PENGERUKAN
1.
PENDAHULUAN
Apa yang dimaksud pengerukan? adalah pekerjaan mengambil tanah (sedimen) dasar laut atau dasar sungai secara mekanis (atau hidrolis, atau mekanis-hidrolis) dari perairan laut atau sungai. Apa pula yang dimaksud dimaksud dengan Reklamasi? Reklamasi? adalah pengurukan daerah perairan laut atau sungai baik ditepi pantai/sungai atau di laut lepas.
Mengapa diperlukan adanya pekerjaan Pengerukan? 1. Mendapatk Mendapatkan an dasar dasar laut atau sungai sungai yang lebih lebih dalam untuk untuk keperluan keperluan navigas navigasii kapal (alur pelayaran niaga), untuk Olah raga (Ski air), dan Pariwisata. 2. Memelihar Memelihara a alur pada pada kedalama kedalaman n konstan konstan yang yang diingink diinginkan. an. 3. Meng Mengam ambi bill tana tanah h dasa dasarr laut laut untu untuk k mate materi rial al urug urugan an,, umum umumny nya a pada pada area areall rekl reklam amas asi. i. Peng Pengam ambi bila lan n pasi pasirr dari dari laut laut bias biasan anya ya lebi lebih h mura murah h dan dan tidak tidak mengganggu lalu lintas di darat. 4. Penjag Penjagaa aan n kebers kebersiha ihan n perair perairan. an.
Mengapa diperlukan pekerjaan Reklamasi? 1. Makin Makin mahalnya mahalnya lahan darat darat di Kota-kota Kota-kota besar, besar, dan lebih murah murah mendapatk mendapatkan an lahan dengan cara reklamasi. 2. Banyak Banyak permasalah permasalahan an sosial sosial pembebasa pembebasan n lahan lahan di darat. darat.
1
3. Untu Untuk k mele meleng ngka kapi pi fasi fasili lita tas s yang yang diba dibang ngun un di sepa sepanj njan ang g tepi tepi laut laut atau atau tepi tepi pantai, misalnya Pelabuhan, atau Dermaga khusus, Lapangan terbang dan lain sebagainya. 4. Pemb Pembua uata tan n daer daerah ah buan buanga gan n hasi hasill mate materia riall keru keruka kan n yang yang terk terkon onta tamin minas asii menjadi pulau-pulau khusus yang hanya dihuni habitat hewan dan tumbuhan.
Bagaimana prinsip urutan pekerjaan pengerukan? 1. Meme Memeca cah h struk struktu turr tanah tanah 2. Menga Mengangk ngkut ut materi material al secara secara Vertic Vertical al 3. Mengangk Mengangkut ut material material secara secara horizonta horizontall 4. Membu Membuang ang mate materia riall khasil khasil keru kerukan kan..
Untuk dapat melaksanakan proses pengerukan pengetahuan secara mendalam mengen mengenai ai detil detil masing masing-ma -masin sing g urutan urutan sangat sangat penti penting. ng. Hal ini khusu khususny snya a akan akan memp mempen enga garu ruhi hi pemi pemili liha han n pera perala lata tan n yang yang tepa tepat, t, lama lama wakt waktu u
peny penyel eles esai aian an
pekerjaan, dan total biaya yang dibutuhkan.
2.
MACAM PERALATAN PENGERUKAN UKAN
Peng Penget etah ahua uan n
meng mengen enai ai maca macam m
dred dredge gerr
sang sangat at dipe diperl rluk ukan an sebe sebelu lum m
menentukan/memilih peralatan yang akan dipakai dan sesuai untuk suatu proyek. Pada Pada pekerj pekerjaan aan reklam reklamasi asi disamp disamping ing Pemili Pemilihan han perala peralatan tan yang yang sesua sesuai, i, maka maka meto metode de dump dumpin ing g mate materia rial, l, kual kualit itas as mate materia riall dan dan meto metode de perb perbai aika kan n tana tanahn hnya ya merupakan faktor yang menentukan biaya reklamasi. Sedang Sedang pada pada pekerj pekerjaan aan penger pengeruka ukan n murni, murni, pemilih pemilihan an perala peralatan tan yang yang benar benar menentukan jangka waktu pelaksanaan pekerjaan, penghematan biaya, dan dapat mencapai batas toleransi kesalahan pengerukan yang disyaratkan. Dewasa ini, tersedia berbagai jenis alat keruk dalam variasi kombinasi yang luas untuk disesuaikan terhadap kebutuhan dan optimasi operasional.
