ANALISIS DESIGN TANGKI DENGAN METODE RESPONSE SPECTRA DAN TIME HISTORY , . , 1
Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No. 1 Kampus USU Medan
Email:
[email protected] 2
Staf Pengajar Departeman Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No. 1 Kampus USU Medan
ABSTRAK Tujuan dari tulisan ini adalah mengkaji respon dari tangki penyimpanan air akibat pengaruh beban gempa. Pergerakan muka tanah buatan dengan metode response spectra didasarkan pada hazard peta gempa Indonesia yang diselesaikan dengan program Seismomatch.Program Seismomatch digunakan sebagai masukan data untuk analisis riwayat waktu. Dalam penyederhanaanya pemodelam massa dari fluida hingga massa dari fluida dalam tangki dimodelkan sebagai massa menggumpal, dimana tangki dimodelkan sebagai elemen cangkang dan balok dan kolom diasumsikan sebagai beban garis. Analisis riwayat waktu diselesaikan dengan menggunakan program SAP 2000. Respon parameter yang diperoleh antara lain perpindahan, kecepatan, dan percepatan. Sebagai tambahan diperoleh bahwa percepatan yang terjadi pada puncak tangki mencapai 1.5 kali nilai percepatan puncak muka tanah karena pengaruh amplifikasi dinamis.
KATA KUNCI : Tangki menara, pergerakan muka tanah buatan, respon parameter
ABSTRACT
The aim of this paper is to study the response of elevated water storage tank under seismic excitation. An artificial ground motion with a target Response spectra design according to Indonesian seimic hazard map has been generated using seismocmatch program. Seismomatch program is used as input data in the time history analysis. For simplified purposes in the finite element modeling,continous liquid mass is modeled as lump mass, where as steel tank is modeled as shell element and beams, columns is assumed as line element. Time history analysis is performed using SAP 2000 program. The response parameter are obtained is given in the terms of displacement, base shear and acceleration. In addition, the results showed that the maximum acceleration occur at the top around 1.5 times of peak ground acceleration due to dynamic amplication effect. KEYWORDS: Elevated tank; artificial ground motion, response paramaters
1.PENDAHULUAN Penggunaan tangki dalam Perkembangan industri pada saat sekarang sudah sangat berkembang pesat seiring perkembangan teknologi . Hal tersebut membuat proses perencanaan tanki harus dibuat dengan kekuatan dan daya tahan yang sebaik mungkin. Perencanaan tangki berbeda dengan bangunan karena kegagalan pada tangki sangat mempengaruhi suatu proses dalam industri .Oleh sebab itu tangki dirancang memiliki kinerja yang baik pada peristiwa gempa kuat walaupun tangki bukan merupakan struktur yang daktail seperti halnya pada struktur gedung .jadi pada umumnya tangki sering direncanakan dalam keadaan elastik atau dengan faktor modifikasi respons yang jauh lebih kecil bila dibandingkan dengan portal daktail pada struktur bangunan.
2.METODOLOGI Dalam bab ini akan diberikan sebuah contoh perhitungan tangki , tangki yang digunakan dalam perencanaan ini adalah tangki menara (elevated tank). Direncanakan tangki di daerah zona gempa 6 dengan kondisi tanah sedang Pemodelan beban spektrum dan time history ini akan dibantu penyelesaiannya dengan program SAP 2000 v 12. Dan program Seismomatch yakni sebuah program yang dapat membantu pengonversian data pembebanan gempa yakni respons spektra zona 6 dengan kondisi tanah sedang menjadi pembebanan time history sehinggaa penggunaan akselogram gempa misalnya rekam gempa El El-centro centro tidak digunakan lagi, dengan kata lain dengan penggunaan program Seismomatchini ini kita dapat memperoleh data pembebanan gempa yang presisi sesuai keadaan lokal Indonesia dan tentunya mengurangi ketidakpastian ketidakpastian dan kekurangtelitian yang diperoleh jika kita menggunakan akselogram gempa yang terjadi di Negara lain.
2.1 Pengerjaan Model Struktur Struktur yang direncanakan merupakan tangki menara yang digunakan sebagai tempat penyimpanan air . Tangki dengan ngan model seperti ini banyak ditemui di kota Medan terutama di industri atau pabrik ,perkantoran dan institusi pendidikan . Pada tangki ini akan bekerja beban-beban beban yang dikombinasikan, beberapa diantaranya adalah berat sendiri, beban angin , beban hidrostatis dari tekanan air pada tangki dan juga beban gempa. Struktur yang direncanakan merupakan struktur tangki sederhana yang berfungsi sebagai tempat penyimpanan air dengan tinggi dasar adalah 6 meter , lebar tangki 4 meter dan tinggi tangki 5 meter. Model struktur diperlihatkan pada gambar di bawah.
