PERKERASAN KAKU (RIGID PAVEMENT) 1.1.
PENGERTIAN UMUM Rigid pavement atau perkerasan kaku adalah jenis perkerasan jalan yang
menggunakan beton sebagai bahan utama perkerasan tersebut, merupakan salah satu jenis perkerasan jalan yang digunakn selain dari perkerasan lentur (asphalt). Perkerasan ini umumnya dipakai pada jalan yang memiliki kondisi lalu lintas yang cukup padat dan memiliki distribusi beban yang besar, seperti pada jalan-jalan lintas antar provinsi, jembatan layang (fly over), jalan tol, maupun pada persimpangan bersinyal. Jalan-jalan tersebut umumnya menggunakan beton sebagai bahan perkerasannya, namun untuk meningkatkan kenyamanan biasanya diatas permukaan perkerasan dilapisi asphalt. Keunggulan dari perkerasan kaku sendiri dibanding perkerasan lentur (asphalt) adalah bagaimana distribusi beban disalurkan ke subgrade. Perkerasan kaku karena mempunyai kekakuan dan stiffnes, akan mendistribusikan beban pada daerah yangg relatif luas pada subgrade, beton sendiri bagian utama yangg menanggung beban struktural. Sedangkan pada perkerasan lentur karena dibuat dari material yang kurang kaku, maka persebaran beban yang dilakukan tidak sebaik pada beton. Sehingga memerlukan ketebalan yang lebih besar.
Gambar Distribusi Pembebanan Pada Perkerasan Kaku dan Perkerasan Lentur
1.2.
BAGIAN BAGIAN PERKERASAN KAKU Perkerasan kaku umumnya hanya terdiri dari dua lapis, yaitu: pelat beton
dan
pondasi bawah (subbase). Namun lapisan beraspal kadang – kadang masih digunakan untuk melapisi permukaan pelat beton (perkerasan komposit). Komponen perkerasan kaku dapat ditunjukkan pada Gambar berikut.
Gambar lapisan perkerasan kaku
Pada konstruksi perkerasan kaku, perkerasan tidak dibuat menerus sepanjang jalan seperti halnya yang dilakukan pada perkerasan lentur. Hal ini dilakukan untuk mencegah terjadinya pemuaian yang besar pada permukaan perkerasn sehingga dapat menyebabkan retaknya perkerasan, selain itu konstruksi seperti ini juga dilakukan untuk mencegah terjadinya retak menerus pada perkerasan jika terjadi keretakan pada suatu titik pada perkerasan. Salah satu cara yang digunakan untuk mencegah terjadinya hal diatas adalah dengan cara membuat konstruksi segmen pada perkerasan kaku dengan sistem joint untuk menghubungkan tiap segmennya.
Gambar lapisan perkerasan kaku
1.3.
FUNGSI LAPISAN PONDASI BAWAH PADA PERKERASAN KAKU
Fungsi lapis pondasi pondasi bawah pada perkerasan kaku: a. Mengendalikan pengaruh pemompaan (pumping) b. Mengendalikan aksi pembekuan c. Sebagai lapisan drainase d. Mengendalikan kembang susut tanah dasar e. Memudahkan pelaksanaan, karena dapat juga berfungsi sebagai lantai kerja f. Mengurangi terjadinya retak pada pelat beton
1.4.
PERBANDINGAN PERKERASAN KAKU & PERKERASAN LENTUR No
Perkerasan Kaku
Perkerasan Lentur
Komponen perkerasan terdiri dari pelat
Komponen perkerasan terdiri dari lapis aus,
beton yang terletak di tanah atau lapisan
lapis pondasi dan lapis pondasi bawah
material granuler pondasi bawah
Digunakan untuk semua kelas jalan dan
Kebanyakan digunakan untuk jalan kelas
tingkat volume lalu lintas
tinggi
Pengontrolan campuran aspal lebih rumit
Pencampuran
adukan
beton
mudah
Umur rencana lebih pendek dari perkerasan
dikontrol
kaku yaitu sekitar 20 tahun
Umur rencana dapat mencapai 40 tahun
Kurang tahan terhadap drainase buruk
Lebih tahan terhadap drainase buruk
Biaya awal pembangunan lebih murah
Biaya awal pembangunan lebih tinggi
Biaya pemeliharaan lebih besar
Biaya pemeliharaan kecil
Kekuatan perkerasan ditentukan oleh kerja
Kekuatan perkerasan lebih ditentukan oleh
sama setiap komponen lapisan perkerasan
kekuatan pelat beton
Tebal perkerasan adalah seluruh lapisan
Tebal struktur perkerasan adalah tebal
pembentuk perkerasan di tanah dasar
pelat betonnya
1.5.