2
Dari berbagai jenis dan kombinasi assesoris yang ada saat ini, secara garis besar dapat diklasifikasikan dalam 3 type dredger, yaitu :
− Mechanical dredgers (mekanis) − Hydraulical dredgers (hydraulis) − Kombinasi mekanik-hydraulic dredgers (kombinasi) Gamb Gambar ar 1., menu menunj njuk ukka kan n diag diagra ram m jeni jeniss-je jeni nis s kapa kapall keru keruk k (dre (dredg dger ers) s) yang yang termasuk dalam masing-masing kategori tersebut. Diluar jenis-jenis kapal tersebut masih banyak lagi, tetapi sebenarnya dapat tetap diklasifikasi dalam jenis-jenis tersebut, hanya asesori atau pelengkapnya saja yang ditambah-kurangi. Peralatan tambahan penting untuk pengerukan adalah SURVEY BOAT yaitu kapal untuk "hydrographic survey". Kapal ini dibutuhkan agar akurasi hasil kerukan dapat dapat dimonitor dimonitor dalam dalam waktu sesingkatnya sesingkatnya setelah suatu area selesai dikeruk. dikeruk. Pada peralatan keruk modern sebagian besar dilengkapi peralatan pemetaan dan posi positi tion onin ing g
yang yang
meny menyat atu u
pada pada
ruan ruang g
kemu kemudi di,,
pera perala lata tan n
posi positi tion onin ingn gnya ya
menggunakan sistem Satelit. Kapal bantu lain yang sering dibutuhkan pada operasional kapal keruk besar adalah Kapal Pelayanan (Service Vessel = Help Vessel), yang berfungsi membantu penggantian kepala keruk (Cutter Head), dan banyak pekerjaan lain yang hanya dapat dilakukan dari arah luar kapal keruk. Klasifikas Klasifikasii lain dari dredger dredger didasarkan didasarkan pada metode metode transporta transportasi si material material hasil kerukan, yaitu : a. Self Self-P -Pro rope pell lled ed : Kapal memiliki mesin penggerak sehingga dapat berjalan ke berbagai arah yang diinginkan. Dredge Dredgerr memilik memilikii palka palka/ru /ruan ang g dalam dalam kapal kapal untuk untuk menamp menampung ung materi material al hasil hasil kerukan dan membawa buangan ini ketempatnya. b. Non Non Self-P Self-Prop ropell elled ed / Stat Station ionary ary : Kapal Kapal tidak tidak bermes bermesin, in, untuk untuk perge pergerak rakann annya ya dibant dibantu u Tug boat boat atau atau Servic Service e vessel.
3
Buangan diisikan ke palka / barge lain untuk dibawa ketempat pembuangan.
MECHANICAL
HYDRAULIC
MECHANICAL HYDRAULIC
GRAB/CLAMSHELL/DRA
PLAIN SUCTION
CUTTER - HEAD
BUCKET - LADER
DUSTPAN
BUCKET - WHEEL
BACKHOE
WATER INJECTION
TRAILING HOPPER
GLINE
DIPPER
Gambar 1 – Dredger types
Alat Keruk Mekanikal
2.1. GRAB / CLAMSHELL / DRAGLINE Memiliki kedua type metode transportasi material yaitu bisa Self-Propelled, gambar 2. Bekerja mengandalkan sistem grab (cangkeram) yang terdiri dari kran untuk menurunkan dan mengangkat grab dari dalam air. Cangkeram / cengkran dibedakan dalam 2 jenis lihat Gambar 3 yaitu :
− Clamshell type grab bucket − Cactus type grab bucket
4
Gambar 2. – Kapal Keruk type Grab
5
Gambar 3. – Kedua Jenis Grab Ada 2 jenis wires / kabel untuk menggantung grab dan menutupnya, dan untuk mengangkat dan menutup bawah air yaitu closing wire dan hoisting wire. Metode atau proses penggalian dalam 1 Cylus :
− Menurunkan. Grab yang berisi diturunkan ke palka atau ke barge, demikian juga bucketnya, bergantung pada closing cables / wires
− Membuka Berat grab dialihkan ke hanging wires selagi grab membuka dan isinya dituangkan ke palka atau hopper.
− Berputar / Swinging Lengan crane ( jib ) berputar kembali ke tempat penggalian, closing wire sepenuhnya mengendur sehingga bucket terbuka seluruhnya sebelum masuk kedalam air.
− Menurunkan Bucket / grab yang terbuka jatuh bebas dengan mengendurkan hanging wires.
− Menutup Pada saat bucket sampai di dasar laut, hoisting wire ditarik,.jadi bucket menutup dengan gaya yang tidak bisa melebihi grab + isinya.
− Mengangkat Saat bucket tertutup, pengangkat di mulai dengan terus menarik hoisting wire.
− Berputar / Swinging Setelah grab ada diats air, jib berputar diatas hopper. Karena sistem operasional mengandalkan berat sendiri grab (jatuh bebas ), maka berat grab baja dan volume grab mempengaruhi kemampuan menangani jenis tanah. Untuk tanah jenis lumpur atau Mud (=loose soil) membutuhkan bucket besar yang ringan. Sedang untuk Hard soil membutuhkan bucket kecil yang berat. Spud dan angker digunakan untuk menambat dredger, Tagline dibutuhkan untuk mengendalikan grab.
6
Pergerakan kapal / dredger dilakukan dengan mengangkat spud dan bergerak mundur khusunya pada stationary dredgers. Untuk self propelled pergerakan dengan
mudah
dilakukan pada
posisi
searah
yang
sama, yaitu
denga
menghidupkan mesin dan bergerak maju. Pada stationary dredger, hanya dapat dipasang satu crane dengan grab sehingga dredger harus sering pindah. Pada self propelled dredger dapat dipasang beberapa crane sekaligus yang mempercepat dan mempertinggi kapasitas.
Produktivitas Dalam sekali angkut jarang dapat diharapkan grab terisi penuh, beberapa faktor yang mempengaruhi diantaranya pengalaman operator, jenis tanahnya dan type grab. Dibawah ini adalah faktor yang harus dikalikan untuk menentukan volume 1 grab per sekali angkat : Type tanah % isi grab
Disamping
Lumpur Variasi
Lempung
Pasir
Pasir
Kerikil
Kerikil
40 - 80
halus 20 - 50
kasar 60 - 90
( kecil ) 70 - 100
( besar ) 20 - 30
secara keseluruhan
produktivitas
pengerukan dipengaruhi
oleh
kedalaman dasar laut dan sudut 'slewing'. Kecepatan pengerukan sekitar 70 m / menit dan kecepatan 'slewing' : 1,8 - 2,0 rpm yang bekerja bergantian atau bersamaan → untuk sudut slewing 45o butuh ± 60 detik sampai 3 menit. Produksi per jam dapat dihitung =
bebanbucketx 3600 cycletime(sekon )
2.2. BUCKET / LADDER Ditemukan pertama kali tahun 1589 di Belanda. Dredger ini umumnya non self propelled, dengan cara membuang hasil kerukan ke arah barge disampingnya menggunakan 'shutes' ( =jembatan dari ban berjalan atau semacam talang ), sedang ujung keruknya berbentuk timba (bucket), lihat Gambar 4.
