Kata kunci — Struktur Silo, Perancangan

(1)

Manajemen dan Rekayasa Struktur C-113

PERANCANGAN STRUKTUR SILO

NUR AHMAD HUSIN1, IBNUPUDJI RAHADJO

Email:

2

Dosen Diploma Teknik Sipil FTSP-ITS, Surabaya

Abstrak — Struktur silo merupakan bangunan pada umumnya dipergunakan untuk

penyimpanan bahan-bahan granular seperti semen, pasir, tanahliat dan lain-lain. Perancangan struktur silo ini dibuat dan dibangun dengan fungsi utama adalah sebagai tempat penyimpanan semen sebelum pendistribusian kewilayah-wilayah sekitarnya. Perancangan struktur silo menggunakan material beton bertulang dan baja. Material beton bertulang dipergunakan mutu K-350 dan mutu baja tulangan dipergunakan fy 300 MPa. Material beton bertulang dipergunakan pada elemen dinding silo, balok dan kolom. Material baja untuk lantai elevasi +5.500 dan +9.000 dipergunakan material baja dengan mutu BJ-37 sedangkan untuk struktur Cone dipergunakan baja mutu BJ-41. Bentukstruktur silo dalam perancangan ini berbentuk bulat. Beban-beban yang bekerja dalam perancangan struktur silo meliputi beban mati, beban hidup, beban gempa dan beban temperature. Lokasi dibangunnya silo tersebut masuk di wilayah kegempaan zone 5 dengan beban temperature pada silo dirancang 70o

Hasil rancangan struktur silo diperoleh diameter silo 20000 mm, elevasi puncak silo +44,800. Ketebalan dinding silo 400 mm, kolom utama berukuran 2000 x 3000 mm. Pile Cap 35600 x 34400 x 2700 dengan tiang pancang diameter 450 mm dan 600 mm

Kata kunci — Struktur Silo, Perancangan

C.

I. PENDAHULUAN

Tempat untuk menyimpan bahan granular terdiri dari dua jenis utama silo dan bunker. Perbedaan penting antara keduanya adalah dalam perilaku bahan disimpan. Perbedaan perilaku dipengaruhi oleh geometri dan karakteristik dari bahan yang disimpan. Tekanan material pada dinding dan lantai biasanya ditentukan oleh salah satu metode untuk silo atau bunker.

Silo dan bunker dibuat dari bermacam-macam material struktur. Beton merupakan material yang sering dipakai untuk kedua struktur tersebut. Beton dapat memberikan perlindungan yang diperlukan untuk bahan disimpan, memerlukan sedikit perawatan, yang estetis, dan relatif bebas dari bahaya

struktural tertentu (seperti tekuk atau berubah bentuk/penyok) yang mungkin terjadi pada silo atau bunker dengan bahan tipis.

Silo dan bunker terdiri dari bermacam-macam bentuk baik tunggal ataupun grup. Banyak silo besar mengalami keruntuhan. Beberapa kemungkinan penyebab dari keruntuhan bias diklasifikasikan sebagai berikut :

1. Kesalahan disain, meliputi salah dalam pembebanan, kegagalan dalam mempertimbangkan kombinasi pembebanan kritis dan kesalahan detailing.

(2)

tulangan, control kualitas beton yang jelek

3. Kesalahan operasional, meliputi perubahan dari material yang disimpan, atau akibat operasional bias memberikan beban lateral takterduga pada silo.

II. PERTIMBANGAN DISAIN

Proses perancangan untuk struktur silo memperhatikan 2 hal yakni dari segi fungsi dan struktural. Disain fungsi harus berdasarkan volume kapasitas silo, perlindungan yang tepat dari material yang disimpan, dan metode pengisian dan pengosongan silo. Pertimbangan struktur adalah stabilitas, kekuatan dan control dari lebar retak dan lendutan. Beban-beban yang dipertimbangkan meliput i :

1. Beban mati dari berat sendiri struktur silo 2. Beban hidup sebagai berikut :

a. Gaya-gaya akibat material yang disimpan

b. Beban akibat pengisian dan pengosongan silo

c. Beban Angin

d. Beban gempa pada struktur dan material yang disimpan.

