i

PERANCANGAN PONDASI MESIN

OLEH:

A.A Ketut Ngurah Tjerita

PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS UDAYANA

2018

i

KATA PENGANTAR

Dalam era globalisai perkembangan ilmu pengetahuan juga tak

terkalahkan oleh perkembangan masalah-masalah yang lain bahkan memberikan

image yang paling terdepan yang sangat mempengaruhi perkembangan lainnya.

Didalam bidang teknik sipil (Struktur,Transportasi, Hidro,Geoteknik dll)

perkembangan ilmu pengetahuan juga sangat pesat seiring dengan kebutuhan dan

tuntutan dalam perkembangan kehidupan manusia. Khususnya dalam ilmu teknik

pondasi yang merupakan masalah yang sangat pundamental, karena merupakan

penyokong dari bangunan atau konstruksi diatasnya. Masalah dibawahn tanah

sangat sulit dilihat dengan kasat mata, oleh karena itu harus dihadapi dengan ilmu

mekanika tanah untuk penyelesaiannya. Sesuai dengan penggunaan/fungsi

bangunan diatasnya dan kondisi dari geologi alam, maka perencanaan pondasinya

harus seirama, karena tanah sangat sensitive terhadap perlakuan-perlakuan yang

ada diatasnya. Untuk menghadapi fenomena ini kami ingin ikut memberikan

sumbangan penulisan ini, yang dirangkum dari beberapa buku sesuai denga

referensi yang ada.

Dengan menyadari pula barangkali ada hal-hal yang kurang sempurna

terdapat dalam penyelesaian penulisan ini, masukan dan saran dari pembaca

sangat diharapkan dan semoga penulisan ini ada manfaatnya bagi kita serta

perkembangan ilmu pengetahuan di Indonesia.

ii

DAFTAR ISI

Kata Pengantar ............................................................................................... i

Daftar Isi......................................................................................................... ii

1. Pendahuluan ....................................................................................... 1

2. Type Dari Pondasi Mesin ................................................................... 1

3. Persyaratan Umum Dari Pondasi Mesin ............................................ 4

4. Kriteria Dimensi ................................................................................. 5

5. Data Perancangan ............................................................................... 6

6. Induksi Beban Dinamik Pada Mekanisme Torak/Engkol Sederhana

(Simple Crank Mechanisme).............................................................. 6

7. Amplitudo yang Diinginkan ............................................................... 10

8. Kap Daya Dukung yang Dinginkan ................................................... 11

9. Daftar Pustaka .................................................................................... 23

1

BAB 1

FONDASI MESIN

1.1 U M U M.

Perancangan Fondasi mesin menimbulkan permasalahan yang lebih

kompleks dibandingkaa dengan pondasi yang harus menyangga beban

statik. Pada pondasi mesin, perancang harus juga mempertimbangkan

beban dinamis disamping beban, statis. Perancang harus mengetahui

bagaimana cara beban ditransmisikan dari mes in , di samping juga harus

tahu problem yang timbul akibat perilaku dinamika dari pondasi dan

dibawah pondasi.

Sampai sekarang, perancaagan pondasi mesin yang dilaksanakan para

perancang/masih didasarkan atas peraturan empiris, dikarenakan sampai

sekarang baru sedikit yang diketahui mengenai perilaku fondasi akibat

beban dinamik. Tetapi walaupun begitu dengan perkembangan dilapangan

tentang tanah dan bangunan dinamik, maka prinsip perancangan secara

berangsur tercipta tanpa harus tergantung pada cara empiris. Biasanya

tujuan dari manual adalah mengadakan kriteria perancangan dalam berbagai

cara sehingga sedemikian rupa perancang menemukan cara yang tepat untuk

pemakaian pada permasalahan praktis.

1.2 TYPE DARI FONDASI MESIN.

Pembagian type dari fondasi Mesin dapat dibedakan dalam tiga cara

klasifikasi, dimana masing-masing cara klasifikasi mempunyai type-typenya

sendiri.

Ketiga cara Klasifikasi tersebut adalah:

1. Klasifikasi pondasi didasarkan atas kriteria perancangan:

a) Yang memproduksi gaya bentur/tumbuk (impact forses), mis: gaya

tumbuk, gaya tekan

2

b) Yang memproduksi gaya periodik, mis: recciprocating engines

(kompresor).

c) Mesin-mesin dengan kecepatan tinggi, mis: turbines, rotary

compressor.

d) Mesin tambahan lainnya.

