PERENCANAAN LIQUID STORAGE TANK DENGAN PENGARUH GEMPA
TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian Pendidikan sarjana teknik sipil
Oleh :
DEWI CENDANA 070404004
BIDANG STUDI STRUKTUR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011
Universitas Sumatera Utara
PERENC CANAAN LIQUID L S STORAGE E TANK DENGAN PENGARU P UH GEMPA A TUGAS AK KHIR Disusun unttuk melengk D kapi persyarratan Daalam memp peroleh gelar Sarjana Teknik T padaa Fakultas Teknik T Departem men Teknik Sipil di Uniiversitas Su umatera Utaara Oleh : D DEWI CEND DANA 0704040004
D Disetujui O Oleh : Ketua Departemen D pil Teknik Sip
Prof. Drr. Ing. Johan nnes Tarigaan NIP. 199561224 1988103 1 0022 Doosen Pembiimbing
Ir. Daniiel Rumbi Teruna, T MT T. NIP. 199590707 1988710 1 0011 Dosen Penguji P
Dosen Penguji
Dosen Penguji
Proof.Dr.Ing. Joh hannes Tarigaan N 195612244 198103 1 0022 NIP.
Ir. Besman Surrbakti, MT. NIP P. 19541012 198003 1 004
Nursyyamsi, ST, MT T NIP. 197700623 200501 2 001
BIDANG B STUDI STRUKT S TUR
DEPA ARTEM MEN TEKNIK T K SIPIL L FAKU ULTAS TEKNIK T K UNIV VERSITA AS SUMA ATERA UTARA A MEDA AN 2011
Universitas Sumatera Utara
SURAT PERNYATAAN Melalui surat ini, mahasiswa yang tersebut di bawah ini : Nama
: DEWI CENDANA
NIM
: 070404004
Fakultas/Departemen : Teknik / Teknik Sipil Judul Tugas Akhir
: Perencanaan Liquid Storage Tank Dengan Pengaruh Gempa
Dosen Pembimbing
: Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT
menyatakan bahwa tugas akhir ini merupakan karya tulis yang orisinil (asli), dimana dalam hal ini segenap gagasan, sudut pandang dan analisa perhitungan tentang perencanaan tangki persegi panjang telah dituangkan. Dengan demikian, dilihat dari permasalahan serta tujuan yang hendak dicapai melalui penulisan tugas akhir ini, maka dapat dikatakan bahwa tugas akhir ini adalah merupakan karya sendiri yang asli dan bukan hasil jiplakan baik sebagian maupun keseluruhan dari skripsi atau tugas akhir orang lain, kecuali kutipan yang saya cantumkan sumbernya sesuai dengan kaedah penulisan karya ilmiah.
Medan, 18 Juli 2011 Penulis,
DEWI CENDANA NIM. 070404004
iii
Universitas Sumatera Utara
Kata Pengantar
Puji dan syukur Penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala anugerah dan kesempatan yang telah diberikan oleh-Nya kepada Penulis mulai dari masa perkuliahan sampai dengan tahap penyelesaian tugas akhir di Fakultas Teknik Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara. Tugas Akhir ini diberi judul “PERENCANAAN LIQUID STORAGE TANK DENGAN PENGARUH GEMPA”. Hal pertama yang membuat Penulis ingin mengangkat tentang topik ini adalah dikarenakan hanya sedikit literatur dalam bahasa Indonesia yang menjelaskan tentang perencanaan tangki penyimpanan cairan. Selain itu, Penulis juga berkeinginan besar untuk lebih mengerti lagi mengenai cara perencanaan tangki persegi panjang yang dipengaruhi gempa serta analisis efek gempa terhadap cairan di dalam tangki. Tetapi Penulis tetap berusaha memanfaatkan bahan-bahan yang telah ada, ditambah dengan analisa dan perencanaan Penulis yang diperoleh dari bahan tersebut untuk merencanakan tangki persegi panjang yang dimaksud. Sungguh suatu hal yang luar biasa dimana akhirnya tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik dan tepat pada waktu yang diharapkan. Tugas akhir adalah merupakan salah satu unsur yang sangat penting sebagai pemenuhan nilai-nilai tugas dalam mencapai gelar Sarjana Teknik dari Fakultas Teknik Departemen Teknik Sipil di universitas ataupun perguruan tinggi manapun di seluruh Nusantara, termasuk pula di Universitas Sumatera Utara. Pada kesempatan yang berbahagia ini, Penulis tidak lupa ingin menghaturkan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada : 1. Dekan Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, atas kesempatan dan waktu yang telah diberikan kepada Penulis sehingga dapat menyelesaikan studi Strata-I di Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara dengan baik. 2. Bapak Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT. selaku Dosen Pembimbing, atas bimbingan, nasehat, dan waktu yang diberikan untuk Penulis atas penulisan Tugas Akhir ini. 3. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, Bapak Ir. Besman Surbakti, MT., dan Ibu Nursyamsi, ST. MT. selaku Dosen Pembanding, atas saran dan masukan yang diberikan kepada Penulis terhadap Tugas Akhir ini. 4. Ketua Departemen Teknik Sipil, Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan atas pengetahuan yang diberikan kepada Penulis mulai dari masa perkuliahan di departemen yang Beliau pimpin, sampai saat ini.
