Author Archives: Medianna Novita

ASD atau LRFD?

Metode ASD dan LRFD dalam desain steel structure telah lama dikenal. ASD merupakan metode yang bisa dikatakan lebih tua daripada LRFD sehingga para civil engineer lebih terbiasa dengan metode ini untuk mendesain struktur baja. Sampai saat ini pun metode ASD masih lebih banyak digunakan dan dijadikan referensi dalam dokumen kontrak dan design specification.

ASD (Allowable Stress Design) adalah suatu metode desain dimana perencana menghitung beban kerja (working loads) sesuai dengan peraturan pembebanan yang berlaku dan menghitung besarnya tegangan yang diakibatkan oleh pembebanan tersebut. Metode ini mensyaratkan bahwa besarnya tegangan pada komponen struktur akibat beban kerja tidak boleh melebihi tegangan izin (allowable stress) bahan komponen struktur tersebut. Nilai tegangan izin ditentukan lebih rendah daripada tegangan leleh bahan dengan memperhitungkan faktor keamanan (safety factor), dan ditentukan sbb:

fizin = fy/SF

dimana, fy = tegangan leleh nominal bahan, dan SF = faktor keamanan yang ditentukan.

LRFD (Load and Resistance Factor Design) adalah suatu metode yang didasari oleh konsep keadaan batas dimana keadaan batas tersebut dicapai melalui proses interaksi antara faktor kelebihan beban dan berkurangnya kekuatan material. Kedua faktor ini dianggap sebagai variabel-variabel acak (random) atau variabel probabilistik yang tidak saling mempengaruhi. Berbeda dengan metode ASD, metode LRFD ini memberikan faktor keamanan parsial untuk masing-masing kondisi dengan nilai yang berbeda-beda pula sesuai dengan nilai kemungkinan terjadinya.

ϕRn ≥ ∑γiQi

dimana:         ϕ      =    faktor reduksi kekuatan (resistance/strength reduction factors) dimana nilainya selalu lebih kecil dari 1.0

Rn    =    kuat nominal bahan merupakan nilai minimum dari beberapa skenario kegagalan yang mungkin terjadi

γ       =    faktor pengali beban (overloads factor) dimana nilainya lebih besar dari 1.0

Qi     =    berbagai jenis beban yang direncanakan untuk ditanggung struktur

Perbedaan kedua metode tersebut dapat dilihat juga dari kombinasi pembebanan yang digunakan:

ASD (berdasarkan ASCE 7-05):

  1. D + F
  2. D + H + F + L + T
  3. D + H + F + (Lr or S or R)
  4. D + H + F + 0.75(L + T) + 0.75(Lr or S or R)
  5. D + H + F + (W or 0.7E)
  6. D + H + F + 0.75(W or 0.7E) + 0.75L + 0.75(Lr or S or R)
  7. 6D + W + H
  8. 6D + 0.7E + H

LRFD (berdasarkan ASCE 7-05):

  1. 4(D + F)
  2. 2(D + F + T) + 1.6(L + H) + 0.5(Lr or S or R)
  3. 2D + 1.6(Lr or S or R) + (L or 0.8W)
  4. 2D + 1.6W + L + 0.5(Lr or S or R)
  5. 2D + 1.0E + L + 0.2S
  6. 9D + 1.6W + 1.6H
  7. 9D + 1.0E + 1.6H

Keterangan:

D             =             beban mati

E              =             beban gempa

F              =             fluid/pressure load

H             =             beban horizontal akibat tekanan lateral tanah/ground water pressure/tekanan dari bulk material

L              =             beban hidup

Lr            =             beban atap

R             =             beban hujan

S              =             beban salju

T              =             self-straining force

W            =             beban angin

 

Berdasarkan definisi di atas, desain LRFD sebenarnya memberikan hasil desain yang lebih optimum karena telah mempertimbangkan interaksi antara kekuatan material dan beban. Namun, desain LRFD ini di lain pihak menuntut ketepatan dan kecermatan dalam proses fabrikasi maupun erection. Desain LRFD yang semakin optimum memiliki faktor keamanan yang kecil sehingga semakin sedikit ruang yang diberikan untuk kesalahan.

Penulis sendiri telah membandingkan analisa sruktur baja dengan menggunakan metode LRFD dan ASD pada struktur Boiler dan Coal Bunker di proyek STG & Boiler Batu Bara milik PUSRI Palembang. Struktur Boiler ini memiliki tinggi ±45.5 m, sedangkan coal bunker tingginya ±46 m.

 

Struktur Boiler di Proyek STG & Boiler Batu Bara PUSRI

Struktur Boiler di Proyek STG & Boiler Batu Bara PUSRI

Hasil dari analisa LRFD adalah penghematan material baja yang bisa mencapai 10-20% dibandingkan dengan metode ASD. Penghematan material ini akan memberikan efek juga pada penghematan biaya instalasi dan percepatan schedule.

Untuk struktur sederhana seperti shelter mungkin metode LRFD tidak akan memberikan dampak yang signifikan dalam penghematan, tetapi untuk struktur yang tinggi dan kompleks seperti Boiler dan Coal Bunker, analisa dengan LRFD ini memberikan dampak penghematan yang cukup besar dari segi biaya.

Sumber:

  • Diktat Kuliah Struktur Baja (Muslinang Moestopo)
  • Dokumentasi pribadi

 

Notes:

Tulisan ini juga merupakan sumbangan ide dari Pak Christiawan Tavipiano dan Alyssa Adjani.