7
Gambar 4. - BUCKET DREDGER 8
Sebutan Bucket dredger digunakan diseluruh dunia kecuali USA, sedang Ladder dredger digunakan di USA. Alat ini bekerja berdasar 'bucket' yang diikat pada rantai dan ditarik atau dikerek keatas melalui semacam tangga ( ladder ) dengan ujung atas berupa penggulung (=tumbler ). Selanjutnya isi bucket tertuang pada saat posisi-posisi bucket terbalik, dan pada keadaan kosong bucket turun menggantung kembali lagi ke bawah. Di ujung bawah juga terdapat tumbler dengan sisi-sisi datar ( biasanya 6). Ladder ini berada dalam celukan yang biasa disebut 'Well' (=sumur) dari kapal yang berbentuk U. Cara Kerja Kedalaman pengerukan dapat diatur dengan menaikturunkan penyangga (=gantry). Untuk gerak kekiri atau kanan dan maju mundur dikendalikan dengan komposisi 6 tali angker yang dapat digulung atau diulur sesuai arah pergeseran yang diinginkan.
Produksi Kapasitas satu bucket rata-rata 0,8 m3, maximum 1,2 m3 . Kecepatan rantai bervariasi antara 8 sampai 30 bucket per menit, bergantung jenis tanah yang dikeruk. Koreksi harus diberikan dengan faktor = 0,30 - 0,45. Catatan : Faktor koreksi berasal dari : f swing = faktor untuk waktu swing = 0,7 f fill = isi bucket tidak penuh = 0,6 - 0,8 f anchor = delay untuk mengganti / memindah angker = 0,7÷0,8 f total = 0.7 x ( 0.6 ÷ 0,8 ) x ( 0,7 ÷ 0,8 ) = 0,30 ÷ 0,45 Jadi, misal kapasitas bucket 0,8 m3, kecepatan rantai 25 bucket / menit, produksi teoritis 1200 m3 / jam. Produksi Realistis = 400 - 500 m3/jam untuk tanah baik. Efficiency harus diterapkan untuk menghitung kapasitas dalam jangka lebih panjang yaitu 60 sampai dengan 70 %. Jadi kapasitas produksi secara garis besar :
±40000 m3 / minggu → Untuk tanah baik sampai lempung 9
± 80000 m3 / minggu → Untuk tanah lumpur. 25000 m3 / minggu -- 30000 m 3 / minggu → Untuk tanah berpasir 6000 m3 / minggu → Untuk batuan pecah 4000-5000 m3 / minggu → Untuk batuan lembek
2.3. BACK HOE Alat ini semakin sering digunakan akhir-akhir ini, dan merupakan mesin yang berguna dan penuh tenaga lihat Gambar 5. Umumnya digunakan untuk mengeruk material keras, batuan yang lunak, lempung keras, kerikil ( gravel, boulders, cobbles ) yang tertimbun material lain. Sebagian besar berupa non self propelled dredger bekerjanya dari arah yang dalam ke dangkal jadi kapal selalu berada di perairan yang belum di keruk, dengan lengan yang pendek dan kuat untuk mengeruk. Banyak kapal keruk ini memanfaatkan excavator untuk darat lalu dipasang ke atas ponton, lengannya bekerja secara hidrolis. Untuk Excavator besar, umumnya yang dipasang ke atas ponton adalah bagian kepalanya saja sehingga dapat mengurangi bebannya. Dan juga unit yang bisa dibongkar ini (dismountable unit) memudahkan penggunaannya untuk berbagai keperluan sehingga biaya penggunaan alat relatif lebih murah. Spud berfungsi sebagai stabilisator dan mengurangi pengaruh gelombang serta didesain khusus untuk menahan daya angkat lengan back hoe. Kedalaman pengerukan bervariasi antara 4 m sampai 25 m dibawah muka air, dengan daya penetrasi mencapai 125 ton. Pergerakan mundur peralatan dapat dibantu oleh lengan back hoe dan dengan tali dan jangkar, atau dengan memindahkan spud yang berada pada area yang belum dikeruk. Produktivitas alat telah dibuat berdasarkan spesifikasi kemampuan mesin dan keseluruhan bagian perlatan. Dengan kapasitas bucket mencapai 8 m3, tetapi yang terbanyak berkapasitas 2 m3. Cycle time mencapai 1,5 sampai 2 menit, atau 40 sampai 60 gerakan per menit. Kedalaman pengerukan bervaariasi berdasar kemampuan mesinnya.
