belajar desain pondasi mesin

7/28/2019 Belajar Desain Pondasi Mesin

1/9

BELAJAR DESAIN PONDASI MESIN (ROTATING

EQUIPMENT FOUNDATION)

Posted by Thomas Yanuar (http://civilandstructure.wordpress.com)

underEngineering,Perhitungan Struktur,Perhitungan Struktur Beton

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
http://civilandstructure.wordpress.com/category/engineering/http://civilandstructure.wordpress.com/category/engineering/http://civilandstructure.wordpress.com/category/engineering/http://civilandstructure.wordpress.com/category/perhitungan-struktur/http://civilandstructure.wordpress.com/category/perhitungan-struktur/http://civilandstructure.wordpress.com/category/perhitungan-struktur/perhitungan-struktur-beton/http://civilandstructure.wordpress.com/category/perhitungan-struktur/perhitungan-struktur-beton/http://civilandstructure.wordpress.com/category/perhitungan-struktur/perhitungan-struktur-beton/http://civilandstructure.files.wordpress.com/2011/04/rotating-equipment-pict2.jpghttp://civilandstructure.wordpress.com/category/perhitungan-struktur/perhitungan-struktur-beton/http://civilandstructure.wordpress.com/category/perhitungan-struktur/http://civilandstructure.wordpress.com/category/engineering/


2/9

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

ONeill & 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 ONeill 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.


3/9

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 outputKURANG dari 500 HP (horse power), maka berat pondasi didesain tidak boleh kurang dari 3


4/9

(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.


5/9

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 replacementseperti 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


6/9

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 dalamsuatu 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.


7/9

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 %.

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


8/9

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 0,71,3 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 metoda-

metoda bagaimana cara mengatasinya.


9/9

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 metodacerucuk.

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.

belajar desain pondasi mesin

Documents