5

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Tanah lempung liat (Clays)

a. Pengertian dan Jenis – Jenis Tanah

Tanah merupakan dasar suatu struktur atau konstruksi, baik itu konstruksi

bangunan gedung, konstruksi jalan, maupun konstruksi yang lainnya. Jadi seorang

ahli teknik sipil harus juga mempelajari sifat-sifat dasar dari tanah, seperti asal

usulnya, penyebaran ukuran butiran, kemampuan mengalirkan air, sifat

pemampatan bila dibebani (compressibility), kekuatan geser, kapasitas daya

dukung terhadap beban dan lain-lain.

Dalam pengertian teknik, tanah adalah akumulasi partikel mineral yang

tersementasi (terikat secara kimia) satu sama lain yang terbentuk akibat pelapukan

dari batuan. Proses penghancuran dalam pembentukan tanah dari batuan terjadi

secara fisis dan kimiawi. Secara fisis dapat diakibatkan dengan erosi oleh air,

angin atau perpecahan akibat pembekuan dan pencairan es dalam batuan.

Sedangkan cara kimiawi, mineral batuan induk diubah menjadi mineral-mineral

baru melalui reaksi kimia. Air dan karbon dioksida dari udara membentuk asam-

asam karbon yang kemudian bereaksi dengan mineral-mineral batuan dan

membentuk mineral-mineral baru ditambah garam-garam terlarut. Akibat dari

pembentukan tanah secara kimiawi, maka tanah mempunyai struktur dan sifat-

sifat yang berbeda (Das, Braja M, 1985).

Dalam ilmu mekanika tanah yang disebut “tanah” ialah semua endapan

alam yang berhubungan dengan teknik sipil, kecuali batuan tetap. Batuan tetap

6

menjadi ilmu tersendiri yaitu mekanika batuan (rock mechanics). Endapan alam

tersebut mencakup semua bahan, dari tanah lempung (clay) sampai berangkal

(boulder). Ukuran dari partikel tanah adalah sangat beragam dengan variasi yang

cukup besar. Tanah umunya dapat disebut sebagai kerikil (gravel), pasir (sand),

lanau (silt) atau lempung (clay), tergantung pada ukuran partikel yang paling

dominan pada tanah tersebut.

Beberapa organisasi telah mengembangkan batasan-batasan ukuran golongan

jenis tanah (soil separate size limits) berdasarkan ukuran-ukuran partikelnya.

1. Kerikil (gravels) adalah kepingan-kepingan dari batuan yang kadang-kadang

juga mengandung partikel-partikel mineral quartz, feldspar dan mineral-

mineral lain, Diameter butiran > 5 mm.

2. Pasir (sand) sebagian besar terdiri dari mineral quartz dan feldspar. Butiran

dari mineral yang lain mungkin juga masih ada pada golongan ini , Diameter

butiran 0,0075 – 5,0 mm.

3. Lanau (silt) sebagian besar merupakan fraksi mikroskopis (berukuran sangat

kecil) dari tanah yang terdiri dari butiran-butiran quartz yang sangat halus, dan

sejumlah partikel-partikel berbentuk lempengan-lempengan pipih yang

merupakan pecahan dari mineral-mineral mika, Diameter butiran 0,002 –

0,0075 mm.

4. Lempung (clays) sebagian besar terdiri dari partikel mikroskopis dan

submikroskopis (tidak dapat dilihat dengan jelas bila hanya dengan

mikroskopis biasa) yang berbentuk lempengan-lempengan pipih dan

merupakan partikel-partikel dari mika. Lempung didefinisikan sebagai

golongan partikel yang berukuran kurang dari 0,002 mm (= 2 mikron).

7

b. Identifikasi Tanah Lempung Liat (Clays)

Definisi tanah lempung menurut beberapa ahli :

1. Terzaghi (1987)

Merupakan tanah dengan ukuran mikrokonis sampai dengan sub mikrokonis

yang berasal dari pelapukan unsur-unsur kimiawi penyusun batuan. Tanah

lempung sangat keras dalam keadaan kering, dan tak mudah terkelupas hanya

dengan jari tangan. Permeabilitas lempung sangat rendah, bersifat plastis pada

kadar air sedang. Di Amerika bagian barat, untuk lempung yang keadaan

plastisnya ditandai dengan wujudnya yang bersabun atau seperti terbuat dari

lilin disebut “gumbo”. Sedangkan pada keadaan air yang lebih tinggi tanah

lempung akan bersifat lengket (kohesif) dan sangat lunak.

2. DAS (1988)

Merupakan tanah yang terdiri dari partikel-partikel tertentu yang

menghasilkan sifat plastis apabila dalam kondisi basah.

3. Bowles (1991)

Mendefinisikan tanah lempung sebagai deposit yang mempunyai partikel

berukuran lebih kecil atau sama dengan 0,002 mm dalam jumlah lebih dari 50

%.

4. Hardiyatmo (1992)

Mengatakan sifat-sifat yang dimiliki dari tanah lempung yaitu antara lain

ukuran butiran halus lebih kecil dari 0,002 mm, permeabilitas rendah,

kenaikan air kapiler tinggi, bersifat sangat kohesif, kadar kembang susut yang

tinggi dan proses konsolidasi lambat.

