3
2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pekerjaan Pemindahan Tanah Mekanis
Pekerjaan galian adalah sebuah proses pemindahan suatu bagian permukaan tanah dari satu lokasi ke lokasi lainnya dan akhirnya terbentuk sebuah kondisi fisik permukaan tanah yang baru (Sain & Quinby, 1996). Pekerjaan ini meliputi galian, pembebanan, pengangkutan, penempatan, pemadatan, gradasi, finishing. Menurut Rancangan Pedoman Teknik Pekerjaan Umum pekerjaan tanah dibagi menjadi:
1. Galian
a. Galian Biasa b. Galian Batu c. Galian Struktur 2. Pekerjaan Timbunan
a. Timbunan Biasa b. Timbunan Pilihan
Cara pelaksanaan pekerjaan tanah dapat dilakukan menggunakan tangan manusia atau alat berat, sedangkan pada penelitian ini menggunakan alat berat berupa ekskavator dan dump truck untuk melaksanakan pekerjaan pemindahan tanah mekanis.
2.2 Ekskavator
Ekskavator umumnya untuk penggalian saluran, terowongan, atau basement. Ekskavator digunakan pada pekerjaan penggalian di bawah permukaan serta untuk penggalian material keras.
Ekskavator dapat berupa pengendali dengan kabel (cable controlled) serta hidrolis (hydraulic controlled). Ekskavator dengan menggunakan kabel sudah jarang dijumpai, yang banyak dijumpai adalah ekskavator dengan menggunakan sistem hirdorlis.
2.2.1 Bagian-bagian Ekskavator
Bagian-bagian ekskavator terdiri dari Dipper/Bucket, Arm, Boom, Cabin, Rotation, Pivot dan Undercarriage (Gambar 2.1)
Gambar 2.1. Bagian-bagian ekskavator Sumber: Hitachim.com
1. Arm; berfungsi sebagai lengan yang menopang bucket yang panjangnya dapat diganti sesuai dengan kebutuhan jangkauan kerja Untuk ukuran Arm yang berbeda, ukuran bucket yang mampu ditopang berbeda dan jangkauan kerjanya juga berbeda-beda sesuai dengan spesifikasi yang sudah dibuat oleh pabrik.
Panjang Arm terdiri dari bebagai macam-macam ukuran, antara lain: 2.22 m, 2.9 m, 3.4 m, 3.9 m, 4.41 m, 4.9 m.
2. Dipper/Bucket; berfungsi untuk melakukan penggalian tanah dan menampung tanah sementara sebelum dituang ke alat pengangkut. Besar atau kecilnya excavator biasanya diukur berdasarkan ukuran ekskavatornya. Ukuruan bucket ekskavator terdiri dari bermacam-macam ukuran, antara lain: 0,5m3, 0,8 m3 dan 1 m3.
3. Boom; adalah lengan utama dari ekskavator yang paling dekat dengan kabin.
4. Cabin; adalah ruangan untuk pengemudi dalam mengatur kerja ekskavator.
5. Rotation Pivot; bagian bawah ekskavator yang berfungsi sebagai sumbu putar ekskavator. Rotation Pivot hanya terdapat pada ekskavator dengan
5
6. Undercarriage; atau juga disebut Travelling unit adalah bagian bawah dari ekskavator yang berfungsi untuk menggerakan ekskavator maju dan mundur.
Jenisnya dapat berupa rantai atau roda karet.
2.2.2 Produktivitas Ekskavator
Untuk menghitung produktivitas ekskavator salah satu metode yang dipakai adalah dengan General Output For mula (Rochmandhadi, 1985), yaitu produksi bucket per waktu siklus dan dikalikan dengan faktor-faktor efisiensi kerja dan faktor pemgembangan tanah (Swell Factor)
Q
=
𝑞∗3600∗𝐹𝑒𝐶𝑚∗ 𝐹𝑠 ……….. (2.1) dimana: Q = Produktivitas ekskavator (m3/jam)
q = Produksi bucket per siklus (m3) Cm = Waktu siklus ekskavator (detik) Fe = Faktor efisiensi kerja
Fs = Faktor konversi volume tanah (sweel factor)
Produksi bucket per siklus (q) = volume tanah yang mampu diangkat dalam bucket pada setiap kali saat ekskavator melakukan penggalian. Produksi ini tergantng pada ukuran bucket yang dipengaruhi oleh faktor pengisian dan faktor pemuatan.
q=qs * fb1 * fb2 ……… (2.2) dimana qs = Kapasitas bucket (m3)
fb1 = Faktor pengisian bucket (Tabel 2.1) fb2 = Faktor pemuatan (Tabel 2.2)
Faktor pengisian bucket ( fb1 ) sangat dipengaruhi oleh jenis tanah yang digali, dimana tanah semakin keras semakin susah untuk diisi ke dalam bucket.