iv
Universitas Sumatera Utara
5. Bapak / Ibu Dosen Fakultas Teknik Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara, tanpa bisa Penulis sebut lagi satu per satu, dengan segala kerendahan hati dan tidak mengurangi rasa hormat bagi beliau-beliau, atas jasa-jasanya dalam mengasuh dan memberikan ilmu dan bimbingan serta nasehat yang sangat berarti kepada Penulis mulai dari semester I sampai dengan sekarang ini. 6. Kedua orang tua Penulis, yang sangat Penulis cintai dan sayangi, serta juga kepada abang yang Penulis sayangi. 7. Saudara Alexander yang telah membantu dan memberikan dukungan kepada Penulis hingga Tugas Akhir ini dapat selesai dengan baik. 8. Semua teman – teman stambuk 2007 yang telah memberikan semangat kepada Penulis. 9. Dan segenap pihak yang belum Penulis sebut di sini atas jasa-jasanya dalam mendukung dan membantu Penulis dari segi apapun, sehingga tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Selain itu, Penulis sebelum dan sesudahnya juga memohonkan maaf atas segala kesilapan-kesilapan dan mungkin kesalahan atas perbuatan maupun ucapan yang telah Penulis lakukan. Seperti kata pepatah “Tiada Gading yang Tak Retak”, begitu pula Penulis yang hanyalah manusia biasa yang tentunya tidak akan luput dari kesilapan dan kesalahan. Tugas Akhir yang telah Penulis selesaikan dengan segenap hati dan pemikiran ini tentunya masih perlu untuk diperbaiki bilamana di kemudian hari terdapat kekurangan. Untuk itu, Penulis dengan tangan terbuka akan menerima segala masukan maupun saran yang sifatnya membangun demi kemajuan kita bersama. Akhir kata, atas segala perhatian yang telah diberikan untuk hasil karya Penulis ini, Penulis sekali lagi mengucapkan terima kasih. Semoga karya ini sedikit banyak juga dapat bermanfaat bagi kita semua.
Medan, 18 Juli 2011 Hormat Penulis,
DEWI CENDANA NIM. 070404004
v
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................................... ii LEMBAR KEASLIAN PENULISAN ................................................................................. iii KATA PENGANTAR .......................................................................................................... iv DAFTAR ISI ......................................................................................................................... vi DAFTAR GAMBAR ........................................................................................................... viii DAFTAR TABEL ................................................................................................................. ix DAFTAR NOTASI .................................................................................................................. x ABSTRAK ............................................................................................................................. xii BAB I. PENDAHULUAN .................................................................................................... I.1. Latar Belakang .............................................................................................. I.2. Permasalahan .................................................................................................. I.3. Pembatasan Masalah...................................................................................... I.4. Tujuan ............................................................................................................. I.5. Metodologi ......................................................................................................