2. Klasifikasi pondasi didasarkan atas bentuk struktur.

a) Pondasi type blok terdiri dari dudukan dari beton, dimana mesin

akan diletakan.

b) Pondasi type box atau Caisson terdiri dari blok beton yang berlubang

ditengahnya dan menahan mesin diatasnya.

c) Pondasi type dinding, terdiri dari sepanjang dinding yang menahan

mesin diatasnya.

d) Pondasi type rangka, terdiri dari kolom vertikal menahan konstruksi

rangka horizontal diatasnya, dimana mesin akan diletakan.

3

Dengan melihat produksi gaya yang terdapat pada mesin yaitu :

- gaya impul dan

- gaya periodik.

Maka type blok digunakan bila mesin memproduksi gaya impul dan gaya periodik

dengan kecepatan rendah, sedangkan untuk kecepatan tinggi dan berorasi

digunakan type rangka. Untuk beberapa mesin yang menginduksi gaya dinamika

kecil dapat langsung diangker pada lantai tanpa pondasi khusus.

3. Dengan mendasarkan frekwensi operasi dari mesin, maka mesin dapat

dibagi dalam tiga katagori :

1) Frekwensi rendah sampai menengah 0 - 500 rpm

2) Frekwensl menengah sampai tinggi 300 - 1000 rpm

3) Frekwensi sangat tinggi > 1000 rpm.

GROUP I.

Pondasi pada group ini pada umumnya mempunyai type blok dengan daerah

kontak yang cukup besar. Mesin yang termasuk dalam group ini adalah :

- Reciprocating engine ukuran besar

- Compressor dan

- Blower.

GROUP II.

Pondasi pada group ini pada umumnya mempunyai type blok yang terletak pada

per atau tempat dudukan elast is (elastic pad).

Tujuan pengenaan sistem pondasi yang dilengkapi dengan per adalah untuk

raengusahakan frekwensi natural dibawah frekwensi pengoperasian.

Mesin yang termasuk dalam group ini adalah :

- Reciprocating engine dengan ukuran menengah seperti : mesin diesel dan mesin

gas.

4

GROUP III.

Fondasi type ini menggunakan blok masif, permukaan kontak kecil dan

menggunakan pada isolasi yang sesuai untuk memperendah frekwensi naturalnya.

Mesin yang termasuk dalam group ini adalah:

- Mesin pembakaran dalam kecepatan tinggi (high speed internal combustion)

- Motor linstrik

- Set turbo generator.

Untuk yang terakhir, mesin memerlukan pondasi rangka yang memberikan

kemungkinan akomodasi bagi peralatan tambahan diantara kolom-kolomnya.

1.3 PERSYARATAN UMUM DARI PONDASI MESIN.

a. Pondasi harus dapat menahan beban dlatasnya (superimposed loads) tanpa

mengakibatkan keruntuhan geser atau hancur (shear or crushing failure).

b. Penurunan harus didalam batas yang diinginkan.

c. Kombinasi dari titik berat mesin dan pondasi sedapat meungkin pada garis

vertikal yang sama dari titik berat bidang dasar.

d. Tidak boleh terjadi resonasi, sehingga frekwensi natural system tanah

pondasi harus lebih besar atau lebih kecil apabila dibandingkan dengan

frekwensi pengopersian mesin untuk mesin dengan kecepatan rendah,

frekwensi natural harus lebih tinggi, sedangkan mesin dengan kecepatan

tinggi, frekwensi natural harus lebih rendah.

e. Aplitudo yang terjadi pada waktu kondisi pelayanan harus didalam batas yang

diinginkan. Batas yang diinginkan biasanya diberikan oleh pabrik pembuat

mesin.

f. Bagian rotating & reciprocating dari mesin, harus selalu dalam keadaan

seimbang, untuk mengurangi gaya-gaya atau women yang tak seimbang.

(Tanggung jawab Insinyur mesin).

5

g. Apabila dimungkinkan, pondasi harus dirancang sedemikian rupa sehingga

mengijinkan perubahan berikut dari frekwensi natural, dengan jalan dapat

merubah daerah dasar atau masa pondasi (dipilih mana yang lebih

memungkinkan).

