Sifat Fisik Material Dan Besaran Teknis Alat Berat | Karya Tulis Ilmiah TG BA BAB 2

(1)

BAB DUA

SIFAT FISIK MATERIAL DAN

BESARAN TEKNIS ALAT BERAT

2.1 Umum

Medan kerja dan sifat fisik material akan banyak berpengaruh dalam pemilihan secara teknis jenis alat apa yang tepat digunakan dalam pekerjaan yang akan dilaksanakan. Dengan tidak sesuainya alat dengan kondisi medan kerja/kondisi material, akan menimbulkan kesulitan berupa tidak effisennya alat dan akan menimbulkan kerugian karena banyaknya waktu yang hilang

Material yang berada di permukaan bumi ini sangat beraneka ragam baik jenis, bentuk dan lain sebagainya. Yang dimaksud dengan material dalam pemindahan tanah secara mekanis meliputi tanah, batuan, vegetasi (pohon, semak belukar dan alang-alang).

2.2 Sifat Fisik Material

Sifat fisik material terhadap alat berat akan berpengaruh terutama dalam hal:

1. Menentukan jenis alat yang akan digunakan dan taksiran produksi atau kapasitas produksinya

2. Perhitungan volume pekerjaan

3. Kemampuan kerja alat pada kondisi material yang ada.

Beberapa sifat fisik material yang penting untuk diperhatikan dalam hubungan dengan aplikasi alat berat adalah:

 Pengembangan dan penyusutan material

 Berat material

 Bentuk Material

 Kohesivitas material

(2)

 Daya dukung tanah

1.1 Pengembangan dan Penyusutan Material.

Pengembangan dan penyusutan material merupakan perubahan (penambahan atau pengurangan) volume material yang terjadi apabila material tersebut diganggu dari bentuk aslinya (digali, dipindahkan, diangkut atau dipadatkan). Dengan adanya perubahan tersebut, pengukuran volume maupun kerapatan material dibedakan: 1. Keadaan asli (bank measure atau BM) adalah material yang masih alami dan

belum mengalami gangguan teknologi (digali, dipindahkan, diangkut dan dipadatkan).

2. Keadaan gembur (loose cubic meter atau LCM); Material yang telah tergali dari tempat asalnya, akan mengalami perubahan volume yaitu mengembang, hal ini terjadi karena adanya perubahan rongga udara diantara butiran-butiran material, dengan demikian volume akan menjadi lebih besar sedangkan beratnya tetap. Besarnya penambahan volume tergantung dari faktor kembang tanah (swelling faktor) yang besarnya dipengaruhi oleh jenis tanah. Volume dalam keadaan lepas dapat dihitung dengan persamaan:

Dimana :

LCM : volume dalam keadaan kondisi lepas/gembur (m3₎ BM : volume dalam kondisi asli (m3₎

Swell: faktor kembang tanah (%), lihat tabel 2.1

Tabel 2.1: Faktor Kembang dari Berbagai Jenis Tanah

Jenis Tanah Faktor Swell (%)

Pasir 5 –10

Tanah permukaan (top soil) 10 – 25

Tanah biasa 20 – 45

Lempung (clay) 30 – 60

Batu 50 – 60

(3)

3. Keadaan padat (compact); keadaan ini akan dialami material yang mengalami proses pemadatan dimana volumenya akan menyusut, karena adanya pengurangan rongga udara diantara butiran-butiran material tersebut. Dalam keadaan ini, volume material akan menjadi semakin kecil sedangkan beratnya tetap.