8

5. Grim (1953).

Tanah lempung dan mineral lempung adalah tanah yang memiliki partikel

partikel mineral tertentu yang “menghasilkan sifat-sifat plastis pada tanah bila

dicampur dengna air”. Tanah lempung ada yang tergolong ekspansif dan non

ekspansif. Perbedaannya dapat terlihat secara kasat mata, pada saat musim

kemarau, tanah lempung ekspansif mengalami retak-retak poligonal yang

tidak beraturan pada permukaan tanah dan retakan tersebut menyebabkan

rongga yang cukup dalam. Sebaliknya, pada tanah lempung non ekspansif

hanya mengalami retak-retak pada permukaan tanpa ronggo-rongga yang

dalam.

Dalam klasifikasi tanah secara umum, partikel tanah lempung memiliki

diameter 2 μm atau sekitar 0,002 mm (USDA, AASHTO, USCS). Namun

demikian, dibeberapa kasus partikel berukuran antara 0,002 mm sampai 0,005

mm masih digolongkan sebagai partikel lempung (ASTM-D-653). Disini tanah

diklasifikasikan sebagai lempung hanya berdasarkan ukuran saja, namun belum

tentu tanah dengan ukuran partikel lempung tersebut juga mengandung

mineralmineral lempung.

Gambar 2.1 tanah lempung liat

9

Jadi, dari segi mineral tanah dapat juga disebut sebagai tanah bukan

lempung (non clay soil) meskipun terdiri dari partikel-partikel yang sangat kecil

(partikel-partikel quartz, feldspar, mika dapat berukuran sub mikroskopis tetapi

umumnya tidak bersifat plastis). Partikel-partikel dari mineral lempung umumnya

berukuran koloid, merupakan gugusan kristal berukuran mikro, yaitu < 1 μm (2

μm merupakan batas atasnya). Tanah lempung merupakan hasil proses pelapukan

mineral batuan induknya, yang salah satu penyebabnya adalah air yang

mengandung asam atau al kali, oksigen, dan karbon dioksida.

c. Lempung dan Mineral Penyusunnya

Mineral lempung merupakan senyawa aluminium silikat yang kompleks.

Mineral ini terdiri dari dua lempung kristal pembentuk kristal dasar, yaitu silika

tetrahedra dan aluminium oktahedra (Das. Braja M, 1988).

Das. Braja M (1988) menerangkan bahwa tanah lempung sebagian besar

terdiri dari partikel mikroskopis dan sub-mikroskopis (tidak dapat dilihat dengan

jelas bila hanya dengan mikroskopis biasa) yang berbentuk lempengan-lempengan

pipih dan merupakan partikel-partikel dari mika, mineral-mineral lempung (clay

mineral), dan mineral-mineral yang sangat halus lain. Tanah lempung sangat keras

dalam kondisi kering dan bersifat plastis pada kadar air sedang.

Namun pada kadar air yang lebih tinggi lempung akan bersifat lengket

(kohesif) dan sangat lunak. Kohesif menunjukan kenyataan bahwa partikel-

pertikel itu melekat satu sama lainnya sedangkan plastisitas merupakan sifat yang

memungkinkan bentuk bahan itu dirubah-rubah tanpa perubahan isi atau tanpa

kembali ke bentuk aslinya dan tanpa terjadi retakan-retakan atau terpecah-pecah.

10

d. Struktur Mineral Penyusun Lempung

Dalam terminologi ilmiah, lempung adalah mineral asli yang mempunyai

sifat plastis saat basah, dengan ukuran butir yang sangat halus dan

mempunyai komposisi berupa hydrous aluminium dan magnesium

silikat dalam jumlah yang besar. Batas atas ukuran butir untuk lempung umumnya

adalah kurang dari 2 μm (1μm = 0,000001 m), meskipun ada klasifikasi yang

menyatakan bahwa batas atas lempung adalah 0,005 m (ASTM).

Menurut Das. Braja (1988), satuan struktur dasar dari mineral lempung terdiri dari

silika tetrahedron dan aluminium oktahedron. Satuan-satuan dasar tersebut bersatu

membentuk struktur lembaran seperti yang digambarkan pada Gambar 1.1 sampai

dengan Gambar 1.4 berikut ini. Jenis-jenis mineral lempung tergantung dari

komposisi susunan satuan struktur dasar atau tumpuan lembaran serta macam

ikatan antara masing-masing lembaran.

Tabel 2.1 hasil data sondir tanah liat

Depth

m C C+F F Local Friction

Σtotal

kg/m2 Jenis Tanah

Friction(qs)

Friction

(HL) Ratio (fr) (%) Friction

A B C C-B (C-B)*0.1 (C-B)*2

[(C-

B)*0.1/B]*10

0

Σ(C-

B)*2

11

Das, Braja M. Mekanika Tanah Prinsip Rekayasa Geoteknis Jilid 2 :

Bab 13 hal 229 - 230. Erlangga. 1985.

2.2 Tiang Pancang

Tiang pancang adalah salah satu type pondasi untuk suatu bangunan apabila

rumah dasar bawah bangunan tersebut tidal< mempunyai daya dukung (Bearing

Capacity), yang cukup untuk memikul berat bangunan dan bebannya, mau apabila

tanah keras yang mempunyai daya yang cukup untuk memikul berat bangunan

dan bebannya. Tiang pancang mempunyai struktur dasar herupa rangkaian besi

yang dilapisi dengan beton yang terdiri dari semen, Flit, pasir, air dan bahan

tambahan dengan perbandingan tertentu.