Sedangkan dari sudut praktis, persyaratan yang harus dipenuhi

a. Muka air tanah harus serendah mungkin dan kedalaman muka air tanah paling

tidak 1/4 dari lebar pondasi diukur dari bidang dasar pondasi. Batas ini

merupakan batas pengaruh Propagi vibrasi (Vibrastion propagation). Maka air

tanah adalah konduktor yang baik terhadap gelombang propagasi.

b. Pondasi mesin harus dipisahkan dari komponen bangunan yang berdekatan

dengan menggunakan expansion joint.

c. Setiap pipa uap atau udara panas yang dalam pondasi harus betul-betul

diisolasi.

d. Pondasi harus dilindungi dari minyak mesin dengan cara memberikan lapisan

acid resisting (tahan asam), atau chenical treatment lainnya yang cocok.

e. Pondasi mesin harus diletakan pada elevasl yang lebih rendah dibanding

dengan elevasi pondasi dari bangunan yang berdekatan.

1.4 KRITERIA DIMENSI.

Dimensi pondasi mesin biasanya ditentukan sehubungan dengan kebutuhan

pengoperasian mesin. Dimensi secara umum, diberikan oleh pembuat mesin.

Apabila pemilihan dimensi ditugaskan kepada perancang maka dimensi

minimum yang dipilih mungkin dari pondasi harus memenuhi kriteria

perancangan.

Untuk suatu demensi pondasi dan kondisi tempat yang khusus, perancang

harus yakin bahwa amplitudo gerak dan frekwensi natural dari system tanah

pondasi dibawah kondisi pengoperasian.

6

Untuk perancangan yang baik syarat-syarat umum pondasi harus dipenuhi

pula. Apabila ternyata syarat-syarat umum pondasi tidak dipenuhi, maka

perancang menyarankan perubahan demensi pondasi kepada pembuat

mesin. Kemudian setiap perubahan yang terjadi harus ditanda-tangani oleh

Insinyur mesin dari pembuat mesin.

1.5 DATA PERANCANGAN.

Berbeda-beda tergantung dari type pondasinya. Tetapi syarat umum dari

data yang digunakan dalam perancangan adalah:

a. Diagram beban yang menunjukan besar dan posisi dari beban statik dan

dinamik yang bekerja pada pondasi.

b. Tenaga dari mesin dan kecepatan pengoperasian.

c. Diagram yang menunjukan bagian yang masuk terletak di dalam

pondasi (embebbed parts), bukan (opens), groves (celah), dari boet

pondasi.

d. Nature of soil, sifat-sifat statik dan dinamik tanah yang diperlukan

dalam perhitungan perancangan.

1.6 INDUKSI BEBAN DINAMIK PADA MEKANISME TORAK/

ENGKOL SEDERHANA (SIMPLE CRANK MECHANISME).

Beban dinamik yang bekerja pada pondasi pada umumnya dapat

diklasifikasikan didalam dua katagori.

a. Type beban shock atau impulslf yang mana terjadi pada selang

beraturan (mesin pemikul dan mesin penekan).

b. Steady state loads yang mana bervarlasl terhadap waktu sehubungan

dengan hukum sin atau cosinus (misal reciprocating and rotating

machine).

Pabrik pembuat mesin pada umumnya melengkapi data sehubungan gaya-

gaya yang tidak seimbang (unbalanced forees). Untuk type peralatan dasar

tertentu, gaya tak seimbang (unbalanced forcees) dapat dlhltung sebagal

berikut :

7

1. Pada Internal combustions engine, piston type compressors, pump, steam

engine dll menghasilkan gaya reciprocating/ bolak-balik. Pada gambar

terlihat mekanisme torak sederhana pada single cylinder engine (mesin

silinder tunggal) terdiri dari :

Piston yang mana bergerak didalam silinder.

− Crank/engkol dengan panjang r yang berputar pada titik 0 dihubungkan

dengan pipa/batang dengan panjang i. Yang dihubungkan dengan

piston pada titik P dan pada crank shaff/tangkai di C.

− Crank pen/pasak C mengikuti jejak lingkaran, wust pin P beriskilasi

sepanjang jejak liniar. Sedangkan titik-titik pada batang CP mengikuti

jejak ellip.