Faktor Pengembangannya (swell faktor) dapat dilihat pada tabel berikut: Tabel 2.2: Konversi Volume Tanah / Material

Material Dari Bentuk Menjadi Bentuk

Asli Gembur Padat

Tanah berpasir

Asli 1,00 1,11 0,99

Gembur 0,9 1,00 0,80

Padat 1,05 1,17 1,00

Tanah biasa

Asli 1,00 1,25 0,90

Gembur 0,80 1,00 0,72

Padat 1,11 1,39 1,00

Tanah Liat

Asli 1,00 1,25 0,90

Gembur 0,70 1,00 0,63

Padat 1,11 1,59 1,00

Tanah campur kerikil

Asli 1,00 1,18 1,08

Gembur 0,85 1,00 0,91

Padat 0,93 1,09 1,00

Kerikil

Asli 1,00 1,13 1,03

Gembur 0,88 1,00 0,91

Padat 0,97 1,10 1,00

Kerikil besar & padat

Asli 1,00 1,42 1,29

Gembur 0,70 1,00 0,91

Padat 0,77 1,10 1,00

Pecahan batu kapur, batu pasir & cadas lunak lainnya

Asli 1,00 1,65 1,22

Gembur 0,61 1,00 0,74

Padat 0,82 1,35 1,00

Pecahan Granit, basalt & cadas

keras lainnya

Asli 1,00 1,70 1,31

Gembur 0,59 1,00 0,77

Padat 0,76 1,30 1,00

Pecahan cadas

Asli 1,00 1,75 1,40

Gembur 0,57 1,00 0,80

Padat 0,71 1,24 1,00

Sumber: Manajemen Alat-Alat Besar, PT. United Tractors.

Contoh soal 2.1:

Jika diketahui volume tanah bercampur kerikil dalam keadaan asli sebesar 100 m3_, berpa volumenya setelah digemburkan/kondisi lepas?

(4)

Jawab :

Dari tabel 2.2 diperoleh data bahwa faktor konversi tanah dari kondisi asli ke lepas untuk jenis tanah bercampur kerikil adalah 1,18. Maka volume dalam keadaan lepas adalah:

Volume gembur =volume aslixfaktor konversi =100x1,18 =118 (LCM) 1.2 Berat Material.

Kemampuan suatu alat berat untuk melakukan pekerjaan seperti mendorong, mengangkat, menarik, mengangkut dan lain-lain, akan sangat dipengaruhi oleh berat material tersebut, karena setiap alat berat mempunyai batasan kapasitas, volume tertentu.

1.3 Bentuk Material.

Bentuk material ini didasarkan pada ukuran butir material, yang akan mempengaruhi susunan butiran-butiran material dalam satu kesatuan volume atau tempat. Material yang kondisi butirnya halus dan seragam kemungkinan besar isinya dapat sama dengan besarnya volume ruang yang ditempati. Sedangkan material yang berbutir kasar dan berbongkah-bongkah, akan lebih kecil dari nilai volume ruang yang ditempati. Hal ini terjadi karena jenis material ini akan membentuk rongga-rongga udara yang memakan sebagian dari ruangan tersebut.

1.4 Kohesivitas Material.

Kohesivitas material adalah daya lekat atau kemampuan saling mengikat dari butiran-butiran material itu sendiri. Material dengan kohesivitas tinggi (mis. Tanah liat) akan mudah menggunung (volume material bisa melebihi volume ruangnya). Material dengan kohesivitas rendah (misal pasir) apabila menempati suatu ruang akan sukar menggunung.

(5)

1.5 Kekerasan Material.

Material yang keras akan lebih sukar dikoyak, digali atau dikupas oleh alat berat, hal ini akan menurunkan produktivitas alat.

1.6 Daya Dukung Tanah.

Daya dukung tanah adalah kemampuan tanah untuk mendukung alat yang berada diatasnya. Apabila suatu alat berada di atas tanah, maka alat tersebut akan memberikan tekanan pada bidang dibawahnya. Sedangkan perlawanan yang diberikan tanah adalah daya dukung. Jika tekanan yang terjadi alat lebih besar dari daya dukung tanah, maka alat akan terbenam. Nilai daya dukung tanah dapat diketahui dengan cara pengukuran / test langsung dilapangan, biasanya digunakan alat untuk test daya dukung tanah yaitu “cone penetrimeter”. Tabel di bawah ini memberikan gambaran alat berat apa saja yang sesuai dengan daya dukung tanah yang ada :

