PERENCANAAN PONDASI DINAMIS UNTUK TANGKI DIGESTER DENGAN SISTEM PONDASI DALAM PADA PROYEK PT. PETRO JORDAN ABADI GRESIK

Transkripsi

1 JURNAL TEKNIK POMITS Vol., No., (03) -6 PERENCANAAN PONDASI DINAMIS UNTUK TANGKI DIGESTER DENGAN SISTEM PONDASI DALAM PADA PROYEK PT. PETRO JORDAN ABADI GRESIK Resty Reysa Resdiana, Prof. Ir. Indrasurya B. Mochtar, MSc., Ph.D, Ir. Ananta Sigit Sidharta, MSc., Ph.D Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60 Abstrak : Tangki Digester merupakan tangki pencerna atau pencampur bahan-bahan padat maupun cair. Tangki digester pada PT Petro Jordan Abadi ini merupakan tangki pencampur asam sulfat dan batuan phospor. Beban yang dihasilkan oleh tangki digester ini adalah beban dinamis yang dihasilkan saat mesin bekerja dan beban statis yang merupakan berat dari mesin itu sendiri. Pondasi yang akan digunakan harus mampu menahan beban tersebut dan meredam getaran sehingga tidak merusak mesin dan tidak mengganggu manusia yang berada di sekitarnya. Sehingga dalam tugas akhir ini dilakukan perencanaan pondasi yang akan digunakan untuk mesin agitator yang berada dalam tangki digester. Selain melakukan perencanaan pondasi, tugas akhir ini juga membahas mengenai beban dinamis yang terjadi dan prosesnya sehingga beban tersebut sampai pada tanah. Datadata yang digunakan adalah berat mesin agitator sebesar 69 ton, dimensi tangki digester itu sendiri yaitu berdiameter 0,485 meter serta tingginya,84 meter. Kemudian frekuensi mesin sebesar 500 rpm serta data tanah yang ada pada lokasi proyek. Kata Kunci : PT Petro Jordan Abadi Gresik, Tangki digester, pondasi dinamis, lumped parameter I. PENDAHULUAN Pupuk sangat dibutuhkan oleh masyarakat Indonesia, hal ini terbukti bahwa permintaan akan kebutuhan pupuk meningkat tajam. Ini dikarenakan pupuk merupakan bahan utama dari sektor perkebunan terutama kelapa sawit, karet, kakao, kopi, kapas, tebu, tembakau, teh, cengkeh, dan lain sebagainya. Tidak hanya dari sektor perkebunan saja yang membutuhkan pupuk. Banyak komoditas diluar sektor pertanian juga membutuhkan pupuk seperti sektor peternakan, kehutanan, perikanan, dan perindustrian. Untuk memenuhi kebutuhan tersebut, salah satu pabrik pupuk terbesar di Indonesia PT Petrokimia Gresik berencana membangun satu pabrik yang memang dikhususkan untuk memproses bahan baku pupuk. Pertahunnya, PT. Petrokimia Gresik memiliki kapasitas produksi pupuk phospat mencapai ton, serta kebutuhan pupuk yang diperlukan untuk mencukupi kebutuhan pertanian sebanyak ton. Oleh karena itu, dibangunlah pabrik bahan baku pupuk PT Petro Jordan Abadi yang juga merupakan anak perusahaan dari PT Petrokimia Gresik. PT. Petro Jordan Abadi ini penghasil bahan baku pupuk penghasil asam sulfat dan asam phospat. Asam phospat dihasilkan dari sebuah tangki digester hasil pencampuran dari asam sulfat serta batuan phospat. Untuk membangun tangki digester tersebut dibutuhkan suatu pondasi yang kuat terhadap beban dinamis saat beroperasi. Pondasi secara umum berfungsi sebagai penerus dan penyalur beban dari struktur diatasnya, yang kemudian didistribusikan ketanah tanpa mengalami kerusakan atau penurunan yang berarti. Pondasi yang akan direncanakan merupakan pondasi dinamis