Lampiran - 1 Kajian Struktur IPAL

LAMPIRAN  – 1 REVIEW DED IPAL KOMUNAL PT. TSM

A. Perencanaan A.1 Bentuk dan Dimensi

Gambar dibawah ini merupakan salahsatu contoh konstruksi bak IPAL menggunakan beton bertulang dan pasangan bata.

Gambar 2. Contoh konstruksi IPAL Komunal Sumber : dwikusumapu.wordpress.com

 Adapun bentuk, bentuk, dimensi, dan penempatan penempatan ren rencana cana posisi IPAL IPAL adalah sebagai sebagai berikut :

Gambar 3. Bentuk dan dimensi IPAL

1

Gambar 4. Posisi IPAL

A.2 Data Geoteknik

Data geoteknik yang digunakan masih berupa perkiraan (asumsi) untuk kondisi tanah di lokasi. Sehingga perlu dilakukan penyelidikan tanah seperti tes Sondir sebelum IPAL ini dibangun, hal ini penting untuk memverifikasi data agar desain rencana benar-benar aman untuk dibangun. Diketahui :

γ

= c = ϕ = h = Muka air

16 kN/m3 20 kPa 5o 2,97 m (tinggi tanah galian) tanah = 2 m dibawah permukaan tanah

A.3 Perhitungan gaya-gaya KP

RB2

RB1

Dinding bata 2

Dinding bata 3

Dinding beton 1 Dinding bata 1

Dinding beton 2

2

 Air Limbah 2

Pelat atap

 Air Limbah 2

Pelat lantai  Air Limbah 1

panjang

Keterangan

BEBAN KONSTRUKSI lebar tinggi Volume

m

m

m

m3

jumlah

Volume berat jenis

buah

m3

kN/m3

beban kN

Dinding Beton 1

2

0.15

2.75

0.83

2

1.65

24

39.6

Dinding Beton 2

13.73

0.15

2.75

5.66

2

11.32725

24

271.854

Dinding batu bata 1 (bak perata)

0.3

0.15

0.72

0.03

4

0.1296

21

2.7216

Dinding batu bata 2 (bak perata)

2

0.15

0.72

0.22

2

0.432

21

9.072

Dinding batu bata 3 (shettler+ABR) RB1

2 2

0.15 0.15

2.75 0.15

0.83 0.05

11 13

9.075 0.585

21 24

190.575 14.04

0.3

0.15

0.15

0.01

4

0.027

24

0.648

RB2 kolom praktis

0.15

0.15

0.72

0.02

4

0.0648

24

1.5552

pelat lantai

14.63

2.3

0.2

6.73

1

6.7298

24

161.5152

pelat atap

14.63

2.3

0.12

4.04

1

4.03788

24

96.90912

Air Limbah 1 (shettler+ABR) Air Limbah 2 (bak perata)

13.43 2

2 0.3

2.5 0.72

58.08 0.43

1 2

58.075 0.864

10.3 10.3

598.1725 8.8992

Lain-lain

10 Total beban konstruksi

1405.56

BEBAN GALIAN Keterangan

panj ang

l ebar

ti nggi

V ol ume

j uml ah

be rat j eni s

be ban

m

m

m

m3

buah

kN/m3

kN

2.3

14.63

2.97

99.94

1

16

Tanah

 

1599.00

A.3.1 Tinjauan gaya vertikal

Beban tambahan untuk tanah pada kedalaman 2,97 m dapat dihitung dari selisih berat konstruksi baru dengan berat tanah yang digali. Selisih berat

=w

konstruksi

 – w tanah

= 1405,56 - 1599,00 = -193,44 kN

3

Dari hasil perhitungan diatas tidak terjadi penambahan beban akibat konstruksi, karena beban konstruksi lebih ringan daripada beban tanah yang digali, sehingga beban konstruksi tidak akan menyebabkan settlement. Untuk mengetahui daya dukung dibawah area konstruksi, maka perlu dilakukan tinjauan daya dukung tanah dengan asumsi sudut geser adalah 5 o. Koefisien daya dukung tanah disajikan pada Tabel dibawah ini :

Tabel 1. Nilai koefisien daya dukung tanah menurut Terzaghi

Q ult

= 1,3 c Nc + q Nq + 0,4 B γ Nγ = [1,3 x 20 x 7,3] + [((16 x 1)+(16-9,81 x 1,97)) 1,6] + [0,4 x 2,3 x 16 x 0,5] = 189,8 + 45,11 + 7,36 = 242,27 kPa