Apabila total resiprocating mass yang bergerak dengan piston= m rec, sedangkan

rotating mass bersama-sama crack = m rot, p z = unbalanced inertial forces

(sepanjang arah piston), (umbalanced inertial forces) sepanjang arah piston lurus)

dapat dituliskan.

( ) tW2CosrWm

tCosWrWmmp m

zz

m

z

mrotrecz

++= ……………………(1.1)

dan

WtsinmrotrWPz

mx = …………………………………………………..(1.2)

8

Gambar 1.2 Simple Crank Mechanisme = engkol

dimana : W m = kecepatan sudut rotasi

r = jari-jari Crank

Untuk simple crank Mechanis seperti pada gambar (1.2) masa reciprocating

& rotating diberikan oleh hubungan berikut :

+=

i3m2mm rec …………………………………..(1.3)

3rot mi

1r

1m1rm

−+= ……………………………...(1.4)

dimana :

m 1 = masa dari crank.

m 2 = masa dari bagian reciprocating termasuk piston-piston rod dan crank head.

m 3 = masa dari batang penyambung.

ι = panjang dari batang penyambung.

9

ι 1 = panjang antar titik C ke titik berat batang penyambung.

r 1 = panjang antara titik berat dari tangkai crank dan titik berat rotasi.

Gaya-gaya inertlal pada persamaan (1.1) mempunyal komponen.

- Primary coraponen bekerja pada kecepatan berputar Wm

- Second component bekerja dua kali kecepatan berputar = 2Wm

Gaya inertial aklbat berputarnya masa dapat dieliminasi seluruhnya

dengan cara "counter balancing". Sedangkan membuat seimbang (imbalancing)

terhadap masa reciprocating tidak dapat, biarpun begitu dapat dicegah yaitu pada

multi cilinder engines, adalah dengan mengatur silinder sedemikian rupa sehingga

gaya tak seimbang menjadi sekecil mungkin.

Untuk beberapa mesin khusus gaya primer dan sekonder dari gaya tak

seimbang diberikan oleh pabrik pembuat mesin. Kalau tidak ada, perancang harus

menghitungnya didasarkan atas berat bagian berputar dan resiprocating.

2. Pada turbin, pompa centrifugal dan set generator turbo etc, dari mesin

yang berputar etc.

Meskipun sebelum pemasangan rotating machunary telah diseimbangkan,

pada prakteknya tetap terdapat ketidak seimbangan. Yang dimaksud

dengan tidak seimbang pada rotating machine disini adalah bahwa surebu

rotasi tidak lewat sumbu utama inersia dari seluruh unit.

Pada mesin dengan kecepatan tinggi seperti turbine, sekecil apapun

eksentrisitas dapat menyebabkan gaya tak seimbang yang besar.

Pada gambar 1.3.a memperlihatkan typical rotating mas type oscillator

dengan single mass me ditempatkan pada rotating shaft dengan

eksentrisitas e dari sumbu rotasi.

10

Gambar 1.3.a

Dengan pengaturan seperti pada gambar 1.3.a akan menimbulkan unbalanced

vertial force sebesar

WtsineWmpz

me= ………………………………………(1.5a)

sedang pada gambar (1.3b)

tWsinp2p mo= …………………………………………(1.5b)

dimana po = vertikal asci11ating force yang mempunyai amplitudo = z

meeWm2

1 .7 AMPLITUNDO YANG DIINGINKAN.

Biasanya ditentukan oleh pabrik pembuat mesin, pada umumnya

ditentukan oleh kepentingan mesin relatif dan sencetivity struktur disekelilingnya

akibat vibrasi yang ditimbulkan.

Apabila tidak tersedla data amplitude yang diinginkan harga yang dianjurkan oleh

Richatt (lihat gambat) atau oleh Bercan.

11

1.8 KAPASITAS DAYA DUKUNG YANG DIINGINKAN.

a. Tanah harus dievaluasi dldasarkan hasil sub soil exploration & testy

yang representatif menurut suatu peraturan yang berlaku.

b. Kayu

The permissible Compressive stress on timber harus mengikuti suatu

peraturan yang berlaku.

c. Lain bahan

The permissible bearing pressure untuk natural elastis lainnya seperti

felt/bahan untuk gibs, cork/gabus dan rubber biasanya diberikan oleh

ferina pembuat material tidak ada harga tertentu yang dianjurkan,

karena sangat bervariasinya harga tersebut.

