Studi Rekayasa Nilai Pelaksanaan Fondasi Mesin Di PLTMG, Tarakan – Kalimantan Timur Helmy Darjanto
ABSTRACT: Problem not economic at execution of work a project is still often met. That thing is anticipated because still too conservative in the plan or non-technical. There is a case execution of machine foundation [in] PLTMG Tarakan which its planning anticipated is not economic so that writer wish value engineering in this paper. Machine Foundation with total load equal to 260 ton, then long term settlement and displacement of allowed permission each of 6 mm and 0.6 / f0 mm planned with 10 60 cm (depth 12 m) and pedestal size 10,5 (length) x 3 (width) x 2 meter (height). Result of design review got 14 40 cm with 10 m depth. This result can saving cost equal to Rp. 30.800.000,- without disregarding the specification. Keywords: value engineering, machine foundation.
1.
PENDAHULUAN Latar Belakang. Hingga saat ini masih banyak didapat perencanaan fondasi mesin yang terlalu konservatif (aman sekali) sehingga pada pekerjaan tersebut menjadi tidak ekonomis. Hal ini terjadi pada pelaksanaan fondasi mesin di PLTMG – Tarakan, Kalimantan Timur. Penulis dalam paper ini mencoba melakukan studi rekayasa nilai dengan mengadakan tinjauan ulang terhadap perencanaan fondasi tersebut. Tinjauan Pustaka. Respon fondasi mesin/dinamis (Gambar 1) metoda Novak mampu menjawab keterbatasan teori-teori terdahulu seperti berikut ini : 1. metode elastic half space, yang memiliki kelemahan bahwa tanah adalah seragam sampai kedalaman tidak berhingga dan tidak mampu
2.
menyelesaikan jika struktur fondasi sebagian tertanam. pemodelan lumped mass, kelemahan model ini bahwa deposit tanah adalah seragam sampai kedalaman tak hingga dan juga tidak mampu menyelesaikan jika struktur fondasi sebagian tertanam.
Gambar 1. Respon Dinamis. Menurut Novak (1974, 1977), kekakuan dinamis dan redaman geometrik dari fondasi footing/pile bergantung pada interaksi tanah-fondasi dan dipengaruhi oleh parameter1
Jurnal Teknik Sipil Vol. 3 No. 2 Agustus 2003 parameter tak berdemensi seperti : mass ratio, wave velocity ratio, slenderness ratio, beban statis fondasi dan frekwensi. Novak (1978) memberikan satu pendekatan solusi analitis untuk menghitung fungsi impedansi (kekakuan dan redaman) dari fondasi pile pada tanah yang berlapis. Pemecahannya didasarkan pada metode kekakuan matrik elemen tiang yang diformulasikan. Hasil perbandingan antara teori dan percobaan lapangan menunjukkan bahwa teorinya dapat memprediksi perilaku dinamis fondasi yang variasi kekakuan tanah harus dipertimbangkan. Metoda Novak (1977) memberikan batasan untuk memperoleh persamaan gerak dari media viskoelastik dengan kondisi plane strain. Asumsi yang digunakan untuk persamaan gerak dari sistem tanah-fondasi adalah : 1. Tanah berperilaku viskoelastis linier dengan hysteretic damping, sedang footing/tiang berperilaku elastis linier. Kedua material tersebut adalah homogen isotropik (plane strain case). 2. Footing/tiang adalah rigid, sirkular, massless dan elemen frame/asolid. 3. Tidak ada separasi antara fondasi dengan tanah. 4. Perpindahan vertikal yang terjadi adalah kecil. 5. Vibrasi adalah harmonis. Asumsi untuk tiang adalah : tiang posisinya vertikal, perfectly bonded dengan tanah sekelilingnya. Sedangkan perilakunya dapat berbeda untuk setiap lapis tanah. Perilaku tersebut meliputi unit weight tiang (), Poisson's ratio (), koefisien rigidity terhadap geser (k), Modulus Young (E), jari-jari (R0), luas 2
penampang (A), momen inersia (Ip), dan torsional stiffness (J). Kondisi tiang /footing yang mungkin terjadi di lapangan dapat dilihat pada Gambar 2. Sedangkan asumsi untuk tanah adalah : Tanah berperilaku linear elastis dan perilakunya dapat berbeda untuk setiap lapisan. Perilaku tanah ini dicirikan oleh kecepatan gelombang geser (Vs), unit weight (), Poisson's ratio () dan material damping (D=tan =G'/G). Untuk kasus fondasi mesin yang umumnya small strain, harga D bervariasi dari 0.05 sampai 0.10.