Tabel 2.1 (Peurifoy, 2006) adalah tabel yang menunjukan hubungan antara jenis material yang akan digali dengan faktor pengisian. Dimana jenis-jenis material memiliki faktor pengisian yang berbeda-beda.
Faktor pemuatan (fb2 ) sangat dipengaruhi oleh kondisi pemuatan. Tabel 2.2 (Peurifoy, 2006) adalah tabel yang menunjukan kondisi pada saat menggali dan memuat.
Tabel 2.1.Faktor Pengisian Bucket (Bucket Fill Factor)
Tabel 2.2. Faktor Pemuatan (Loading Factor)
Waktu siklus ekskavator (Cm) = waktu yang dibutuhkan oleh ekskavator dalam satu siklus kerjanya, yaitu: menggali tanah, berputar ke arah dump truck dalam keadaan penuh, memuat tanah ke dalam dump truck, dan berputar kembali dalam keadaaan kosong.
Besarnya waktu siklus ekskavator tergantung pada tipe ekskavator, dimana ekskavator yang berukuran kecil mempunyai waktu siklus lebih singkat daripada yang berukuran besar.
Cm= waktu gali + waktu putar + waktu kembali …………...………. (2.3) - Waktu gali = Waktu ekskavator untuk menggali tanah, sesuai Tabel 2.3. (Peurifoy, 2006)
7
Tabel 2.3. Waktu Gali (Detik)
- Waktu Putar = Waktu yang dibutuhkan ekskavator untuk berputar ke arah dump truck atau untuk kembali ke posisi menggali, sesuai besarnya sudut antara ekskavator dengan dump truck.
Waktu putar (detik) = 60 * Besar sudut putar (derajat)/180
Kecepatan putar ekskavator (rpm) ………. (2.4)
Waktu buang (detik) = Waktu yang dibutuhkan ekskavator untuk membuang tanah hasil galian ke dalam dump truck tergantung pada kondisi pembuangan material.
Faktor efisiensi kerja yang mempengaruhi produktivitas ekskavator akibat 2 hal yaitu kedalaman optimum (Optimum Depth), sudut putar (Angle of Swing) dan kondisi management pekerjaan (Management Conditions).
Fe=(Swing-Depth Factor)*(Job-Management Factor) ………..(2.5)
- Swing-Depth Factor Tabel 2.4.(Peurifoy, 2006) adalah faktor yang dipengaruhi oleh kedalaman dari galian dan sudut putar dari ekskavator, dimana sudut galian adalah sudut yang dibentuk dari daerah galian ekskavator menuju ke dump truck atau tempat pembuangan dengan sumbu putar adalah rotation pivot dari ekskavator.
dimana:
- % Optimum Depth= Kedalaman galian (m)
Kedalaman galian optimum ekskavator (m) * 100% ... (2.6)
Tabel 2.4. Swing-Depth Factor
Job-Management factor Tabel 2.5.(Peurifoy, 2006) adalah faktor yang tergantung pada kondisi lapangan dan manajemen lapangan.
Kondisi lapangan berupa:
o Faktor cuaca
o Kondisi medan dan keadaan tanah Manajemen lapangan berupa:
o Kondisi alat
o Maintanance (perawatan) o Pelumasan
o Operator
Tabel 2.5. Job-Management Factor
Faktor konversi volume tanah (Fs) = Tanah yang telah digali dari keadaan asli (bank measure), kemudian dipindahkan ke dalam alat angkut akan
9
mengembang (loose). Faktor pengembangan tanah (swell factor) dari tiap jenis tanah berbeda-beda, besarnya sesuai dengan Tabel 2.6.(Peurifoy, 2006)
Tabel 2.6. Faktor Pengembangan Tanah (Swell Factor)
2.3 Dump Truck
Dump truck adalah alat yang digunakan untuk mengangkut material berupa:
tanah, pasir, kerikil, dan membuangnya di lokasi pembuangan (dump site).
Berdasarkan proses pengosongan muatannya, dump truck dibagi menjadi 3 jenis yaitu:
Rear Dump
Gambar 2.2. Rear dump
Bottom Dump
Gambar 2.3. Bottom dump
Side Dump
Gambar 2.4. Side dump
Dump truck yang digunakan pada pengangkutan tanah adalah dump truck berjenis rear dump atau end dump. Dump truck jenis ini memiliki cara pengosongan bak dimana muatannya dibuang ke belakang.