Tabel 2.2 Spesifikasi tiang pancang beton bertulang

5,00 18 55 37 3,70 74,00 20,6 932,00 Clays

12

Sumber:http://www.jasajualbalikpapan.com/jual-pondasi-tiang-pancang-beton-

bulat-semarang-jawa-tengah-indonesia.html

Pondasi Tiang digunakan untuk mendukung bangunan yang lapisan tanah

kuatnya terletak sangat dalam, dapat juga digunakan untuk mendukung bangunan

yang menahan gaya angkat keatas. Pondasi tiang juga digunakan untuk

mendukung bangunan bangunan dermaga. Pondasi tiang digunakan untuk

beberapa maksud, antara lain :

1. Untuk meneruskan beban bangunan yang terletak diatas air atau tanah lunak, ke

tanah pendukung yang kuat.

2. Untuk meneruskan beban ke tanah yang relatif lunak sampai kedalaman

tertentu sehingga pondasi bangunan mampu memberikan dukungan yang

13

cukup untuk mendukung beban tersebut dengan gesekan dinding tiang dan

tanah di sekitarnya.

3. Untuk mengangker bangunan yang dipengaruhi oleh gaya angkat keatas akibat

tekanan hidrostatis atau momen penggulingan.

4. Untuk menahan gaya-gaya horizontal dan gaya yang arahnya miring.

5. Untuk memadatkan tanah pasir, sehingga kapasitas dukungan tanah tersebut

bertambah.

6. Untuk mendukung pondasi bangunan yang permukaan tanahnya mudah

tergerus air.

Ditinjau dari volume tanah yang pindah saat pemancangan, pondasi tiang

dapat dibagi menjadi 3 kategori sebagai berikut:

1. Tiang pemindahan besar (large displacement pile), yaitu tiang pejal berlubang

dengan ujung tertutup yang dipancang ke dalam tanah sehingga terjadi

perpindahan volume tanah yang relatif besar, diantaranya tiang kayu, tiang beton

pejal, tiang beton prategang (pejal atau berlubang), tiang baja bulat (tertutup pada

ujungnya).

2. Tiang perpindahan kecil (small displacement pile), hampir sama dengan

kategori pertama hanya saja volume tanah yang dipindahkan relatif kecil.

Contohnya tiang beton berlubang dengan ujung terbuka, tiang baja “H”, tiang baja

bulat ujung terbuka.

14

3. Tiang tanpa perpindahan (non displacement pile), yaitu tiang yang dipasang

dalam tanah dengan cara menggali atau mengebor tanahnya terlebih dahulu.

Pondasi juga harus memenuhi dua persyaratan dasar, antara lain:

1. Faktor keamanan terhadap keruntuhan geser (shear failure) dari tanah

pendukung harus memadai.

2. Penurunan pondasi dapat terjadi dalam batas toleransi dan penurunan sebagian

(differential settlement) tidak boleh mempengaruhi fungsi struktural.

2.3 Jenis-Jenis Tiang Pancang

a. Tiang Pancang Kayu

Tiang pancang kayu umumnya murah dan mudah penggunaannya.

Kelemahan tiang kayu mudah mengalami pembusukan dan dimakan serangga,

agar tiang kayu tidak mengalami kerusakan pada saat pemancangan ujung tiang

dilindungi dengan 5 sepatu besi. Beban maksimum yang dapat dipikul oleh tiang

kayu tunggal adalah 270 – 300 kN.

15

Gambar 2.2 Tiang Pancang Kayu

b. Tiang Beton

Tiang pancang beton terdiri dari :

1. Tiang Beton Pracetak Tiang beton pracetak yaitu tiang dicetak dilokasi tertentu,

setelah jadi barulah tiang ini diangkut kelokasi pemancangan untuk dipasang.

Keuntungan tipe ini adalah pemancangan dapat berjalan dengan cepat karena

tiang beton telah dicetak di pabrik, kualitas lebih dapat diandalkan, tiang yang

dipancang dengan cara penumbukan sangat cocok untuk mempertahankan daya

dukung vertikal. Sedang kerugiannya jika dipancang dengan penumbukan akan

menimbulkan getaran disekeliling, untuk tiang dengan diameter yang besar akan

berat dan sulit dalam pengangkutan.

Gambar 2.3 Tiang pancang beton

2. Tiang Beton Cetak di Tempat Jenis ini terdiri dari 2 tipe, yaitu: tiang yang

berselubung pipa dan tiang yang tak berselubung pipa. Pada tiang yang

16

berselubung pipa baja, terlebih dahulu dipancangkan ke dalam tanah, kemudian

kedalam lubang dimasukkan adukan beton, pada akhirnya nanti pipa besi tetap

tinggal di didalam tanah. Untuk tiang yang berselubung pipa, prosesnya hampir

sama dengan yang berselubung pipa, hanya saja pipa ditarik keluar setelah

pengecoran. Keuntungan dari tiang beton yang dicor ditempat yaitu: getaran yang

terjadi relatif kecil, sedangkan kerugiannya antara lain beton harus ditempatkan di

dalam keadaan kering, setelah pembetonan penyambungan sukar dilakukan, 6

kualitas adukan beton setelah dituangkan cenderung berkurang dikarenakan

tercampur dengan reruntuhan tanah.