SAMBUNGAN (JOINT) Joint atau sambungan adalah alat yang digunakan pada perkerasan kaku untuk
menghubungkan tiap segmen pada perkerasan. Berfungsi untuk mendistribusikan atau menyalurakan beban yang diterima plat atau segment yang satu ke saegment yang lain, sehingga
tidak
terjadi
pergeseran
pada
segmen
akibat
beban
dari
kendaraan.
Gambar Pengaruh Joint Pada Perkerasan Akibat Beban
Ada tiga dasar jenis joint yang digunakan pada perkerasan beton yaitu, constraction, construction dan isolasi jaoint, disain yang diperlukan untuk setiap jenis tergantung pada orientasi joint terhadap arah jalan (melintang atau memanjang). Faktor yg penting pada joint
adalah berarti secara mekanis menyambungkan plat, kecuali pada isolasi joint, dengnn penyambungan membantu penyebaran beban pada satu plat kepada plat lainnya. Dengan menurunnya tegangan didalam beton akan meningkatkan masa layan pada join dan plat.
1.5.1. Constraction Joint Contraction joint diperlukan untuk mengendalikan retak alamiah akibat beton mengkerut, kontraksi termal dan kadar air dalam beton. Contraction joint umumnya melintang tegak lurus as jalan, tetapi ada juga yg menggunakan menyudut terhadap as jalan untuk mengurangi beban dinamis melintas tidak satu garis.
Gambar Contraction joint
1.5.2. Construction Joint Construction joint adalah bila perkerasan beton dilakukan dalam waktu yang berbeda, transfer construction joint diperlukan pada akhir segmen pengecoran, atau pada saat pengecoran terganggu, atau melintas jalan dan jembatan. Longitudinal contruction joint adalah pelaksanaan pengecoran yang dilakukan pada waktu yang berbeda atau joint pada curb, gutter atau lajur berdekatan.
Gambar Construction joint
1.5.3. Isolation Joint Isolation joint adalah memisahkan perkerasan dari objek atau struktur dan menjadikannya bergerak secara independen. Isolation joint digunakan bila perkerasan berbatasan dengan manholes, drainase, trotoar bangunan intersection perkerasan lain atau jembatan. Isolation joint yang dipakai untuk jembatan harus memakai dowel sebagai load transfer, harus dilengkapi dengan close-end expansion cap supaya joint bisa mengembang dan menyusut, panjang cap 50 mm, dengan kebebasan ujung 6 mm. Setengah dari dowel dengan cap harus diminyaki untuk mencegah ikatan supaya bisa bergerak secara horizontal. Isolasi joint pada intersection atau ramp tidak perlu diberi dowel sehingga pergerakan horizontal dapat terjadi tanpa merusak perkerasan. Untuk mengurangi tekanan yang terjadi pada dasar plat, kedua ujung perkerasan ditebalkan 20 % sepanjang 150 mm dari joint. Isolation joint pada inlet drainase, manholes dan struktur penerangan tidak perlu ditebalkan dan diberi dowel.
Gambar Isolation joint
1.5.4. SISTEM JOINT Berdasarkan sistem joint yang digunakan, perkerasan kaku dibagi menjadi 3 yaitu : a. Jointed Plain Concrete Pavement (JPCP) Perkeraan JPCP mempunyai cukup joint untuk mengendalikan lokasi semua retak secara alamiah yg diperkirakan, retak diarahkan pada joint sehingga tidak terjadi di sembarang tempat pada perkerasan. JPCP tidak mempunyai tulangan, tetapi mempunyai tulangan polos pada sambungan melintangnya yang berfungsi sebagai load transfer dan tulangan berulir pada sambungan memanjang.
Gambar Jointed Plain Concrete Pavement
b. Jointed Reinforced Concrete Pavement (JRCP) Jointed Reinforced Concrete Pavement (JRCP) mempunyai penulangan anyaman baja yang biasa disebut distributed steel, jarak joint bartambah panjang dan dengan adanya penulangan, retak diikat bersama didalam plat. Jarak antara joint biasanya 10 m (30 feet) atau lebih bahkan bisa 100 feet.
Gambar Jointed Reinforced Concrete Pavement
c. Continuously Reinforced Concrete Pavement (CRCP) Continuously Reinforced Concrete Pavement (CRCP), tidak memerlukan transferse contraction joint, retak diharapkan terjadi pada plat biasanya dengn interval 3-5 ft. CRCP didisain dengan penulangan 0,6-0,7 % dari penampang plat, sehingga retak dipegang bersama. CRCP lebih mahal dari perkerasan yang lainnya, namun dapat tahan lama dan biasanya dipakai untuk heavy urban traffic.
Gambar Continuously Reinforced Concrete Pavement
1.6.