Tabel 2.3: Daya Dukung Tanah untuk Alat Besar Komatsu

Cone Indeks Jenis Alat Daya Tekan Alat < 2 Extra Swamp Dozer 0,15 – 0,30

2 – 4 Swamp Dozer 0,20 – 0,30

4 – 5 Small Bulldozer 0,30 – 0,60

5 – 7 Medium Bulldozer 0,60 – 0,80

7 – 10 Large Bulldozer 0,70 – 1,30

10 – 13 Motor Scraper 1,30 – 2,85

> 15 Dump Truck > 3,20

Sumber: Manajemen Alat-Alat Besar, PT. United Tractors 2.3 Besaran Teknis Alat Berat

Dalam menghitung produktivitas alat berat, banyak hal yang berpengaruh terhadap besar kecilnya produktivitas tersebut, seperti: kemampuan operator dalam mengoperasikan alat berat, metoda pengoperasian alat, kondisi lapangan, kondisi alat itu sendiri dan lainnya. Dalam mengoperasikan alat berat, perlu diketahui besaran teknis alat berat yang meliputi: muatan maksimum (pay load); tahanan gelinding (rolling resistance); tahanan tanjakan (grade resistance); koefisien traksi; tenaga tarik (draw bar pull) dan lain-lain.

(6)

2.1 Muatan Maksimum

Muatan maksimum (pay load) merupakan muatan bersih yang dapat diangkut oleh suatu unit alat pengangkut dan dinyatakan dalam bank meter kubik atau tanah asli; tanah lepas; dan tanah setelah dipadatkan.

2.2 Tahanan Gelinding

Tahanan gelinding / rolling resistance (RR) yaitu tahanan yang timbul pada roda kendaraan beroda akibat pergerakannya diatas permukaan datar. Besarnya RR dipengaruhi oleh jenis roda dan kondisi permukaan jalan. Tanah yang lembek memberikan RR yang lebih besar dari tanah yang keras permukaannya. Pada kendaraan beroda ban karet, besar tahanan ini juga tergantung dari ukuran ban, angin di dalam ban dan bentuk kembangan dari permukaan ban. Untuk tipe roda rantai (crawler), besarnya tahanan ini terutama tergantung dari sifat permukaan saja. Untuk

Perencanaan alat berat, secara pendekatan tahanan gelinding dapat dihitung : RR = CRR x berat kendaraan beroda

CRR = koefisien tahanan gelinding, dapat dilihat pada tabel 2.3. Tabel 2.4: Koefisien Tahanan Gelinding

Tipe dan Keadaan Landasan CRR

Roda Besi Roda Ban

Rel besi 0,01

-Beton 0,02 0,02

Jalan, Mc Adam 0,03 0,03

Perkerasan kayu 0,03

-Jln datar tanpa pekerasan, kering 0,05 0,04 Landasan tanah keras 0,10 0,04 Landasan tanah gambur 0,12 0,05 Landasan tanah lunak 0,16 0,09 Kerikil, pasir tidak dipadatkan 0,15 0,12

Tanah basah, lumpur - 0,16

(7)

Sebenarnya sangat sukar untuk secara pasti menentukan besarnya RR ini, secara praktis hanya didapat dari percobaan-percobaaan saja, yaitu dengan menarik sesuatu kendaraan dengan tali penarik yang dihubungkan dengan alat pengukur tegangan. Tegangan (kg) total di dalam tali penarik ini (sampai kendaraan bergerak dengan kecepatan tetap) adalah harga RR permukaan itu per berat kendaraan (ton).

B P RR

dimana:

RR = Rolling resistance (kg/ton)

P = Tegangan total dlm tali penarik (kg) B = Berat total kendaraan + muatan (ton)

2.3 Tahanan Tanjak

Jika suatu kendaraan bergerak melalui suatu tanjakan, maka diperlukan tenaga traksi tambahan sebanding dengan besarnya landai tanjakan tadi, demikian pula bila kendaraan menurun terjadi pengurangan tenaga traksi, hal ini karena adanya pengaruh gravitasi. Kelandaian dinyatakan dalam %, yaitu perbandingan antara perubahan ketinggian per satuan panjang jalan.