yang kuat menahan tangki digester. Tangki digester merupakan suatu tangki untuk memproses bahan baku pupuk yang di dalamnya terdapat sebuah mesin pengaduk yang bergetar hingga 500 rpm. Pada desain pondasi mesin perlu ditinjau beban dinamis dari mesin pada saat mesin bekerja. Beban dinamis yang dihasilkan dari tangki digester ini adalah pergerakan asam sulfat serta batu phospat yang berputar sehingga kedua bahan tersebut bercampur menjadi satu. Diameter dari tangki digester ini sebesar 0,485 m, serta tingginya mencapai,84 m (lihat gambar.). Dengan dimensi yang sebesar itu serta adanya getaran yang cukup kuat, maka pondasi mesin ini harus direncanakan untuk mampu menerima beban dari berat mesin dan beban dinamis akibat dari bekerjanya mesin. Beban dinamis yang dihasilkan saat mesin bekerja relatif lebih kecil bila dibandingkan terhadap berat mesin dan pondasi. Tetapi beban dinamis dari mesin yang terjadi berulang-ulang dalam waktu yang relatif lama, sehingga hal tersebut tidak dapat diabaikan dan perlu mendapat perhatian khusus agar tidak terjadi kerugian. Perencanaan pondasi ini harus dilakukan sebaik mungkin agar desain pondasi yang akan direncanakan tidak mengakibatkan berbagai masalah seperti retaknya lantai serta terjadinya getaran yang menimbulkan penurunan kinerja dari mesin dan bahkan dapat mengakibatkan kerusakan pada mesin tersebut. Respons vibrasi dari pondasi mesin yang terpenting adalah frekuensi resonansi dan amplitudo getaran. Respons tersebut jangan sampai menggangu struktur, peralatan, maupun pekerja di sekitarnya. (Masyhur Irsyam, 004). Pada perencanaan pondasi mesin ini akan digunakan metode Lumped Parameter System oleh Novak (977). Dipilihnya metode ini karena dalam perencanaannya menggunakan massa, pegas, dan peredam seperti pada teori getaran dan redaman tidak diabaikan. Selain itu metode ini lebih banyak menggunakan cara analitis dan beberapa cara grafis sehingga diharapkan hasilnya akan lebih akurat.

2 JURNAL TEKNIK POMITS Vol., No., (03) -6 Dari pengamatan yang dilakukan di lapangan, tanah asli yang berada di bawahnya merupakan tanah lempung meskipun di bagian atasnya sudah ditimbun dengan gypsum hingga bertahun-tahun lamanya. Tetapi gypsum tersebut hanya beberapa meter dari permukaan tanah sehingga diperlukan perkuatan lagi. Pada tugas akhir ini yang menjadi perkuatannya adalah dengan menggunakan tiang pancang. A PERENCANAAN PONDASI BEBAN DINAMIS (Analisa dinamis pondasi yang bekerja dengan metode Lumped Parameter System) CEK DAYA DUKUNG BEBAN DINAMIS (σ statis-dinamis = 75%) NOT NOT NOT CEK KONDISI PERPUTARAN AGITATOR NOT CEK MAGNIFICATION FACTOR >,5 CEK VELOCITY DAN AMPLITUDO Av < Av ijin = 40 Ah < Ah ijin=70 Gambar. Bagian Tangki Digester II. METODOLOGI Metodologi Tugas Akhir ini dapat dilihat pada gambar di bawah ini. MULAI NOT NOT CEK FREKUENSI RESONANSI f.mesin/f.res >, f.mesin/f.res < 0,8 CEK PENGARUH MESIN TERHADAP LINGKUNGAN PENGUMPULAN DATA SEKUNDER Layout proyek Data tanah, dll SELESAI Gambar. Metodologi Tugas Akhir NOT ANALISA DATA TANAH PENGECEKAN DAYA DUKUNG AKIBAT BEBAN STATIS TANPA MENGGUNAKAN TIANG PANCANG NOT DENGAN MENGGUNAKAN TIANG PANCANG PENGECEKAN DAYA DUKUNG DAN PENENTUAN JUMLAH TIANG PANCANG A