JENIS PERKERASAN KAKU
1. Perkerasan beton semen, yaitu perkerasan kaku dengan beton semen sebagai lapis aus -bersambung tanpa tulangan -bersambung dengan tulangan -menerus dengan tulangan -pratekan
2. Perkerasan komposit, yaitu perkerasan kaku dengan plat beton semen sebagai lapis pondasi dan aspal beton sebagai lapis permukaan
1.7.
Dasar-dasar Desain Tebal plat dihitung supaya mampu menahan tegangan yang diakibatkan bebanr oda,
perubahan suhu dan kadar air, serta perubahan volume lapisan dibawahnya. Penerapan prinsip “fatique” (kelelahan) untuk mengantisipasi beban berulang, dimana semakin besar jumlah beban lalulintas mengakibatkan ratio tegangan (perbandingan tegangan lentur beton akibat beban roda dengan kuat lentur beton “MR”) semakin kecil. Faktor-faktor Yang Berpengaruh
Peranan dan tingkat pelayanan
Lalu lintas
Umur rencana
Kapasitas jalan
Tanah dasar
Lapis pondasi bawah
Bahu
Kekuatan beton
Lalu Lintas Hanya diperhitungkan terhadap kendaraan niaga Persamaan-persamaan yang digunakan adalah sebagai berikut:
Keterangan: JKN
= jumlah kendaraan niaga
JKNH = JKN Harian saat jalan dibuka R
= faktor pertumbuhan lalu lintas
n / m = tahun rencana i / i’
= pertumbuhan lalu lintas
Tanah Dasar Parameter yang digunakan adalah modulus reaksi tanah dasar (k) yang didapat melalui metode pengujian AASHTO T.222-81 atau dari korelasi nilai CBR.Nilai k minimal adalah2 kg/cm3. Sifat yang perlu diperhatikan dari tanah dasar adalah kembang susut, intrusi dan pumping, dan keseragaman daya dukung tanah dasar. Apabila digunakan lapis pondasi bawah maka digunakan nilai k gabungan. Untuk satu ruas jalan, nilai modulus Rencana digunakan persamaan:
ko
= k –2S jalan tol
ko
= k –1.64S jalan arteri
ko
= k –1.28S jalan kolektor/local
Faktor keseragaman (FK) dianjurkan < 25 %
Tabel. Perkiraan Nilai Modulus Elastisitas Lapis Pondasi Modulus elastisitas Jenis bahan Gpa granular
kg/cm2
0.055 - 8000 -
565 -
0.138
20000
1410
50000 -
35210 -
1000000
70420
40000 -
28170 -
900000
63380
350000 -
24650 -
1000000
70420
0.28 -
40000 -
2815 -
2.1
300000
21125
lapis pondasi distabilisasi semen
3.5 -6.9
tanah distabilisasi semen
2.8 -6.2
lapis pondasi diperbaiki aspal
2.4 -6.9
lapis pondasi diperbaiki aspal emulsi
psi
Kekuatan Beton Untuk desain perkerasan kaku kekuatan beton yang dipertimbangkan adalah kekuatan lentur (flexural strength) umur28 hari yang didapat dari pengujian menggunakan metode ASTM C78 atau korelasi dari nilai kuat tekan beton umur28 hari sbk 28). Korelasi kauat lentur dan kuat tekan beton dinyatakan dalam persamaan
Nilai MR 28 disyaratkan 40 kg/cm2 atau minimal 30 kg/cm2 (kondisi memaksa!!!)
Tabel. KoefisienDistribusiKendaraanNiagaPadaJalurRencana
Kendaraan niaga Jumlahjalur 1 arah
2 arah
1 jalur
1
1
2 jalur
0.7
0.5
3 jalur
0.5
0.475
4 jalur
-
0.45
5 jalur
-
0.425
6 jalur
-
0.4
Tabel. Faktor Keamanan
PerananJalan
FK
JalanTol
1.2
JalanArteri
1.1
JalanKolektor/Lokal 1
Tabel. Perbandingan Tegangan dan Jumlah Pengulangan Beban Yang Diijinkan
Perbandingan Tegangan*
Repetisi beban ijin
Perbandingan Tegangan*
Repetisi beban ijin
0.51
400000
0.69
2500
0.52
300000
0.7
2000
0.53
240000
0.71
1500
0.54
160000
0.72
1100
0.55
130000
0.73
850
0.56
100000
0.74
650
0.57
75000
0.75
490
0.58
57000
0.76
360
0.59
42000
0.77
270
0.6
32000
0.78
210
0.61
24000
0.79
160
0.62
18000
0.8
120
0.63
14000
0.81
90
0.64
11000
0.82
70
0.65
8000
0.83
50
0.66
6000
0.84
40
0.67
4500
0.85
30