12

Beton (cncrete) sebagai bahan utama pondasi mempunyai sifat-sifat bahan yang

berbeda dengan bahan konstruksi lainnya. Dalam hal tegangan dan modulus

elastisitas dapat diperlihatkan pada table berikut:

Sedangkan kekuatan beton akan dipengaruhi oleh waktu dari saat pengecoran,

serta kelembaban dan temperatur pada saat pengecoran. Secara umum semakin

lama kekuatan beton semakin bertambah. Pertambahan kekuatan beton terutama

terjadi pada usia beton sebelum 28 hari. Pengaruh moisture dan temperature

terlihat jelas pada gambar dibawah ini.

13

Pada konstruksi beton selain beton itu sendiri, terdapat elemen/bahan baja

tulangan yang dimaksudkan untuk menahan tegangan tarik yang ada pada

struktur.

Dari table kekuatan beton terlihat bahwa kekuatan tarik beton relatif kecil,

dibandingkan kekuatan tekannya. Baja tulangan akan menahan tarik sedang beton

akan menahan tekan. Dibawah ini disajikan table tulangan baja dar ASTM.

Fundasi untuk proses equipment, secara umum mempunyai tipe-tipe sebagai

berikut:

− Rectangular atau octagonal footing untuk vessel vertical yang berdiagonal

kecil (gambar 4a dan 4b).

− Rectangular atau octagonal footing dengan pedestal untuk pipe-support frame

atau vessel vertical yang besar.

− Block foundation untuk kompresor, pompa dan vibrasing equipment (gbr 4c)

− Continous footing dan foundation walls untuk horizontal vessel, large

elevated tanks dan thickners. (gambar 4d ).

− Structural mats untuk cluster of equipment, tanks or croling towers.

14

Pondasi beton dibutuhkan jika equipment terlalu berat untuk ditaruh secara

langsung pada lantai.

Pondasi tiang caisson dan pier juga merupakan bagian dari pondasi beton akan

mempunyai bentuk umum sebagai berikut:

15

Selain digunakan untuk menahan tegangan tank, baja tulangan juga dapat

berfungsi untuk ikut menahan tekan, dengan menaruh tulangan baja, pada kolom

(fig 3 a). Hal ini akan memperbesar kapasitas kolom.

Akan tetapi tulangan baja ini harus terlindung dari temperatur yang tinggi,

sehingga diperlukan spesi beton yang cukup. Jarak atau spesi minimum

tergatttUhg pada letak tulangan (lihat gambar 3b ).

Perencana harus memperhitungkan gaya-gaya yang harus ditahan oleh pondasi,

kemudian harus merencanakan ukuran serta lokasi dari tulangan. Jika terjadi salah

letak atau kurang tulangan akan terjadi catastrophie failure

16

Beberapa contoh kasus pondasi dapat dikemukakan sebagai berikut:

1. Pondasi untuk vertical vessels

Pondasi untuk vertical vessels yang berdiameter kurang dari 4 ft biasanya

adalah squar pedestal dengan atau tanpa footing.Sedangkan untuk

berdiameter lebih dari 4 ft, digunakan octagonal pedestal, dengan octagonal

footing.

Puncak dari pedestal biasanya berada pada 1 ft diatas permukaan akhir

(perkerasan disekitar vessel). Sedangkan bagian bawah pedestal berada 3ft,

dibawah muka tanah asli atau lebih. Jumlah dan ukuran anchor-bolt

ditentukan oleh dua hal:

1. Gay a geser total akibat angin atau gempa.

2. 150 % dari gaya angkat akibat angin atau gaya guling akibat gempa.

2. Pondasi untuk Horisontal vessels

Pondasi untuk horizontal vessel biasanya terdiri dari dua atau tiga dinding

beton vertical, tergantung pada panjang vessel, ditahan oleh continous footing

pada setiap dinding.

17

Terdapat dua tipe dari support wall yang satu (type I) menggunakan saddle baja,

sedang type dua langsung menahan shell, 1. Tebal dinding ini minimum 8 inch.