Qall

= Qult/SF

Tegangan vertikal

= 242,27/3 = 80,75 kPa = w ipal / A = 1405,56 / (14,63 x 2,3) = 1405,56 / 33,649 = 41,77 kN/m2 = 41,77 kPa

Cek keamanan kapasitas tanah, Safety Factor  = Qult/Qkonstruksi = 242,27 / 41,77 kPa = 5,80 …. (Aman)

Konstruksi bak ipal menyerupai struktur pelat untuk fondasi maka dari itu di dalam analisis struktur bak ipal jenis perletakan yang digunakan adalah  joint spring   karena mempunyai perilaku pelat fleksibel. Penyaluran beban dilakukan dengan cara meshing dengan luasan 1,0 m x 1,0 m. Pada setiap  joint spring   pada mesh  memiliki daya dukung sebesar koefisien reaksi subgrade  (ks)

4

Gambar 5. Skema pembebanan fondasi fleksibel

Tabel 2. Kisaran nilai koefisien rekasi subgrade atau spring constraint  (ks) (Bowles, 1997)

Jenis Tanah Ks (kN/m3) Loose sand 4800  – 16000 Medium dense sand 9600  – 80000 Dense sand 64000  – 128000 Clayey medium dense sand 32000  – 80000 Silty medium dense sand 24000  – 48000 Clayey soil : Qa < 200 kPa 12000  – 24000 200 < qa < 800 kPa 24000  – 48000 Qa > 800 kPa >48000 Untuk pendekatan nilai ks Bowles (1997) menyarankan nilai ks ditentukan dari kapasitas dukung ijin tanah (qa) dengan rumus, ks = 40 x SF x qa ; jika faktor aman (SF) diambil 3 maka nilai ks= 120 qa Berdasarkan perhitungan sebelumnya diketahui qa = 80,75 kPa. Sehingga nilai Ks adalah 40 x 3 x 80,75 = 9690 kN/m 3

Nilai ks pada masing-masing joint pada elemen mesh 1,0 m x 1,0 m : Pada joit tengah = 9690 x 1 = 9690 kN/m Pada joint tepi = 0.5 x 9690 x 1 = 4845 kN/m Pada joint ujung pelat = 0,25 x 9690 = 2422,5 kN/m

tengah tepi

Ujung elat

Gambar 6. Sketsa meshing  pelat untuk penentuan  joint spring 

5

A.3.2 Tinjauan Gaya Lateral

Gaya lateral dihitung dengan tinjauan per 1 m panjang dari struktur bak Ipal. Dengan keadaan tanah homogen sampai kedalaman ± 2,97 m (dasar bak ipal). Ka = tan2 (45 – ϕ/2) = tan2 (45 – 5/2) = 0,621 Kp = tan2 (45 + ϕ/2) = tan2 (45 + 5/2) = 0,854 Tekanan Lateral aktif (P a)

= h1 x γ x Ka = 2,97 x (16-9,81) x 0,621 = 29,509 kN/m

Tekanan hidrostatis (P h)

= h1 x γlimbah = 2,75 x 10,3 = 28,325 kN/m

Tekanan akibat kohesi (P ac) = 2 c (Kp)^0,5 = 2 x 5 (0,854) ^ 0,5 = 9,24kN/m

Nilai-nilai gaya tekanan lateral nanti akan dijadikan sebagai input beban dalam perencanaan struktur.

A.4 Perhitungan Struktur A.4.1 Material Struktur

Struktur bak ipal didesain dengan menggunakan bahan beton bertulang dengan mutu dan persyaratan sesuai dengan standar peraturan yang ada sebagai berikut :  



Beton

Beton yang diisyaratkan, fc’

= 20 MPa (K-250)

Modulus elastisitas beton

= 4700 √fc’= 4700 √ 20,75=21410 MPa

 Angka poison, υ

= 0,2

Modulus elastisitas geser

= Ec/[2(1+υ)] =8920,83 MPa

Pasangan Bata

Beton yang diisyaratkan, fc’

= 3,71 MPa

Modulus elastisitas beton

= 4700 √fc’= 2040,5 MPa

 Angka poison, υ

= 0,2

Modulus elastisitas geser

= Ec/[2(1+υ)] =784,81 MPa

6



Baja Tulangan

Diameter ≤ 12 mm menggunakan baja tulangan polos BJTP 24 dengan fy = 240 MPa

A.4.2 Pembebanan -Beban mati

Beban mati akibat elemen struktur dihitung secara otomatis oleh program SAP 2000 dengan berat volume 2400 kg/m 3. Kemudian beban mati tambahan berupa beban air limbah itu sendiri dengan berat volume 1300 kg/m 3. Selain dari itu beban lateral tanah juga termasuk beban mati , yang telah dihitung sebelumnya menjadi beban segitiga

Gambar 7. Input beban lateral

-Beban Gempa

Beban tergantung pada lokasi konstruksi berada, dalam perencanaan ini lokasi berada di Kota Jakarta yang termasuk area gempa dengan percepatan puncak dasar di batuan dasar 0,3  – 0,4 g.