0.68
3500
* tegangan akibat beban dibagi kuat lentur tarik (MR) * untuk perbandingan tegangan ≤ 0.50 repetisi beban ijin adalah tidak terhingga
Perhitungan Tulangan
Tujuan tulangan –Mengurangi retakan –Mengurangi sambungan plat –Mengurangi biaya pemeliharaan
Tulanganpadaperkerasanbetonbersambung
As = luas tulangan (cm2/m’) F = koefisien gesek plat dan lapis bawahnya L = jarak antar sambungan (m) h = tebal plat (m) fs = tegangan tarik ijin baja (kg/cm2)
Tabel. Koefisien Gesek Plat Beton dan Lapis Di bawahnya
Jenis Pondasi Burtu, Lapen dan konst.sejenis Aspal beton, Lataston
KoefisienGesek 2.2
1.8
Stabilisasi kapur
1.8
Stabilisasi aspal
1.8
Stabilisasi semen
1.8
Koral
1.5
Batu pecah
1.5
Sirtu
1.2
Tanah
0.9
Tulangan pada perkerasan beton menerus
Ps
= persentasetulanganyang diperlukanterhadappenampangbeton, persentaseminimum
adalah0.6 % ft
= kuattarikbeton(0.4 –0.5 MR)
fy
= teganganlelehbetonrencana
F
= koefisiengesekplat danlapis bawahnya
n
= angkaekivalensiantarabajadanbeton(Es/Ec)
Ec
= modulus elastisitasbeton
Es
= modulus elastisitasbaja
Tabel. Korelasi Kuat Tekan Beton dan Angka Ekivalensi Antara Baja dan Beton
Kuat Tekan Beton
n
115 -140
2.2
145 –170
1.8
175 –225
1.8
235 –285
1.8
≥ 290
1.8
Tulangan pada perkerasan beton menerus
Lcr
= jarak teoritis antar retakan
p
= luas tulangan memanjang per satuan luas
u
= perbandingan keliling dan luas tulangan
ft
= kuat tarik beton (0.4 –0.5 MR)
fb
= tegangan lekat antara tulangan dengan beton rencana
S
= koefisien susut beton (400 x 106)
n
= angka ekivalens iantara baja dan beton (Es/Ec)
Ec
= modulus elastisitas beton
Es
= modulus elastisitas baja
PONDASI MESIN
Saya mendapat banyak email yang menanyakan bagaimana merencanakan pondasi untuk mesin-mesin, terutama yang mengeluarkan getaran. Untuk itu, saya tulis artikel ini sebagai sumbang saran bagi design engineer yang berkutat di perencanaan pondasi mesin. Dan saya ingin membagi pengalaman rekayasa dan desain tentang serba serbi pondasi dangkal khususnya untuk pondasi mesin (rotating equipment) secara umum saja. Rotating equipment (RE), -saya cenderung memakai istilah RE saja diartikel ini untuk lebih spesifik dibanding kata “mesin”-, yang harus diletakkan langsung diatas pondasi beton,
banyak macam jenisnya. Dan tiap jenis RE dapat memberikan efek yang harus diperhitungkan dalam mendesain pondasi pendukungnya. Jenis RE yang sering dijumpai dalam plant/kilang Migas/Petrokimia/Refinery misalnya adalah: 1. Kompresor (Reciprocating dan Centrifugal). 2. Turbin (Gas dan Uap/Steam) 3. Pompa (Rotary dan Reciprocating) 4. Genset (biasanya hanya sebagai back up dari system catu daya listrik kilang). Untuk rekayasa keteknikan pondasi RE ini, sebaiknya kita mempersenjatai diri dengan membaca beberapa referensi dari beberapa Code dan Standard internasional misalnya: ASME B 73.1 M, ACI 207.2R, ACI 318 dan ACI 318R, ACI 504, kemudian serial API seperti API STD (610, 611, 612, 613, 616, 617, 618, 672, 674, 676, 677) & API RP 6869. Baik juga ditambah ISO 2631-1 & 2631-2 dan PIP REIE 686 & PIP STC 01015. Sedangkan untuk pemahaman lebih lanjut, silahkan dibuka referensi kepustakaan seperti Design of Structures and Foundations for Vibrating Machines oleh Suresh C Arya, Michael O’Neill & George Pincus, juga Foundation Engineering Handbook oleh Hans F Winterkon & Hsai Yang Fang, plus Foundation Design for Vibration Machines oleh Suresh C Arya, Roland P Drewyer & George Pincus. Sekedar mengingatkan dalam mendesain pondasi untuk RE yang mengeluarkan vibrasi, saya kutipkan pendapat suhu-suhu pondasi (Suresh C Arya, Michael O’Neill dan G Pincus) bahwa pondasi akan mengalami akibat getaran seperti berikut ini: a. Vertical Excitation. b. Horizontal Translation. c. Rocking Exictation. d. Torsional Excitation. e. Coupled Horizontal Translation & Rocking Oscillation. Dengan demikian, seorang design engineer harus mempertimbangkan bahwa bentuk/dimensi dan massa pondasi serta daya dukung tanah harus benar-benar kuat untuk menahan akibat getaran tersebut. Serta memperhitungkan faktor-faktor sekunder seperti kondisi sekeliling, antisipasi lemahnya workmanship dari pekerja lapangan dan lain sebagainya. Disamping itu, pengertian atas beberapa istilah teknis dan nomenklatur yang juga patut dipahami, seperti:
a. High Tuned System (HTS) : adalah suatu sistem pondasi pendukung dimana kisaran frekwensi mesin dibawah frekwensi natural dari sistem secara keseluruhan. b. Low-Tuned System (LTS): adalah suatu sistem pondasi pendukung dimana kisaran frekwensi mesin diatas frekwensi natural dari sistem secara keseluruhan. c. Table Top (TT): Struktur beton bertulang berketinggian untuk menopang/sebagai dudukan RE. d. f(n): Frekwensi natural dari system pondasi mesin dalam satuan Hertz. e. ED: Modulus dinamis elastisitas beton dalam satuan MPa. f. A: Batas ijin maximum getaran amplitude puncak ke puncak (peak to peak). g. Grout: Material bersifat semen atau epoksi (epoxy) yang disediakan untuk keseragaman pondasi pendukung dan sebagai media transfer beban dari instalasi RE diatasnya ke pondasi. Grout diposisikan dibawah base plate/mounting plate/skid dari RE. Dan grout haruslah mempunyai sifat non shrink (tidak berkerut). Menurut saya, atas dasar kepraktisan dan keekonomisan, lebih baik menerapkan azas desain Low-Tuned System (LTS) terutama untuk RE yang mempunyai RPM (revolutions per minute) tinggi. RE dengan RPM tinggi cenderung menghasilkan frekwensi natural yang lebih tinggi dari pada frekwensi natural pondasi beton. Selain daripada itu, LTS memiliki efek vibrasi yang lebih rendah dari HTS. Namun penerapan azas LTS tidak disarankan buat RE yang mempunyai RPM rendah ataupun bervariasi. Untuk kasus seperti ini, azas HTS dianggap lebih baik. Secara umum, rule of thumb jika kita sebagai perencana tidak ada/tidak bisa mendapatkan data analisa dinamis (dynamic analysis) dari RE, sengaja kalimat itu saya tebalkan dan garis bawahi sebagai catatan penting, maka langkah berikut ini bisa kita pergunakan: a. Struktur pendukung atau pondasi untuk RE CENTRIFUGAL yang mengeluarkan output KURANG dari 500 HP (horse power), maka berat pondasi didesain tidak boleh kurang dari 3 (tiga) kali dari berat RE secara keseluruhan. Terkecuali jika ada pemberitahuan lain dari pabrik pembuatnya. b. Sedangkan untuk RE RECIPROCATING yang mengeluarkan output KURANG dari 200 HP, maka berat pondasi didesain tidak boleh kurang dari 5 (lima) kali dari berat RE secara keseluruhan. Terkecuali jika ada pemberitahuan lain dari pabrik pembuatnya. Perbandingan rasio massa 3:1 dan 5:1 ini juga merupakan nilai empiris yang telah lama dipakai perbandingan untuk massa pondasi terhadap massa RE/mesin. Tentu saja nilai
perbandingan tersebut bisa kita ubah menjadi lebih kecil dan tentu saja harus dibarengi dengan
perhitungan
dan
bukti
terapan
dilapangan
yang
cukup.
