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