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
Pro N Da Dosen P of.Dr.Ing. Joh NIP. 19561224 D alam memp Departem Penguji hannes Tariga 4 198103 1 002
B
DEPA
UNIV
T
Disusun unt peroleh gela men Teknik D D Ketua D Prof. Dr NIP. 19 Do Ir. Dani NIP. 19 an Ir. 2 NIPBIDANG
ARTEM
FAKU
VERSITA
UGAS AK
tuk melengkr Sarjana T Sipil di Uni
Oleh : DEWI CEND
07040400
Disetujui O Departemen
r. Ing. Johan 9561224 198
osen Pembi
iel Rumbi T 9590707 198
Dosen Pe
Besman Sur P. 19541012 1
STUDI S
MEN T
ULTAS T
AS SUMA
MEDA
2011
KHIR
kapi persyar Teknik pada iversitas Su DANA 04 Oleh : Teknik Sip nnes Tariga 8103 1 002imbing
Teruna, MT 8710 1 001
nguji
rbakti, MT. 98003 1 004
STRUKT
TEKNIK
TEKNIK
ATERA
AN
ratan a Fakultas T umatera Uta pil an 2 T. 1 Dos Nursy NIP. 19770TUR
K SIPIL
K
UTARA
Teknik ara en Pengujiyamsi, ST, MT 0623 200501 2
L
A
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
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.
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
LEMBAR KEASLIAN PENULISAN ... iii
KATA PENGANTAR ... iv
DAFTAR ISI ... vi
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR TABEL ... ix
DAFTAR NOTASI ... x
ABSTRAK ... xii
BAB I. PENDAHULUAN ... 1
I.1. Latar Belakang ... 1
I.2. Permasalahan ... 2
I.3. Pembatasan Masalah ... 3
I.4. Tujuan ... 5
I.5. Metodologi ... 5
BAB II. TINJAUANPUSTAKA ... 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
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 ... 44
IV.1.Data Desain ... 44
IV.2.Desain Gemoetri Tangki ... 44
IV.3.Desain Ukuran Tebal Pelat Dasar dan Dinding Tangki ... 45
IV.4.Analisis Efek Gaya Gempa Terhadap Tangki ... 47
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 72
V.1. Kesimpulan ... 72
V.2. Saran ... 72
Gambar 1.2 : Gaya Impulsif dan Gaya Konvektif ... 3
Gambar 1.3 : Gambaran Perencanaan Liquid Storage Tank ... 4
BAB II Gambar 2.1 : Tangki Fixed Dome Roof ... 9
Gambar 2.2 : Tangki Floating Roof Tank. ... 9
Gambar 2.3 : Sketsa Fixed Cone Roof Tank ... 10
Gambar 2.4 : Fixed Cone Roof with Internal Floating Roof ... 10
Gambar 2.5 : Self Supporting Dome Roof ... 10
Gambar 2.6 : Tangki Horizontal ... 11
Gambar 2.7 : Tangki Tipe Plain Hemispheroid ... 11
Gambar 2.8 : Tangki Peluru ... 12
Gambar 2.9 : Tangki Bola ... 12
Gambar 2.10 : Dome Roof Tank ... 13
Gambar 2.11 : Tangki Rectangular Tank ... 14
Gambar 2.12 : Ilustrasi Jenis-Jenis Tangki yang Umum Digunakan ... 14
Gambar 2.13 : Arrangement of Roof Plate ... 18
Gambar 2.14 : Top Angle ... 19
Gambar 2.15 : Intermediate Wind Girder ... 20
Gambar 2.16 : Denah Pelat Dasar Tangki ... 21
Gambar 2.17 : Diagram Tekanan Hidrostatis ... 22
BAB III Gambar 3.1 : Distribusi Tekanan Hidrodinamis Pada Dinding & Dasar Tangki ... 29
Gambar 3.2 : Pemodelan Massa untuk Tangki Persegi Panjang di Atas Tanah ... 29
Gambar 3.3 : Massa Konvektif dan Impulsif dan Kekakuan Konvektif ... 30
Gambar 3.4 : Ketinggian Massa Konvektif dan Impulsif ... 31
Gambar 3.5 : Gambaran Defleksi d, dari Dinding pada Tangki ... 32
Gambar 3.6 : Koefisien Waktu Getar Konvektif ... 33
Gambar 3.7 : Gambaran dari Panjang, L dan Lebar, B dari Tangki ... 34
Gambar 3.8 : Koefisien Tekanan Impulsif ... 39
Gambar 3.9 : Koefisien Tekanan Konvektif ... 40
Gambar 3.10 : Distribusi Tekanan Hidrodinamis untuk Analisis Dinding ... 41
Gambar 3.11 : Deskripsi Momen Guling pada Tangki ... 43
BAB IV Gambar 4.1 : Gambar Tangki Air 30 m3 ... 44 BAB V
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
α : Konstanta untuk menghitung tebal plat dinding β : Konstanta untuk menghitung tebal plat dinding γs : Berat jenis baja ( kg/m3 )
Δ : Defleksi ( mm )
Ah : Koefisien gempa horizontal desain
(Ah)c : Koefisien gempa horizontal desain konvektif (Ah)i : Koefisien gempa horizontal desain impulsif Av : Koefisien gempa vertikal desain B : Lebar tangki ( m )
CA : Ketebalan korosi ( m )
Cc : Koefisien dari waktu getar untuk tekanan konvektif
d : Defleksi dari dinding tangki pada titik berat pada ketinggian h, ketika dibebani
oleh tekanan terbagi merata dengan intensitas q ( mm ) dmax : Tinggi guncangan air maksimum ( mm )
E : Elastisitas material tangki ( MPa ) g : Percepatan gravitasi ( 9,81 m/s3 ) G : Berat jenis cairan dalam tangki ( ton/m3 ) H : Tinggi tangki ( m )
hc : Ketinggian tekanan konvektif cairan ( m )
hc* : Ketinggian tekanan konvektif cairan, termasuk tekanan terhadap dasar tangki ( m ) hi : Ketinggian tekanan impulsif cairan ( m )
hi* : Ketinggian tekanan impulsif cairan, termasuk pengaruh terhadap dasar tangki ( m ) ht : Ketinggian titik berat gravitasi massa atap ( m )
hw : Ketinggian titik berat gravitasi massa dinding ( m ) I : Faktor keutamaan bangunan
Imin : Inersia minimum untuk siku pengaku atas tangki ( mm 4
) Kc : Kekakuan massa cairan konvektif
L : Panjang tangki, sejajar arah gempa ( m ) mb : Massa plat dasar tangki ( kg )
mc : Massa cairan konvektif ( kg )
Mc : Momen lentur untuk tekanan konvektif ( kN-m ) Mc* : Momen guling untuk tekanan konvektif ( kN-m ) mi : Massa cairan impulsif ( kg )
Mi : Momen lentur untuk tekanan impulsif ( kN-m ) Mi* : Momen guling untuk tekanan impulsif ( kN-m ) mt : Massa atap tangki ( kg )
mw : Massa plat dinding tangki ( kg )
mw : Massa plat dinding tangki dalam arah tegak lurus arah gaya gempa ( kg ) mwtr : Massa air dalam tangki ( kg )
pcb : Tekanan Hidrodinamis Konvektif, pada dasar tangki pcw : Tekanan Hidrodinamis Konvektif, pada dasar dinding pib : Tekanan Hidrodinamis Impulsif, pada dasar tangki piw : Tekanan Hidrodinamis Impulsif, pada dasar dinding pv : Tekanan akibat percepatan tanah vertikal
pww : Tekanan akibat inersia dinding
Qib : Koefisien Tekanan Hidrodinamis Konvektif, pada dasar tangki Qiw : Koefisien Tekanan Hidrodinamis Konvektif, pada dasar dinding R : Faktor reduksi respons spektrum
R1 : Reaksi Gaya Hidrostatis pada bagian atas tangki ( kN ) R2 : Reaksi Gaya Hidrostatis pada bagian bawah tangki ( kN ) (Sa/g) : Koefisien percepatan respons rata-rata
tb : Ketebalan plat dasar, termasuk ketebalan korosi ( mm ) tba : Ketebalan plat dasar ( mm )
Tc : Waktu getar cairan konvektif ( detik ) Ti : Waktu getar cairan impulsif ( detik )
tw : Ketebalan plat dinding, termasuk ketebalan korosi ( mm ) twa : Ketebalan plat dinding ( mm )
Abstrak
Tangki pada dasarnya dipakai sebagai tempat penyimpanan material baik berupa benda padat, cair, maupun gas. Dalam mendesain tangki, konsultan perencana harus merencanakan tangki dengan baik terutama untuk menahan gaya gempa yang mungkin terjadi. Jika tangki tidak direncanakan dengan baik, maka kerusakan pada tangki dapat mengakibatkan kerugian jiwa maupun materi yang cukup besar.