Dan meskipun pendekatan dengan metode ini merupakan best practice terhadap rule of thumb, sebaiknya pada pendesainan tetap dilakukan analisa dinamis untuk memprediksi perilaku pondasi akibat RE. Patut dipertimbangkan bahwa untuk penempatan/lokasi pondasi RE haruslah terpisah dari pondasi dan bangunan lain. Dasar pemikirannya adalah massa pondasi RE maupun efek getaran yang dihasilkan akan memberikan stress/tekanan pembebanan terhadap pondasi dan bangunan disampingnya dan ataupun sebaliknya jika tidak ada pemisahan. Berbicara tentang jarak pemisahan pondasi RE terhadap struktur lain disampingnya, saya merekomendasikan lebar ruang antara (space) minimal sebesar 2,5 kali lebar pondasi berukuran terkecil. Nilai ini dianggap sebagai best practice serta karena stress yang diderita tanah dibawah struktur/pondasi lain (pada jarak ruang antara tersebut) tidak akan menimpa tanah dibawah pondasi RE dan sebaliknya. Pada jarak tersebut juga, dapat dihindarkan akibat negative dari transmisi amplitudo getaran yang merugikan lewat tanah disekeliling. Tetapi, jika nilai jarak antar tersebut tidak bisa diterapkan karena keterbatasan ruang, maka diperlukan perhitungan teknis yang dapat memberikan indikasi bahwa transmisi amplitude getaran masih dapat diterima. Bisa juga dipertimbangkan opsi menggunakan softboard (misalnya gabus/Styrofoam atau bahan yang tidak rigid) atau menggunakan lapisan slurry (campuran semen) yang dibuat seperti dinding atau bahkan sheetpiles yang diletakkan diantara pondasi yang berdekatan. Opsi-opsi diatas tergantung dari hasil perhitungan amplitudo getaran dan perilaku tanah. Jadi bijaklah menyikapi semua informasi yang didapat sebelum memutuskan. Jika pondasi RE ini terletak diarea paving/pavement atau disekeliling slab beton, maka perlu pula diberikan isolation joint disekeliling pondasi. Untuk penerapan isolation joint ini disarankan lebar minimum 12 mm dan kedalaman sekitar 20 mm dan material adalah sesuai penggunaan yaitu jenis material untuk expansion joint. Untuk itu, ACI 504R (Guide for Sealing Joints in Concrete Structures) bisa dijadikan rujukan. Dalam menentukan seberapa kedalaman yang layak dari suatu pondasi RE dari muka tanah khususnya untuk pondasi berbentuk blok, ada beberapa pendapat misalnya minimum 50% dari tebal pondasi yang harus tertanam dalam tanah. Ada juga yang berpendapat minimum 80%.
Saya pribadi lebih memilih nilai 80 % dengan pertimbangan faktor penambahan keamanan stabilitas pondasi atas getaran yang bakal diterima. Menurut saya, dengan berkedalaman lebih juga akan meningkatkan ketahanan lateral dan rasio-rasio peredam untuk semua mode vibrasi. Menyikapi perihal tentang tanah, perlulah dipahami kaitan pondasi yang kita desain dengan tekanan daya dukung tanah. Untuk pondasi dangkal, meskipun kita sudah mendesain pondasi pendukung sebaik mungkin namun itu semua bakal tidak terpakai jika tanah sebagai pendukung
pondasi
tidak
cukup
baik
kualitasnya,
terutama
daya
dukung.
Untuk itu, diperlukan tindakan uji soil investigation, kecermatan dalam membaca hasilnya, kemudian kecermatan dalam menerapkannya dalam desain. Pemeriksaan terhadap kecukupan kuat tanah dalam kemampuan kapasitas daya dukung statis dan pertimbangan besar penurunan (settlement) perlulah dilakukan. Termasuk juga efek pembebanan dinamis terhadap tanah dan jika diperlukan, perlakuan lanjutan untuk meningkatkan kapasitas daya dukung dapat saja dilakukan. Banyak metoda yang dipakai, salah satunya seperti metoda dynamic compaction atau dynamic replacement seperti yang telah saya tulis diartikel sebelum ini. Beberapa patokan untuk daya dukung ijin tanah yang dapat dipertimbangkan adalah: a. Untuk system pondasi high-tuned: tekanan daya dukung tanah tidak melebihi 50% dari tekanan daya dukung ijin yang diperbolehkan terhadap beban statis. b. Untuk system pondasi low-tuned: tekanan daya dukung tanah tidak melebihi 75% dari tekanan
daya
dukung
ijin
yang
diperbolehkan
terhadap
beban
statis.
Sebagai catatan, daya dukung ijin (Q all) untuk pondasi RE berat haruslah dikurangi. Hal ini perlu dilakukan untuk menyediakan lebih besar safety factor terhadap kemungkinan penurunan (settlement) akibat getaran. Bagaimana dengan penentuan ketebalan minimum? Disamping kita bisa mendapat masukan pertimbangan atas perbandingan berat dari rasio 3:1 atau 5:1, lebih spesifik dalam menentukan
ketebalan
pondasi
minimum
adalah
azas:
0.60 + L/30 (dalam satuan meter). Misalnya: Direncanakan panjang (L) pondasi = 1,50 meter maka ketebalan minimum adalah 0.60 + 1,5 m/30 = 0.605 m. Faktor lain yang patut dipertimbangkan adalah jika ada anchor bolt yang harus ditanam kedalam pondasi maka meskipun ketebalan minimum sudah terpenuhi dengan azas diatas,
ketebalan harus mengakomodasi panjang anchor bolt tertanam plus ketebalan sekitar minimum 100 mm diatas lapisan tulangan terbawah. Untuk lebar minimum, secara teknis nilai berikut ini dapat dipakai yaitu paling tidak 1,5 kali jarak vertical dari dasar ke garis tengah RE dan tambahkan lebar mimimum dengan area bebas (jarak ke tepi beton) dari base plate/mounting plate/skid RE yaitu 100 mm kesegala arah. Jadi misalnya lebar skid 1000 mm maka lebar pondasi disarankan 1000 mm + 100 mm (kiri) + 100 mm (kanan) = 1200 mm. Mengapa? Hal ini untuk mengantisipasi jika terjadi retak pinggir yang sering terjadi karena kekurang cermatan pekerja lapangan dalam mengkonstruksi pondasi dan jarak 100 mm ini dipandang cukup mengakomodasi sudut tekanan yang tercipta dari skid. Sekarang
kita
masuk
kebagian
penulangan
dan
pembetonan.