10
Gambar 5. - SMALL RANGE BACKHOE DREDGER
11
2.4. DIPPER Merupakan alat keruk dengan bucket penggali bekerja ke arah depan, berlawanan dengan backhoe dan alat ini lebih dulu diperkenalkan, serta merupakan perbaikan dari Bucket dredger khususnya dalam menghadapi jenis tanah batuan (rock), lihat Gambar 6. Pinggir depan dari bucket dipper terdapat gigi untuk memperkuat daya pukul dan gali. Pada titik-titik tertentu sepanjang gigi, terutama berguna pada tanah keras. Kekuatan menggali tersebut berpangkal pada lengan, dan kerasnya gaya untuk menancapkan dapat menyebabkan barge oleng atau terangkat, untuk itu diperlukan spud atau jangkar. Bucket sering digunakan juga untuk tumpuan melangkah ke depan. Pada Dipper dredger ini konsentrasi kegiatan adalah dalam memecah tanah atau batuan. Bila batuan cukup keras seluruh badan kapal dapat ditumpukan diatas lengan dipper sedemikian hingga kekuatan untuk menembus batuan bertambah, hal ini dilakukan dengan melepas spud pole lalu menggunakan lengan untuk mengangkat kapal. Bucket memiliki engsel untuk menumpahkan isinya ke dalam Barge, bukaan pintu buangan dikendalikan oleh kabel yang digerakkan dari ruangan operator. Volume bucket mencapai 15 - 20 m 3, sehingga dapat mengangkat / memindahkan batuan besar dimana seringkali untuk itu ditambahkan kran / crane pembantu. Alat ini cocok untuk batuan berat, misal pengerukan hasil peledakan batuan laut atau pemindahan bangunan bawah air, untuk alat keruk lain sering jadi masalah. Cycletime : 60 sampai 90 detik, dengan siklus berikut : menggali, mengangkat bucket, mengayun, membuang, mengayun kembali, menurunkan bucket. Pada saat panjang pencapaian optimal / maximal, ponton berpindah dengan mengangkat spud. Kedalaman jangkauan dan lebar kerukan sangat bervariasi, umumnya jauh lebih lebar dan dalam daripada back hoe, untuk itu, diperlukan spesifikasi alat.
12
Gambar 6. - DIPPER DREDGER
13
Alat Keruk Hidraulis
2.5.
PLAIN SUCTION Dredger yang cocok untuk pasir, dengan total volume besar dan lokasi yang
dalam. Saat ini suction dredger ini sudah dikembangkan untuk dapat beroperasi mengeruk pada kedalaman 30 m sampai 85 m di bawah muka air, dikenal juga sebagai deep dredger. Untuk itu juga dikembangkan ukuran-ukuran kapal yang besar, tenaga besar, dan adanya sistem pompa hisap bawah air. Bagaimana alat ini bekerja ? Proses pengadukan ( disintegrasi ) tanah berlangsung dalam kesetimbangan lereng tanah, setelah tanah keruh lalu dihisap. Batas keruntuhan lereng terjadi bergantung parameter tanah yakni ukuran butiran, density, permeabilitas, dsb. Pada gambar : a. tampak garis runtuhan lereng pengerukan saat posisi pipa masih dangkal dengan jarak pendek / dekat permukaan dasar laut. b. tampak garis runtuhan berbentuk silindris dan garis runtuhan kritis terbentuk dimana pasir mulai bercampur air dan longsor, hal ini akan berlangsung meluas / melebar dan pengenceran pasir terbentuk terus dapat mencapai slope 1 ÷ 10 ÷ 1
÷ 30 ( bergantung ukuran butiran ). Tepian ini jarak longsornya makin melebar / jauh bergantung posisi pusat hisapan dan makin dalam sesuai garis keruntuhan lereng. Pencampuran pasir dengan air secara kebetulan menguntungkan karena pompa tidak bisa menghisap material yang pekat, densitas mencapai 1600 sampai 1900 kg/m3. Untuk menjaga hal itu, pompa harus ditempatkan beberapa sentimeter diatas arus ' campuran pasir + air '. Dibutuhkan operator yang ahli untuk bisa mendapat pasir sebanyak-banyaknya, dan hal ini memang sulit. Kapasitas produksi alat bergantung kekuatan pompa, dan kedalaman keruk
14
Gambar 5 – Operasional Dipper
15
2.6.
Dustpan
Dikembangkan untuk meningkatkan kemampuan navigasi alur pelayaran sungai pada saat air rendah. Tahun 1930, US Army Corp of Engineers membangun 4 buah dredger dan selama 50 tahun bekerja secara memuaskan dalam perawatan alur navigasi sungai-sungai di USA, lihat gambar 6. Dustpan ini bekerja saat musim kemarau, sehingga survey kondisi musiman sungai pada waktu akhir musim banjir berguna untuk menentukan posisi bar sekaligus rencana operasi pengerukan. Untuk operasi pengerukan di posisi manapun, tanda batas harus dipasang pada batas arah hulu tepat di C.L. ( Centre Line ) dari alur agar alinemennya terjaga. Dustpan memiliki kepala ( dustpan heads ) yang melebar seperti ujung pembersih debu, bisa digerakkan turun naik atas bantuan ' crane ' pengangkat. Agar terjadi campuran air + material pada ujung pipa penghisap, sebelumnya disemprotkan air dari ' water jet ' lalu campuran kental ini dihisap melalui pipa hisap. Material kerukan langsung dibuang ke daerah tepi alur (=sungai) melalui pipa yang diapungkan di atas drum / poontoon. Gangguan terhadap alur tidak dapat dielakkan dengan sistem ini. Juga keterbatasan gerak pengerukan terjadi, karena itu ada tambahan sistem pada pipa dan pontoon agar pipa dapat berayun. Pada kepala dustpan mampu menghisap densitas tertentu, jadi kualitas dasar alur yang kotor menghambat operasi. Urutan sub siklus adalah sbb :
− bergerak ke ujung hilir, menurunkan kepala hisap, mengeruk sepanjang strip, menaikkan kepala hisap. Urutan siklus utama adalah sbb :
− menambat jangkar − mengulang sub siklus − mengangkat jangkar − bergerak ke posisi baru Frekwensi siklus utama tergantung dari :
− lebar daerah yang dikeruk − tebal material − panjang dan posisi dari pipa buang 16
Lebar satu kali strip 9,1 m sampai dengan 12,5 m. Kapasitas pompa = 12.000 m 3 /j.