Dalam tugas akhir ini, direncanakan tebal pelat dinding dan dasar tangki, siku pengaku tangki serta analisis gaya, momen, dan tekanan hidrodinamis yang terjadi pada tangki persegi panjang dengan mempertimbangkan pengaruh gempa.
Dengan tangki berukuran 4m x 2,5m x 3m, diperoleh variasi ketebalan pelat ketebalan pelat dinding dasar 13 mm, pelat dinding lapis kedua 12 mm dan pelat dinding lapis ketiga 10 mm. Ketebalan bottom plate diperoleh 18 mm. Siku pengaku direncanakan 150 x 150 x 19 mm. Penggunaan tangki persegi terutama ditujukan untuk keefektifan penggunaan lahan dan kemudahan fabrikasinya.
1.1. Latar Belakang
Tangki penyimpanan atau storage tank menjadi bagian yang penting dalam
suatu proses industri kimia karena tangki penyimpanan tidak hanya menjadi tempat
penyimpanan bagi produk dan bahan baku tetapi juga menjaga kelancaran
ketersediaan produk dan bahan baku serta dapat menjaga produk atau bahan baku
dari kontaminan yang dapat menurunkan kualitas dari produk atau bahan baku. Pada umumnya produk atau bahan baku yang terdapat pada industri kimia berupa liquid
atau gas, namun tidak tertutup kemungkinan juga dalam bentuk padatan ( solid ).
Tangki penyimpanan cairan, yang telah ada dalam dunia konstruksi selama
berabad-abad, akhir-akhir ini telah menjadi topik pembicaraan utama dalam dunia
teknik gempa. Ketahanan tangki air, minyak, ataupun bahan kimia terhadap gempa
sangat penting bagi masyarakat. Tangki minyak yang rusak (bocor) bisa
menyebabkan terjadinya kebakaran besar yang sangat sulit untuk diatasi. Sedangkan
tangki berisi bahan kimia yang mengalami kebocoran dapat menyebabkan kerusakan
lingkungan.
Belakangan ini produksi minyak sawit mentah (Crude Palm Oil / CPO)
Indonesia meningkat dengan pesat ditandai dengan semakin banyaknya pabrik
minyak kelapa sawit. Peningkatan harga minyak dunia menyebabkan ekspor CPO
Indonesia juga meningkat dengan drastis. Oleh karena itu, semakin banyak
dibutuhkan tangki penyimpanan CPO (Storage Tank) sebagai tempat menyimpan
Selain itu, tangki persediaan air juga tidak kalah pentingnya dengan tangki
penyimpanan CPO. Telah diketahui bahwa air merupakan sumber kehidupan bagi
semua makhluk hidup. Untuk itulah sangat penting diperhatikan kosntruksi tangki
sebagai tempat penyimpanan air demi menjaga kelangsungan hidup.
Oleh karena sebab-sebab inilah, pada tugas akhir ini akan dibahas dan
dilakukan perencanaan tangki yang baikdan benar.
1.2. Permasalahan
Sejumlah wilayah di Indonesia berulang kali dilanda gempa bumi. Dalam retang waktu yang terbilang singkat gempa mengguncang Tasikmalaya, Yogyakarta,
Aceh, Nusa Tenggara Barat, Toli-Toli, Sulawesi Tengah. Akibat gempa tidak hanya
merusakan bangunan, namun banyak menelan korban jiwa. Potensi gempa di
Indonesia memang terbilang besar, sebab berada dalam pertemuan sejumlah lempeng
tektonik besar yang aktif bergerak. Daerah rawan gempa tersebut membentang di
sepanjang batas lempeng tektonik Australia dengan Asia, lempeng Asia dengan
Pasifik dari timur hingga barat Sumatera sampai selatan Jawa, Nusa Tenggara, serta
Banda. Kondisi ini sangat berbahaya bagi tangki penyimpanan cairan. Oleh karena
itu perlu dikaji lebih dalam tentang pengaruh gempa terhadap guncangan cairan di
dalam tangki yang menyangkut pada kekuatan struktur tangki itu sendiri untuk
menghindari kerusakan yang menimbulkan kerugian.
Beban-beban yang mungkin terjadi pada tangki adalah beban mati (berat
sendiri tangki), beban cairan yang disimpan dalam tangki, beban air (untuk tes
hidrostatik), beban hidup atap minimum, angin, tekanan dalam rencana, tekanan
1.3. Pem Ruan 1) Tang yang
H = 3
Gamba
Gam
batasan Ma
ng lingkup p
gki yang aka
g terletak di
3m.
ar 1.1 – Gay
(a)
mbar 1.2 – (a
asalah
pembahasan t
an dibahas a
atas permuk
ya Hidrodin
a) Gaya Imp
tugas akhir i
adalah tangk
kaan tanah d
namik Caira
pulsif (b) Ga
ini dibatasi p
ki baja berb
dengan ukur
an Dalam T
(b)
aya Konvek
pada :
entuk perseg
ran L = 4m Tangki
ktif
gi tanpa tutu
; B = 2,5 m up
Gambar 1.3 – Gambaran Perencanaan Liquid Storage Tank
Dimana : L = panjang tangki
B = lebar tangki
H = tinggi tangki
2) Jenis cairan yang disimpan adalah air
3) Pondasi tangki tidak akan dihitung.
4) Buckling (tekuk) pada badan tangki diabaikan.
5) Sambungan las mempunyai pengaruh yang sangat signifikan terhadap
ketahanan tangki. Akan tetapi, hal ini tidak dibahas dalam Tugas Akhir ini.
Yang akan dibahas mengenai sambungan las hanyalah mengenai jenis-jenis
sambungan las yang umum dipakai dalam konstruksi tangki dan ukuran
minimum las yang diijinkan, serta perhitungan mengenai kekuatan las
1.4. Tujuan
Tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah :
a) Melakukan analisa gaya gempa terhadap goncangan air (sloshing effect)
dalam tangki; yaitu berupa gaya konvektif dan impulsive dari cairan.
b) Menghasilkan kesimpulan yang dapat membantu pengguna bukan dalam
hal mendesain saja tetapi juga untuk menuntun pengguna untuk mendapatkan
gambaran mengenai gaya-gaya yang terjadi pada tangki.
1.5. Metodologi
Metodologi yang digunakan untuk menyelesaikan tugas akhir ini adalah
dengan melakukan kajian literatur dan melakukan analisa gaya yang terjadi pada
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Umum
Tangki pada dasarnya dipakai sebagai tempat penyimpanan material baik
berupa benda padat, cair, maupun gas. Dalam mendesain tangki, konsultan perencana
harus merencanakan tangki dengan baik terutama untuk menahan gaya gempa yang
mungkin terjadi. Jika tangki tidak direncanakan dengan baik, maka kerusakan pada
tangki dapat mengakibatkan kerugian jiwa maupun materi yang cukup besar.
Desain dan keamanan tangki penyimpan telah menjadi kekhawatiran besar.
Seperti yang dilaporkan, kasus kebakaran dan ledakan tangki telah meningkat selama bertahun-tahun dan kecelakaan ini mengakibatkan cedera bahkan kematian.
Tumpahan dan kebakaran tangki tidak hanya mengakibatkan polusi lingkungan,
tetapi juga dapat mengakibatkan kerugian finansial dan dampak signifikan terhadap
bisnis di masa depan karena reputasi industri.