Penulangan diperlukan untuk menahan gaya-gaya dalam dan momen yang relatif kecil dalam suatu pondasi berbentuk blok disebabkan oleh ukuran pondasi yang masif. Untuk itu, minimum jumlah tulangan yang diperlukan lebih banyak diperlukan untuk mengantisipasi penyusutan dan temperatur beton. Di ACI 318 memang tidak secara spesifik menyebutkan kebutuhan tulangan minimum untuk pondasi blok, tetapi pemakaian nilai 0,0018 (sebagai A min tulangan) dikalikan luasan arah melintang beton dapat dipergunakan sebagai panduan. Pengecualian terhadap nilai tersebut dapat kita lihat di ACI 207.2R jika ketebalan pondasi ternyata setelah kita hitung melebihi 1,2 meter. Dimana ketebalan tersebut kita perlukan lebih pada faktor kestabilan, kekakuan dan peredaman akibat getaran serta untuk mengakomodasi panjang anchor bolt, maka disarankan tulangan minimum memakai diameter 22 mm dengan jarak maksimum antar tulangan adalah 300 mm (center to center), namun saya lebih menyukai pemakaian jarak tulangan 200 mm. Sedangkan jika kita harus menggunakan pier (pengertian ini beda dengan table top), maka jumlah tulangan minimum yang harus disediakan di pier adalah tidak boleh kurang dari 1% tetapi tidak boleh lebih dari 8% dikalikan luasan potongan melintang beton. Jika mempergunakan pedestal, maka tulangan minimum tidak boleh kurang dari ½%. Untuk pondasi dengan ketebalan minimum 500 mm, maka haruslah disediakan tulangan susut dan penahan temperature beton sesuai ACI 318. Untuk nilai ED dalam menghitung
kekakuan
beton,
kita
memakai:
ED (dalam satuan MPa) = 6560 x kuat tekan beton berpangkat 0,5 (setengah).
Kuat tekan beton disarankan minimum 28 MPa (atau sekitar 4000 psi). Perlu dipahami nilai modulus dinamis elastisitas harus lebih tinggi dari modulus statis. Bagaimana dengan eksentrisitas pondasi dengan RE yang berporos horizontal? Kita tahu bahwa eksentrisitas dapat menimbulkan gaya tidak seimbang yang berujung pada penambahan momen. Untuk itu perlulah kita batasi besaran eksentrisitas tersebut. Alasannya adalah untuk meminimalisasi momen-momen sekunder yang bisa saja secara signifikan mempengaruhi frekwensi natural dari pondasi. Misalnya pondasi dimaksudkan untuk mampu menahan gaya tidak seimbang vertical dimana gaya tidak segaris dengan titik pendukung elastis, yang dimana gaya tersebut menghasilkan tambahan gaya putar (rotation) terhadap vertical displacement. Nah jika kita tidak menetapkan batasan eksentrisitas yang diijinkan maka dikhawatirkan (momen sekunder plus momen utama) akan mengakibatkan 2 jenis frekwensi natural yang mungkin saja secara significant berbeda dengan azas tunggal frekwensi natural dalam satu system pondasi. Ada beberapa batasan yang saya anut dalam menentukan nilai eksentrisitas ijin. Yaitu, untuk eksentrisitas horizontal, tegak lurus terhadap bantalan poros (bearing axis), antara titik pusat garis berat pondasi dan pusat area kontak tanah tidaklah boleh melebihi nilai 0,05 dikalikan lebar pondasi. Sedangkan jika searah/parallel dengan bantalan poros, maka tidak
boleh
melebihi
0,05
dikalikan
panjang
pondasi.
Jika kita menggunakan pier atau pedestal, maka penerapan nilai tersebut juga harus disesuaikan plus pertimbangan terhadap center of gravity dari RE. Diatas semua itu, saya menyarankan, jika dimungkinkan, sebaiknya hindarilah eksentritas. Sedapat mungkin. Sedikit
bahasan
tentang
rasio
rentang
frekwensi
natural
yang
diijinkan.
Pembatasan rentang frekwensi natural yang diijinkan dalam suatu system pondasi berkaitan dalam upaya menghindari bahaya yang terjadi akibat getaran yang berlebihan. Secara umum, rasio antara frekwensi operasi mesin (f) dengan frekwensi natural dari system pondasi f(n) tidak
diharapkan
berada
pada
rentang
0,7
hingga
1,3.