III. ANALISA DATA DAN PERHITUNGAN DAYA DUKUNG TIANG 3. Daya Dukung Akibat Tangki dan Poer Daya dukung akibat tangki digester dan poer ini dihitung dengan menggunakan rumus Terzaghi. Daya dukung akibat tangki dan poer ini dihitung karena ingin mengetahui apakah beban yang ada memerlukan adanya pondasi dalam atau tidak. Berat total beban statis (P) = 50,36 kn Pengecekan daya dukung akibat beban statis menggunakan metode Terzaghi dengan poer berbentuk lingkaran : Q U =,3. C. N c + D f. γ. N q + 0,3. γ. B. N γ Diketahui data tanah pada BH-35 (lampiran) C = 0,4 kg/cm = 40 kn/ m γ tanah = 6, kn/m 3 SF = 3 Faktor daya dukung Terzaghi : dengan nilai φ = 0 0 N c = 9,6 N q =,7 N γ =,

3 JURNAL TEKNIK POMITS Vol., No., (03) -6 3 Perhitungan daya dukung dengan metode Terzaghi sebagai berikut : Q U =,3 x 40 x 9,6 + x 6, x,7 + 0,3 x 6, x 0,485 x, = 573,394 kn/m Q ijin = Qu / SF = 573,394 / 3 = 9,3 kn/m =,9 kg/cm Syarat pondasi mesin untuk beban statis agar mampu memikul beban statis maksimum yang ditimbulkan oleh mesin tanpa mengalami keruntuhan geser atau total adalah 50% dari Q ijin, maka : 50% x Q ijin = 50% x,9 = 95,55 % = 0,955 A =. π. D 4 poer =. π. 4,485 =,44 m P A = 50,36,44 = 05,03 kn/m =,05 kg/cm Q ijin = 0,955 kg/cm P Q ijin < Not Ok, diperlukan pondasi dalam A 3. Daya Dukung Tiang Pancang Hasil penyelidikan tanah di lapangan dengan menggunakan SPT yang disajikan dalam bentuk grafik hubungan antara jumlah pukulan (N) dan kedalaman dilengkapi dengan tebal jenis lapisan tanahnya. Luciano De Court (958) mengkorelasikan kekuatan ujung dan geseran pada satu tiang dengan hasil SPT. Untuk pergitungan daya dukung tiang pancang digunakan metode Luciano De Court dengan menggunakan rumus sebagai berikut : Q L = Qp + Qs Q ijin = Q L SF Dimensi pondasi tiang pancang menggunakan brosur produk tiang pancang PT WIKA a. Daya Dukung Tiang Pancang Tunggal Bila direncanakan menggunakan tiang pancang dengan diameter 60 cm dengan kedalaman 8 m, diperoleh : Q L = Qp + Qs = 48,8 t Sehingga P ijin tiang berdasarkan daya dukung tanah adalah P ijin tiang = Q L / SF = 48,8 / 3 = 4,706 t Tiang pancang yang akan direncanakan adalah : Diameter pile = 60 cm Kedalaman = 8 m Q ijin ( tiang) = 4,706 t Perbandingan kekuatan tiang pancang yang akan digunakan dalam perencanaan pondasi dalam pada tangki digester adalah 75%, sehingga : Q ijin = 75% x 4,7 = 07,03 t Beban terbesar (U5) n = Q ijin = 3407,9 = 3,8 3 buah 07,03 t 3.3 Daya Dukung Tiang Kelompok Dalam menetukan daya dukung kelompok tiang pancang, tidak hanya meninjau daya dukung sebuah tiang kemudian dikalikan dengan banyaknya tiang dalam kelompok, sebab daya dukung kelompok tiang belum tentu sama dengan daya dukung sebuah tiang dikalikan dengan jumlah tiang dalam kelompok. Daya dukung tiang pancang kelompok pada tugas akhir ini sebesar : Q L = Qp + Qs = , ,59 = ,8 t Sehingga P ijin tiang berdasarkan daya dukung tanah adalah P ijin tiang = Q L / SF = ,8 / 3 = 3.89,6 t Perhitungan nilai efisiensi sebagai berikut : P ub = ,8 t P ut = 48,8 t P ub ƞ = P ub + n. P ut 39868,8 ƞ = 39868, ,8 ƞ = 0,998 Maka Q ijin untuk satu tiang = 0,9986 x 07,03 t = 06,835 t Beban yang diterima oleh tiang sebesar : P maks = v n ± M x. y y P maks = 