Beberapa contoh kerusakan tangki adalah keretakan pada bendungan beton
berkapasitas lima juta galon di Westminister, California, pada tanggal 21 September
1998 yang mengakibatkan kerugian yang hampir mencapai 27 juta dolar. Contoh
yang lain adalah banyaknya tangki baja las tempat penyimpanan minyak di Alaska
yang mengalami kebocoran dikarenakan oleh gempa tahun 1964. Hal yang sama juga
terjadi di Padang yang disebabkan oleh Gempa Padang tanggal 30 September 2009.
Oleh karena itu, tangki harus direncanakan secara baik dengan mengacu
kepada peraturan tangki yang sesuai guna menghindari kerugian akibat kerusakan
2.2. Jenis – Jenis Tangki
Storage tank atau tangki dapat memiliki berbagai macam bentuk dan tipe.
Tiap tipe memiliki kelebihan dan kekurangan serta kegunaannya sendiri.
2.2.1. Berdasarkan Letaknya
2.2.1.1. Aboveground Tank, yaitu tangki penimbun yang terletak di atas
permukaan tanah. Tangki penimbun ini bisa berada dalam posisi horizontal
dan dalam keadaan tegak (vertical tank). Dapat dibagi menjadi 2 jenis
berdasarkan cara perletakan di atas tanah, yaitu tangki di permukaan tanah
dan tangki menara. Ciri-ciri yang membedakan jenis tangki menara dengan
tangki di permukaan tanah adalah bentuk bagian bawah tangki. Seperti
yang telah tercatat dalam peraturan, bentuk bagian bawah tangki menara
adalah bentuk revolusi sebuah bentuk cangkang yang tidak sempurna, ataupun kombinasi dari bentuk cangkang tersebut. Desain tangki dengan
bagian bawah rata untuk tangki menara tidak akan memberikan hasil yang
baik, dengan melihat bahwa bentuk dasar yang demikian akan
menyebabkan dibutuhkannya balok penopang yang besar untuk menahan
tekuk.
2.2.1.2. Underground Tank, yaitu tangki penimbun yang terletak di bawah
permukaan tanah.
2.2.2. Berdasarkan Bentuk Atapnya
2.2.2.1. Fixed Roof Tank, dapat digunakan untuk menyimpan semua jenis produk,
atau bahan baku yang bersifat korosif , mudah terbakar, ekonomis bila
digunakan hingga volume 2000 m3, diameter dapat mencapai 300 ft (91,4
m) dan tinggi 64 ft (19,5 m). Dibagi menjadi dua jenis bentuk atap yaitu :
2.2.2.1.1. Cone Roof, jenis tangki penimbun ini mempunyai kelemahan, yaitu
terdapat vapor space antara ketinggian cairan dengan atap. Jika vapor
space berada pada keadaan mudah terbakar, maka akan terjadi ledakan.
Oleh karena itu fixed cone roof tank dilengkapi dengan vent untuk
mengatur tekanan dalam tangki sehingga mendekati tekanan atmosfer.
Jenis tangki ini biasanya digunakan untuk menyimpan kerosene, air, dan solar. Terdapat dua jenis tipe cone roof berdasarkan penyanggga atapnya
yaitu :
a. Supported Cone Roof adalah suatu atap yang berbentuk menyerupai
konus dan ditumpu pada bagian utamanya dengan rusuk di atas balok
penopang ataupun kolom, atau oleh rusuk di atas rangka dengan atau
tanpa kolom. Pelat atap didukung oleh rafter pada girder dan kolom
atau oleh rangka batang dengan atau tanpa kolom.
b. Self-supporting Cone Roof adalah atap yang berbentuk menyerupai
konus dan hanya ditopang pada keliling konus. Atap langsung ditahan
oleh dinding tangki (shell plate).
2.2.2.1.2. Dome Roof adalah atap yang dibentuk menyerupai permukaan bulatan
dan hanya ditopang pada keliling kubah.yang biasanya digunakan untuk
menyimpan cairan kimia. Bentuk dari tangki tipe dome roof dapat dilihat
Gambar 2.1 - Tangki Fixed Dome Roof (Sumber : http://images.google.com/imgres?imgurl)
2.2.2.2. Floating Roof Tank, yang biasanya digunakan untuk menyimpan minyak
mentah dan premium. Keuntungannya yaitu tidak terdapat vapour space
dan mengurangi kehilangan akibat penguapan. Floating roof tank terbagi
menjadi dua yaitu external floating roof dan internal floating roof.
Bentuk dan tangki tipe floating roof dapat dilihat pada gambar 2.2 di
bawah ini.
Gambar 2.2 - Tangki Floating Roof Tank
(Sumber : http://www.fall-arrest.com/images/Floating-Roof-Tank-01.jpg)
2.2.3. Berdasarkan Tekanannya (Internal Pressure)
2.2.3.1. Tangki Atmosferik (Atmospheric Tank)
Terdapat beberapa jenis dari tangki timbun tekanan rendah ini, yaitu :
2.2.3.1.1. Fixed Cone Roof Tank digunakan untuk menimbun atau menyimpan
berbagai jenis fluida dengan tekanan uap rendah atau amat rendah
(mendekati atmosferik) atau dengan kata lain fluida yang tidak mudah
Gambar 2.3 – Sketsa Fixed Cone Roof Tank (Sumber : http://www.astanks.com/EN/Fixed_roof_EN.html)
Gambar 2.4 - Fixed Cone Roof with Internal Floating Roof
(Sumber : http://www.astanks.com/EN/Fixed_roof_EN.html)
2.2.3.1.2. Tangki Umbrella memiliki kegunaan yang sama dengan fixed cone roof.
Bedanya adalah bentuk tutupnya yang melengkung dengan titik pusat
meridian di puncak tangki.
2.2.3.1.3. Tangki Tutup Cembung Tetap (Fixed Dome Roof) memiliki bentuk
tutup yang cembung dan ekonomis bila digunakan dengan volume >
2000 m3. Bahkan cukup ekonomis hingga volume 7000 m3 (dengan D <
65 m). Kegunaannya sama dengan fixed cone roof tank.
2.2.3.1.4. Tangki Horizontal dapat menyimpan bahan kimia yang memiliki tingkat
penguapan rendah (low volatility), seperti air minum dengan tekanan uap
tidak melebihi 5psi, diameter dari tangki dapat mencapai 12 feet (3,6 m)
dengan panjang mencapai 60 feet (18,3 m).
Gambar 2.6 – Tangki Horizontal
(Sumber : http://chemresponsetool.noaa.gov/containers_guide/storage_tank.htm#cylind) 2.2.3.1.5. Tangki Tipe Plain Hemispheroid digunakan untuk menimbun fluida
(minyak) dengan tekanan uap (RVP) sedikit dibawah 5 psi.
Gambar 2.7 – Tangki Tipe Plain Hemispheroid
(Sumber : http://chemresponsetool.noaa.gov/containers_guide/storage_tank.htm#cylind) 2.2.3.1.6. Tangki Tipe Noded Hemispheroid digunakan untuk menyimpan fluida
(light naptha pentane) dengan tekanan uap tidak lebih dari 5 psi.
2.2.3.1.7. Tangki Plain Spheroid merupakan tangki bertekanan rendah dengan
kapasitas 20.000 barrel.
2.2.3.1.8. Tangki Floating Roof ditujukan untuk penyimpanan bahan-bahan yang
mudah terbakar atau mudah menguap. Kelebihan penggunaan internal
floating roof ini antara lain:
- Level atau tingkat penguapan dari produk bisa dikurangi
2.2.3.2. Tangki Bertekanan (Pressure Tank)
Pressure tank atau tangki bertekanan dapat menyimpan fluida dengan
tekanan uap lebih dari 11,1 psi dan umumnya fluida yang disimpan
adalah produk-produk minyak bumi. Terdiri dari beberapa jenis, yaitu :
2.2.3.2.1. Tangki Peluru (Bullet Tank) lebih dikenal sebagai pressure vessel
berbentuk horizontal dengan volume maksimum 2000 barrel. Biasanya
digunakan untuk menyimpan LPG, Propane butane, H2, ammonia
dengan tekanan di atas 15 psig.