1 1 2 3 5 5
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA .......................................................................................... 6 II.1. Umum .............................................................................................................. 6 II.2. Jenis-Jenis Tangki ......................................................................................... 7 II.2.1. Berdasarkan Letaknya .......................................................................... 7 1. Aboveground Tank .......................................................................... 7 2. Underground Tank ............................................................................ 7 II.2.2. Berdasarkan Bentuk Atapnya ................................................................ 7 1. Fixed Roof Tank ................................................................................ 7 2. Floating Roof Tank ........................................................................... 9 II.2.3. Berdasarkan Tekanannya (Internal Pressure) ........................................ 9 1. Tangki Atmosferik (Atmospheric Tank) ........................................... 9 2. Tangki Bertekanan (Pressure Tank) ................................................ 12 II.2.4. Berdasarkan Bentuk Tangki ................................................................ 13 1. Tangki Lingkaran (Circular Tank) .................................................. 13 2. Tangki Persegi / Persegi Panjang (Rectangular Tank) .................... 13 II.3. Kriteria Perencanaan Tangki Persegi Panjang ........................................ 15 II.4. Pembebanan ................................................................................................. 15 II.5. Persyaratan untuk Elemen-Elemen Tangki ................................................ 17 II.5.1. Material................................................................................................ 17 II.5.2. Pelat Atap ............................................................................................ 18 II.5.3. Rafter dan Girder ................................................................................. 19 II.5.4. Top Angle ............................................................................................ 19 II.5.5. Intermediate Wind Girder.................................................................... 20 II.5.6. Shell Plate (Pelat Dinding) .................................................................. 20 II.5.7. Pelat Dasar Tangki............................................................................... 21 II.6. Tekanan Air Pada Tangki ............................................................................ 22 II.6.1. Tekanan Hidrostatik ............................................................................ 22 II.6.2. Tekanan Hidrodinamis ........................................................................ 23 vi
Universitas Sumatera Utara
BAB III.ANANLISIS DAN DESAIN.................................................................................. 24 III.1. Desain Geometri Tangki .............................................................................. 24 III.2. Desain Tangki Persegi Panjang ................................................................... 24 III.2.1. Tebal Minimum Pelat Dinding Tangki............................................... 25 III.2.2. Siku Pengaku Atas Tangki ................................................................. 26 III.2.3. Ketebalan Pelat Dasar Tangki ............................................................ 26 III.3. Analisis Efek Gaya Gempa Terhadap Tangki .......................................... 26 III.3.1. Perhitungan Berat & Massa Tangki ............................................... 26 III.3.2. Massa dan Ketinggian Tekanan Hidrodinamis ............................. 27 III.3.3. Waktu Getar Tekanan Hidrodinamis .............................................. 31 III.3.4. Redaman ......................................................................................... 33 III.3.5. Koefisien Gempa Horizontal Desain ............................................... 34 III.3.6. Gaya Geser Dasar ............................................................................ 36 III.3.7. Momen Dasar Tangki ...................................................................... 36 1. Momen Lentur ................................................................................. 36 2. Momen Guling ................................................................................ 37 III.3.8. Tekanan Hidrodinamis .................................................................... 37 1. Tekanan Hidrodinamis Impulsif ...................................................... 38 2. Tekanan Hidrodinamis Konvektif ................................................... 38 3. Tekanan Akibat Inersia Dinding ..................................................... 38 III.3.9. Distribusi Tekanan Linear Ekivalen ................................................ 41 III.3.10. Efek dari Percepatan Tanah Vertikal............................................... 42 III.3.11. Tinggi Guncangan Cairan ............................................................... 42 III.3.12. Kebutuhan Pengangkeran ................................................................ 43 BAB IV. APLIKASI PERHITUNGAN ............................................................................... IV.1. Data Desain ................................................................................................... IV.2. Desain Gemoetri Tangki ............................................................................. IV.3. Desain Ukuran Tebal Pelat Dasar dan Dinding Tangki .......................... IV.4. Analisis Efek Gaya Gempa Terhadap Tangki ..........................................