Gambar 6. – Alat Keruk Dustpan 17
2.7.
Water Injection Dredger Dredger dengan kepala keruk yang dapat menginjeksi sediment dengan air
dan membentuk campuran yang berkekentalan rendah. Adanya kekentalan yang relatif lebih tinggi dari sekitarnya ini, mendorong adanya arus densitas yang membawa pergi material tersebut. Perilaku alamiah ini yang penting perannya, lihat Gambar 7. Salah satu water injection dredger yang terkenal adalah jetsed ( jetting sediment ) terdiri dari catamaran ( barge ) dengan ukuran panjang 28 m dan lebar total 14 m. Terdapat pipa yang menggantung di tengah kedua catamaran dengan ujung bawah adalah kepala keruk dengan lebar 14 m dilengkapi saluran-saluran penyemprot ( jet nozzle ) dan menggantung persis di atas sea bed. Terdapat pula 2 nozzle yang dapat ditutup di ujung-ujung dari kepala keruk. Kemampuan pompa adalah 12000 m3/jam, dengan tekanan 1.5 bar. Alat ini merupakan satu dari sekian dredger yang khusus dikembangkan untuk mengeruk estuary sebagai pengerukan perawatan ( maintenance dredging ) . Dredger ini tidak butuh anchor sehingga tidak mengganggu alur pelayaran, dan untuk pergerakannya menggunakan sistem self propelled. Posisinya diketahui oleh alat positioning system yang terhubung dengan satelit, disamping itu kedalaman pengerukan, rencana kerja dan peta lokasi juga dapat dilihat. Kapasitas produksi pada kondisi tidak ada gangguan arus turbiditas dari laut adalah ± 4000 m3/jam, bila ada gangguan yang menyebabkan jarak pergerakan material terhambat adalah ± 1500 : 3000 m3/jam.
18
Gambar 7. – Water Injection Dredger
19
2.8. TRAILING SUCTION HOPPER DREDGER ( TSHD ) a. Perkembangan Dikembangkan pertama kali tahun 1878 oleh Belanda. Tahun 1898, German menyempurnakan dengan Draghead dan dipakai sampai sekarang dikenal dengan TSHD. TSHD pertama adalah 'java' dibuat atau diluncurkan dari galangan kapal IHC Holland tahun 1912. Tahun1928, 'Pierre Lefort' TSHD milik Prancis merupakan dredger pertama yang dapat beroperasi pada kondisi gelombang. Tahun 1959, 'Batavus' milik Belanda dibangun dan merupakan stationary suction hopper dredger yang dikembangkan jadi TSHD dan sukses. Sejak saat itu TSHD berkembang pesat terutama kapasitasnya ( kapasitas palka / hopper ), tetapi draft dari kapal-kapal juga makin dalam dengan kecepatan saat bermuatan penuh juga meningkat mencapai 17 knots, kedalaman pengerukan turut meningkat. b. Peralatan Ciri-ciri umumnya : Self Propelled, Self Loading dan Self Disharging dengan satu atau lebih pipa hisap dengan kepala hisap khusus. Karakteristik utama dari satu TSHD adalah :
− Kapasitas hopper dalam m 3 − Kapasitas pemuatan dalam ton ( dwt ) − Kedalaman pengerukan − Jumlah dan diameter pipa hisap − Daya dari produksi kapal ( hp atau kw ) − Daya dari pompa hisap ( hp atau kw ) − Peralatan tambahan c. Siklus Pengerukan
20
Gambar 8. – Trailling Hopper Dredger
21
Siklus pengerukan dapat dibagi dalam 4 fase : 1. Pengerukan Ekskavasi dengan bantuan draghead atau ripper blade mekanis. Pada awal fase, hopper dikosongkan sedapat mungkin, kepala hisap ( drag head ) diturunkan dengan kapal bergerak lambat maju. Material yang akan dikeruk dihisap dengan pompa dan dituang / disimpan dalam hopper. Beberapa saat kemudian material dengan mengendap dan bila diisi terus akan terjadi 'overflow'. Silt dan sejenisnya umumnya ikut terbuang bersama 'overflow', karena itu pemuatan harus dihentikan begitu penuh. 2. Horinzontal transport Material dibawa dalam hopper kapal menuju dumping area. 3. Discharge Material yang dikeluarkan / disemprotkan dengan sistem yang ada ke dasar laut yang merupakan areal buangan, umumnya melalui pintu-pintu bawah. 4. Kembali ke daerah pengerukan Kapal yang sudah kosong kembali ke daerah pengerukan. Subsiklus selama pengerukan : menurunkan draghead, mengeruk atau memuat, mengangkat draghead, dan kembali.
2.7. Bucket Wheel Bucket-Wheel Suction system sering disebut-sebut sebagai dredger yang efisien. Pemotongan ( pada material keras ) dapat dilakukan dari 2 arah dan densitas dari 'slurry' ( bubur ) bisa tinggi. Dan jarak antar bucket bisa mengukur material-material yang oversize hingga pompa hisap dapat bekerja normal, cocok untuk penambangan. Alat ini mengkombinasi keunggulan dari Bucket dredger dan suction dredger. Dibanding bucket dredger, alat ini berkurang cecerannya dengan tidak perlu ada 'swing'. Terhadap suction dredger type cutter head, harganya lebih murah, perawatan murah dan kebutuhan biaya tenaga / BBM rendah, tidak perlu ladder dan cutter, serta kemungkinan jangkauan lebih dalam, tidak mengganggu alur. 22
Berbagai macam Bucket Wheel diantaranya dari :
− Ellicott Machine Corporation International dengan Wheel Dragon dengan diameter pipa mulai 254 mm kedalaman keruk 8m, kapasitas 76 sampai 535 m3/jam.