Gambar 2.4 Tiang beton Cetak di tempat

c. Tiang Baja Profil

Tiang baja profil mudah penggunaannya dan mempunyai kelebihan dapat

mendukung pukulan yang besar waktu dipancang pada lapisan yang keras, mudah

disambung, kapasitas tinggi dan pergeserannya kecil, sedangkan kelemahannya

17

adalah mudah berkarat dan menimbulkan suara gaduh pada saat pemancangan.

Bentuk baja profil yaitu H, empat persegi panjang, bulat dan lain lain.

Gambar 2.5 Tiang baja profil

d. Tiang Komposit

Tiang komposit adalah tiang yang terbuat dari kombinasi beberapa bahan tiang

pancang menjadi satu kesatuan yang digunakan untuk mengatasi masalah masalah

tertentu.

Gambar 2.6 Tiang komposit

e. Pemancangan

18

Cara Pemancangan Tiang Pemancangan tiang kedalam tanah dapat

dilakukan dengan beberapa cara, yaitu :

a. Pemukul jatuh (drop hammer) Pemukul jatuh terdiri dari blok pemberat yang

dijatuhkan dari atas. Pemberat ditarik dengan jatuh tinggi tertentu kemudain

dilepas dan menumbuk tiang. Pemakaian alat tipe ini membuat pelaksanaan

berjalan lambat sehingga alat ini hanya dipakai pada volume pekerjaan yang kecil.

Gambar 2.7 Alat pancang drop hammer

b. Pemukul aksi tunggal (single-action hammer)

Pemukul aksi tunggal berbentuk memanjang dengan ram yang bergerak naik oleh

udara atau uang yang terkompresi, sedangkan gerakan turun ram disebabkan oleh

beratnya sendiri. Energi pemukul aksi tunggal adalah sama dengan berat ram

dikalikan jatuhnya.

19

Gambar 2.8 Pemukul aksi tunggal (single-action hammer)

c. Pemukul Aksi Dobel (dauble-action hammer)

Pemukul aksi dobel menggunakan uap atau udara untuk mengangkat ram dan

untuk mempercepat gerakan kebawahnya. Kecepatan dan energi output biasanya

lebih tinggi daripada pemukul aksi tunggal.

Gambar 2.9 Pemukul Aksi Dobel (dauble-action hammer)

20

d. Pemukul diesel (diesel hammer) pemukul diesel terdiri dari silinder, ram, blok

anvil dan sistem injeksi bahan bakar. Pemukul tipe ini umumnya kecil, ringan dan

digerakkan dengan menggunakan bahan bakar minyak. Energi pemancangan total

yang dihasilkan adalah jumlah benturan ram ditambah ditambah energi hasil dari

ledakan.

Gambar 2.10 Pemukul diesel (diesel hammer)

e. Pemukul Getar (vibratory hammer)

Pemukul getar merupakan alat pancang yang bergetar pada frekwensi tinggi.

21

Gambar 2.11 Pemukul Getar (vibratory hammer)

f. Pemancangan pancar air atau prapemboran (jetting or preagering)

pemancaran air kadang-kadang digunakan untuk membantu menyisipkan tiang

pancang ke dalam tanah, yang terdiri dari arus air yang berkekuatan tinggi pada

titik tiang pancang untuk memindahkan tanah. Metode ini digunakan untuk

melonggarkan pasir atau kerikil kecil dimana karena suatu sebab tiang pancang

harus menembus kedalaman yang lebih dalam.

Gambar 2.12 Pemancangan pancar air atau prapemboran (jetting or preagering)

22

g. Hydraulic hammer

Jenis alat pancang ini lebih modern dibandingkan dengan alat pancang lainnya,

seperti drop hammer, diesel hammer, dan vibrator hammer. Sistem kerja alat ini

ialah menggunakan sistem hidraulik dalam memasukkan tiang pancang ke dalam

tanah. Sistem hidraulik ini dengan prinsip tekanan pada cairan yang ada di dalam

alat hidraulik. Penggunaan alat ini dengan cara menekan/mendorong pada kepala

tiang pancang bukan dengan dipukuli seperti yang terlihat pada gambar dibawah

ini.

Gambar 2.13 Hydraulic hammer

2.4 Beban Pada Tiang Pancang

Beban Horisontal Pondasi tiang pancang harus dirancang memperhitungkan beban

horisontal atau beban lateral, seperti : beban angin, tekanan tanah lateral, beban

gelombang air, benturan kapal dan lain-lain. Dalam analisis, kondisi kepala tiang

dibedakan menjadi 2, yaitu :

23

a. Kepala tiang terjepit (fixed head) Adalah tiang yang pada bagian atasnya

terjepit, biasa digunakan pada gedung atau bangunan tinggi.

b. Kepala tiang bebas (free head) Adalah tiang yang pada bagian atasnya tidak

terjepit, biasanya digunakan pada jembatan. Beban lateral yang harus didukung

pondasi tiang bergantung pada rangka bangunan yang mentransfer gaya lateral

kekolom bagian bawah. Pondasi tiang yang dipasang vertikal harus dirancang

untuk menahan beban lateral yang cukup besar, maka tanah (khusus pada bagian

atas) yang berfungsi sebagai pendukung juga harus mampu menahan gaya yang

bekerja. Tiang pondasi juga perlu dihubungkan dengan gelagar-gelagar horisontal

yang berfungsi sebagai penahan gaya lateral. Gaya lateral besarnya tergantung

pada kekakuan tiang, tipe tiang, macam tiang, penanaman ujung tiang kedalam

plat penutup kepala tiang, sifat gaya-gaya dan besarnya defleksi yang terjadi.