Desain Pondasi Mesin (Part 1)

Di postingan sebelumnya, sudah dibahas sekilas tentang pondasi mesin. Nah, sekarang mari kita masuk ke tahapan desain… Untuk permulaan akan dibahas pondasi yang paling sederhana, yaitu block foundation.

Desain Block Foundation

Vibrating machineSebelum masuk ke tahapan desain, ada beberapa data yang perlu dikumpulkan:

  1. Data tanah :
    • allowable bearing capacity
    • shear modulus tanah (G)
    • poisson ratio (ʋ)
    • berat jenis tanah (γs)
  2. Data material : berat jenis concrete (γp), modulus elastisitas (E)
  3. Data mesin :
    • Outline drawing dari mesin
    • Fungsi mesin
    • Berat mesin dan komponen rotornya
    • Lokasi c.o.g (center of gravity) vertikal & horizontal
    • Kecepatan kerja mesin dan komponennya atau frekuensi mesin tsb
    • Unbalanced force mesin (nilai, arah, dan lokasi)

Analisa Statik

  1. Cek Mass Ratio

Untuk pondasi mesin centrifugal, berat pondasi harus 2 sampai 3x lebih besar dari berat mesin, atau dengan kata lain:

Wc/Wm > 3

Dimana, Wc adalah berat pondasi sedangkan Wm adalah berat mesin.

Sedangkan untuk pondasi mesin reciprocating, berat pondasi harus 3 sampai 5x berat mesin.

Wc/Wm > 5

  1. Cek Daya Dukung Tanah

Untuk kondisi statis:

Wts/A < 0.5*Qa

Untuk kondisi statis + dinamik:

Wt(s+d)/A < 0.75*Qa

Dimana,

Wts            = total berat mesin dan pondasi ditambah beban statik lainnya

Wt(s+d)       = total berat mesin dan pondasi ditambah beban statik dan dinamik

Qa             = daya dukung izin tanah

  1. Cek Eksentrisitas

Kombinasi cog dari beban dinamik dan statik harus kurang dari 5% dari dimensi pondasi yang ditinjau.

 

Analisa Dinamik

Analisa dinamik ini bisa dilakukan dengan 2 cara, yaitu dengan perhitungan manual (hand calculation), dan perhitungan dengan Finite Element Model (FEM, biasanya digunakan software seperti SAP atau STAAD).

1. Hand Calculation Analysis

Langkah:

a. Pengumpulan Data Equipment: COG, frekuensi mesin (fe), loading data (beban di semua arah, lokasi titik beban)

b. Pengumpulan Data Tanah: Gs, density, poisson ratio

c. Preliminary ukuran pondasi (dengan statik analisis)

d. Hitung total beban sistem (equipment + pondasi) & COG sistem

e. Tentukan parameter vibrasi: translasi dan rotasi

f. Hitung frekuensi natural dari sistem pondasi

g. Cek frekuensi dari sistem pondasi tersebut, nilainya harus lebih kecil dari 0.8fe atau lebih besar dari 1.2fe (beberapa sumber ada yang menyebutkan juga rangenya lebih kecil dari 0.7fe atau lebih besar dari 1.3fe). Jika frekuensi dari sistem pondasi berada diantaranya, maka terjadi resonansi. Resonansi ini tidak diizinkan, dimensi pondasi perlu diubah untuk mendapatkan frekuensi natural sistem pondasi yang sesuai.

h. Hitung amplitudo sistem pondasi

i. cek amplitudo sistem pondasi dengan amplitudo yang diizinkan. Besarnya amplitudo izin biasanya tertera pada spesifikasi mesin, namun jika vendor tidak menyediakan, ada grafik penentuan amplitudo izin yang bisa digunakan (silahkan cek buku Suresh Arya).

2. FEM Analysis

a. Pengumpulan Data Equipment: COG, frekuensi mesin (fe), loading data (beban di semua arah, lokasi titik beban)

b. Pengumpulan Data Tanah: Gs, density, poisson ratio

c. Preliminary ukuran pondasi (dengan statik analisis)

d. Hitung konstanta spring pondasi berdasarkan data tanah

e. Lakukan pemodelan pada software yang digunakan (input parameter dinamik), run program

f. Cek Mass Participation Factor

g. Cek frekuensi yang terjadi pada pondasi yang dimodelkan, nilainya harus lebih kecil dari 0.8fe atau lebih besar dari 1.2fe (beberapa sumber ada yang menyebutkan juga rangenya lebih kecil dari 0.7fe atau lebih besar dari 1.3fe)

h. cek amplitudo yang terjadi (lihat grafik T (periode) vs perpindahan) bandingkan dengan amplitudo izin.

Untuk perhitungan detail silahkan cek pada buku karangan Suresh Arya (Design of Structures & Foundations for Vibrating Machines).

Semoga bermanfaat 🙂

*tulisan diambil dari berbagai sumber*

 

Sekilas Desain Pondasi Mesin

Dalam suatu pembangkit listrik, ada berbagai equipment dan atau mesin yang memegang peranan penting. Mesin tersebut memiliki karakteristik yang berbeda. Pondasi yang menopang mesin ini memegang peranan penting agar mesin tersebut tetap dapat bekerja dengan baik. Segi desain pondasi tidak hanya dilihat dari kekuatan struktur dalam menahan beban static yang bekerja namun juga beban dinamiknya.
Berikut adalah beberapa tipe pondasi mesin:
a. Block type (rigid foundation)