− Humphreys Mineral Industries Inc. ( HMI ) − IHC Holland, ada beberapa type dredger : scorpio, gemini, beaver yang mampu menghisap sampai 14 m.
− Neumann Group, dibuat untuk penambangan zircon dan dikembangkan untuk 'gravel'.
− Orrenstein dan Koppel ( O & K )
2.8. CUTTER SUCTION DREDGER Alat ini cocok untuk menggali semua jenis material alluvial dan deposit yang keras seperti clay. Alat yang lebih besar bisa untuk batuan seperti karang dan batuan yang lebih lunak lagi. Komponen utama dari peralatan ini adalah 'cutter heads' ( kepala keruk ) dan 'dredging pump'. Cutter head terletak di kepala pipa untuk memecah tanah dan batuan secara mekanis dan dihisap melalui transport vertical oleh pompa keruk (dredging pump ). Cutter head dipasang pada lengan / ladder. Pergerakan kapal dibantu angker bawah dan atas serta 'spud'. Ada spud depan ( stern spud ) yang membantu posisinya tetap terdiri dari spud kerja dan spud tambahan.
Kepala Keruk ( cutter head ) Cutter dapat digunakan dengan / tanpa gigi bergantung kekerasan dan kekompakan material. Dan giginya biasanya bisa diganti. Penggunaan gigi ini bisa amat tinggi kalau cutter bekerja pada material keras atau batuan yaitu perlu diganti tiap 2 jam. Gigi ini dipasang pada adaptor dengan sistem penguncian yang sederhana pada pin kunci dari karet. Gigi ini seringkali materialnya masih 90% tapi sudah tidak bisa dipakai. Pemasangan gigi pada posisi yang tepat dapat memberi hasil yang optimal. Berbagai kepala keruk dapat dilihat pada gambar berikut. 23
24
a
b
e
c
d
g
f
25
26
ba
aa
ea
ca
d
g
f
27
3.
PROSES OPERASI PEKERJAAN PENGERUKAN
Proses secara urut operasional pekerjaan pengerukan dapat diuraikan sebagai berikut: a. Memecah struktur tanah b. Transport arah Vertikal c. Transport arah Horizontal d. Pembuangan
a. Memecah struktur tanah Agar dapat melakukan pekerjaan secara baik, perlu mengenal kondisi lapisan tanah. Untuk kebutuhan pengerukan, tanah diklasifikasikan secara Internasional sehingga seragam, berdasar klasifikasi tanah dari PIANC report No. 47, secara garis besar adalah seperti berikut: Tabel 9-1 Jenis Batuan Boulders Cobbles Gravel Sand Silt Clay
Ukuran Butiran (mm) > 200 60 - 200 2 - 60 0,06 - 2 0,002 - 0,06 <0,002
Disamping tolok ukur diatas, juga perlu diketahui karakteristik lainnya diantaranya: Kadar air (insitu), bentuk butiran dan kekerasannya, densitas butiran ( ρ ), porositas, plastisitas dari lanau dan lempung, Kadar organisnya, campuran airbutiran pada cairan non-Newtonian. Sedang untuk batuan (rocks) ditest berdasar kemampuan tekannya menggunakan test Unconfined compressive strength (UCS). Ukuran butiran ditest menggunakan analisa ayakan, pada partikel kecil umumnya menggunakan test hydrometri dengan mengukur kecepatan jatuh partikel didalam air berdasarkan hukum Stokes dan Bilangan Reynolds. Kadar air dan porositas serta berat jenis berhubungan satu sama lain, disebabkan tanah granular terdiri dari campuran butiran, udara dan air.
Untuk keperluan
pengerukan penting diketahui BERAT JENIS KERING TANAH (Bulk Density) sebagai ukuran perhitungan volume pengerukan. Adanya BJK Tanah ini
28
memudahkan menentukan total volume tanah yang akan terangkut dalam Barge atau tanah jadi yang mengering di areal reklamasi. Cara perhitungannya, misal Berat Jenis Tanah Asli = 2650 kg/cm3, dan porositas (n) = 40 %, maka BJK tanah = (0,6 * 2650) = 1590 kg/cm3 . Jadi BJK tanah ditentuka oleh Bulking Factor (B): B = Vk/Vt =
ta
/
kt= (Wc Gs + 100)/ (Wi Gs + 100)
Vk = Volume tanah kering Vt = Volume asli tanah
ta
= Berat jenis kering tanah asli
tk
= Berat jenis tanah kering
Wc = Kadar air tanah setelah terbuang/kering Wi = Kadar air tanah asli Gs = Specific gravity dari tanah. Selanjutnya, BJK tanah ini yang akan selalu digunakan untuk perhitungan volume kerukan. Pengambilan sample tanah dari dasar laut dilakukan dengan mengebor tanah dan test SPT, Test CPT juga dapat
dipakai.
Jumlah titik sampling dapat dihitung
menggunakan rumusan berikut: A0,5 . d0,35 N=3+ 50 N = jumlah titik lubang bor ( dapat juga digunakan patokan jarak antar titik 50 - 200 m) A=
Luas areal pengerukan
d=
Kedalaman rata-rata yang dikeruk
Deformasi Tanah yang terlepas dari kondisi aslinya akan mengalami perubahan volume, disebabkan perubahan kekompakan tanah. Makin rapat kondisi kekompakan tanah pada waktu terpendam dibawah, akan makin keras tanahnya. Bila tekanan yang terjadi dibawah dilepas/ berkurang, tidak menyebabkan tanah menjadi kendur atau tidak kompak. Sedang bila tekanan dinaikkan kembali ke kondisi semula, tanah menjadi keras. Bila tekanannya dinaikkan melebihi dari tekanan tanah asli akan dengan mudah melembek/mengendur kekompakkannya.