Apabila gaya lateral yang bekerja besar maka tiang yang dirancang dapat

menggunakan tiang miring. Beban lateral yang diijinkan pada pondasi tiang

diperoleh berdasarkan salah satu dari dua kriteria sebagai berikut :

a. Beban lateral ijin yang ditentukan dengan membagi beban lateral ultimit dengan

nilai faktor keamanan.

b. Beban lateral ditentukan berdasarkan defleksi maksimum yang diijinkan (0,25

inch atau 0,00635 m). Dalam perhitungan pondasi tiang yang menerima beban

lateral selain perlu mempertimbangkan kondisi kepala tiang juga perlu dilakukan

pertimbangan terhadap perilaku tiang, tiang berperilaku seperti tiang panjang

(elastis) maupun tiang berperilaku seperti tiang pendek (kaku).

(http://digilib.unila.ac.id/9459/16/BAB%20II.pdf)

24

2.5 Energi Potensial Atau Gerak Jatuh Bebas

Gerak jatuh bebas tejadi pada semua benda dari ketinggian tanpa

memperdulikan masa benda tersebut. Suatu benda yang berat, yang bias kita

analogikan sebuah batu akan memiliki waktu jatuh yang sama dengan sebuah

kertas. Namun tidak semata- mata benda yang memiliki selisih berat besar dapat

jatuh dengan waktu bersamaan, kedua benda tersebut dapat jatuh bersamaan

apabila tidak ada gaya lain yang bekerja kecuali gaya grafitasi bumi. Jadi kedua

bend tersebut dapat jatuh secara bersamaan pada sebuah ruangan yang hampa

udara. Karena udara secara langsung mempengaruhi kecepatan benda sampai ke

tanah. Sebagai contoh bila kita menjatuhkan batu dan kertas dari atas gedung,

maka batu akan menyentuh tanah terlebih dahulu sedangkan kertas akan melayang

tertiup angin sehingga akan menyentuh tanah dengan waktu yang lama.

Menyatakan gerk jatuh bebas adalah gerak yang mengakibatkan benda

melewati lintasan berbentuk lurus karena pengaruh gravitasi bumi. Gerak jatuh

bebas merupakan gerak yang mengabaikan gesekan dan perubahan kecil

percepatan terhadap ketinggian. Percepatan yang di alami benda jatuh bebas

disebabkan oleh gravitasi yang besarnya 9,8 m/s2 atau 980 cm/s2 dan bearah

menuju pusat bumi. Gesekan yang dimaksud di sini adalah gesekan antara benda

dan udara. Suatu benda yang dijatuhkan dari ketinggian tertentu dalam ruangan

terbuka akan di perlambat akibat gaya gesek dengan laju udara.

25

Gambar 2.14 Benda jatuh bebas

Dengan rumus: F = m x g x h

m = Massa benda (kg)

g = Gravitasi bumi 9,8 m/s2

h = Jarak jatuh benda (m)

Pada percobaan gerak jatuh bebas sering di temukan bahwa hasil

percepatan yang di alami benda tidak sesuai dengan kecepatan grafitasi bumi, hal

tersebut terjadi karena sesunguhnya benda tersebut telah mengalami perlambatan

oleh gaya gesek udara. Percepatan yang di alami benda pada gerak jatuh bebas

akan sama dengan percepatan grafitasi bila benda tersebut di jatuhkan pada

ruangan hampa udara. Pantur (1985 : 61)

2.6 Poros

Poros merupakan salah satu bagian yang terpenting dari setiap mesin.

Hampir semua mesin meneruskan tenaga bersama-sama dengan putaran. Peranan

utama dalam transmisi seperti itu dipegang oleh poros.

Benda

Benda

jarak

26

1. Macam-macam poros

a. Poros transmisi

Poros macam ini mendapat beban puntir dan lentur. Daya yang ditransmisikan

kepada poros ini melalui kopling, roda gigi, puli atau sproket rantai, dan lain-lain.

b. Spindel

Poros transmisi yang relatif pendek, seperti poros utama mesin perkakas, dimana

beban utamanya berupa puntiran, disebut spindel. Syarat yang harus dipenihi

poros ini adalah deformasinya harus kecil dan bentuk serta ukurannya harus teliti

c. Gandar

Poros seperti yang dipasang diantara roda-roda kereta barang, dimana tidak

mendapat beban puntir, bahkan kadang-kadang tidak boleh berputar, disebut

gandar. Gandar ini hanya dapat beban lentur,kecuali jika digerakkan oleh

penggerak mula dimana akan mengalami beban puntir juga.

Menururt bentukanya, poros dapat digolongkan atas poros lurus umum,

porosengkol sebagai poros utama dari mesin totak, dan lain-lain. Poros luwes

untuk mentransimisi daya kecil agar terdapat kebebasan bagi perubahan arah, dan

lain-lain.

2. Hal-hal penting dalam perencanaan poros

Untuk merencanakan sebuah poros, hal-hal berikut ini perlu diperhatikan:

a. Kekuatan poros

Suatu poros transmisi dapat mengalami beban puntir atau lentur atau

gabungan antara puntir dan lentur seperti telah diutarakan diatas. Juga ada poros

yang mendapatkan beban tarik atau tekan seperti poros baling-baling kapal atau

turbin, dan lain-lain.