Gambar 2. Macam Tiang, Footing dan Notasi. [Novak & Aboul-Ella, 1977] Novak (1977, 1980) menuliskan persamaan tahanan tanah (soil resistance) pada media viskoelastik akibat beban dinamis pada fondasi (pendekatan kontinum terhadap inter-aksi tanahfondasi) dalam koordinat silinder (Gambar 3) sebagai berikut (arah vertikal tidak signifikan karena ujung tiang berdiri pada tanah keras) : v O
r z
u
r O
Gambar 3. Lapisan Tanah Elastik dan Notasi. [Novak & Nogami 1977] 2 i'2' 2 i' z 2 i' 2u
Kemudian soil reaction per satuan panjang dari fondasi tiang untuk vibrasi arah horizontal adalah sebagai berikut (Novak, 1978, 1980) :
2
r r z t Z 2 i' r 2 v 2 i'2' 2 i' 2 r r z r t
(1)
dimana : , = komponen real dari konstanta Lame ’, ’ = komponen imajiner dari konstanta Lame u, v = perpindahan = perubahan volume relatif = 1 ru 1 v r r r
z ,
= komponen vektor rotasi =
1 rv u 2r r = kerapatan massa tanah t = waktu
i
1 , unit imajiner
=
Selanjutnya persamaan gerak harmonis pada fondasi tiang harus sesuai dengan persamaan (1) adalah sebagai berikut : EpI
4 z 4
ue it
2 t 2
ue pze it
it
(2)
Sedangkan material damping tanah adalah : D
G ' ' tan() G
(3)
dimana : p(z)eit = eksitasi soil resistance EpI = kekakuan lentur dari fondasi tiang = massa fondasi tiang per unit panjang D = material damping = loss angle
K uu GS u1 a0 , , D iS u2 a0 , , D
(4) dimana : i = 1 , unit imajiner Su1,Su2 = the real and imaginary parts of the dimensionless complex stiffness arah horizontal a0
=
r0
, dimensionless frequency V
ratio r0 = jari-jari luar fondasi tiang, (m) = frekwensi sirkular, (rad/det) V = kec. gelombang geser tanah, (m/det) = angka Poison D = material damping Besarnya damped amplitude akibat beban dinamis arah lateral (Prakash et al, 1988) adalah sebagai berikut : A uu
(5)
Puu
k uu 1
opr
2
res
2
2 opr
2
res
12
dimana : Auu = amplitudo/perpindahan arah lateral, (m) = beban dinamis arah lateral, Puu (ton) = kekakuan dinamis, (ton/m) kuu opr = frekwensi operasi mesin, (rad/det) res
=
(rad/det)
=
k uu , frekwensi resonansi, m
c uu 2 * m * res 3
Jurnal Teknik Sipil Vol. 3 No. 2 Agustus 2003 cuu
= damping, (ton-det/m)
Setelah besarnya amplitudo arah lateral dihitung, selanjutnya diplot pada grafik frekwensi versus amplitudo untuk mengetahui dampaknya. Rekayasa Nilai adalah suatu proses pengambilan keputusan yang prosedural, terorganisir dan sistematis. Hal itu membantu masyarakat kreatif untuk menghasilkan solusi-solusi alternatif yang tetap menjamin fungsi-fungsi esensinya serta dapat menghemat biaya. Selanjutnya dapat digambarkan sederhanan hubungan antara value/nilai, fungsi dan biaya sebagai berikut :
Value
Function Cost
3.
4.