Ada 3 metode untuk mengetahui kapasitas dump truck yaitu:
Gravimetric: beban yang dibawa dump truck dinyatakan sebagai kapasitas dump truck
Gambar 2.5. Gravimetric
Struck volume: muatan sama dengan ketinggan bak penampung.
Gambar 2.6. Struck volume
Heaped volume: beban yang dibawa melebihi dari ketinggian dump body yang diasumsi 2:1 diatas dump body.
11 Dump
body
Gambar 2.7. Heaped volume
2.3.1 Bagian-bagian Dump Truck
Bagian-bagian dump truck terdiri dari hydraulic, cabin, dump body, diesel engine.
Gambar 2.8. Bagian-bagian dump truck
1. Hydraulic; berfungsi untuk menaikan dan menurunkan dump body.
2. Cabin; adalah ruangan untuk pengemudi dalam mengatur kerja dump truck.
3. Dump body; adalah tempat untuk menimbun tanah hasil galian. Ukuran dump body setiap truck berbeda tergantung dari jenis dump truck.
4. Diesel engine; mesin yang digunakan oleh dump truck.
2.3.2 Produktivitas Dump Truck
Hal yang pertama dalam menganalisa produktivitas dump truck adalah mengetahui berapa jumlah bucket dari ekskavator yang akan diangkut oleh dump truck.
Cabin
Diesel engine Hydraulic
Balance number of bucket load= 𝑇𝑟𝑢𝑐𝑘 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑡𝑦
𝐵𝑢𝑐𝑘𝑒𝑡 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑡𝑦 ... (2.7) Produktivitas = kapasitas dump truck x jumlah dump truck x 𝑊𝑎𝑘𝑡𝑢 𝑠𝑖𝑘𝑙𝑢𝑠 𝑡𝑟𝑢𝑐𝑘60 𝑚𝑖𝑛 ..(2.8) Waktu siklus terdiri dari komponen waktu pemuatan dan volume truck, waktu pengangkutan, waktu pembongkaran muatan, dan waktu pengmbalian.:
Waktu muat dan volume truck (load time and truckload volume)
Jumlah beban bucket sebenarnya yang ditempatkan di truk harus berupa bilangan bulat jumlah. Jika satu bucket muatan kurang ditempatkan di truk, waktu pembukaan akan berkurang menyebabkan beban di truk juga berkurang. Kadang- kadang kondisi kerja akan menentukan bahwa jumlah beban bucket yang lebih sedikit ditempatkan di truk, yaitu, ukuran muatan disesuaikan jika jalan angkut dalam kondisi buruk atau jika truk harus melewati tanjakan curam.
Load time = Number of bucket loads x Bucket cycle time ……...………….(2.9)
Truckload = Number of bucket loads x Bucket volume……….………..(2.10)
Waktu pengangkutan (haul time)
Waktu pengangkutan dipengaruhi oleh jarak tempuh dan kondisi jalan yang dilalui (kelandaian, tahanan gelinding).
Haul time = 𝐻𝑎𝑢𝑙 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑒 (𝑓𝑡)
𝑎𝑣𝑒𝑟𝑎𝑛𝑔𝑒 𝑠𝑝𝑒𝑒𝑑 (𝑚𝑝ℎ) ... (2.11)
Waktu pembongkaran muatan (dump time)
Waktu pembongkaran akan tergantung pada jenis dump truck dan kondisi lapangan di area pembuangan. Mempertimbangkan bawha di area pembuangan tidak hanya ada dump truck tetapi terdapat alat-alat yang lain seperti ekskavator.
Bagian belakang dump truck harus terlebih dahulu diposisikan ke tempat yang diingkan sebelum dibongkar muatannya. Biasanya waktu yang dibutuhkan bisa lebih dari 2 menit.
Waktu pengembalian (return time)
13
Waktu dump truck kembali dari pembongkaran muatan hampir sama dengan waktu pengangkutan tetapi berat dump truck lebih ringan daripada pada saat waktu pengangkutan.
