Pondasi Mesin
Bagaimana merencanakan pondasi?
Pondasi yang menopang mesin memegang peranan penting agar mesin tersebut tetap dapat bekerja dengan baik. Segi desain pondasi tidak hanya dilihat dari kekuatan struktur dalam menahan beban statis yang bekerja namun tetapi juga beban dinamiknya.
Untuk merancang pondasi mesin, perlu untuk mengetahui bagaimana cara beban ditransmisi dari mesin, masalah-masalah yang mungkin timbul akibat perilaku dinamika pondasi serta interaksi tanah-pondasi. Pondasi diharuskan untuk siap menahan dan meneruskan setiap beban dinamis yang ditimbulkan oleh getaran saat mesin beroperasi ke dalam tanah.
Dalam perencanaan pondasi mesin terdapat banyak faktor yang harus dipertimbangkan antara lain, kerusakan yang mungkin akan ditimbulkan pada pondasi ataupun pada mesin itu sendiri, pengaruh perawatan yang dibutuhkan mesin terhadap biaya, kemungkinan timbulnya gangguan bagi orang- orang disekitarnya (Balamba, 2013).
Setiap perencanaan dari pondasi memiliki nilai batas aman yang berbeda, yang diperhitungkan dari suatu pondasi tiang pancang ditinjau dari kapasitas dukung tiang itu sendiri
Pembagian tipe pondasi dibedakan tiga acara klasifikasi, yang mana masing-masing klasifikasi mempunyai tipe-tipe pondasi mesin-nya sendiri.
Berdasarkan gaya yang bekerja, beberapa tipe pondasi mesin:
1. Yang memproduksi gaya lentur/tumbuk (impact, forces) misal gaya tumbuk, gaya tekan, roket.
2. Yang memproduksi gaya periodik seperti kompresor
3. Mesin-mesin dengan kecepatan tinggi seperti turbin, rotary compressor, rotary machine 4. Mesin tambahan pada pondasi mesin seperti mesin pompa
Berdasarkan bentuk strukturnya, beberapa tipe pondasi mesin:
1. Block Type rigid foundation 2. Box or caisson Type
3. Wall Type 4. Frame Type
5. Non-rigid or flexible Type
Berdasarkan frekuensi operasi mesin, beberapa tipe pondasi mesin:
1. Frekuensi rendah sampai menengah: 0 – 500 rpm 2. Frekuensi menengah sampai tinggi: 500 – 1000 rpm 3. Frekuensi tinggi: >1000 rpm
Gambar 1 Tipe pondasi mesin
Tipe yang umum digunakan adalah block foundation dan tipe frame, keduanya lebih dikenal sebagai table top foundation.
(a)
(b)
Gambar 2 Table Top Foundation atau struktur pondasi beton bertulang berketinggian
Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam merencanakan pondasi mesin, yaitu:
A. Tipe Mesin
Ada 2 tipe mesin, yaitu centrifugal machine dan reciprocating machine.
Reciprocating machine berasal dari kata reciprocate yang artinya membalas atau bergerak maju-mundur pada satu garis lurus, prinsip kerja ini terjadi pada semua engine baik diesel engine, otto engine atau gas engine
Centrifugal atau rotating yaitu berputar seperti pompa, motor, electric generator dan semua jenis turbin.
Kriteria perancangan kedua mesin berbeda, pada mesin centrifugal: berat pondasi harus 2 – 3 kali berat mesinnya.
Sedangkan pada mesin reciprocating, berat pondasi 3 – 5 kali berat mesin yang ditopang.
B. Daya Dukung Tanah
Pada kondisi beban statis atau kondisi sitem pondasi high-tuned, kapasitas daya dukung pondasi adalah 50% dari daya dukung izin tanah. Sedangkan dalam kondisi statis dan dinamis atau kondisi sitem pondasi low-tuned, daya dukung pondasi harus lebih kecil dari 75% dari daya dukung izin tanah.
High Tuned System adalah suatu sistem pondasi pendukung dimana kisaran frekuensi mesin dibawah frekuensi natural dari keseluruhan sistem pondasi mesin.
Low Tuned System adalah suatu sistem pondasi pendukung dimana kisaran frekuensi mesin diatas frekuensi natural dari keseluruhan sistem pondasi mesin.
Sebagai catatan: pada mesin-mesin yang menghasilkan vibrasi seperti rotating equipment (RE) untuk daya dukung ijin (Qall) perlu dikurangi dengan berat mesin. Hal ini dilakukan untuk menyediakan nilai angka aman atau safety factor yang lebih besar terhadap kemungkinan penurunan (settlement) akibat getaran yang terjadi.
C. Eksentrisitas
Pusat massa dari kombinasi mesin dan pondasi atau sistem pondasi mesin harus sedekat mungkin dengan pusat masssa dari pondasi atau kelompok tiang (group pile).
D. Frekuensi
Untuk mencegah terjadi resonansi antara pondasi dan mesin, maka frekuensi mesin dan frekuensi natural dari sistem pondasi mesin harus dibatasi. Jika frekuensi mesin/ operating frequency (ω) lebih kecil dari frekuensi natural (ωn) maka ω
ωn harus lebih kecil dari 0,8.
Jika frekuensi mesin/ operating frequency (ω) lebih besar dari frekuensi natural (ωn) maka ω
ωn harus lebih besar dari 1,2 Design of structure and foundation for vibrating machine (Suresh)
E. Vibrasi dan Amplitudo
Batasan amplitude dari sistem pondasi mesin harus memenuhi batas yang diijinkan, biasanya batasan amplitude ini diberikan oleh manufaktur mesin namun apabila tidak tersedia digunakan grafik berikut.
Kriteria perencanaan pondasi mesin:
1. Kriteria dimensional
2. Kriteria vibrasi atau getaran 3. Kriteria perpindahan
Parameter dinamis tanah, yaitu:
a. Modulus Geser b. Redaman
c. Angka Poisson atau Poisson Ratio Derajat Kebebasan
Derajat kebebasan pada sistem pondasi mesin terjadi akibat gaya dan momen yang dihasilkan beban dinamis yang bekerja. Pondasi block-type memiliki enam arah gaya getaran, yaitu:
1. Translasi arah sumbu-z (vertikal) 2. Translasi arah sumbu-x (horizontal) 3. Translasi arah sumbu-y (longitudinal) 4. Rotasi pada sumbu-x pitching 5. Rotasi pada sumbu-y rocking
6. Rotasi pada sumbu-z yawing atau torsi
Gambar 3Derajat kebebasan Pondasi Block Type
Pondasi block type memiliki empat model getaran yang terjadi, yaitu dua mode tunggal (vertikal dan yawing/ torsi) dan dua mode couple (rocking+lateral dan pitching+longitudinal)
Teori Getaran
Pada perencanaan pondasi dengan beban dinamis tidak dapat dipisahkan dari teori getaran harmonik, yaitu pemindahan bolak balik suatu titik didalam suatu garis sedemikian rupa sehingga percepatan dari titik tersebut proporsional terhadap jarak dari suatu posisi setimbang dan selalu mengarah menuju posisi setimbang tersebut.
Pada suatu sistem pegas, pegas digetarkan oleh gaya eksternal sehingga mengalami getaran harmonik. Kemudian gaya eksternal tersebut dihilangkan, maka sistem akan bergetar secara harmonic terus menerus dengan amplitude dan frekuensi getaran yang sama. Getaran yang terjadi akan berkurang sedikit demi sedikit dan akan berhenti jika pada sistem pegas tersebut terdapat peredam yang berfungsi mereduksi getaran.
d.