Panjang L

H W W.G

(8)

Contoh 2.1: Sebuah kendaraan dengan berat 4000 kg harus naik dengan landai 6%, berapakah tambahan tenaga traksi yang diperlukan?

Jawab : Tambahan tenaga traksi = 6 % x 4000 = 240 kg. 2.4 Koefisien Traksi.

Jika terdapat geseran yang cukup antara permukaan roda dengan permukaan jalan, maka tenaga mesin dapat dijadikan tenaga traksi maksimal. Tetapi jika tidak cukup terdapat geseran antara roda dengan permukaan jalan, maka kelebihan tenaga mesin dilimpahkan kepada roda dan akan mengakibatkan selip. Untuk mendapatkan traksi maksimal sebelum terjadi selip antara roda dengan permukaan tanah (traksi kritis), maka koefisien traksi dapat disebut sebagai faktor yang harus dikalikan dengan berat total kendaraan pada roda geraknya

Traksi Kritis = Koefisien Traksi x Berat Total Kendaraan

Besarnya koefisien traksi dipengaruhi berbagai macam faktor, untuk kendaraan beroda karet misalnya, faktor-faktor meliputi kembangan ban, bentuk dan ukuran ban, tekanan angin dalam ban, keadaan permukaan tanah dan sebagainya. Variasi-variasi tidak dapat diberikan secara tepat, akan tetapi secara percobaan telah disusun seperti pada tabel di bawah ini, yang dapat digunakan sebagai perkiraan:

Tabel 2.4: Koefisien Traksi Pada Masing-masing Keadaan

Jenis Permukaan Ban Karet Crawler

Beton, kering dan kasar 0,80 – 1,00 0,45

Tanah liat, kering 0,50 – 0,70 0,90

Tanah liat, basah 0,40 – 0,50 0,70

Pasir basah dan kerikil 0,30 – 0,40 0,35

Pasir kering, lepas 0,20 – 0,30 0,30

2.5 Pengaruh Ketinggian

Makin tinggi kedudukan (elevasi) suatu tempat makin kurang padat kadar oksigen di daerah itu. Mesin-mesin dari peralatan yang biasa dipergunakan untuk pelaksanaan konstrucksi bekerja atas dasar pembakaran zat asam (oksigen) dari udara dengan

(9)

bahan bakar. Dengan berkurangnya kadar oksigen akan berpengaruh terhadap hasil-hasil pembakaran dan tenaga mesin.

Ketinggian = Lokasi suatu tempat dengan permukaan air laut. Rumus praktis yang dapat digunakan:

a.Mesin 4 langkah/tak

Berkurangnya tenaga mesin adalah 3 % dari Hp (horse power) seluruhnya untuk penambahan 1000 ft di atas 750 m (± 2500 ft) yang pertama dari permukaan air laut.

b. Mesin 2 langkah/tak

Berkurangnya tenaga mesin adalah 1 % dari Hp seluruhnya untuk setiap penambahan 1000 ft di atas 750 m (± 2500 ft) yang pertama dari permukaan air laut.

c.Mesin Supercharger.

Dapat mengurangi kehilangan tenaga mesin. Supercharger dapat menaikkan tenaga mesin sampai 125 %. Supercharger bekerja dengan cara menginjeksi oksigen ke dalam silinder.

Contoh 2.2:

Suatu mesin 200 Hp, 4 tak, bekerja pada ketinggian 6000 ft. Tentukan tenaga mesin efektif.

Jawab:

Hilangnya tenaga mesin :





_Hp

21 1000

2500 6000

200 % 3

 

 

Jadi tenaga mesin efektif = 200 Hp – 21 Hp = 179 Hp.

(10)

Drawbar pull (DBP) adalah tenaga yang tersedia pada hook (gantol/kait) yang terdapat di bagian belakang tractor (untuk menarik suatu muatan). Besarnya DBP ini dinyatakan dalam kg, lb atau hp. dari tenaga mesin keseluruhan setelah dikurangi untuk mengatasi geseran-geseran mekanis tractor dan lain-lain, sisanya diperhitungkan sebagai DBP.