(6) 5.
Rekayasa Nilai berperan untuk mengurangi biaya-biaya yang tidak perlu yang tidak mempunyai sumbangan terhadap fungsi-fungsi tersebut sehingga perlu melakukan penyelesaian alternatif. Menurut Foo (2002), aktifitas Rekayasa Nilai dapat dibagi menjadi 6 phase aktifitas sebagai berikut : Information Function Creativity Evaluation Recommendation Implemntation Aktifitas-2 tersebut digambarkan sebagai berikut : 1. Information Identifikasi masalah yang diduga biaya tinggi untuk mengurangi biaya pelaksanaan 2. Function - Memahami fungsi yang diharapkan
4
Melakukan penilaian fungsi masing-masing elemen - Fokus pada fungsi dengan biaya tinggi dan mencari alternatif solusinya Creativity - Selidiki dan kembangkan pilihan alternatif - Brainstorming pendapat terhadap pilihan agar sesuai dengan yang diharapkan - Memikirkan kembali masalah terminologi fungsi - Summary dari outcome Evaluation - Tinjau ulang pada dampak dan implikasi - Perkiraan anggaran - Prioritas pilihan Recommendation - Definisikan terhadap hasil yang sesuai dengan harapan - Rekomendasikan ke pembuat keputusan Implementation - Pelaksanaan - Pengawasan dan follow up -
6.
Penentuan kuat dukung ultimit fondasi tiang menggunakan data SPT (Standard Penetration Test) menggunakan formula yang sangat aplikatif dan populer digunakan yakni : metoda Meyerhoff (1956) yang formulanya sebagai berikut : Qu = 40 Nb * Ap + 0,2 N * As
(7)
di mana : = kuat dukung ultimit fondasi Qu tiang (ton) = harga N-SPT pada elevasi Nb dasar tiang
As Ap (m2) N tiang
= luas penampang sisi tiang (m2) = luas penampang dasar tiang
Titik Bor B1 :
= haraga N-SPT rata-rata sisi
Oleh karena penurunan yang diijinkan sangat ketat, yakni sebesar 6 mm, maka direncanakan kemampuan kuat dukung tiang harus 3 kali lebih besar dari beban yang dipikul agar penurunan yang terjadi adalah penurunan elastis (Yusti & Indrasurya, 2003). Tujuan. Penulisan makalah ini bertujuan untuk melakukan Rekayasa Nilai pada pekerjaan fondasi mesin di PLTMG – Tarakan, Kalimantanm Timur.
Kedalaman (m)
Jenis Tanah
N-SPT
00,00 – 08,00 08,00 – 15,00 15,00 – 21,00 21,00 – 27,00
Pasir Kelanauan Pasir Kelanauan Pasir Kelanauan Lanau sedikit Pasir Padat Batubara
0; 5; 9; 12 12; 16; 46; 37 37; 42; 66 66; 70; 73
Pasir Kelanauan Pasir Kelanauan Lanau Kelempungan Lanau sedikit Pasir Padat Lanau sedikit Pasir Padat
0; 6; 9; 18 18; 22; 45; 50 50; 52; 63 63; 66; 68; 69
Lanau sedikit Pasir Batubara Lempung Pasir Kelanauan Pasir Kelanauan Lanau sedikit Pasir Padat
0; 31; 20; 37
27,00 – 30,00 B2 :
00,00 – 08,00 08,00 – 14,00 14,00 – 18,00 18,00 – 27,00 27,00 – 30,00
B3 :
00,00 – 08,00 08,00 – 15,00 15,00 – 20,00 20,00 – 30,00
73; 76
69; 73
37; 47; 41; 43 43; 49; 59 59; 64; 61; 65; 72
Data Mesin Data mesin (Gambar 4) baik ukuran poer/pedestal, beban statis dan dinamis adalah sebagai berikut :
2.