Gambar 2.8 – Tangki Peluru
(Sumber : http://chemresponsetool.noaa.gov/containers_guide/storage_tank.htm#cylind) 2.2.3.2.2. Tangki Bola (Spherical Tank) merupakan pressure vessel yang
digunakan untuk menyimpan gas-gas yang dicairkan seperti LPG, LNG, O2, N2 dan lain-lain. Tangki ini dapat menyimpan gas cair tersebut
hingga tekanan 75 psi. volume tangki dapat mencapai 50.000 barrel.
Untuk penyimpanan LNG dengan suhu -190 (cryogenic) tangki dibuat
berdinding ganda dimana di antara kedua dinding tersebut diisi dengan
isolasi seperti polyurethane foam. Tekanan penyimpanan di atas 15 psig.
Gambar 2.9 – Tangki Bola
2.2.3.2.3. Dome Roof Tank digunakan untuk menyimpan bahan-bahan yang mudah
terbakar, meledak, dan mudah menguap seperti gasoline. Bahan disimpan
dengan tekanan rendah 0,5 psi sampai 15 psig.
Gambar 2.10 – Dome Roof Tank
(Sumber : http://chemresponsetool.noaa.gov/containers_guide/storage_tank.htm#bullet) 2.2.4. Berdasarkan Bentuk Tangki
2.2.4.1. Tangki Lingkaran (Circular Tank)
Tangki yang umum digunakan sebagai tempat penyimpanan adalah
tangki yang berbentuk silinder. Tangki ini memiliki nilai ekonomis dalam
perencanaan. Selain itu, dalam perhitungan teknisnya, momen yang terjadi tidak
besar.
2.2.4.2. Tangki Persegi / Persegi Panjang (Rectangular Tank)
Bentuk silinder secara structural paling cocok untuk kostruksi tangki, tapi
tangki persegi panjang sering disukai untuk tujuan tertentu, antara lain kemudahan
dalam proses konstruksi. Desain tangki persegi panjang mirip dengan konsep desain
tangki lingkaran. Perbedaan utama dalam konsep desain tangki persegi panjang
dengan tangki lingkaran adalah momen yang terjadi, gaya geser dan tekanan pada
dinding tangki. Sebagai contoh : Sludge Oil Reclaimed Tank pada Pabrik Minyak
Cylin Ta
Open
Top
Tank
drical ank Rect T Gambp
angular Tank Co Ga
bar 2.12 – Il
Fixed
Ro
Tank
ne Roof Tank
Do ambar 2.11 –
lustrasi Jeni
Type
o
Storag
Tank
oof
ome Roof
Tank Fl
– Tangki Re
is – Jenis Ta
of
ge
k
Floati
Roof
Ta
Internal loating Roof F
ectangular T
angki yang
ng
ank
External Floating Roof
Tank
Umum Dig
Other
Bullet Tank
unakan
Types
Dalam Tugas Akhir ini akan dibahas mengenai tangki tanpa tutup (open top tank)
berbentuk persegi panjang yang terbuat dari baja dan terletak di atas tanah.
2.3. Kriteria Perencanaan Tangki Persegi Panjang
Berikut ini adalah peraturan standar yang digunakan dalam perancangan
tangki penimbun meliputi struktur dan beban-beban yang bekerja :
1. Perhitungan bottom plate, shell plate dan top edge stiffener berdasarkan
ASME Paper A-71 Stress and Deflection of Rectangular Plates.
2. Perencanaan pendukung atap seperti rafter, girder, dan kolom disyaratkan
sesuai dengan SNI 03-1729-2002 : Tata cara perencanaan struktur baja untuk
bangunan gedung.
3. Perhitungan efek gempa dan tekanan hidrodinamis tangki yang berisi cairan
berdasarkan Bureau of Indian Standards IS 1893 (2002) Part 1 & 2: Liquid
Retaining Tanks, ACI 350.3 (2001) and NZS 3106 (1986)
4. Perhitungan faktor respon spektrum tangki berdasarkan IBC 2000,
International Building Code International Code Council.
5. Perhitungan untuk mengetahui waktu getar tangki terdapat pada Eurocode 8
(1998).
2.4. Pembebanan
Beban-beban yang mungkin terjadi pada tangki adalah sebagai berikut :
1)Beban Mati (DL): berat sendiri tangki ataupun komponen-komponen
tangki termasuk juga korosi yang diijinkan.
2)Tekanan luar rencana (Pe): tidak boleh lebih kecil dari 0,25 kPa dan
3)Tekanan dalam rencana (Pi): besarnya tidak boleh melebihi 18 kPa.
4)Tes hidrostatik (Ht): beban yang terjadi ketika tangki diisi air sampai ke
batas ketinggian yang direncanakan.
5)Beban hidup atap minimum (Lr): sebesar 1 kPa pada daerah proyeksi
horizontal atap. Beban hidup atap minimum dapat ditentukan dengan
ASCE 7, tetapi tidak kurang dari 0,72 kPa.
6) Beban gempa (E): beban yang mengakibatkan terjadinya gaya impulsive
dan gaya konvektif dari cairan di dalam tangki.
7) Salju (Beban akibat salju tidak akan diikutsertakan dalam tugas akhir ini
sebab tidak pernah terjadi salju di Indonesia).
8) Cairan yang disimpan (F): beban yang terjadi ketika tangki diisi cairan
dengan berat jenis yang telah direncanakan dan cairan tersebut diisi
sampai batas ketinggian yang telah direncanakan.
9) Tekanan Percobaan (Pt):
a. Untuk tekanan desain dan tes maksimum
Ketika tangki telah dibangun seluruhnya, tangki tersebut harus diisi
dengan air sampai sudut tertinggi tangki atau sampai ketinggian air
rencana, dan tekanan udara internal rencana harus diaplikasikan pada
ruang tertutup diatas tinggi air dan dibiarkan selama 15 menit. Tekanan
udara tersebut kemudian dikurangi menjadi sebesar satu setengah dari
tekanan rencana, dan semua sambungan las diatas tinggi air harus
diperiksa untuk mengecek adanya kebocoran. Lubang angin tangki
b. Untuk tangki berpondasi dengan tekanan desain sampai 18 kPa
Setelah tangki diisi dengan air, badan tangki dan pondasi harus
diperiksa keketatan sambungannya. Tekanan udara sebesar 1,25 kali
tekanan rencana harus diaplikasikan pada tangki yang dipenuhi air
sampai pada ketinggian air rencana. Tekanan udara kemudian dikurangi
menjadi sebesar tekanan rencana, dan tangki lalu diperiksa kembali
keketatan sambungannya. Sebagai tambahan, semua sambungan di atas
batas air harus diperiksa dengan menggunakan soap film dan material
lain yang sesuai untuk mendeteksi kebocoran. Setelah pemeriksaan, air
harus dikosongkan dari tangki (dan tangki sedang dalam tekanan
atmosfir), pondasi harus diperiksa keketatan sambungannya. Tekanan
udara desain kemudian harus diaplikasikan pada tangki untuk pemeriksaan akhir pondasi.
10) Angin (W): Kecepatan angin rencana (V) adalah sebesar 190 km/jam
(120 mph) dengan tekanan angin rencana pada arah horizontal sumbu
tangki sebesar 1,44 kPa dan pada arah vertikal sumbu tangki sebesar 0,86
kPa.
Dalam Tugas Akhir ini, beban yang dipertimbangkan adalah beban mati,
beban hidup (tekanan hidrostatik) dan beban gempa (tekanan hidrodinamis konvektif
dan impulsif).
2.5. Persyaratan untuk Elemen-Elemen Tangki
2.5.1. Material
Pelat dan profil baja yang digunakan dalam perencanaan didasarkan atas
kemudahan pengangkutan (delivery). Ukuran pelat baja yang sering digunakan pada
tangki penimbun adalah 20 feet x 6 feet. Sedangkan profil baja yang digunakan pada
tangki penimbun adalah profil baja siku untuk top angle, profil baja WF (Wide
Flange) untuk rafter dan girder, serta profil pipa untuk kolom. Material yang dipakai
dalam desain tangki ini adalah material yang direkomendasikan oleh API Std 650
yang secara kekuatan, dan komposisi kimia memenuhi persyaratan yang ditentukan
oleh standar. American Society for Testing and Materials (ASTM) membagi baja
dalam empat grades (A, B, C dan D) berdasarkan tegangan leleh dengan kisaran
rendah dan menengah untuk carbon steel plates. Yang digunakan adalah baja dengan
tekanan leleh (fy) adalah 390 MPa.