3407,9 (953,897.7,9).5, ,5 =,606 P maks =,606 ton Q ijin dikalikan dengan faktor,3 karena pada beban vertikal dipengaruhi juga oleh beban gempa. Q ijin = 06,835 x,3 = 38,885 ton P maks =,606 ton < Q ijin =38,885 ton Maka pondasi mampu menahan beban yang terjadi. IV. ANALISA DINAMIS DENGAN TIANG PANCANG Beban dinamis yang ada pada pondasi berasal dari sistem kerja alat. Pada mesin reactor, beban berasal dari putaran mesin dengan kecepatan 500 rpm yang kemudian diasumsikan seperti gaya pegas. Dalam mendesain pondasi untuk menahan beban dinamis saat ini, total beban yang bekerja pada pondasi tiang pancang adalah sama dengan perhitungan dasar geser dalam analisa dinamis super strukturnya, yang dianggap tetap pada permukaan pondasi. Dalam hal ini, pada perencanaan pondasi dinamis pada tugas akhir ini menggunakan metode Lumped Parameter System yaitu Metode berdasarkan pendekatan massa yang tergumpal. Syarat-syarat yang dipenuhi dalam merencanakan pondasi dinamis dalam tugas akhir ini adalah : a. Tidak boleh terjadi resonansi f resonansi. 0,8,. f resonansi σ statis-dinamis = 75%

4 JURNAL TEKNIK POMITS Vol., No., (03) -6 4 b. Bagian-bagian mesin yang berotasi dan bergerak harus sedapat mungkin seimbang untuk mengurangi ketidakseimbangan dari gaya-gaya momen. c. Getaran yang terjadi tidak boleh mengganggu orang yang bekerja disekitar mesin tersebut atau merusak mesin-mesin lainnya. d. Kecepatan mesin harus disesuaikan berdasarkan grafik. Grafik 4. Hubungan antara frekuensi dan getaran yang dihasilkan Direncanakan tiang pancang sebagai berikut : Diameter tiang = 60 cm = 0,6 m Panjang tiang = 8 m G = 5000 psi = 34474,6 kn/m γ beton = 400 kg/m 3 = 4 kn/m 3 γ sat (5 m) = 8,05 kn/m 3 m total = 670,869 kn.det /m Data pile cap : h = m r o = 6,45 m Nilai G berdasarkan tabel di bawah : A. Vertikal Untuk mengetahui nilai faktor damping dalam grup, maka harus menghitung terlebih dahulu nilai kekakuan tiang serta koefisien redamannya. Berturut-turut nilai tersebut sebagai berikut : k g z = N k z N α A = 80348,773 kn m c g z = c z = 6775,79 kn. det α A m D z g = N N t C z k z t. m = 0,0 Berdasarkan nilai konstanta pegas yang didapat maka akan diketahui frekuensi natural untuk setiap gaya. Rumus yang digunakan sebagai berikut : f n = π k = 537,7 cps m r = f mesin = 0,046 f n Transmitted Force merupakan gaya yang diterima tanah sesuai arah gaya. Untuk menghitung F t diperlukan adanya Q o, yaitu gaya luar yang dihasilkan oleh mesin. Pada vertikal Q o yang terjadi adalah nol karena beban yang diterima pada arah vertikal tidak ada. +. D. r T r = ( r ) + (. D. r) =,003 F t = T r. Q o =, = 0 ton Magnification factor merupakan faktor pembesaran, hasil dari Magnification factor adalah sebagai berikut : M = ( r ) + (. D. r) =,00 A = M Qo k = 0 m = 0 in B. Horizontal Untuk perhitungan horizontal, rumus yang digunakan juga sama dengan vertikal, hanya saja yang membedakan adalah nilai Qo. Qo merupakan gaya luar yang dihasilkan oleh mesin. Pada arah horizontal, Qo yang bekerja disebabkan oleh agitator dan fluida. maka nilai Q o adalah : m total = 904,43 kn. det /m e = 0,008 in = 0, m Q o = m. e. ω = 953,897 kn Di bawah ini merupakan tabel hasil perhitungan untuk arah horizontal.