Gambar 8. Peta zonasi gempa

7

Kondisi tanah di lokasi rencana IPAL ternasuk ke dalam kategori tanah sedang. Untuk tanah lunak, Percepatan puncak di batuan dasar (PGA)

= 0.348 g

Percepatan batuan dasar pada perioda pendek (SD s)

= 0.607 g

Percepatan batuan dasar pada perioda 1 detik (SD 1)

= 0.548 g

Gambar 8. Diagram percepatan spektral untuk wilayah Jakarta

Gambar 9. Response Spectrum Functional Definition pada SAP 2000

IPAL komunal difungsikan sebagai fasilitas umum, maka Faktor keutamaan struktur, I = 1,0 dan untuk Dinding geser beton bertulang biasa, faktor modifikasi respon struktur R = 4

A.4.3 Kombinasi Pembebanan

Struktur bangunan dirancang mampu menahan beban mati, hidup dan beban gempa yang seuai sesuai dengan peraturan SNI Gempa 1726:2012 Pasal 4.1.1 diman gempa rencana yang ditetapkan mempunyai periode ulang 2500 tahunan, sehingga probabiltas terjadimya terbatas 2 % selama umur gedung 50 tahun. Kombinasi pembebanan yang digunakan mengacu pada SNI Beton 03-28472002 Pasal 11.2 sebagai berikut : 1. 2. 3. 4.

1,0 D 1,4 D 1,2 D + 1,0 Ex + 0,3 Ey 1,2 D + 0,3 Ex + 1,0 Ey

8

Keterangan : D = beban mati ( dead load ), meliputi berat sendiri gedung ( self weight , SW) dan beban mati tambahan (superimposed dead load , D), E = beban gempa (earthquake load )

A.4.4 Pemodelan Struktur

Pemodelan struktur dilakukan dengan secara 3D dengan menggamabar semua elemen pelat. Untuk elemen lainnya dijadikan input pembebanan. Hasil dari pemodelan ini adalah untuk memeriksa gaya-gaya dalam seperti momen, gaya aksial, gaya geser, dan displacement.

Gambar 10. Pemodelan elemen struktur 

9

Gambar 11. Pemodelan pembebanan lateral akibat tanah

Gambar 12. Analisis displacement

10

Berdasarkan analisis struktur displacement maksimum yang terjadi adalah sebesar 4 mm Untuk merencanakan tebal elemen dan banyaknya besi tulangan dalam perencanaan pelat maka perlu dilakukan peninjuan pada gaya momen dan geser. Berikut ini merupakan gambar distribusi gaya : a. Gaya Momen

Gambar 13. Kontur momen lentur M22

11

Gambar 14. Kontur momen lentur M11

b. Gaya Geser Gaya geser pada dinding disebabkan oleh resultan gaya tekanan lateral tanah, sedangkan gaya geser pada pelat dasar disebabkan oleh resultan gaya akibat tekanan hidrostatis air limbah. Gaya gese ultimate, Vu = 1,4 D = 0,5 x γ x h12 x Ka

Resultan Gaya Lateral aktif (P a)

2

= 0,5 x 16 x 2.97  x 0.621 = 43,82 kN/m’ (per 1 m lebar)

Sehingga Vu

dinding

= 1,4 x 43,82 kN/m’ = 61,35 kN/m’ (per 1 m lebar)

Sedangkan untuk menghitung gaya geser pada pelat dasar diturunkan dengan mekanisme penyaluran beban amplop . V2 V

V

L = 3.5 m

V L =10 35 m Diketahui :

γ limbah = 1300 kg/m3 = 13 kN/m3

12

h limbah = 2,5 m L1

= 13,58 m

L2

= 2,30 m

Resultan V1

= 0,5 x L2 x (1/2 L2) x h limbah x γ limbah = 0,5 x 2,30 x 1,15 x 2,5 x 13 = 42,98 kN

V1 (per 1 m)

= RV1 / L2 = 42,98 /2,3 = 18,68 kN/m’

Resultan V2

= 0,5 x (2xL1 - L2) x (1/2 L2) x h limbah x γ limbah = 0,5 x (2x13,58 – 2,3) x 1,15 x 2,5 x 13 = 464,57 kN

V1 (per 1 m)

= RV2 / L1 = 467,57 /13,58 = 34,21 kN/m’