2.5.2. Pelat Atap
Merupakan pelat yang menyusun cone roof dengan ketebalan minimum pelat atap adalah 5 mm. Menurut API Std 650, slope atap untuk supported cone roof tidak
lebih dari ¾ :12 inch atau lebih jika permintaan owner. Susunan dari pelat atap dapat
[image:30.612.251.420.507.661.2]dilihat pada Gambar 2.12
2.5.3. Rafter dan Girder
Rafter dan girder terbuat dari profil baja yang merupakan rangka atap tangki.
Rafter harus diatur sedemikian hingga pada outer ring jarak rafter tidak lebih dari 2
meter, sedangkan jarak rafter pada inner ring tidak lebih dari 1,65 meter.
2.5.4. Top Angle
Top Angle terbuat dari profil siku yang menempel pada sisi sebelah atas
course shell plate teratas. Kegunaan top angle adalah untuk memperkaku shell
plates. Untuk tangki dengan atap tertutup, ukuran top angle tidak berdasarkan beban
angin tetapi berdasarkan jenis atap yang direncanakan. Dimana atap diklasifikasikan
menjadi dua kategori yaitu supported dan self supported. Menurut API Std 650 Para
3.1.5.9-c, ukuran top angle tidak kurang dari mengikuti ukuran berikut: untuk tangki
diameter kurang dari 10,5 m ukuran top angle 50 x 50 x 5 mm; tangki diameter 10,5-18 m ukuran top angle 50 x 50 x 6 mm; diameter tangki lebih dari 10,5-18 m ukuran top
[image:31.612.248.439.471.629.2]angle 75 x 75 x 10 mm. Letak top angle dapat dilihat pada Gambar 2.13.
2.5.5. Intermediate Wind Girder
Wind Girder diperlukan untuk menjaga bentuk dari tangki penimbun terutama
pada saat menahan beban angin. Wind girder sangat diperlukan untuk jenis tangki
penimbun dengan atap terbuka atau open top.
Untuk menentukan apakah wind girder diperlukan atau tidak untuk jenis atap
selain open top tank maka harus dilakukan pemeriksaan dengan cara mengubah lebar
aktual dari setiap shell course menjadi lebar transposed. Hasil penjumlahan dari
lebar transposed dari setiap lapisan akan memberikan hasil dari tinggi transformed
shell, dimana apabila tinggi transformed shell lebih besar dari tinggi maksimum
maka wajib memasang wind girder dan sebaliknya apabila tinggi transformed shell
[image:32.612.274.415.371.514.2]lebih kecil maka tidak dibutuhkan wind girder.
Gambar 2.15 - Intermediate Wind Girder Sumber : API Std 650
2.5.6. Shell Plate (Pelat Dinding)
Ketebalan pelat dinding yang digunakan sebaiknya lebih besar dari ketebalan
pelat dinding rencana, termasuk penambahan korosi atau ketebalan
berdasarkan test hidrostatis. Tetapi ketebalan dinding tidak boleh kurang dari
Panjang nominal tangki
[image:33.612.158.526.78.242.2](m)
Tabel nominal pelat
(mm)
<15 5
15– 36 6
36 – 60 8
>60 10
Tabel 2.1. Ketebalan Shell plates Sumber : API Std 650
2.5.7. Pelat Dasar Tangki
Ada dua jenis pelat dasar tangki yaitu annular plate dan bottom plate.
a. Annular Plate
Annular plate memiliki lebar radial minimal 24 inch (61 centimeter) dan
proyeksi di bagian luar dinding minimal 2 inch (5 centimeter). b. Bottom Plate
Sesuai dengan API Std 650, semua bottom plate memiliki ketebalan
minimum yaitu ¼ inch (6,35mm) dengan lebar minimum 72 inch (183centimeter). Contoh gambar denah pelat dasar tangki dapat dilihat
[image:33.612.273.459.566.683.2]pada Gambar 2.15 di bawah ini
2.6. Tekanan Air pada Tangki
2.6.1. Tekanan Hidrostatik
Tekanan Hidrostatis adalah tekanan yang terjadi di bawah air. Tekanan ini
terjadi karena adanya berat air yang membuat cairan tersebut mengeluarkan tekanan.
Tekanan sebuah cairan bergantung pada kedalaman cairan di dalam sebuah ruang
dan gravitasi juga menentukan tekanan air tersebut.
Hubungan ini dirumuskan sebagai berikut:
. . .
P adalah tekanan hidrostatik (dalam Pascal);
ρ adalah kerapatan fluida (dalam kilogram per meter kubik);
g adalah percepatan gravitasi (dalam meter per detik kuadrat);
h adalah tinggi kolom fluida (dalam meter);
[image:34.612.277.411.468.653.2]γ = ρ.g
2.6.2. Tekanan Hidrodinamis
Tekanan hidrodinamis merupakan tekanan air yang timbul saat terjadinya
getaran atau guncangan (dalam hal ini gempa) sehingga menimbulkan dua gaya yang
disebut gaya impulsif dan gaya konvektif.
2.6.2.1. Gaya impulsif
Gaya impulsif adalah gaya yang disebakan oleh massa cairan dalam tangki
yang bergerak bersamaan dengan gerakan tangki akibat gaya gempa. Gaya Impulsif
dihasilkan oleh massa cairan yang dekat ke dasar tangki.
2.6.2.2. Gaya Konvektif
Gaya Konvektif adalah gaya yang disebakan oleh massa cairan dalam tangki
yang meyebabkan guncangan air di dalam tangki akibat gaya gempa. Gaya
BAB III
ANALISIS DAN DESAIN
3.1. Desain Geometri Tangki
Tangki dengan permukaan rata, dimana bentuk ini kurang menguntungkan
dari segi mekanikal, biasanya hanya digunakan untuk tekanan hidrostatis yang
kecil. Jumlah material yang diperlukan untuk tangki persegi panjang lebih banyak
dibandingkan dengan tangki lingkaran dengan kapasitas yang sama.
Bagaimanapun juga, kadang-kadang penggunaan tangki persegi panjang lebih
disukai karena fabrikasi yang mudah dan pemanfaatan lokasi yang baik.
Tangki yang tidak berpengaku tidak melebihi kapasitas 1 m3, dan tangki
dengan pengaku dengan kapasitas 4 m3. Untuk tangki yang lebih besar,
penggunan tie-rod lebih disarankan untuk alasan keekonomisan. Dalam tugas akhir ini, tangki yang akan direncanakan memakai pengaku baja siku, karena
kemudahan fabrikasi dibandingkan penggunaan tie-rod.
Jika semua ukuran sisi tangki sama, maka panjang dari setiap sisi, yaitu :
√
Rasio yang lebih cocok : Sisi Memanjang : 1,5 B; Sisi Melebar : 0,667 B
3.2. Desain Tangki Persegi Panjang
Rumus yang digunakan dalam perencanaan ini mengacu kepada defleksi
Ratio, B/L or H/L 0,25 0,286 0,333 0,4 0,5 0,667
Constant, 0,024 0,031 0,041 0,056 0,08 0,116
Constant, α 0,00027 0,00046 0,00083 0,0016 0,0035 0,0083
Ratio, B/L or H/L 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0
Constant, 0,16 0,26 0,34 0,38 0,43 0,47 0,49
[image:37.612.125.556.115.224.2]Constant, α 0,022 0,043 0,060 0,070 0,078 0,086 0,091
Tabel 3.1. Tabel Koefisien α and β
Keterangan :
H = Tinggi tangki (m)
L = Panjang tangki (m)
B = Lebar tangki (m)
3.2.1. Tebal Minimum Pelat Dinding Tangki
Dengan mengacu pada tabel 3.1 dan nilai h/L; dapat diperoleh nilai .