2.7 Rimpull

Rimpull merupakan tenaga yang disediakan mesin kepada roda geraknya, dan dinyatakan dalam kg, atau lb. Rimpull adalah daya tarik mesin yang dalam kerjanya tidak menimbulkan selip dan mampu menggerakkkan alat. Besarnya rimpull dapat diperoleh pada spesifikasi alat. Tapi jika tidak terdapat, maka besarnya rimpull dapat dihitung menurut rumus berikut :

) ( 375

) (

mph Speed

Effisiensi Hp

lbs

Rimpull   

2.8 Kemampuan Mendaki Tanjakan

Kemampuan mendaki menunjukkan landai maksimum yang dapat ditempuh oleh sebuah kendaraan yang dinyakan dalam % landai. Kemampuan mendaki tergantung pada:

 Kondisi kendaraan (kosong atau dimuati)

 Cara menarik muatan.

 Kecepatan pada gear yang dipilih. Juga dibatasi oleh hal-hal sebagai berikut:

 Daya tarik (DBP atau rimpull)

 Tahanan gelinding (RR)

 Berat total kendaraan.

(11)

Untuk crawler tractor, maka kemampuan mendaki ini dihitung atas dasar sisa DBP yang tinggal, setelah dari DBP seluruhnya dikurangi dengan DBP yang diperlukan untuk mengatasi RR

Contoh 2.3:

Suatu alat besar 4 tak 185 Hp, berjalan pada gear ke-3 dengan kecepatan 33 mph, berat alat + muatan 16 ton. Effiesiensi alat tersebut 85 %, RR = 50 lbs/ton.

Alat tersebut bekerja pada ketinggian 3500 ft.

Mampukah alat tersebut menempuh landai tanjakkan 3 % ? Untuk konversi : 1 ton = 2204,6 lbs = 1000kg

1 lbs = 0,0004536 ton = 0,4536 kg Jawab:

Karena alat bekerja pada ketinggian 3500 ft, maka tenaga mesin yang hilang :

55 , 5 1000 ) 2500 3500 ( 185 % 3     Hp

Tenaga Eff. Alat = 185 – 5,55 = 179,45 Hp Rimpull pada gear ke 3:

lbs Speed

Eff Hp

Rimpull 1733,32

33 % 85 45 , 179 375 . 375       

Untuk mengatasi RR diperlukan : 50 lbs/ton x 16 ton = 800 lbs

Untuk mengatasi tanjakkan diperlukan : 3 % x 16 ton = 0,48 ton

= 0,48 x 2204,6 = 1058,208 lbs

Jadi Rimpul minimal yang diperlukan untuk memelihara gerakan: 800+1058,208 =1858,208 lbs>1733,32 lbs

Sehingga alat tersebut harus pindah gear, agar mampu melewati medan tersebut. Rangkuman:

(12)

1. Medan kerja dan sifat fisik material berberpengaruh dalam pemilihan secara teknis jenis alat apa yang tepat digunakan dalam pekerjaan yang akan dilaksanakan

2. Yang dimaksud dengan material dalam pemindahan tanah secara mekanis meliputi tanah, batuan, vegetasi (pohon, semak belukar dan alang-alang).

3. Pemilihan cara pelaksanaan dikerjakan secara manual atau dikerjakan secara mekanik (dengan alat-alat besar) tergantung dari beberapa faktor, antara lain:

1. Kemampuan keuangan.

2. Kemampuan penyediaan buruh/tenaga kerja. 3. Keadaan medan.

4. Besarnya volume pekerjaan. 5. Waktu pelaksaan yang diminta.

4. Material/tanah kondisinya dibedakan menurut keadaan: a. Tanah/material dalam keadaan asli

b. Tanah/.material telah diusik, sehingga kondisinya menjadi lepas (loose) c. Tanah /material dan keadaan padat.

5. Besaran teknis alat berat terdiri dari: a. Muatan maksimum

b. Tahanan gelinding c. Tahanan tanjak d. Koefisien traksi

e. Kemampuan mendaki tanjakan f. Draw barr pull

g. Rimpull

(1)