79  9,2 

 B  N q  cs  1     L  N c

Faktor kedalaman :

  

 Df  qd  1  2 tan  1  sin  2   B

 4,8  1,88  cs  1      1,14  9,2  7,16 

  

2  2,8  qd  1  2 tan 7 o 1  sin 7 o     4,8  = 1,10 1  qd cd   qd  N q . tan 

B qs  1   tan   L  4,8  qs  1   tan 7 o   1,06  9,2 

 B s  1  0,4   L

cd  1,10 

1  1,10 1,88. tan 7 o

= 1,58 Tabel 1 Kapasitas daya dukung untuk mesin turbin dan generator No

H (m)

K (t/m)

Nγ

Nc

Nq

Ni

1 2 3

1 1 0,8

0,10 0,05 0,0

0,45 0,57 0,71

6,49 6,81 7,16

1,57 1,72 1,88

2,93 2,92 2,91

NR Ni

Qu (t/m2)

Qun (t/m2)

5,88 5,74 5,61

28,226 30,359 32,696

9,408667 10,11967 10,89867

Sumber : Hasil perhitungan

qu Fs 28,226  3

•

qizin 

Tekanan tanah arah sumbu z

z 

•

Tekanan tanah arah sumbu x

2

= 9,41 t/m

z 

DL

= ( Hpondasi x Bj ) + (Berat mesin/ luasan) = 2,8  2,4 

30,5 4,8  9,2

2

Q

= 4,641 t/m = 1 + 4,641 = 5,641 t/m2

•

F tx 7 ,5   0 ,170 t / m 2 A 44 ,16

Tekanan tanah arah sumbu y

z 

•

F tz 12 ,9   0 , 292 t / m 2 A 44 ,16

Fty A



11,91  0,270 t / m 2 44 ,16

Tekanan tanah kombinasi arah vertikal dan horizontal

0,002  0,010m  10mm Amax = 0,1999

 1 

Tegangan tanah yang terjadi di bawah pondasi bisa dihitung dengan rumus sebagai berikut :

 2 

Mx 26 ,969   0,398 t / m 2 2 Wx 1 6  4 ,8  9, 2  M

y

Wy



158 , 265  4 , 476 t / m 2 2 1 6  9 , 2  4 ,8 


139


• Tekanan tanah akibat gaya torsi



F

6,51    0,147t / m 2 A 4,8  9,2

Perhitungan penulangan pondasi Dari hasil analisa di peroleh : Panjang (B) = 9,8 m Lebar (L) = 4,2 m Kedalaman (H) = 2,8 m Mutu Baja (fy) = 400 Mpa Mutu Beton (fc) = 30 Mpa Berat Jenis (ãb) = 2400 kg/m3 Perencanaan penulangan: • Penulangan pada potongan A – A (sisi lebar) As perlu = ñ . b . h = 0,0018 x 4800 x 2800 = 24192 mm2 Dipakai tulangan 24D36 ( As = 24429,6 mm2) • Penulangan pada potongan B – B ( sisi panjang) As perlu = ñ . b . h = 0,0018 x 9200 x 2800 = 46368 mm2 Dipakai tulangan 38D40 ( As = 47826 mm2) KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Amplitudo yang dihasilkan sebagai berikut: amplitudo arah z 0,127 mm , amplitudo arah x 0,142 mm , amplitudo arah y 0,19 mm, amplitudo kombinasi vertikal 0,0083 rad, amplitudo kombinasi horizontal 0,0027 rad dan amplitudo torsi 0,00159 rad. Dimensi yang mampu menahan beban dinamis mesin yaitu dengan panjang 9,2 m, lebar 4,8 m dan kedalaman 2,8 m. Saran Perencanaan pondasi dinamis ini dapat dicoba memakai bentuk-bentuk pondasi yang lain seperti tipe box, tipe wall, dan tipe frame yang disesuaikan dengan kebutuhan dan tipe mesin. Perencanaan pondasi dinamis ini dapat juga dianalisis dengan memakai metode yang berbeda, dengan memasukkan respon dinamis perilaku pondasi dalam perencanaannya. 140

Agustus 2015, Hal. 133 - 140

Media Teknik Sipil

DAFTAR PUSTAKA Bowles, J.E. 1993. Analisis dan Desain Pondasi. Terjemahan Ir. Johan Kelanaputra Hainim. Erlangga, Jakarta Das, Braja M. 1984. Pondasi Tanah Dinamis. Erlangga, Jakarta Prakash, S and Puri Vijay K. 1988. Foundation for Machine : Analysis and Design. John Willey and Sons, New York Richart, FE. Jr and Woods, RD. 1970. Vibrations of Soils and Foundations. Englewood Cliffs, New Jersey Sidartha, S.A. 1996. Analisis Pondasi Dinamis untuk Mendukung Mesin Generator Pembangkit Listrik Tenaga Uap. ITS, Surabaya Srinivasulu, P and Vaidyanathan, CV. 1976. Handbook of Machines Foundation. MC Graw Hill, New Delhi

ANALISIS PERENCANAAN PONDASI DINAMIS UNTUK MENDUKUNG MESIN TURBIN PADA PABRIK GULA CUKIR JOMBANG

Recommend Documents