Return time = 𝑅𝑒𝑡𝑢𝑟𝑛 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑒 (𝑓𝑡)
𝑎𝑣𝑒𝑟𝑎𝑔𝑒 𝑠𝑝𝑒𝑒𝑑(𝑚𝑝ℎ)... (2.12) Waktu siklus (CT) = load time + haul time + dump time + return time...(2.13)
2.3.3 Kinerja Ekskavator – Dump Truck
Dalam menghitung kinerja antara ekskavator dan dump truck, metode perhitungan yang digunakan adalah metode first in first serve yaitu customer yang ada dibarisan depan dilayani terlebih dahulu oleh server yang kosong. Dalam hal ini yang dimaksud dengan servers adalah ekskavator dan yang dimaksud dengan customers adalah dump truck dengan model tersebut akan dihitung kinerja ekskavator-dump truck yang berupa waktu efektif, waktu menganggur, dan waktu total.(Gambar 2.9). Kinerja antara ekskavator dengan dump truck harus seimbang, apabila tidak seimbang akan menyebabkan idle time atau waktu menganggur. Hal ini bisa menyebabkan ekskvator menganggur akibat menunggu dump truck untuk datang atau dump truck menganggur akibat menunggu dump truck yang ada di depannya.
Gambar 2.9. Metode first in first serve
2.4 Sistem Operasi Pemindahan Tanah Mekanis
Pekerjaan galian tanah merupakan suatu pekerjaan konstruksi yang berulang, maka akan dapat dihitung seberapa banyak idle time untuk setiap proses
pekerjaan galian tanah. Idle Time yang adalah waktu tunggu yang artinya waktu yang tidak produktif dimana alat tidak bekerja karena adanya penghentian sebagai akibat dari hal-hal yang tidak terduga. Waktu tunggu terjadi apabila ekskavator atau dump truck tidak bekerja, untuk ekskavator disebabkan tidak ada dump truck untuk dilayani dan untuk dump truck disebabkan karena menunggu ekskavator melayani dump truck sebelumnya.
Jadi meskipun suatu proyek konstruksi biasanya dianggap sebagai suatu yang unik, tetapi sebenarnya dalam pelaksanaan di lapangan terdapat proses dan operasi konstruksi yang berulang kali dilakukan dengan metoda dan sumber daya yang sama. Pengulangan operasi ini menjadi suatu peluang untuk dilakukan suatu perencanaan, pelaksanaan, monitoring, evaluasi dan usaha perbaikan yang terus- menerus.
2.5 Model Operasi Pemindahan Tanah Mekanis
Model operasi adalah suatu model yang menggambarkan situasi pekerjaan di lapangan dan biasanya tersedia kerangka pekerjaan yang mana bisa diindetifikasi dan dianalisa. Dari model operasi yang ada bisa diidentifikasi setiap pekerjaan pemindahan tanah mekanis misalnya banyaknya ekskavator yang dibutuhkan untuk menggali satu titik. Dari banyaknya ekskavator yang digunakan menganalisa berapa jumlah ekskavator yang efisien agar tidak terjadi idle time atau menghasilkan idle time yang seminimum mungkin.
Tahapan-tahapan dalam permodelan pemindahan tanah mekanis pada Gambar 2.10.
(Halpin, 1992).
1. Tanah digali oleh excavator.
2. Tanah timbunan yang telah digali oleh excavator dipindahkan ke dump truck.
3. Dump truck pergi menuju dump site.
4. Dump truck mengeluarkan tanah hasil galian di dump site.
5. Dump truck kembali ke lokasi galian.
6. Dump truck mengantri apabila ada dump truck lain yang sedang mengisi tanah galian.
15
Backhoe
2.6 Cyclone
Cylone (Cyclic Operations Network) merupakan teknik permodelan yang memungkinkan representasi grafis dan simulasi sistem diskrit yang berhubungan dengan variable determinstik. Deterministik adalah kejadian yang pasti terjadi.
Sebagai contoh di proyek konstruski adalah pekerjaan galian tanah yang pasti terjadi. Untuk model operasi menggunakan Cyclone, pemodel berfokus menggunakan sumberdaya yang terlibat dari interaksi dalam pemodelan.
Gambar 2.10. Model operasi pemindahan tanah mekanis oleh backhoe dan dump truck
Model cyclone ini berguna untuk mempresentasikan dunia nyata di lapangan lalu memodelkan dalam bentuk sebuah jaringan kerja. Dalam jaringan tersebut terdapat urutan-urutan yang saling terhubung satu dengan yang lain dan akan berulang terus-menerus. Seperti contohnya pada pekerjaan pemindahan tanah mekanis yang berulang-ulang pekerjaannya dari menggali tanah menggunakan ekskavator, mengangkutnya ke dalam dump truck lalu mengeluarkan tanah dari dump truck dan kembali lagi dari awal.
Program yang akan digunakan bernama WebCyclone. WebCyclone adalah pemograman MicroCyclone dalam bentuk web. MicroCyclone adalah program simulasi yang dirancang untuk proses pemodelan pekerjaan konstruksi yang berulang.