44 44 44 45 47
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................................. 72 V.1. Kesimpulan .................................................................................................. 72 V.2. Saran ............................................................................................................. 72 DAFTAR PUSTAKA ...........................................................................................................xiii LAMPIRAN
vii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR BAB I Gambar 1.1 Gambar 1.2 Gambar 1.3
: Gaya Hidrodinamik Cairan Dalam Tangki ......................................................... 3 : Gaya Impulsif dan Gaya Konvektif ...................................................................... 3 : Gambaran Perencanaan Liquid Storage Tank ...................................................... 4
BAB II Gambar 2.1 Gambar 2.2 Gambar 2.3 Gambar 2.4 Gambar 2.5 Gambar 2.6 Gambar 2.7 Gambar 2.8 Gambar 2.9 Gambar 2.10 Gambar 2.11 Gambar 2.12 Gambar 2.13 Gambar 2.14 Gambar 2.15 Gambar 2.16 Gambar 2.17
: : : : : : : : : : : : : : : : :
Tangki Fixed Dome Roof .................................................................................... 9 Tangki Floating Roof Tank. ................................................................................ 9 Sketsa Fixed Cone Roof Tank............................................................................ 10 Fixed Cone Roof with Internal Floating Roof ................................................... 10 Self Supporting Dome Roof ............................................................................... 10 Tangki Horizontal.............................................................................................. 11 Tangki Tipe Plain Hemispheroid ...................................................................... 11 Tangki Peluru .................................................................................................... 12 Tangki Bola ........................................................................................................ 12 Dome Roof Tank ................................................................................................. 13 Tangki Rectangular Tank ................................................................................... 14 Ilustrasi Jenis-Jenis Tangki yang Umum Digunakan ......................................... 14 Arrangement of Roof Plate ................................................................................. 18 Top Angle ........................................................................................................... 19 Intermediate Wind Girder .................................................................................. 20 Denah Pelat Dasar Tangki .................................................................................. 21 Diagram Tekanan Hidrostatis ............................................................................. 22
: : : : : : : : : : :
Distribusi Tekanan Hidrodinamis Pada Dinding & Dasar Tangki ................... 29 Pemodelan Massa untuk Tangki Persegi Panjang di Atas Tanah ...................... 29 Massa Konvektif dan Impulsif dan Kekakuan Konvektif ................................. 30 Ketinggian Massa Konvektif dan Impulsif ........................................................ 31 Gambaran Defleksi d, dari Dinding pada Tangki .............................................. 32 Koefisien Waktu Getar Konvektif ...................................................................... 33 Gambaran dari Panjang, L dan Lebar, B dari Tangki ......................................... 34 Koefisien Tekanan Impulsif ............................................................................... 39 Koefisien Tekanan Konvektif............................................................................. 40 Distribusi Tekanan Hidrodinamis untuk Analisis Dinding ................................ 41 Deskripsi Momen Guling pada Tangki .............................................................. 43
BAB III Gambar 3.1 Gambar 3.2 Gambar 3.3 Gambar 3.4 Gambar 3.5 Gambar 3.6 Gambar 3.7 Gambar 3.8 Gambar 3.9 Gambar 3.10 Gambar 3.11 BAB IV Gambar 4.1
: Gambar Tangki Air 30 m3 ................................................................................. 44
BAB V Tidak terdapat gambar.
viii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL BAB I Tidak terdapat tabel. BAB II Tabel 2.1 : Ketebalan Shell Plates ................................................................................................. 21 BAB III Tabel 3.1 : Tabel Koefisien α dan β ............................................................................................... 25 BAB IV Tabel 4.1 : Tabel Koefisien α dan β ............................................................................................... 45 BAB V Tidak terdapat tabel.