5 JURNAL TEKNIK POMITS Vol., No., (03) -6 5 No. Parameter Konstanta pegas Equivalent Spring Rasio redaman damping (d) 3 Frekuensi natural (fn) cps 4 Vibrating force (Qo) 5 Transmisibility force (Tr) 6 Transmitted force (Ft) 7 Magnification factor (M) 8 Displacement response (A) 9 Velocity (V) inch/sec 0 f mesin /f resonansi C. Rocking Perhitungan Horizontal (x) 48990, ton 0,35 Keterangan 0,56 fmesin = 5 cps 0,36 0,678 Nilai k disini merupakan nilai k 646,8 ton 0,996 memenuhi syarat <,5 8,39048E-07 Not noticeable to in person 3, Extremely smooth in/sec < 0,005,37 6,09 f mesin /f resonansi >, D. Kopel Ketentuan mengenai perlu atau tidaknya melakukan perhitungan kopel dilakukan dengan memenuhi persyaratan sebagai berikut : f nx + f nφ f nx. f nφ 3. f mesin f nx + f nφ f nx. f nφ 3. f mesin Jika persamaan di atas tidak dipenuhi maka pengaruh kopel harus dihitung sebagai pertambahan pada amplitudo.untuk mencari nilai amplitudo akibat adanya kopel digunakan rumus sebagai berikut : A x = A x + A x A φ = A φ + A φ Pada perhitungan kopel, ini berbeda dengan vertikal. horizontal, serta rocking. Namun konsep dari perhitungannya sama. Konsep dari adanya momen kopel dapat dilihat pada gambar di bawah. Untuk perhitungan rocking, rumus yang digunakan juga sama dengan vertikal dan horizontal, tetapi nilai Qo sama dengan horizontal. Qo yang bekerja disebabkan oleh agitator dan fluida. maka nilai Q o adalah : m total = 904,43 kn. det /m e = 0,008 in = 0, m Q o = m. e. ω = 953,897 kn Di bawah ini merupakan tabel hasil perhitungan untuk arah rocking. No. Parameter Konstanta pegas Equivalent Spring Rasio redaman damping (d) 3 Frekuensi natural (fn) cps 4 Vibrating force (Qo) 5 Transmisibility force (Tr) 6 Transmitted force (Ft) 7 Magnification factor (M) 8 Displacement response (A) 9 Velocity (V) inch/sec 0 f mesin /f resonansi Perhitungan Rocking (ϕ) ,66 ton m 0, Keterangan 33,55 fmesin = 5 cps 0,8 960,06 Nilai k disini merupakan nilai k 960,06 ton m Memenuhi syarat 0,996 <,5 8,39048E-07 Not noticeable to rad person Extremely smooth - < 0,005, f mesin /f resonansi >, 5,57 Gambar 4. Tangki digester akibat terkena momen kopel Untuk perhitungan Amplitudo akibat adanya momen kopel menggunakan rumus sebagai berikut : A x = F M x m ω + K φ + K x L + 4ω Dφ K x M mo + L D x K x m m. M m (ω ) A x = M y [(ω nx ) + (. D x. ω nx ) ] M m (ω ) A φ = F x. L ω nx (ω nx + 4. D x. ω ) M m Δ(ω ) A φ = M y [(ω nx ω ) + (. D x ω nx ω) ] M m (ω ) Dengan menggunakan rumus di atas di dapatkan : A x = 3, m A x =,376.0 m A x = 3, m A φ = 4,064.0 m A φ =,3.0 m A φ = 6,96.0 m