29
Deformasi juga dapat terjadi akibat pengaruh tegangan geser. Jika butiran terikat/terbungkus dalam keadaan padat, maka butiran harus terlepas dulu satu sama lain sebelum terjadi ‘sliding’. Sedang kalau butirannya terikat secara kendur akan dengan mudah mengalami sliding. Pada tanah padat yang jenuh/saturated, berarti air harus masuk pada bidang longsornya. k tanah yang permeabilitasnya rendah maka tekanan yang terjadi di bidang longsor tekanan hydrostatis atau tekanan
akan lebih rendah dari
aslinya. Hal ini mendorong meningkatnya
tekanan efektif dan tegangan geser yang lebih besar. Efek ini disebut DILATANSI, dimana banyak terjadi pada proses pengerukan.
STABILITAS LERENG Perhitungan kestabilan lereng dapat digunakan theori dari Fellenius dan Bishop
PENGHISAPAN Bila Plain Suction yang digunakan untuk menghisap, maka tanah dipindahkan dari keadaan aslinya saat pipa hisap menunjam masuk ke lapisan dibawahnya. Material akan mengalami longsor sampai stabilitas lereng tercapai. Bila produksi harus dilanjutkan, pipa harus didorong kedepan agar ketidakstabilan berlanjut dan menghasilkan material yang terhisap kedalam pipa. Dalam banyak kasus, sliding menyebabkan dilatansi yang artinya pasir didepan pipa mengalami tekanan rendah (underpressure) dan menjadi sekeras beton. Sedikit demi sedikit bila air
telah
melewati pori, maka tekanan pompa akan menurun sedikit demi sedikit dan pipa dapat maju. Jadi kecepatan kerja dibatasi oleh kemampuan maju dari biba yang merupakan fungsi dari permeabilitas. Cara
lain adalah dengan memperdalam
hunjaman ujung pipa ke dalam tanah. Karena itu plain suction dredger biasa bekerja pada kedalaman 60 - 70 m.
MENYEMPROTKAN AIR (JETS) Dengan kekuatannya air mampu memecah gumpalan tanah, lalu dibawa pergi arus. Air akan bercampur dengan tanah secara otomatis. Bila akan dihisap area yang dapat dihisap amat terbatas, sehingga cara ini tidak banyak dipakai lagi. Alat jenis penyemprot air adalah jenis Dustpan dan WID.
KEKUATAN MEKANIS 30
Alat yang paling efektif digunakan adalah Bilah Baja. Cara pemakaiannnya dengan menekan ke dalam tanah seperti mencangkul atau mentatah. Jadi prinsip kerjanya juga dapat dianalogikan seperti untuk mentatah perlu tatah yang tajam. Kemampuan untuk menenbus tanah dipengaruhi oleh kekuatan ayng bekerja dalam hal ini dapat dari berat peralatan atau kekuatan mesin penggerak.` Permalahan dilatansi masih timbul pada TSHD dan CSD, dimana kecepatan bisa mencapai 1 sampai 2 m/s bahkan 3 m/s yang menyebabkan air tidak sempat mengalir melalui pori antar material dan menyebabkan dilatansi terjadi. Terutama pasir impermeable bisa menimbulkan masalah dilatansi. Hal ini dapat diatas dengan menghitung besar energi dan gaya yang dibutuhkan untuk menggerakkan bilah (blade), kemudian menyetel mesin atau pompa pada tingkat energi hasil perhitungan tersebut. Besar energi yang dibutuhkan untuk memotong satu unit
volume tanah dapat
dihitung sbb: Fh * v c Fh E = ----------------- = ---------hi * b * v c hi * b
Bila tidak ada cavitasi E = Egc = c1 *
Bila ada cavitasi E = Eca = d1 *
w
w
* g * vc * hi * e/km
* g * (z + 10)
c1 , d 1 = koefisien vc
= kecepatan propagasi dari bilah
hi
= kedalaman potongan
z
= kedalaman posisi blade
e
= pengembangan volume
km
= permeabilitas efektif
b. Transport arah vertikal
Fenomena transport arah vertikal dari material hasil kerukan banyak dipengaruhi kondisi hydraulis air. Mari kita perhatikan pompa yang ada dalam air sejarak Z p dari permukaan terhubung dengan ujung pipa sejarak Z s dari muka air, pompa mampu menggerakkan tekanan hisap sebesar p* [mwc = 10 kPa = 10 kN/m2].
31
Bila diperhatikan keseimbangan kolom air dalam pipa hisap, dapat terjadi oleh dua gaya yaitu gaya keatas dan gaya kebawah. Gaya ke atas terjadi akibat pengaruh : - Tekanan pada mulut pipa hisap : Zs * ρw - Hisapan dari pompa : p* * ρw Sedang gaya ke bawah dipengaruhi : - Berat cairan dalam pipa hisap : (Zs - Zp ) * ρm - Friksi dan hydraulic losses yang lain : (f * U 2 / 2g) * ρm Keseimbangan terjadi bila : U2 (p* + Zs) * ρw = (Zs - Zp + f ----- ) ρm 2g Kemampuan maksimum dari vakum p* menghisap sebesar 7,5 mwc. Rumusan diatas umumnya digunakan untuk mencari kecepatan optimum cairan dalam pipa atau U yang juga merupakan kecepatan penghisapan dan baru dapat diperoleh dengan cara coba-coba.