DATA DAN METODE Data. Data yang ada meliputi data tanah, ukuruan fondasi tiang, beban dan spesifikasi mesin. Data Tanah Berdasarkan data hasil uji nilai NSPT di lapangan atau lokasi proyek maka dalam perencanaan kuat dukung fondasi tiang dapat dilakukan pendekatan seperti pada Tabel 1. Tabel 1. Penyederhanaan Lapisan Tanah Berdasarkan Hasil Uji Bor
Gambar 4. Mesin Pembangkit Listrik dan Gas, tipe WNSFI-P. Ukuran pedestal/poer : 3 m x 10 m x 2 m (lebar x panjang x tinggi) Frekwensi operasi : 3 – 100 Hz (=18,85 – 628,32 cps) Beban statis mesin : 109 ton Beban mesin + poer00 : 260,2 ton Beban siklis horizontal : 1,55 tonsiklik Perpindahan ijin arah horizontal sistem tanah - fondasi adalah sebesar 0.6 / fo mm. (fo = frekwensi operasional mesin dalam cps) Data Fondasi Tiang Fondasi mesin yang digunakan adalah fondasi tiang dengan ukuran : 5
Jurnal Teknik Sipil Vol. 3 No. 2 Agustus 2003 = 12 m = 0,60 m = 0,15708 m2 = 0,00510 m4 = 0,01021 m4 = 2,4 ton/m3 = 0,25 = 2100000 ton/m2
Borehole 1 Kuat Dukung Ultimit (ton) 0 00
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
0 0
5
Dia. 0.30
218
60
Dia. 0.40
102
10
15 Depth (m)
Panjang Diameter Atiang Momen inersia Torsional stiff (Poison) E
Dia. 0.60
659
193 318
20 1226
370
Metode. Langkah-langkah penyelesaian permasalahan di atas adalah : 1. Pengumpulan data : tanah, beban fondasi (statis dan dinamis) serta spesifikasi dari mesin. 2. Studi Rekayasa Nilai 3. Apakah menjawab dugaan biaya tinggi dari 2) 4. Pembahasan/evaluasi 5. Selesai.
3.
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil. Respon dinamis dihitung berdasarkan model tanah – tiang seperti pada Gambar 5. Layer Tebal (m)
V (m/det)
(ton/m3)
tan
1
8
220
1,6
0,3
0,1
2
2
300
1,7
0,3
0,1
350
1,7
0,3
0,1
Soil below tip
Keterangan pile = 0,25 Epile = 2,1106 ton/ m2 kpile = 1,334 g = 9,8 m/ det2
Half space
Gambar 5. Model Tanah-Fondasi Sebagai Input Program PILAY. Dari hasil borlog B1 (terlemah) kuat dukung ultimit dan ijin tiang masingmasing diameter 40 cm & 60 cm seperti pada Gambar 6 & Tabel 2 di bawah ini :
6
602
25 1532
498 783
30
1662
552 860
35
Gambar 6. Kuat Dukung Ultimit Tiang. Tabel 2. Kuat dukung ijin tiang. Depth (m) 10 12
40 cm Qijin (ton) 55 Rev. design -
60 cm Qijin (ton) 155 Desain awal
Dengan memperhatikan penurunan yang diijinkan sebesar 6 mm maka jumlah tiang untuk 40 cm digunakan 14 buah. (desain awal 10 60 cm) Sedangkan penurunan elastis yang terjadi untuk 10 Dia. 60 cmm dan 14 Dia. 40 cm masing-masing adalah 3,3 mm dan 4,9 mm < 6 mm (OK). Dari keluaran program PILAY maka untuk frekwensi operasional 3 – 100 Hz dan model tanah - fondasi dapat ditentukan besarnya amplitudo akibat beban dinamis arah lateral seperti pada Gambar 7. Besarnya amplitudo akibat beban dinamis arah lateral pada group tiang 14 buah 40 cm relatif lebih kecil dibandingkan dengan group tiang 10 buah 60 cm.
fondasi mesin di atas memang terjadi (dari review dapat dibuktikan adanya penghematan sebesar Rp 30.800.000,-) tetapi jika masalah penurunan long term yang dikhawatirkan maka desain awal itu masih bisa diterima karena biaya perbaikan mesin jika penurunan 6 mm dilampaui akan membutuhkan biaya lebih besar dari penghematan yang terjadi.