Support wall harus direncanakan untuk menahan guling, terutama pada arah

longitudinal dari vessel.

Pondasi untuk storage tangki.

Storage - tangki berdiameter besar seperti dari API ( American Petroleum institute

), seperti pada gambar 8 , akan memerlukan pondasi yang benar-benar harus

dipersiapkan.

18

Dasar dari storage — tanah ini bisa terbuat dari crushed rock atau sand cushion.

3. Pondasi pompa dan anchors

Dua elemen perting pada process plant adalah pondasi pompa serta anker-

Ankernya. Pompa process beroperasi secara rotating idengan gaya rotasi) atau

reciprocating.

Bagian atas dari pondasi harus berada diatas suatu ketinggian tertentu, untuk

menghindari flooding dari electric motor, dan untuk melindungi pengaruh impact.

Sedangkan kedalaman pondasi, harus cukup agar penetrasi air tidak memperlemah

keadaan tanah, dan menyebabkan penurunan pondasi.

19

Penulangan pondasi ini diperlihatkan pada gambar 9.a

Perencanaan dan penentuan letak anchor-bolt adalah sama pentingnya. Disarankan

untuk mencari kontraktor yang berpengalaman dalam menempatkan anchor-bolt

secara teliti. Untuk vessel equipment terlalu berat, dapat digunakan sleeve-nut bolt

yang diperlihatkan pada gambar 9 b.

Self-Supporting Equipment

Self supporting equipment hams direncanakan untuk bermacam-macam kondisi

seperti:

- Equipment kosong + angin atau seismic forces

- Equipment sperating + angin atau seismic forces

- Tes load dengan eqipment penuh air atau granular material.

20

Demikian pula support structure juga harus direcanakan dengan berbagai kondisi.

- Equipmemt kosong + dead load + angin atau seismic forces

- Equipment operating + dead load + angin atau seismic forces

- Equipment operating + dead load + live load dari flat form.

- Tes load dengan equipment penuh + dead load + live load dari plat form

Support structure untuk conveyer atau equipment yang ringan terlihat pada

gambar 1 . Untuk medium structure terlihat pada gambar 2.

Hal-hal yang juga harus mendapat perhatian adalah :

- Building frames.

Rangka baja seperti terlihat pada 5 a, akan terdiri dari bermacam-macam

bagian.

21

Sedangkan rangka baja yang dilas, terlihat pada gambar 5b, adalah rigid frame.

Hubungan antara structure atas dan bawah dapat digunakan anchor - bolt seperti

gambar 6.

22

- Fire proofing

Konstruksi baja harus dilindungi dari bahaya kebakaran dengan lapisan dari

semen.

- Concretete block

Konstruksi dari concrete block terlihat pada gambar 6.

23

DAFTAR PUSTAKA:

1. Mitchell, J. K. (1976), "FUNDAMENTALS of SOIL BEHAVIOR",

University of California, Berkeley, John Wiley & Sons, "Inc.

2. Gray, D. H., and Mitchell, J. K. (1967), Fundamental Aspects of Electro-

Osmosis in Soils, "Journal of The Soil Mechanics and Foundations Devision,

A.S.C.E., Vol. 93, No SM6, pp. 209-236: Closure Discussion : Vol. 95, No.

1969. SM3, pp. 875.879.

3. Aldrich, H.P. Jr. (1956), "Frost Penetration Below Highway - andAirfield

Pavements ", Highway Research Board Bulletin, No. 135.

4. Esrig. M. I. (1968), "Pore Pressures, Consolidation, and Electrokinetics,"

Journal of the Soil Mechanics and Foundations Devision, A.S.C.E., Vol 94,

No. SM4, pp. 899-921.

5. Bjerrum, L., Mourn, J., and Eide, 0. (1967), "Application of Electro-Osmosis

on a Foundation Problems in Norwegian Quick Clay," Geotechnique, Vol.

17, pp 214-235.

6. Katchalsky, A., and Curren, P. R. (1967), Nonequilibrium Thermodynamics

in Biophysics, Harvard Univ. Press. Cambridge.

7. Olsen, H. W. (1969), "Simultaneous Fluxes of Liquid and Charge in

Saturated Kaoline," Soil Science Society of America Procedings, Vol 33,

No.3. pp. 338-344.