C. Transport arah Horizontal Peralatan yang digunakan untuk transport arah horizontal adalah Pipa dan Barge (tongkang).
PIPA Transport material dalam pipa mengikuti teori Aliran dalam pipa tertutup dan Transport sedimen dalam pipa tertutup.
Aliran dalam pipa tertutup, perilakunya mengikuti rumusan berikut : L U2 ∆Hv = λ ---- ----D
2g
∆Hv = Penurunan ketinggian energi oleh panjang pipa (L) [m] λ
= Koefisien friksi = 8g/C2, gunakan diagram Moody
L
= Panjang pipa yang ditinjau [ m]
D
= Diameter pipa [m]
U
= Kecepatan rata-rata [m/s] 32
Disamping kehilanga-kehilangan (losses) sebagaimana diperhitungkan diatas, terdapat kehilangan lain sebagai akibat kondisi sepanjang pipa, misal adanya tekukan pada sampungan, adanya katup-katup pengatur, dsb yang selanjutnya disebut pula sebagai Extra resistance besarnya : U2 ∆Hi = ξi ----2g
sehingga persamaan berubah menjadi :
U LU + λ + ∆ H =∑ ξ i static i= 2 g D2g 2
2
n
∆Htotal
1
Berdasar rumusan diatas dapat dibuat grafik hubungan Q - H, dimana Q adalah debit cairan dalam pipa .
Transport sedimen dalam pipa tertutup Bila ada sedimen masuk dalam cairan yang mengalir dalam pipa, kondisi agak berubah oleh adanya consentrasi sedimen dalam cairan (C T). CT = Qpasir / Qtotal
dimana Qpasir hanya memperhitungkan volume pasir saja sering
digunakan istilah CV untuk menunjukkan kosentrasi pasir tersbut. Karena sering terjadi pergesekan antara air dan pasir maka C v harus lebih besar dari C T dengan perbandingan αT = CT/CV ≤ 1. Untuk menghitung CV
seringkali digunakan CB
atau consentrasi dalam kondisi
kering (Bulk concentration), CB = CT/ 1- n. Contoh, bila ρta = 2650 kg/m3 , n = 40 % , buktikan bahwa Bulk Concentration dalam campuran adalah 20 %? Misal CB = 20 %, berarti kandungan airnya = 80 %. Sisanya yang berupa Bulk concentration terdiri dari tanah dan air yaitu 40 % air (sesuai harga n), dan 60 % tanah atau bulk. Sehingga berat 1 m3 campuran terdiri dari : Air asli = 0,8 m3 , ρw = 1000 kg/m3
= 800 kg
Air dalam pori-pori tanah = 40 % dari 20 % dari 1 m3 = 0,08 m3 , ρw = 1000 kg/m3 = 80 kg Butiran tanah = 60 % dari 20 % dari 1 m3 = 0,12 , ρta = 2650 kg/m3
= 318 kg 33
Total Dibulatkan
----------------------= 1198 kg ≅ 1200 kg
Berarti Bulk Concentration20 % lebih besar berat jenis Air, atau kandungan tanah hanya 20 % dengan ρw = 1200 kg/m3( terbukti). Dengan teknologi yang berkembang saat ini berbagai material bisa dihisap. Bila konsentrasi clay atau silt yang terpompa adalah
tinggi akan mempengaruhi
viskositas (kekentalan cairan) sehingga teori aliran turbulen biasa tidak berlaku. Bila dipompakan pasir halus dimana kecepatan mengendapnya jauh lebih kecil dibanding kecepatan aliran, dalam hal ini sebesar 0,02 m/s. Maka kecepatan aliran cukup sebesar 4 m/s (lebih dari 100 kalinya) untuk bisa mengalirkan butir pasir halus berdiameter 0,06 sampai 0,15 mm tanpa ada yang mengendap di dasar pipa. Untuk Pasir kasar, kecepatan pengendapannya (fall velocity) mencapai 0,2 m/s atau hanya sekitas 1/20 dari kecepatan aliran. Sehingga pada material diatas ukuran 2 mm akan mengendap pada dasar pipa, sedang butiran ukuran 0,15 sampai 2 mm akan melayang agak lambat dalam pipa. Berdasar kondisi ini bisa diperkirakan bahwa pasir kasar yang mengendap dalam pipa sedikit demi sedikit akan menyebabkan pipa tersumbat. Atau bila akan menggelontorkan endapan pasir tersebut, kecepatan aliran harus ditingkatkan mencapai kecepatan maksimum pipa atau disebut juga kecepatan kritis ( U crit). Besar Ucrit diperoleh dari test laboratorium, dimana U crit mencapai sebesar 4,3 m/s untuk pasir diamter 0,2 mm. Pengaruh dari memperbesar kecepatan aliran ini adalah pada penggerusan bagian dalam pipa. Pipa mengalami keadaan seperti diamplas pasir akibat kecepatan pasir dan terus menerusnya kejadian tersebut. Disamping itu kehilangan energi dalam pipa juga makin besar (∆Hv) akibat meningkatnya hambatan pada pipa oleh pasir. Pengaruh pasir terjadi juga pada perilaku pompa yang mengalami penurunan daya angkatnya menjadi H’ sebesar α H ρm/ρw. Sekarang ini sudah tersedia kurva untuk berbagai ukuran pipa terhadap berbagai kecepatan dan variasi berat jenis campuran, dan ada juga kurva pompa dikoreksi terhadap kekuatan putaran dan pengaruh campuran.
34