, . . . , .
Tebal, twa dapat digunakan juga untuk pelat dasar jika seluruh
permukaannya dikakukan. Ketebalan, twa harus ditambahkan ketebalan untuk
ketahanan korosif.
Defleksi maksimum dari pelat :
. , . . .
3.2.2. Siku Pengaku Atas Tangki
, . .
, .
, .
Momen Inersia Minmum yang dibutuhkan untu pengaku atas tangki :
.
. .
3.2.3. Ketebalan Pelat Dasar Tangki
Untuk ketebalan pelat dasar tangki, harus diperhitungkan jarak balok
pengaku dan dapat memakai rumus sebagai berikut :
, . , . .
3.3. Analisis Efek Gaya Gempa Terhadap Tangki
3.3.1. Perhitungan Berat & Massa Tangki
Berat dari dinding tangki (ww) = 2 x ((L+tw)+ (B+tw)) x tw x H x s
Berat dari dasar tangki (wb) = (L+2.tw) x (B+2.tw) x tb x s
Massa dari dasar tangki (wb) = wb x g
Volume air dalam tangki (Vwtr) = B x L x H
Berat air dalam tangki (wwtr) = Ww x g
Massa air dalam tangki (mwtr) = V x w
3.3.2. Massa dan Ketinggian Tekanan Hidrodinamis
Gaya hidrodinamis yang disebabkan oleh cairan dalam tangki harus
diperhitungkan dalam analisis sebagai tambahan terhadap gaya hidrostatis. Gaya
hidrodinamis dievaluasi dengan bantuan pemodelan massa tangki.
Ketika tangki yang berisi cairan mengalami getaran, cairan tersebut
menyebabkan tekanan hidrodinamis impulsif dan konvektif pada dinding dan
dasar tangki sebagai tambahan terhadap tekanan hidrostatis. Guna untuk
mengikutsertakan efek tekanan hidrodinamis dalam analisis, tangki dapat
diidealisasikan sebagai model massa, termasuk efek interaksi dinding
tangki-cairan. Parameter dari model ini bergantung kepada geometri dari tangki dan
fleksibilitasnya.
Ketika sebuah tangki yang berisi cairan dengan permukaan bebas
diberikan gaya gempa horizontal, maka dinding tangki dan cairan akan
mengalami percepatan horizontal. Cairan pada bagian bawah tangki berprilaku
sebagaimana layaknya sebuah massa yang secara kaku terkoneksi pada dinding
percepatan bersama dengan dinding tangki dan menyebabkan tekanan
hidrodinamis pada dinding dan dasar tangki. Massa cairan pada bagian atas tangki
menyebabkan guncangan air. Massa ini disebut sebagai massa cairan konvektif
dan menyebabkan tekanan hidrodinamis konvektif pada dinding dan dasar tangki.
Oleh karena itu, total massa cairan dibagi menjadi dua bagian, yaitu massa
impulsif dan massa konvektif. Gambaran secara kasar dari tekanan hidrodinamis
impulsif dan konvektif dapat dilihat pada Gambar 3.1.
Tangki yang dilertakkan di atas tanah dapat diidealisasikan sebgai model
massa seperti pada Gambar 3.2. Massa impulsif dari cairan,mi dikakukan pada
dinding tangki pada ketinggian hi (atau hi*). Demikian juga untuk massa
konvektif, mc dikakukan pada dinding tangki pada ketinggian hc (atau hc*) dengan
perletakan yang mempunyai kekakuan Kc. Model massa untuk tangki yang
diletakkan di atas tanah berdasarkan penemuan dari Housner(1963a).
Di dalam pemodelan massa dari tangki, hi adalah ketinggian dimana
resultan tekanan hidrodinamis impulsif bekerja pada dinding tangki dihitung dari
dasar dinding tangki. Sedangkan , hi* adalah ketinggian dimana resultan tekanan
hidrodinamis impulsif yang bekerja pada dinding dan dasar tangki dihitung dari
dasar dinding tangki. Kedua keadaan ini ditujukkan Gambar3.1(a) dan 3.1(b).
Demikian juga untuk hc adalah ketinggian dimana resultan tekanan hidrodinamis
konvektif bekerja pada dinding tangki dihitung dari dasar dinding tangki.
Sedangkan , hc* adalah ketinggian dimana resultan tekanan hidrodinamis
konvektif yang bekerja pada dinding dan dasar tangki dihitung dari dasar dinding
Gambar 3.1 - Distribusi Tekanan Hidrodinamis Pada Dinding & Dasar Tangki
[image:41.612.167.480.464.621.2]Beberapa rumus yang dipakai untuk memperhitungkan massa dan
ketinggian tekanan impulsif dan konvektif cairan, antara lain :
, .
, .
, . , .
, untuk h/L 0,75
, , ⁄ untuk h/L > 0,75
, .
. , . untuk h/L 1,33
, untuk h/L > 1,33
, . ,
, . . , .
, . ,
, . . , .
[image:42.612.167.455.133.686.2], . ,
Gambar 3.4- Ketinggian Massa Konvektif dan Impulsif
3.3.3. Waktu Getar Tekanan Hidrodinamis
Untuk tangki persegi panjang yang terletak di atas tanah, dimana dinding
tangki terhubung secara kaku pada dasar tangki, waktu getar untuk getaran
impulsif, Ti dalam detik, ditunjukkan dalam persamaan
dimana :
d = defleksi dari dinding tangki pada titik berat pada ketinggian h, ketika
dibebani oleh tekanan terbagi merata dengan intensitas q
.
B.
. .
mw = massa dinding tangki dalam arah tegak lurus arah gaya gempa
. / . /
,
P. h . E. I
Pendekatan untuk mendapatkan defleksi dapat dilakukan dengan cara
seperti di atas, dapat memberikan hasil yang cukup akurat untuk tangki dengan
dinding yang panjang (misalkan panjangnya dua kali tingginya). Untuk tangki
dengan atap dan/atau tangki yang dindingnya tidak panjang, defleksi dinding
[image:44.612.174.455.374.661.2]dapat diperoleh dengan pendekatan yang sesuai.
Waktu getar untuk tekanan konfektif, dalam detik, dapat diperoleh dari :
Untuk nilai dari mc dan Kc dapat diperoleh dari Gambar 3.3 dan Gambar
3.4. Oleh karena itu, nilai Tc dapat dirumuskan juga dengan :
dimana :
Cc = Koefisien dari waktu getar untuk tekanan konvektif. Nilai dari Cc
dapat diperoleh dari Gambar 3.6
L = Panjang tangki yang sejajar terhadap arah gaya gempa
[image:45.612.166.465.363.590.2], . , .
Gambar 3.6 Koefisien Waktu Getar Konvektif (Cc)
3.3.4. Redaman
Redaman pada tekanan konfektif biasanya 0,5% untuk semua tipe tangki.
Gambar 3.7 - Gambaran dari Panjang, L dan Lebar, B dari Tangki
3.3.5. Koefisien Gempa Horizontal Desain
Koefisien gempa horizontal desain, Ah dapat diperoleh dari persamaan :
. .
dimana :
Z = Faktor Zona
I = Faktor Keutamaan
R = Faktor Reduksi Respons Spektrum
(Sa/g) = Koefisien Percepatan Respons Rata-rata
Faktor Keutamaan (I), dipakai untuk menjamin ketahanan terhadap gempa
yang lebih baik untuk tangki yang penting dan kritis. Nilai ini bergantung kepada
kegunaannya, akibat dari kegagalan, dan penggunaan tangki setelah gempa.
Tangki yang berisi cairan dapat tebagi menjadi 3 faktor keutamaan. Nilai
tertinggi dari I=1,75 dipakai untuk tangki yang menyimpan material berbahaya.
Oleh karena keluarnya cairan ini dapat membahayakan jiwa manusia, maka nilai
tertinggi untuk I dipakai untuk tangki ini. Untuk tangki yang dipakai pada system
nilai I yang dipakai untuk rumah sakit, telekomunikasi, dan bangunan pemadam
kebakaran. Untuk tangki yang lainnya dapat dipakai I =1,0.