Dari kedua tinjauan diatas besar gaya geser yang paling menentukan adalah V sebesar 34,21 kN. Sehingga Vu

pelat dasar 

1

= 1,4 x 34,21 = 47,89 kN/m’

Tabel 3. Rekapitulasi Gaya dalam maksimum

No

2 3 4 2 3 4

Komponen gaya Pelat dinding Vu (akibat tekanan tanah) M11 M22 Pelat dasar Vu (akibat tekanan air) M11 M22

Kombinasi

Besar gaya

1,4 D

61,35 kN/m

1,4 D 1,4 D 1,4 D 1,4 D 1,4 D 1,4 D

16,3 kNm/m 16,22 kNm/m 47,89kN/m 3,34 kNm/m 17,17 kNm/m

13

A.4.5 Perhitungan Tulangan -Penulangan lentur pelat dinding .

 Arah 1-1 Data : D rencana

f'c

=

20 MPa

ᴓ

=

0.8

f'y

=

240 MPa

β,

=

0.85

 b

=

1000 mm

dx

=

124 mm

dy

=

112 mm

Mu =

M11

=

16.3

Mu Mn =

ᴓ

= =

ρmax  = =

600 .β, .

f'y

=

=

0,75. ρ b

=

=

Nmm

=

240

20

m 600

0.85

600 + 240

0.0430

240

0,85 . f'c

 

=

0.85  .

20

14.1176

2

=

20375000 1000 124 ^ 2

1.3251

m

2 . m. . 1 -

1-

. 1 -

1-

1 =

20375000 0.85 .

600 + f'y

0.8 .

1 ρ

16300000

20 mm

0.0323

 bd =

=

150 mm

0.0430

Mn Rn =

=

0.8

f'y m =

0.92 Tebal Plat Slimut beton

16300000 =

0,85. f'c ρ b

kNm

12 mm

14

Rn

f'y 2 . m.

Rn

f'y

0.0058

14

ρmin = Jika ρ

0.0025 >

ρmin maka digunakan

nilai yang digunakan =

ρ

As

n

=

=

ρ

ρ

0.0058

ρ. b . d

=

0.0058

=

714 mm2

=

.

1000

.

124

As 2

μ/4 . D

S

=

6.3099

≈

7

=

b/n

=

143 mm

=

140 mm

S pakai adalah 140 mm, jadi tulangan dinding arah horizontal adalah Φ12-140

 Arah 2-2 Data : f'c

=

20 MPa

f'y

=

240 MPa

Mu =

M22

Mn =

=

0.8

β,

=

0.85

 b

=

1000 mm

dx

=

124 mm

dy

=

112 mm

=

Mu

16.22

= =

kNm

12 mm

0.92 Tebal Plat Slimut beton

=

16220000

150 mm 20 mm

Nmm

16220000 =

ᴓ

f'y

=

0.8

0,85. f'c ρ b

D rencana

ᴓ  

600 .β, .

600 + f'y

20275000 0.85 .

=

240

20

m 600

0.85

600 + 240

0.0430

15

ρmax  =

=

0,75. ρ b

=

0.8 .

0.0323 f'y

m =

240

0,85 . f'c

 

=

0.85  .

Mn Rn =

20275000

=

2

1000 124 ^ 2

 bd =

1.3186 1

=

2 . m. . 1 - 1-

m

2 . m. . 1 -

14

=

0.0057

ρmin =

0.0025 >

As

n

=

=

ρ

=

1-

Rn

f'y

ρmin maka digunakan

nilai yang digunakan

Rn

f'y

1 =

Jika ρ

20

14.1176

=

ρ

0.0430

ρ

ρ

0.0057

ρ. b . d

=

0.0057

=

710 mm2

=

.

1000

.

124

As 2

μ/4 . D

S

=

6.2776

≈

7

=

b/n

=

143 mm

=

140 mm

S pakai adalah 140 mm, jadi tulangan dinding arah vertikal adalah Φ12-140.

16

-Penulangan lentur pelat dasar

 Arah 1-1 Data : f'c

=

20 MPa

f'y

=

240 MPa

Mu =

M11

0.8

β,

=

0.85

 b

=

1000 mm

dx

=

175 mm

dy

=

165 mm

=

3.34

Mu Mn =

ᴓ

= =

ρmax  = =

600 .β, .

f'y

=

=

0,75. ρ b

=

=

20 mm

Nmm

=

240

20

m 600

0.85

600 + 240

0.0430

240

0,85 . f'c

 

=

0.85  .