27

Kelelahan , tumbukan atau pengaruh konsentrasi tegangan bila diameter

poros diperkecil (poros bertangga) atau bila poros mempunyai alur pasak harus

diperhatikan.

Sebuah poros harus direncanakan hingga cukup kuat untuk menahan beban-beban

diatas.

b. Kekuatan poros

Meskipun sebuah poros mempunyai kekuatan yang cukup tetapi jika

lenturan atau defleksi puntirnya terlalu besar akan mengakibatkan ketidaktelitian

(pada mesin perkakas) atau getaran dan suara (misalnya pada turbin dan kotak

roda gigi).

Karena itu, disamping kekuatan poros, kekakuannya juga harus diperhatikan dan

disesuaikan dengan macam mesin yang akan dilayani poros tersebut.

c. Putaran kritis

Bila putaran suatu mesin dinaikkan maka pada suatu harga putaran tertentu

dapat terjadi getaran yang luar biasa besarnya. Putaran ini disebut putaran kritis.

Hal ini terjadi pada turbin, motor torak, motor listrik, dan lain-lain. Jika mungkin,

poros harus direncanakan sedemikian rupa hingga putaran kerjanya lebih rendah

dari putaran kritisnya.

d. Korosi

Bahan-bahan korosi (termasuk plastik) harus dipilih untuk poros propeler

dan pompa bila terjadi kontak dengan fluida yang korosif. Demikian pula untuk

poros-poros yang terancam kavitasi, dan poros-poros mesin yang sering berhenti

lama. Sampai batas-batas tertentu dapat pula dilakukan perlindungan terhadap

korosi.

28

e. Bahan poros

Poros untuk mesin umum biasanya dibuat dari baja batang yang ditarik

dingin difinis, baja karbon konstruksi mesin (disebut bahan S-C) yang dihasilkan

dari ingot yang di-“kiil” (baja yang dideoksidasikan dengan ferrosilikon dan

dicor, kadar karbon terjamin)

2.7 Tali Baja (Steel Wire Rope)

Tali baja (steel wire rope) adalah tali yang dikontruksikan dari kumpulan

jalinan serat – serat baja (steel wire). Mula mula beberapa serat (steel wire)

dipintal hingga menjadi satu jalinan (strand),kemudian beberapa strand dijalin

pada suatu inti (core) sehingga membentuk tali dari tipe – tipe tali baja sebagai

berikut:

a.6 × 19 + 1 fibre core, hoisting rope dan lain–lain artinya sebuah tali kawat baja

dengan kontruksi yang terdiri dari 6strand dan tiap strand terdiri dari 19 steel wire

dengan 1 inti serat (fiber core).

b. 6 × 37 Seal I.W.R.C

(Independent Wire Rope Center), steel wire core, dengan inti logam lunak.

c. 6 × 36 + 1 fc; 6 × 26; 6 × 41 dan lain–lain.

(pesawat pesawat pengangkat, Ir syamsir A.muin .1990:hal 52)

Kentungan dari tali baja dibandingkan dengan rantai adalah sebagai

berikut :

1. Lebih ringan

2. Lebih tahan terhadap sentakan

29

3. Operasinya tenang walaupun digunakan dalam operasi kecepatan tinggi

4. Kehandalan dalam operasi tinggi

Kerusakan pada rantai akan terjadi tiba – tiba sedangkan pada tali baja ,

kawat bagian luar akan mengalami keausan yang lebih parah dan putus lebih

dahulu dibandingkan dengan bagian dalamnya. Bila bagian luar tali kawatnya

mulai terputus – putus jauh sebelum tali baja putus keseluruhan, maka tali baja

tersebut perlu diganti .tali baja terbuat dari kawat baja dengan kekuatan

sampai 200 .dalam proses pembuatanya, kawat baja diberi perlakuan

panas tertentu dan digabung dengan penarikan dingin, sehingga menghasilkan

sifat mekanis kawat baja yang tinggi.

Tali kawat baja banyak sekali macamnya, hal ini dikelompokkan sebagai

berikut:

A. Berdasarkan jenis inti (core) dari tali kawat baja.

Dari jenis inti yang digunakan, tali kawat baja dapat dibedakan menjadi

empat macam, yaitu (Rudenko, 1994):

1. Steel wire core atau Independent Wire Rope Center (I.W.R.C) dipakai

bila:

a) Tali digunakan untuk sentakan yang berlebihan dan beban–beban yang

tidak terduga.

b) Tali yang akan digulung pada drum dalam beberapa perletakan dan di

bawah tegangan tinggi jadi dapat menyebabkan deformasi.

30

c) Tali digunakan untuk pemakaian pada temperatur tinggi yang dapat

mengeringkan core dan dapat menyebabkan rapuh dan melenyapkan

tahanannya terhadap tekanan strand.

d) Tali digunakan untuk operasi kerja pada udara lembab dan korosif yang

menyebabkan timbulnya internal corosion.

2. Fibre core (inti serat)

Sering digunakan pada kondisi operasi yang memerlukan kefleksibelan dari

tali kawat baja tersebut, inti tali kawat baja ini terdiri dari serat lunak.