Freq. Operasi Vs Amplitudo 0.03500 0.03000
Amplitudo (mm)
0.02500
A14D40 (mm) AIJIN (mm) A10D60 (mm)
0.02000
0.01500 0.01000
0.00500 0.00000 0
100
200
300
400
500
600
700
REFERENSI
Freq. Operasi (cps)
Gambar 7. Amplitudo Vs. Frekwensi Operasional Analisa biaya masing-masing diameter 40 cm dan 60 cm adalah sebagai berikut (Tabel 3) : Tabel 3. Analisa biaya. Item Jumlah tiang Total Depth (m) Harga / m (Rp) Total Biaya (Rp)
40 cm
60 cm
14 140 280.000 33.600.000
10 120 460.000 64.400.000
Biaya yang bisa dihemat berkisar Rp 30.800.000,- (tigapuluh juta delapan ratus ribu rupiah). Pembahasan. Review design dengan menggunakan 14 Dia. 40 cm memberikan hasil yang sesuai dengan spesifikasi yang diminta dan ditinjau dari segi biaya pelaksanaan bisa lebih hemat dari desain awal.
4.
KESIMPULAN Kesimpulan. Dugaan adanya biaya tinggi pada pelaksanaan pekerjaan
Gle, D., R., 1981, “The Dynamic Lateral of Deep Foundations,” A dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy (Civil Engineering) in the University of Michigan. Foo, et al, 2002, “Application of Value Engineering to Geotechnical Design for a Factory Structures on Soft Alluvial Flood Plain in Indonesia,” IEM-GSM Forum. Irsyam, M., Darjanto, H., !994, “Analisis Interaksi Lateral Non-Linier untuk Fondasi Tiang Akibat Beban Dinamis Pada Full Scale Test,” Prosiding Seminar Nasional Metoda Elemen Hingga, Jurusan Teknik Mesin ITB, hal. 97-115. Novak, M., 1974, “Dynamic Stiffness and Damping of Piles,” Canadian Geotech. Journal, Vol. 11, p. 574598. Novak, M., Nogami, T., 1977, “Soil-Pile Interaction in Horizontal Earthquake Vibration,” Engineering and Structural Dynamics, Vol. 5, p.263-281. 7
Jurnal Teknik Sipil Vol. 3 No. 2 Agustus 2003 Novak, M., Nogami, T., 1977, “Resistance of Soil to Horizontally Vibrating Pile,” Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol. 5, p.249-261. Novak, M., Aboul-Ella, F., 1977,”Manual of PILAY, A Computer Program For Calculation Of Stiffness And Damping Of Piles In Layered Media,” Report Number SACDA 77-30, Fac. of Engineering Science, Univ. of Western Ontario. Novak, M., Aboul-Ella, F., 1978, “Impedance Functions of Piles in Layered Media,” The Engineering
Mechanics Division Journal, p. 643-661. Novak, M., 1980, “Soil-Pile Interaction Under Dynamic Loads,” Numerical Methods in Offshore, ICE, London, p. 59-68. Novak, M., Sheta, M., 1980. “Approximate Approach to Contact Effects of Proc. Of Dynamic Piles,” Response of Pile Foundation, Florida, p. 53-79. Prakash, S., Puri, V. K., 1988, “Foundations for Machines : Analysis and Design,” John Wiley & Sons, Inc.
Riwayat Singkat Penulis Penulis, Ir. Helmy Darjanto MT, adalah staf pengajar dan peneliti di Program Studi Teknik Sipil Universitas Narotama Surabaya. (Email :
[email protected])
J
0,5 m
J
2,0 m 0,5 m 0,5 m
10 m
0,5 m
Gambar Tata Letak Fondasi Tiang dan Pedestal Mesin.
2,0 m
8
Group Tiang
Gambar Potongan J-J.
9
Jurnal Teknik Sipil Vol. 3 No. 2 Agustus 2003
10