Faktor Reduksi Respons Spektrum (R), menunjukkan rasio dari gaya
gempa maksimum pada sebuah struktur selama gerakan tanah tertentu jika
struktur dibutuhkan tetap elastis dibandingkan dengan gaya gempa rencana.
Faktor Reduksi Respons Spektrum begantung kepada kekuatan lebih, ketahanan
dan daktilitas struktur. Umunya, tangki yang berisi cairan memiliki kekuatan
lebih, ketahanan, daktilitas yang lebih rendah dibandingkan dengan bangunan.
Untuk Tanah Keras,
, untuk T < 0,4
untuk T 0,4
Untuk Tanah Keras,
, untuk T < 0,55
, untuk T 0,55
Untuk Tanah Keras,
, untuk T < 0,67
, untuk T 0,67
Nilai di atas berlaku untuk redaman 5%. Untuk redaman sebesar 0,5%,
3.3.6. Gaya Geser Dasar
Gaya geser dasar untuk tekanan impulsif dapat dirumuskan dengan :
Gaya geser dasar untuk tekanan konvektif dapat dirumuskan dengan :
dimana :
Ah i Koefisien gaya gempa horizontal rencana impulsif
Ah c Koefisien gaya gempa horizontal rencana konvektif
mi Massa cairan impulsif
mw Massa dinding tangki
mt Massa atap tangki
mc Massa cairan konvektif
g percepatan gravitasi
Total gaya geser dasar pada dasar dinding tangki,
3.3.7. Momen Dasar Tangki
3.3.7.1. Momen Lentur
Momen lentur untuk tekanan impulsif, pada dasar dinding tangki :
. . .
Momen lentur untuk tekanan konvektif, pada dasar dinding tangki :
dimana :
hw Ketinggian titik berat gravitasi massa dinding
ht Ketinggian titik berat gravitasi massa atap
Total momen lentur pada dasar dinding tangki,
3.3.7.2. Momen Guling
Momen guling untuk tekanan impulsif, pada dasar tangki :
. . . . / .
Momen guling untuk tekanan konvektif, pada dasar tangki :
. . .
dimana :
mb Massa dari pelat dasar
tb Ketebalan dari pelat dasar
Total momen guling pada dasar tangki,
3.3.8. Tekanan Hidrodinamis
Selama terjadi gerakan tanah horizontal, dinding tangki mengalami
tekanan hidrodinamis lateral dan dasar tangki mengalami tekanan hidrodinamis
3.3.8.1. Tekanan Hidrodinamis Impulsif
Tekanan Hidrodinamis Impulsif pada dasar dinding (y = 0) :
, / , . /
. .
Tekanan Hidrodinamis Impulsif pada dasar tangki (y = 0) :
sinh , / /cosh , . /
. .
3.3.8.2 Tekanan Hidrodinamis Konvektif
Tekanan Hidrodinamis Konvektif pada dasar dinding (y = 0) :
, . , . / / , . /
. .
Tekanan Hidrodinamis Konfektif pada dasar tangki (y = 0) :
, xL xL . sech , . /
. .
3.3.8.3. Tekanan Akibat Inersia Dinding
Tekanan akibat inersia dinding akan bekerja searah dengan arah
gaya gempa. Untuk tangki baja, inersia dinding tidak terlalu signifikan.
Sedangkan untuk tangki beton bertulang, inersia dinding perlu
diperhitungkan.
Tekanan akibat inersia dinding, konstan sepanjang tinggi dinding
tangki, harus ditambahkan pada tekanan hidrodinamis impulsif.
Gambar 3.10 - Distribusi Tekanan Hidrodinamis untuk Analisis Dinding
3.3.9. Distribusi Tekanan Linear Ekivalen
Gaya geser per panjang melingkar akibat massa cairan impulsif,qi
. .
Nilai dari tekanan linear pada bagain bawah dan atas tangki :
Gaya geser per panjang melingkar akibat massa cairan konvektif,qc
Nilai dari tekanan linear pada bagaina bawah dan atas tangki :
3.3.10. Efek dari Percepatan Tanah Vertikal
Akibat dari percepatan tanah vertikal, berat efektif dari cairan meningkat.
Hal ini menyebabkan tekanan tambahan pada dinding tangki, yang distribusinya
sama seperti distribusi pada tekanan hidrostatis.
Tv = 0,3 sec. (disarankan) Damping = 5%
. .
Pada dasar tangki ( y = 0 )
. .
3.3.11. Tinggi Guncangan Cairan
Tinggi maksimum guncangan air, dapat dirumuskan :
. . /
Tinggi jagaan (free board) yang harus disediakan pada sebuah tangki mngacu pada nilai maksimum dati ketinggian guncangan cairan. Hal ini penting
3.3.12 Kebutuhan Pengangkeran
Tangki persegi panjang yang terletak di atas tanah harus diangker pada
pondasi, jika
[image:55.612.157.444.143.400.2]
Gambar 3.11 - Dekripsi Momen Guling Pada Tangki
Dengan mengganggap Mtot mewakili massa total dari sistem tangki berisi
cairan, L mewakili panjang tangki, dan (Ah)i.g mewakili percepatan respons dasar.
Denagn mengambil momen pada sudut bawah,
. . . . .
Apabila h/L melewati nilai yang tertera di atas, tangki harus diangkerkan
pada pondasinya.
BAB IV
APLIKASI PERHITUNGAN
4.1. Data Desain
Dalam desain ini, yang akan dibahas dengan persyaratan sebagai berikut :
1. Tangki baja persegi yang akan digunakan untuk menampung air;
2. Tangki yang akan direncanakan tidak memakai atap;
3. Tangki air yang akan dibuat dapat menampung air sebanyak 30 m3.
4.2. Desain Geometri Tangki
Volume Tangki = 30 m3
Tinggi Tangki yang direncanakan (H) = 3,0 m
Panjang Tangki yang direncanakan (L) = 4,0 m
[image:57.612.200.438.475.667.2]Lebar Tangki yang direncanakan (B) = 2,5 m
4.3. Desain Ukuran Tebal Pelat Dasar dan Dinding Tangki
1. Pelat Dinding Tangki (Tank Shell Plate)
,
, ,
Ratio, B/L or H/L 0,25 0,286 0,333 0,4 0,5 0,667
Constant, 0,024 0,031 0,041 0,056 0,08 0,116
Constant, α 0,00027 0,00046 0,00083 0,0016 0,0035 0,0083
Ratio, B/L or H/L 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0
Constant, 0,16 0,26 0,34 0,38 0,43 0,47 0,49
[image:58.612.131.556.178.304.2]Constant, α 0,022 0,043 0,060 0,070 0,078 0,086 0,091
Tabel 4.1. Tabel Koefisien α and β
Berdasarkan tabel 4.1 dengan nilai h/L = 0,5; diperoleh = 0,080
1.1. Tebal Pelat Dinding Dasar (Bottom Shell Course)
, . . . , .
, . , , . , . , .
,
, , ,
1.2. Tebal Pelat Dinding Lapis Ke-2 (Second Shell Course)
, . . . , .
,
, , ,
1.3.Tebal Pelat Dinding Lapis Ke-3 (Third Shell Course)
, . . . , .
, . , , . , . , .
.
. , .
2. Siku Pengaku Atas Tangki , . .
, . . , , /
, . , . , , /
, . , . , , /
. . .
, . ,
. . , . , ,
3. Pelat Dasar Tangki (Bottom Plate)
Dengan menggangap bahwa pelat dasar diletakkan di atas 3 buah balok
penyangga, maka Lb = 4,0 / (3-1) = 2,0 m.
, . , . .
, .