3. Armoure core

Digunakan untuk kondisi operasi pada suhu yang tinggi dan mengalami gaya

tekan yang tinggi. Tali kawat baja ini intinya merupakan suatu kombinasi dari

kawat baja serta serat/fiber. Tali kawat baja ini biasa digunakan pada daerah

dekat tempat peleburan logam.

4. Steel strand core (inti jalinan baja)

Tali jenis ini digunakan pada kondisi operasi yang sama dengan jenis

talikawat baja jenis I.W.R. Pada tali kawat baja dengan inti terbuat dari

jalinan baja biasanya digunakan pada alat angkat yang bekerja pada

angkatberat

31

Gambar 2.15. Jenis Inti Tali Kawat Baja

(http://www.bridonltd.com)

B. Berdasarkan bentuk pintalan dari masing-masing serat pada setiap strand

kawat (wire), bentuk pintalan dalam tali dikelompokkan menjadi beberapa

jenis, yaitu: (Rudenko,1996):

1. Tali pintal silang atau tali biasa

Tali biasa mempunyai penerapan yang luas.

Tali ini dikonstruksi sedemikian rupa sehingga arah anyaman kawat dalam

untaian berlawanana dengan araha nyaman untaian pada tali.

2. Tali pintal paralel atau jenis lang

Pada tali paralel (lang) arah anyaman kawat dalam untaian sama dengan arah

anyaman untaian pada tali. Tali ini mampu menahan gesekan lebih baik dan

lebih fleksibel tetapi cenderung untuk terpuntir.

32

3. Tali komposit atau pintal balik

Pada tali komposit kedua untaian yang berdekatan dianyam dengan arah yang

berlawanan/terbalik. Di samping itu anyaman untaian tali ini dapat dilakukan

dengan arah kanan dan kiri, lilitan arah kanan lebih sering digunakan.

Secara spesifik konstruksi tali kawat (wire) dalam jalinan (strand) tali (rope)

dapat diletakkan dalam dua arah yang berlainan, yaitu (Muin, 1995):

1.Right Regular Lay (RRL)

Arah strand ke kanan dan arah wire berlawanan arah dengan strand.

2.Left Regular Lay (LRL)

Arah strand ke kiri dan arah wire berlawanan dengan arah strand.

3. Right Lang Lay (RLL)

Arah strand ke kanan dan arah wire searah dengan strand.

4. Left Lang Lay (LLL)

Arah strand ke kiri dan arah wire searah dengan arah strand.

5. Composite atau Reverse Lay Rope

Bila strand terbagi dalam arah jalinan yang berlawanan.

Gambar 2.16. Bentuk Pintalan Tali Kawat Baja

(Rudenko, 1996)

33

C. Berdasarkan bentuk konstruksi dari kawat seratnya tali kawat baja dapat

dibedakan menjadi bermacam jenis, yaitu (Muin, 1995):

1. Sebuah konstruksi biasa (one size wire) dengan strand yang dipintal dari

kawat yang berdiameter sama yang dinamakan tali biasa (ordinary wire rope),

seperti terlihat pada Gambar 2.16. Tali dengan konstruksi one size wire

memiliki serat-serat kawat (wire) dengan ukuran diameter yang seragam.

Gambar 2.17. Penampang Potongan Tali Kawat Baja Dengan Diameter Sama

(Muin, 1995)

2. Bila dalam strand dipintal kawat dari diameter yang berbeda, tali kawat

baja tersebut disebut konstruksi warrington. Seperti terlihat pada Gambar 8.

Tali kawat baja konstruksi warrington terbagi atas dua jenis, yaitu sebagai

berikut (Muin, 1995):

a) warrington compound rope, seperti gambar 2.16b

b) warrington seal, seperti gambar 2.16a, 2.16c s/d 2.16i.

34

Gambar 2.18. Penampang Potongan Tali Kawat Baja Dengan Diameter

Berbeda (Muin, 1995)

3. Nonspinning wire rope, yaitu tali dengan konstruksi khusus dan dengan

treatment yang khusus pula. Selama dioperasikan tidak akan ada tendensi

untuk melawan pilinan di bawah tegangan, seperti dalam Gambar dibawah

ini.

Gambar 2.19. Kontruksi Nonspinning Wire Rope

(Muin, 1995)

35

2.8 Pemilihan Tali Baja

Pada umumnya setiap tali hanya dapat mengalami lengkungan tertentu

sepanjang umur pakai, sejumlah lengkungan tertentu yang telah melewati batas ini

akan rusak dengan cepat. Umur tali dapat di tentukan dengan memakai

perbandingan (Dmin adalah diameter minimum puli atau drum dan d adalah

diameter tali) dan (δ adalah diameter kawat pada tali). Lengkungan berbalik

yakni menuju arah berlawanan dengan lengkungan yang sebenarnya mengurangi

umur tali sebanyak setengahnya. Jumlah lengkungan yang di tentukan oleh jumlah

titik (puli atau drum) tempat tali lewat, lengkungan dalam satu arah pada titik

tersebut setara dengan lengkungan tunggal dan lengkungan variabel setara dengan

lengkungan ganda sistem puli yang banyak digunakan dan jumlah lengkungan

dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

36

Gambar 2.20 jumlah lengkungan tali baja

Untuk memperoleh umur tali yang seragam pengaruh jumlah lengkungan harus

dikompensasikan dengan satu perubahan pada perbandingan dengan

menyatakan diameter tali dengan rumus :

i

Diperoleh :