Gambar 2.1 Sket Tangki
Data geometri tangki : Tinggi kaki tangki 12 m Tinggi tangki 4 m Lebar tangki 8 m Tangki baja dengan spesifikasi sebagai berikut : E = 2.1x10 Ton/ଷ Tegangan putus Fu = 450 Mpa Tegangan leleh Fy = 240 MPA
2.2 Pembebanan pada struktur Pada model struktur tangki ini direncanakan kombinasi pembebanan yang sudah direncanakan yang terdiri dari beban gravitasi (beban mati dan beban hidup ) dan beban gempa. Untuk beban gempa yang bekerja digunakan beban gempa respon spektrum dan time history. Beban gravitasi pada struktur tangki ini terdiri dari beban mati (dead load), beban hidup (live load. Pada pemodelan ini beban mati (berat sendiri) akan dikalkulasikan secara otomatis oleh program SAP versi 12.
2.3 Beban Gempa Analisa ragam spektrum respon digunakan sebagai simulasi gempa, yaitu memakai Spektrum Respons Gempa Rencana dari SNI 03-1726-2003, dan AnalisisTime History tidak menggunakan Time History yang mengacu pada gempa di El-Centro 1940 tapi menggunakan konversi data spektrum respons gempa rencana yang sudah berbentuk data Time History. Dimana tangki direncanakan berada di wilayah gempa Zona 6 dengan kondisi tanah sedang. Spektrum respons gempa rencana menurut gempa dibawah nilai ordinatnya dikalikandengan faktor koreksi I/R, dimana I adalah Faktor Keutamaan (I=1.25), sedangkan R adalah faktor reduksi gempa representative dari suatu struktur bangunan.
Gambar 4.4 Spektrum Respons Zona 6
1.
Untuk beban gempa menggunakan fungsi respon spektrum untuk data gempa. Data gempa yang dipakai adalah zona gempa 6 dengan kondisi tanah sedang. Beban gempa ini diskalakan terhadap desain respon spectra berdasarkan peta hazard gempa Indonesia yang terbaru
2.
Untuk data pembebanan gempa Time History sesuai dengan peraturan gempa Indonesia SNI 031726-2003 bahwa didalam perencanaan pembebanan gempa untuk mengurangi ketidakpastian mengenai kondisi lokal maka paling sedikit harus diambil 4 buah akselogram gempa yang salah satunya harus diambil akselogram gempa El-Centro. Tapi di dalam tugas akhir ini pembebanan gempa menggunakan program Seismomatch sesuai data pembebanan gempa Zona-6 dengan kondisi tanah sedang.Program Seismomatch yakni sebuah perangkat lunak yang sangat membantu didalam merencanakan pembebanan gempa yang presisi, dimana selama ini Indonesia tidak memiliki akselogram gempa sendiri dan didalam merencanakan suatu struktur tahan gempa selalu direncanakan pembebanan gempa yang mengacu pada akselogram gempa Negara lain misalnya akselogram gempa El-Centro di Amerika Serikat, Akselogram gempa Kobe di Jepang dan lain-lain. Penggunaan akselogram gempa di daerah lain ini menghasilkan suatu ketidakpastian dalam perencanaan karena kondisi tofografi , keadaan lokal dan riwayat gempa di Indonesia tentunya berbeda dengan data akselogram gempa yang diambil dari Negara lain tersebut. Dengan adanya program Seismomatch maka data respons spektrum gempa yang terdapat pada peraturan perencanaan Ketahanan Gempa untuk Banguna Gedung dapat dikonversikan kedalam suatu Akselogram gempa buatan, sehingga di dalam perencanaan suatu struktur didapatkan hasil yang lebih presisi.
3.
2.4Kondisi Tanah Dasar dan Sifat Tanah Sebagaimana diketahui bahwa getaran yang disebabkan oleh gempa cenderung membesar pada tanah lunak dibandingkan pada tanah keras atau batuan. Proses penentuan klasifikasi tanah tersebut berdasarkan atas data tanah pada kedalaman hingga 30 m, karena menurut penelitian hanya lapisan-lapisan tanah sampai kedalaman 30 m saja yang menentukan pembesaran gelombang gempa. Data tanah tersebut adalah shear wave
velocity (kecepatan rambat gelombang geser), standard penetration resistance (Uji Penetrasi Standard SPT) dan undrained shear strength (kuat geser undrained) .Dari 3 (tiga) parameter tersebut, minimal harus dipenuhi 2 (dua), dimana data yang terbaik adalah Vs (shear wave velocity) dan data yang digunakan harus dimulai dari permukaan tanah, bukan dari bawah basement .