Sehingga, untuk frekwensi natural HTS harus berada dibawah nilai 0,7 dan untuk LTS f/f(n) nilainya harus diatas 1,3. Seperti yang kita ketahui, jika rasio f/f(n) mendekat angka 1, akan terjadi
penambahan
peningkatan
secara
cepat
terhadap
amplitude
getaran.
Untuk itulah dalam menyediakan factor keamanan terhadap resonansi getaran, kita membatasi rentang frekwensi natural ini. Diluar rentang 0,7 – 1,3 ini, respon dinamis maksimum dari system hanya terbatas sedikit lebih besar dari nilai defleksi statis system pondasi.
Meskipun demikian, pembatasan rentang frekwensi natural ini sangat sulit dicapai jika kita mendesain suatu system struktur yang rumit seperti halnya kombinasi kekakuan steel structure dengan sistim pondasi, pondasi untuk RE yang memilik beragam mode kecepatan, pondasi untuk RE yang sangat berat (turbo compressor yang berdimensi luar biasa besar misalnya), maka kita harus menyediakan perhitungan yang lebih rumit (misalnya menghitung maksimum kecepatan getaran dalam fasa dan 180 derajat diluar fasa, penentuan lokasi dimana amplitude getaran yang dominan berada dan lain sebagainya). Jika nanti ada kesempatan, untuk serba serbi frekwensi natural ini akan saya bahas dalam artikel tersendiri. Untuk itu jika kita harus menyediakan suatu platform struktur baja, terutama jika mendesain pondasi RE dengan memakai TT (table top), maka platform tersebut sebaiknya terpisah dengan system pondasi TT. Untuk bagaimana supaya platform dapat bernilai aman dan nyaman bagi pemakai dilapangan, design engineer sebaiknya membaca ISO 2631-1 & ISO 2631-2. Referensi itu membahas tentang bagaimana respon seseorang terhadap getaran bangunan dan kurva berat respon pada kesamaan gangguan terhadap tubuh dan metodametoda bagaimana cara mengatasinya. Diluar semua perhitungan teknis diatas kertas, seorang engineer haruslah memiliki “sense of engineering” atau juga disebut “engineering feeling”. “Rasa” ini tidak ada kriteria bakunya namun bisa terbentuk dan terasah jika seorang engineer setia pada kemauan untuk berkarya sesuai bidangnya. “Rasa” ini juga bisa membimbing seorang engineer dalam mendesain suatu konstruksi yang kuat dan aman, tepat sasaran, tidak rumit, mudah dilaksanakan serta hemat biaya. Sedikit
cerita
tentang
engineer
copas
(copy
paste).
Suatu ketika karib saya mengirim email, meminta bantuan saya memeriksa pekerjaan desain pondasi RE (generator/genset) yang dikerjakan staffnya. Setelah membaca hitungan desain, belum lagi saya memeriksa hitungan yang dikirimkan tersebut, saya langsung mendapat kesimpulan staff karib saya ini hanya melakukan engineering copas. Sang staff yang mengaku jebolan konsultan engineering, hanya mengganti angka-angka (dari suatu perhitungan pondasi lain) dan memberikan kesimpulan dimensi serta menyebutkan bahwa desain
tersebut
aman.
Aman
dari
hongkong?
Hehehehehe..
Dalam perhitungan tersebut, tidak ada hubungan data teknis dari mesin generator dengan desain pondasi dibawahnya dan ajaibnya dibawah pondasi generator diberikan usulan menggunakan cerucuk dolken kayu untuk meningkatkan daya dukung tanah, yang sayangnya sang staff tidak menuliskan berapa daya dukung tanah yang dihasilkan dengan metoda cerucuk.
Sehingga tidak ada perhitungan settlement dan daya dukung yang ditulis hanya imajinasi saja. Sedangkan data teknis generator, yang seharusnya diperhitungkan untuk penentuan system pondasi, tidak dipakai dan hanya untuk pajangan supaya jumlah halaman teknis jadi panjang dan terkesan bagus. Saya kemudian menganjurkan karib saya untuk meminta staff tersebut mendesain ulang dengan kaidah-kaidah yang benar, desain harus memiliki esensi dan tidak copas. Model copas inilah yang kita harus hindari. Memang tidak sulit mengganti sekedar angka namun itu berarti kita hanya berkemampuan meniru, yang kosong, tak berbobot, tak ada nilainya. Berikut ini saya sajikan contoh perhitungan desain pondasi RE, silahkan dipelajari untuk mengambil intisarinya/esensinya, melakukan trial dan error, sampai kita merasa kita mampu melakukan desain secara mandiri.