20

14.1176

=

2

4175000 1000 175 ^ 2

0.1363

m

2 . m. . 1 -

1-

. 1 -

1-

1 =

3340000

4175000 0.85 .

600 + f'y

0.8 .

1 ρ

=

200 mm

0.0323

 bd =

0.92 Tebal Plat Slimut beton

0.0430

Mn Rn =

=

0.8

f'y m =

kNm

10 mm

3340000 =

0,85. f'c ρ b

D rencana

ᴓ   =

14

Rn

f'y 2 . m.

Rn

f'y

0.0006

17

ρmin =

0.0025

Jika ρ

ρmin maka digunakan   ρmin

<

nilai yang digunakan =

ρmin

As

n

=

=

 

ρmin

0.0025

ρ. b . d

=

0.0025

=

438 mm2

=

.

1000

.

175

As 2

μ/4 . D

S

=

5.5704

≈

6

=

b/n

=

167 mm

=

160 mm

S pakai adalah 160 mm, jadi tulangan pelat dasar arah memanjang adalah Φ10-160

 Arah 2-2 Data : D rencana

f'c

=

20 MPa

ᴓ

=

0.8

f'y

=

240 MPa

β,

=

0.85

 b

=

1000 mm

dx

=

175 mm

dy

=

165 mm

Mu =

M22

=

Mu Mn

ρ b

=

= =

17.17

kNm

10 mm

0.92 Tebal Plat Slimut beton

=

17170000

200 mm 20 mm

Nmm

17170000 =

ᴓ

0,85. f'c f'y

=

0.8

.β, .

600 600 + f'y

=

21462500 0.85 . 240

20

0.85

m 600 600 + 240

0.0430

18

ρmax  = =

m

=

0,75. ρ b

0.8 .

0.0323

=

f'y 0,85 . f'c

 

=

240 0.85  .

Mn =

21462500

=

2

1000 175 ^ 2

 bd =

0.7008 1

ρ

=

2 . m. . 1 -

m

1-

=

2 . m. . 1 -

14

=

0.0030

ρmin =

0.0025

As

n

=

= =

1-

Rn

f'y

ρmin maka digunakan   ρmin

<

nilai yang digunakan ρ

Rn

f'y

1

Jika ρ

20

14.1176

= Rn

0.0430

ρ

0.0030

ρ. b . d

=

0.0030

=

522 mm2

=

.

1000

.

175

As 2

μ/4 . D

S

=

6.6463

≈

7

=

b/n

=

143 mm

=

140 mm

S pakai adalah 140 mm, jadi tulangan pelat dasar arah melintang adalah Φ10-140

19

-Penulangan Geser Pelat Dinding

Vu

=

61350 N

B

=

1000

mm

H

=

150

mm

c

=

20

mm

d

=

130

mm

f'c

=

20

MPa

Ø

=

12

mm

fy

=

240

MPa

ΦVc

=

72672,21

N

Vu - ΦVc

=

-11322,21

N (tidak butuh tulangan geser)

-Penulangan Geser Pelat Dasar

Vu

=

47890 N

B

=

1000

mm

H

=

200

mm

c

=

40

mm

d

=

160

mm

f'c

=

20

MPa

Ø

=

10

mm

fy

=

240

MPa

ΦVc

=

89442,72

N

Vu - ΦVc

=

-41552,72

N (tidak butuh tulangan geser)

Tabel 4. Rekapitulasi Gaya dalam maksimum

Elemen Pelat Dinding

Tebal 150 mm (selimut 20 mm)

Pelat Dasar

200 mm (selimut 20 mm)

Tulangan lentur  Arah vertical : Φ12-140 (dua lapis)  Arah horizontal : Φ12-140 (dua lapis)  Arah melintang : Φ10-140 (dua lapis)  Arah memanjang : Φ10-160 (dua lapis)

Tulangan geser Tidak ada

Tidak ada

20

Φ12-140

Φ12-140

Gambar 17. Sketsa penulangan pelat dinding

Φ 10-140

Φ10-160

Gambar 18. Sketsa penulangan pelat dasar

Dengan dipilihnya material beton bertulang untuk dinding/pelat terluar maka konstruksi IPAL menjadi sangat kokoh dan kaku. Struktur yang kaku akan memiliki umur yang lama, lebih dari 15 tahun. Selain dari itu beton bertulang sangat baik untuk menghindari adanya kebocoran air limbah. Selebihnya, umur IPAL tergantung dari perawatan/maintenance IPAL itu sendiri. Karena IPAL memiliki batas kapasitas sedimen limbah, sehingga perlu dilakukan penyedotan secara berkala untuk memastikan proses aliran air limbah mengalir dengan lancar atau tidak mampet.

21