ix
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI α β γs Δ Ah (Ah)c (Ah)i Av
B CA Cc d dmax
E g G H hc hc* hi hi* ht hw I Imin Kc
L mb mc Mc Mc* mi Mi Mi* mt mw mw mwtr pcb pcw pib piw pv pww Qib Qiw R R1 R2 (Sa/g)
V Vc
: : : : : : : : : : : :
Konstanta untuk menghitung tebal plat dinding Konstanta untuk menghitung tebal plat dinding Berat jenis baja ( kg/m3 ) Defleksi ( mm ) Koefisien gempa horizontal desain Koefisien gempa horizontal desain konvektif Koefisien gempa horizontal desain impulsif Koefisien gempa vertikal desain Lebar tangki ( m ) Ketebalan korosi ( m ) Koefisien dari waktu getar untuk tekanan konvektif
: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :
Tinggi guncangan air maksimum ( mm ) Elastisitas material tangki ( MPa ) Percepatan gravitasi ( 9,81 m/s3 ) Berat jenis cairan dalam tangki ( ton/m3 ) Tinggi tangki ( m ) Ketinggian tekanan konvektif cairan ( m ) Ketinggian tekanan konvektif cairan, termasuk tekanan terhadap dasar tangki ( m ) Ketinggian tekanan impulsif cairan ( m ) Ketinggian tekanan impulsif cairan, termasuk pengaruh terhadap dasar tangki ( m ) Ketinggian titik berat gravitasi massa atap ( m ) Ketinggian titik berat gravitasi massa dinding ( m ) Faktor keutamaan bangunan Inersia minimum untuk siku pengaku atas tangki ( mm4 ) Kekakuan massa cairan konvektif Panjang tangki, sejajar arah gempa ( m ) Massa plat dasar tangki ( kg ) Massa cairan konvektif ( kg ) Momen lentur untuk tekanan konvektif ( kN-m ) Momen guling untuk tekanan konvektif ( kN-m ) Massa cairan impulsif ( kg ) Momen lentur untuk tekanan impulsif ( kN-m ) Momen guling untuk tekanan impulsif ( kN-m ) Massa atap tangki ( kg ) Massa plat dinding tangki ( kg ) Massa plat dinding tangki dalam arah tegak lurus arah gaya gempa ( kg ) Massa air dalam tangki ( kg ) Tekanan Hidrodinamis Konvektif, pada dasar tangki Tekanan Hidrodinamis Konvektif, pada dasar dinding Tekanan Hidrodinamis Impulsif, pada dasar tangki Tekanan Hidrodinamis Impulsif, pada dasar dinding Tekanan akibat percepatan tanah vertikal Tekanan akibat inersia dinding Koefisien Tekanan Hidrodinamis Konvektif, pada dasar tangki Koefisien Tekanan Hidrodinamis Konvektif, pada dasar dinding Faktor reduksi respons spektrum Reaksi Gaya Hidrostatis pada bagian atas tangki ( kN ) Reaksi Gaya Hidrostatis pada bagian bawah tangki ( kN ) Koefisien percepatan respons rata-rata Volume tangki ( m3 ) Gaya geser dasar untuk tekanan konvektif ( kN )
Defleksi dari dinding tangki pada titik berat pada ketinggian h, ketika dibebani oleh tekanan terbagi merata dengan intensitas q ( mm )
x
Universitas Sumatera Utara
Vi Vwtr tb tba Tc Ti tw twa w wb ww wwtr Z
: : : : : : : : : : : : :
Gaya geser dasar untuk tekanan impulsif ( kN ) Volume air dalam tangki ( m3 ) Ketebalan plat dasar, termasuk ketebalan korosi ( mm ) Ketebalan plat dasar ( mm ) Waktu getar cairan konvektif ( detik ) Waktu getar cairan impulsif ( detik ) Ketebalan plat dinding, termasuk ketebalan korosi ( mm ) Ketebalan plat dinding ( mm ) Gaya hidrostatis tangki ( kN ) Berat plat dasar tangki ( kN ) Berat plat dinding tangki ( kN ) Berat air dalam tangki ( kN ) Faktor zona gempa
xi
Universitas Sumatera Utara