, . , . . , ,
, , ,
4.4. Analisis Efek Gaya Gempa Terhadap Tangki
1. Perhitungan Berat Tangki
Berat dari dinding tangki = 2 x ((L+tw)+ (B+tw)) x tw x H x s
= 2 x (4,013+2,513) x 0,013 x 3,3 x 78,5
= 43,95 kN
Massa dari dinding tangki = ww x g
= 43,95 x 1000 / 9,81
= 4481 kg
Berat dari dasar tangki = (L+2.tw) x (B+2.tw) x tb x s
= 4,026 x 2,526 x 0,018 x 78,5
Massa dari dasar tangki = wb x g
= 14,37 x 1000 / 9,81
= 1465 kg
Volume air dalam tangki = B x L x H
= 4,0 x 2,5 x 3,0
= 30 m3
Berat air dalam tangki = Ww x g
= 30 x 9,81
= 294,30 kN
Massa air dalam tangki = V x w
= 30 x 1000
= 30000 kg
Untuk tangki persegi panjang, analisis gempa harus dilakukan untuk
pembebanan arah-X dan arah-Y.
2. Analisis Gaya Gempa Terhadap Arah-X
Dalam analisis ini, ditunjukkan bahwa gaya gempa bekerja pada arah
X. Dalam kasus ini, L = 4,0 m dan B = 2,5 m.
a. Parameter dari Pemodelan Massa
, .
, .
, . ,,
, . ,, ,
mi = 0,710 . 30000 = 21.287 kg
, . , . , . , .
, , ,
, ,
mc = 0,346 . 30000 = 10.377 kg
, , . . , . , . ,, . , . ,, , , . , , . . , . , . ,, , , .,, . , . ,, , , . , , . . , . , . ,, , , . ,,. , . ,, , , ; , ; , ; , .
b. Waktu Getar Cairan
mw = 3,3 x 0,013 x 2,5 x 78,5 x 1000 / 9,81 = 858 kg
Waktu Getar untuk Gaya Impulsif
, .
, , .
, . , . , . , . ,
,
,
Waktu Getar untuk Gaya Kompulsif
, ,
, , .
c. Koefisien Gaya Gempa Horizontal
Koefisien Gaya Gempa Horizontal untuk Gaya Impulsif :
Z = 0,36
I = 1,5
R = 2,0 ( Tangki Baja Tanpa Angker )
Tipe Tanah Pendasar = Tanah Keras
Damping = 5 %
Ti = 1,615 sec.
, ,
. . , . ,
, . , ,
Koefisien Gaya Gempa Horizontal untuk Gaya Konvektif :
Z = 0,36
I = 1,5
R = 2,0 ( Tangki Baja Tanpa Angker )
Damping = 0,5 %
Tc = 2,277 sec.
(Sa/g)c = 1,75 x 1 / 2,277 = 0,769
. . , . ,
, . , ,
d. Gaya Geser Dasar
Gaya geser dasar impulsif pada dasar dinding tangki,
, . , ,
Gaya geser dasar konvektif pada dasar dinding tangki,
, . . , ,
Total gaya geser dasar pada dasar dinding tangki,
, , , %.
Gaya geser dasar lateral adalah 7% dari total berat tangki.
e. Momen yang terjadi pada dasar dinding tangki
. . .
, . . , . , . ,
,
. . .
, . . , . ,
Total momen lentur pada dasar dinding tangki,
, , ,
f. Momen Guling Tangki
. . . . / .
, . . , . , . , . ,
,
. . .
, . . , . ,
,
Total momen guling tangki,
, , ,
g. Tekanan Hidrodinamis
a. Tekanan Hidrodinamis Impulsif
Tekanan Hidrodinamis Impulsif pada dasar dinding (y = 0) :
, / , . /
, / , . /
,
. .
, . , . . , .
, /
Tekanan Hidrodinamis Impulsif pada dasar tangki (y = 0) :
sinh , / /cosh , . /
sinh , . / /cosh , . /
. .
, . , . . , .
, /
b. Tekanan Hidrodinamis Konvektif
Tekanan Hidrodinamis Konvektif pada dasar dinding (y = 0) :
, . , . / / , . /
, . , . / / , . /
,
. .
, . , . . , .
, /
Tekanan Hidrodinamis Konvektif pada bagian atas dinding (y = h):
, . , . / / , . /
, . , . / / , . /
,
. .
, . , . . , .
, /
Tekanan Hidrodinamis Konvektif pada dasar tangki (y = 0) :
, Lx xL . sech , . /
, . sech , . /
,
, . , . . , .
, /
h. Tekanan Akibat Inersia Dinding
. .
, . , . ,
, /
i.
Tekanan Akibat Gaya Gempa Vertikal
Z = 0,36
I = 1,5
R = 2,0
Tv = 0,3 sec. (disarankan) Damping = 5%
Sa/g = 2,5
. . , . ,, . , ,
Pada dasar tangki ( y = 0 )
. . /
, . . , . . /
, /
j. Tekanan Hidrodinamis Maksimum
Pada dasar dinding tangki
, , , ,
Tekanan hidrodinamis adalah sekitar 23% of tekanan hidrostatis
(ρg h = 29,43 kN/m
2 )
k. Distribusi Tekanan Linear Ekivalen
Gaya geser per panjang melingkar akibat massa cairan impulsif,qi
. . , . . ,
. , , /
Nilai dari tekanan linear pada bagain bawah dan atas tangki :
,
. . , , /
,
. , . , /
Gaya geser per panjang melingkar akibat massa cairan konvektif,qc
. . , . . ,
. , , /
Nilai dari tekanan linear pada bagian bawah dan atas tangki :
, . . , , /
, . , . , /
l. Tinggi Guncangan Air
. . /
, . , . , / ,
m. Kebutuhan Pengangkeran
, ; , ,
3. Analisis Terhadap Gaya Gempa Arah Y
Dalam analisis ini, ditunjukkan bahwa gaya gempa bekerja pada arah
Y. Dalam kasus ini, L = 2,5 m dan B = 4,0 m.
a. Parameter dari Pemodelan Massa
Untuk H / L = 3,0/2,5 = 1,2
, .
, .
, . ,,
, . ,, ,
mi = 0,856 . 30000 = 25.688 kg
, . , . , . , .
, , ,
, ,
mc = 0,220 . 30000 = 6.593 kg
, , . , , . , , , , . . , . , . ,, . , . ,, , , . , , . . , . , . ,, , , .,, . , . ,, , , . , , . . , . , . ,, , , . ,,. , . ,, , , ; , ; , ; , .
b. Waktu Getar Cairan
mw = 3,3 x 0,013 x 4,0 x 78,5 x 1000 / 9,81 = 1373 kg
, , ,
. / . /
, , , , .
P.
.E.I
, . ,
. . . , . , .
, .
, , .
, . , . , . , . ,
,
,
, ,
, , .
c. Koefisien Gaya Gempa Horizontal
Koefisien Gaya Gempa Horizontal untuk Gaya Impulsif :
Z = 0,36 I = 1,5
R = 2,0 ( Tangki Baja Tanpa Angker )
Tipe Tanah Pendasar = Tanah Keras
Damping = 5 %
Ti = 0,225 sec.
, ,
. . , . ,
Koefisien Gaya Gempa Horizontal untuk Gaya Konvektif :
Z = 0,36
I = 1,5
R = 2,0 ( Tangki Baja Tanpa Angker )
Tipe Tanah Pendasar = Tanah Keras
Damping = 0,5 %
Tc = 1,785 sec.
(Sa/g)c = 1,75 x 1 / 1,785 = 0,980
. . , . ,
, . , ,
d. Gaya Geser Dasar
Gaya geser dasar impulsif pada dasar dinding tangki,
, . , ,
Gaya geser dasar konvektif pada dasar dinding tangki,
, . . , ,
Total gaya geser dasar pada dasar dinding tangki,
, , , , % .
Gaya geser dasar lateral adalah 7,47% dari total berat tangki.
e. Momen yang terjadi pada dasar dinding tangki
. . .
, . . , . , . ,
. . .
, . . , . ,
,
Total momen lentur pada dasar dinding tangki,
, , ,
f. Momen Guling Tangki
. . . . / .
, . . , , . , . , . ,
,
. . .
, . . , . ,
,
Total momen guling pada dasar dinding tangki,
, , ,
g. Tekanan Hidrodinamis
a. Tekanan Hidrodinamis Impulsif
Tekanan Hidrodinamis Impulsif pada dasar dinding (y = 0) :
, / , . /
, / , . , /
,
. .
, . , . . , .
Tekanan Hidrodinamis Impulsif pada dasar tang