3. HASIL DAN PEMBAHASAN Perhitungan dan pembahasan dari struktur tangki seperti yang dibahas sebelumnyadilampirkan pada tabel : Nama joint
Response Spectra
Time History
Acceleration (m/ ଶ )
3.737
4.842
Displacement (m)
0.6981
0.452
Velocity (m/s)
1.022
1.256
Table 3.1Perbandingan Respon Parameter
Dari tabel diatas dapat dilihat perbandingan yang menunjukkan nilai maksimum akselerasi, kecepatan, dan perpindahan yang maksimum dan minimumnya.Dapat dilihat pada tabel bahwa nilai percepatan dan kecepatan yang terjadi pada struktur tangki dengan pembebanan time history lebih besar jika dibandingkan dengan pembebanan responsespectra, sedangkan nilai perpindahan yang terjadi pada struktur tangki dengan pembebanan time history lebih kecil jika dibandingkan dengan pembebanan respons spectra. Dari hasil analisa seperti yang terlampir pada tabel 3.1 menunjukkan bahwa percepatan maksimum yang terjadi akibat beban gempa mencapai 0.5g, hal ini tentunya sangat berbahaya terhadap struktur bila perencanaannya kurang baik
4. KESIMPULAN DAN SARAN Dari analisa perhitungan dari struktur tangki yang direncanakan yang telah dikaji pada bab-bab sebelumnya dapat kita ambil kesimpulan sebagai berikut : 1.
2.
3.
4. 5.
Perencanaan struktur tangki merupakan perencanaan yang sangat luas karena didalamnya melingkupi semua perencanaan dan pembebanan yang kompleks, dimana banyak ketidakpastian yang diperoleh akibat beban-beban dinamis, beban hidrodinamis, zona gempa yang telah direncanakan dan semuanya harus disatrukan kedalam satu perencanaan struktur yang baik. Di dalam merencanakan suatu struktrur tangki hendaknya dikaji terlebih dahulu dengan baik permasalahan lokal pada daerah tersebut misalnya kondisi tanah, keadaan tofografi, dan terutama riwayat gempa yang pernah terjadi Dari hasil analisa seperti yang dilampirkan dalam tabel 4.3 menunjukkan bahwa akselerasi maksimum yang terjadi yang terjadi akibat beban gempa mencapai 0,5g atau sekitar 4,842 m/s2, hal ini tentunya sangat berbahaya terhadap struktur bila perencanaanya kurang baik. Faktor amplifikasi yang terjadi pada puncak tangki terhadap percepatan puncak tanah dasar adalah sebesar 0.5g berbanding 0.36g Dari hasil pemodelan struktur tangki yang diberikan beban gempa dengan struktur tangki tanpa beban gempa dapat dilihat bahwa tegangan yang terjadi pada elemen tangki tersebut lebih besar pada saat diberi beban gempa, dengan kata lain beban gempa yang diberikan akan memberikan tegangan yang relatif besar terhadap struktur tangki yang direncanakan. Dari perhitungan menunjukkan bahwa struktur bagian atas tangki merupakan struktur yang paling berbahaya akibat beban dinamis sehingga harus direncanakan sebaik mungkin untuk mencegah bahaya yang tidak diinginkan.
DAFTAR PUSTAKA Darmawan, Loa Wikarya. (1993). Konstruksi Baja 2 .Departemen pekerjaan umum. Elhosiny, A.M. (2005). Seismic Response of Liquid Storage Tanks Resting on the Ground. Ain Shams University, Egypt. Gareane.Dynamic Behaviour of Elevated Concrete Water Tank with Alternate Impulsive Mass Configurations. Universiti Kebangsaan Malaysia, Malaysia Jiangang, Sun. Seismic Response for Base Isolation of Storage Tanks With Soil-Structure Interaction. Dalian Nationalities University, China. Kim, J.K. (1993). Performance of Base-Isolated Spent Fuel Storage Pool Structures. Seoul National University, South Korea. Njo, Helen (2010). Analisa Tangki Baja CPO dibandingkan dengan Analitis. Universitas Sumatera Utara. Rumbi Teruna, Daniel. (2011).Analysis and Design Conventional and Base Isolated Ground Supported Tank Static and Dynamic Approach. Rumbi Teruna, Daniel. (2012). Bahan Kuliah Dinamika Struktur. Universitas Sumatera Utara Setiawan, Agus. (2008).Perencanaan Struktur Baja Dengan Metode LRFD. .erlangga Shrimali , M.K. (2007).Seismic Response of Elevated Liquid Storage STEEL Tanks
Under Bi-direction Excitation, Journal of Steel Structures SNI 03-1726-2003. (2003). Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung., Bandung. Widmodo.(2001). Respons Dinamik struktur Elastik. UI Press