6 JURNAL TEKNIK POMITS Vol., No., (03) -6 6 Kemudian untuk arah horizontal. Lebih lengkapnya dapat dilihat pada gambar 4. A H = A x + S. A φ = 3, m =, in A V = A φ./ B = 3, m =, in A H =, in < A H ijin = 70 μm =, in () A V =, in < A V ijin = 40 μm =, in () Didapat katergori Not Noticeable to Persons (lihat grafik 4.) berdasarkan nilai A dan frekuensi mesin. V. KESIMPULAN. Tiang pancang yang akan direncanakan adalah sebanyak 3 buah dengan Q ijin = 48,4 ton yang mampu menahan beban sebanyak P maks =,8 t. Besarnya nilai Magnification Factor pada arah vertikal sebesar,00, horizontal sebesar 0,53, dan rocking sebesar 0,995 sehingga memenuhi syarat yang ditentukan yaitu lebih kecil dari,5. Amplitudo yang terjadi yaitu 3, m =, in (< A V ijin = 40 μm =, in) untuk vertikal dan 3, m =, in (< A H ijin = 70 μm =, in) untuk horizontal, sehingga pondasi dapat dikategorikan not noticeable to person. Dengan demikian nilai velocity untuk horizontal sebesar, in/sec sehingga dapat dikategorikan extremely smooth dengan batasan < 0,005 in/sec. Kemudian untuk nilai frekuensi resonansi dapat dilihat pada tabel. 3. Dari hasil perhitungan tersebut dapat disimpulkan bahwa pondasi ini mampu menerima beban dinamis dan tidak mengganggu mesin serta manusia yang berada di sekitar tangki digester tersebut. DAFTAR PUSTAKA Grafik 4. Batasan amplitudo vertikal Untuk nilai velocity pada tangki digester menggunakan rumus V = π f mesin kemudian didapatkan : V H =. π. 5., =, in/sec V V =. π. 5., in =, in/sec Didapat katergori Extremely Smooth K H = 0,. A H = 0,., =, K V = 0,005. A V. f = 0,005., =, Untuk nilai K < 0, adalah Lower Limit of Human Perception dan termasuk dalam klasifikasi Treshold Valuevibration Just Perceptible dan tidak berpengaruh pada saat mesin beroperasi. Untuk nilai frekuensi resonansi juga memenuhi persyaratan yang ditentukan yaitu >,. Tabel Kesimpulan hasil f mesin /f resonansi [] Wahyudi, Herman Daya Dukung Pondasi Dalam. Surabaya. Jurusan Teknik Sipil FTSP-ITS. [] Wahyudi, Herman Daya Dukung Pondasi Dangkal. Surabaya. Jurusan Teknik Sipil FTSP- ITS. [3] Mochtar, Noor E. dan Mochtar, Indrasurya B Mekanika Tanah Prinsip-Prinsip Rekayasa Geoteknis. Jakarta: Erlangga. [4] Sigit Sidharta, Ananta. 0. Diktat Kuliah Pondasi Beban Dinamis, Surabaya, ITS. Edisi 7 [5] Arya, Suresh C, Michael W. O Neil dan George Pincus Design of Structur and Fondation forvibrating Machines. Texas Gulf Publishing Company. [6] Prakash, Shamser. 98. Soil Dynamics. Mc Graw- Hill Vertikal (z) Horizontal (x) Rocking (ϕ) g D z = 0,04 g D x = 0,349 g D ϕ = 0,9 f mesin /f resonansi ω n = 77,958 rad/det,036,304,0 ω n = 9,6 rad/det 5,444 6,58 5,666