Dalam permodelan Cyclone ada lima bagian yang diperlukan, yaitu:
1. General Information
2. Network Input 3. Duration Input 4. Resource Input 5. End Data
2.6.1 General Information
Informasi umum adalah bagian pertama dalam proses input data Cyclone.
Informasi umum merupakan baris pertama tentang informasi suatu jaringan yang akan didefinisikan.(Tabel 2.7)
1. NAME
Input NAME merupakan jenis pekerjaan yang akan ditinjau.
2. LENGTH
Input length adalah berapa lama siklus yang akan diproses. Satuannya waktu bisa dalam detik, menit atau jam.
3. CYCLES
Input CYCLES adalah jumlah maksimal siklus yang akan disimulasi oleh Cyclone
Tabel 2.7 Input Data Informasi Umum
2.6.2 Network Input
Dalam pemodelan Cyclone, ada beberapa elemen yang digunakan dalam menggambarkan suatu proses kontruksi. Berikut gambar-gambar elemen yang digunakan dalam pemodelan Cyclone (Gambar 2.11.). (Halpin, 1992)
1. Normal
17
Elemen Normal merupakan proses pekerjaan yang akan langsung melakukan proses pekerjaan.
Contoh : NOR 'RETURN TO STOCKPILE'
Artinya aktivitas dump truck melakukan perjalanan kembali ke site 2. Combi
Elemen Combi (Combination Activity) merupakan proses pekerjaan yang dibatasi oleh sumber daya yang mana kegiatan kerjanya tidak bisa dimulai apabila semua sumber daya yang sebelumnya belum terpenuhi. Elemen Combi harus didahului oleh 2 elemen Queue
Contoh : COM ‘LOAD’ SET 4 PRE 3 2 FOL 5
Artinya untuk menjalankan aktivitas ‘LOAD’ diperlukan 2 syarat yaitu tersedianya aktivitas 3 dan 2. Setelah aktivitas ‘LOAD’ selesai berjalan, akan berlanjut ke aktivitas 5
3. Queue Node
Elemen Queue merupakan sumber daya yang dibutuhkan untuk memproses suatu pekerjaan. Elemen Queue berhubungan dengan elemen Combi.
Contoh : QUE 'TRUCKS QUEUE'
Artinya truck menunggu truck yang ada didepannya untuk melakukan aktivitas dump.
4. Arrow
Elemen Arrow menunjukan struktur dari pemodelan dan menghubungkan aliran arus dari elemen Combi, Normal dengan elemen Queue.
Gambar 2.11. Elemen pemodelan cyclone
2.6.3 Duration Input
Setiap elemen pekerjaan harus disertai dengan set angka durasi yang menyatakan tipe durasi dari pekerjaan dan distribusi parameter dari durasi yang akan dijadikan sample. Ada 2 kategori pekerjaan berdasarkan durasi yaitu stationary dan non-stationar. Namun Cyclone hanya bisa melakukan pekerjaan stationary.
Pekerjaan stationary tidak membutuhkan modifikasi yang berhubungan dengan parameter durasi karena pekerjaan tersebut berulang. Pekerjaan non- stationary membutuhkan modifikasi dikarenakan pekerjaan yang ditinjau merupakan pekerjaan yang tidak berulang.
2.6.4 Resource Input
Resource yang akan dipakai berupa alat berat, tenaga kerja. Untuk menginisialisai resource dibutuhkan 2 item informasi yaitu:
1. Banyaknya unit di jaringan
2. Node “Queue” yang akan menjadi titik awal untuk unit di jaringan
Format umum untuk input baris adalah (# of units) ‘description’ AT (label.N.) dimana:
Semua huruf bergaris bawah adalah kata kunci dan harus dimasukan seperti pada contoh
Semua kata disertakan dengan tanda kurung.
a. of units adalah banyaknya unit
b. Label N adalah angka pada noda tunggu dimana unit akan di inisialisasi Contoh:
4 ‘Trucks’ AT 8
Artinya pada aktivitas 8 terdapat 4 buah truck
2.6.5 End Data
Tahapan ENDDATA (END) digunakan untuk memberi tanda akhir dari
19
input data di Cyclone. Ini merupakan akhir baris dari data yang dimasukan untuk jaringan.
2.7 Analisa Sensitivitas
Analisa Sensitivitas merupakan analisis dari pengujian yang dilakukan untuk mencari kombinasi sumberdaya yang paling optimum. Suatu perubahan dikakatan optimal apabila setiap perubahan yang dilakukan terhadap sumberdaya dapat menghasilkan output yang optimal dimana menghasilkan idle time yang seminim mungkin dan produktivitas yang tinggi.