Dengan :

δ= diameter satu kawat

i = jumlah kawat dalam tali

Tegangan pada tali yang dibebani pada bagian yang melengkung karena

tarikan dan lenturan adalah :

Dengan :

σ = kekuatan putus bahan kawat tali ( )

k = faktor keamanan tali

S = tarikan pada tali (kg)

37

F = penampang berguna tali ( )

E = E modulus elastisitas yang di koreksi ;

dimana, E = 2.100.000 ~ 800.000

Pada tali yang sering dipakai pada mesin pengangkat (kecuali tali pintalan

kompon), misalnya tali dengan 114, 222, dan 342 buah kawat menjadi :

Maka diperoleh rumus dengan memilih tali menurut kekuatan putusnya P

pada penampang total tali sebagai berikut :

38

Tarikan kerja maksimum pada bagian tali dari sistim puli beban Sw dapat

dihitung dengan rumus :

Dimana :

Q = berat muatan yang di angkat (kg)

n = jumlah muatan puli yang menyangga muatan

η= efisiensi puli

η1= efisiensi yang di sebabkan kerugian tali akibat kekuatannya ketika

menggulung pada drum yang diasumsikan 0,98.

Diameter drum atau puli minimum yang di izinkan didapat dari rumus :

D > . d

Dimana :

D = diameter drum atau puli pada alurnya (mm)

d = diameter tali (mm)

= faktor yang tergantung pada alat pengangkat dan kondisi operasi

= faktor yang tergantung pada kontruksi tali.

2.9 Bantalan (Bearing)

39

Bantalan adalah elemen mesin yang menumpu poros berbeban, sehingga putaran

atau gerakan bolak-baliknya dapat berlangsung secara halus, aman, dan panjang

umur. Bantalan harus cukup kokoh untuk memungkinkan poros serta elemen

mesin lainnya bekerja dengan baik. Jika bantalan tidak berfungsi dengan baik

maka prestasi seluruh sistem akan menurun atau tak dapat bekerja secara

semestinya. Jadi, bantalan dalam permesinan dapat disamakan peranannya dengan

pondasi pada gedung.

Umur Bantalan (Bearing)

Secara pendekatan, umur layanan ball bearing dan roller bearing adalah

sama, didasarkan persamaan berikut:

L = )k . 106 putaran (sularso, hal 126)

Dimana: L = umur layanan

K = 3 untuk ball bearing dan 10/3 untuk roller bearing

40

Gambar 2.21 bearing

Hubungan antara umur dalam putaran (L) dan umur dalam jam kerja (LH) adalah:

L = 60.V. LH (sularso, hal 126)

2.10 Roda Gigi

Roda gigi dengan poros sejajar adalah roda gigi dimana giginya berjajar pada dua

bidang silinder (disebut “jarak bidang bagi), kedua bidang silinder tersebut

bersinggungan dan yang satu menggelinding pada yang lain dengan sumbu tetap

sejajar.

a. Roda gigi lurus

Roda gigi lurus merupakan roda gigi paling dasar dengan jalur gigi yang sejajar

poros.

41

Gambar 2.22 roda gigi lurus

b. Nama-nama bagian roda gigi dan ukurannya

Nama-nama bagian roda gigi diberikan dalam gambar 2.12 dinawah ini. Adapun

ukurannya dinyatakan dengan diameter lingkaran jarak bagi, yaitu lingkaran

khayal yang menggelinding tanpa selip. Ukuran gigi dinyatakan dengan “jarak

bagi lingkar”, yaitu jarak sepanjang lingkaran jarak bagi antara profil dua gigi

yang berdekatan.

Gambar 2.23 bagian-bagian roda gigi

c. Perbandingan putaran dan perbandingan roda gigi

Notasin pada nilai perbandingan antara jumlah gigi ini biasanya ditulis (i) pada

roda gigi dan pada pinyon. Perbandingan ini dapat sebesar 4 sampai 5 dalam hal

roda gigi lurus standar dan dapat diperbesar sampai 7 dengan perubahan kepala.

Pada roda gigi miring dan miring ganda, perbandinga tersebut dapat sampai 10.

Rumus yang digunakan:

Z1/Z2 = i

Dimana: Z1 = junlah gigi gear 1

42

Z2 = junlah gigi gear 2

2.11 Puly

Dalam perancangan ini bahan pully terbuat dari besi cor (besi kelabu atau

baja), puli yang direncanakan terdiri dari beberapa puli tetap dan puli bergerak

termasuk pada system puli yang menguntungkan pada daya.

Gambar 2.24 pully

Diameter yang akan dirancang sebagai berikut :

(N. Rudenko table 9 hal 41)

Dimana :d = diameter tali = 16,88 mm

= faktor yang tergantung pada alat pengangkat dan kondisi operasi = 18

= faktor yang tergantung pada kontruksi tali. 0,90

2.12 Drum

Biasanya drum untuk tali rami termasuk jenis polos dengan flens yang

tinggi yang memungkinkan tali tergulung atas beberapa lapis. Hal ii

43

memungkinkan panjang drum dapat diperpendek. Diameter drum dipilih dengan

perbandingan yang sama dengan roda puli: D ≥ 10.d*.

d* adalah diameter kawat.

Gambar 2.25 dimensi alur drum