3. Beban tempratur dari material

III. PROPERTIES MATERIAL

Properties material yang akan disimpan di dalam silo berpengaruh pada intensitas beban tekanan. Pada saat operasional aliran material harus mempertimbangkan pemilihan bentuk dan ukuran outlet dantipe system unloading.

Tabel1 menunjuk kanpropertis material

yang umumnya disimpan di silo. Nilai tersebut bias digunakan jika material yang akan disimpan di silo tidak dilakukan pengetesan.

Tabel1: Tipikal properties disain material

granular

(3)

Pada perancangan struktur silo dipergunakan MutuBetok K-350 dan Mutu Baja fy = 300 MPa. Semua baja dipergunakan mutu baja BJ-37 kecuali untuk Cone dipergunakan Mutu Baja BJ-41

IV. PERANCANGAN SILO

a. Dimesi Silo

Pada perancangan silo ini direncanakan untuk penyimpanan material semen dengan kapasitas silo rencanaa dalah 10.000 ton dengan bentuk lingkaran. Dengan kapasitas silo rencana tersebut di dalam penentuan dimensi silo berdasarkan perumusan empiris yakni dikenal 2 pendekatan :

a. Oleh Dishinger, b. Oleh Soviet code,

untuk silo lingkaran

untuk silo kotak

Dalam perancangan silo direncanakan diameter (D) silo bagian dalam sebesar 18.300 mm dengan tinggi (H) silo sebesar 44.800 mm sebagaimana tampak pada Gambar 1,

VI

V V

B C D E F G

1 2 3

B''' C'' F''

4

2''

2'

Gambar1a: Denah Silo Elevasi +9.900

+ 5.500

± 0.000 + 44.800

+ 10.500

Gambar1b:Tampak Silo

Setelah ditentukannya bentuk dan dimensi silo selanjutnya dilakukanlah pemodelan struktur silo sebagaimana yang ditunjukkan pada gambar 1a dan 1b sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 2

berikut,

Gambar2 : Pemodelan Struktur Silo

b. Perhitungan beban pada silo b.1. Beban pada dinding silo

(4)

………(1)

Sementara itu tekanan statik lateral pada kedalaman Y adalah :

……..…..(2)

Dimana k diasumsikan sebagai :

……….………….(3)

Pada persamaan 1, R adalah radius hidraulik (luas/keliling) dari penampang sisi dalam silo.

Untuk silo lingkaran

Sementara itu tekanan static vertical terhadap bidang miring sebesar,

………….(4)

Dan gaya geser permukaan bias diambil sebesar,

……..…..………..(5)

Berikut merupakan variable silo untuk penyimpanan Portland Cement,

ρ = Angle of repose (PC)= 25

µ = Coeff of friction to Concrete= 0,466

o

= Coeff of friction to Steel = 0,30

γ = Weight/Volume= 1,20 t/m3 R = Hydraulic radius= 5 m D = Diameter of Silo= 20 m k = (1-sinρ)/(1+sinρ)= 0,406 Cd = Overpressure factor

α = angle of silo bottom = 10o

β = Angle of conus chamber= 60 H = 29 m

o

hh = D/2.tan α= 1,77 m

Gambar3 :

Dimensi Silo untuk menggunakan Persamaan Reimbert dan Janssen

Adapun besaran faktor Cd berdasarkan

perumusan Reimbert dan Janssen ditunjukkan pada Gambar4. Tampak pada

Gambar 4 besarnya tekanan pada silo baik

lateral Maupun verikal bertambah besar

seiring dengan bertambahnya kedalaman silo

terhadap posisi atap silo. Persamaan 1 sampai dengan persamaan 5 merupakan persamaan tekanan statik. Selama proses pengisian dan pengosongan pada struktur silo besarnya tekanan kemungkinan akan bertambah. Penambahan tekanan ini disebut pengaruh

dinamik. Dalam proses pengosongan

menyebabkan tekanan dan gesekan vertical pada dinding silo menjadi lebih tinggi. Demikian pula akibat pengosongan, runtuhnya material di dalam silo akan menyebabkan bertambahnya tekanan vertical akibat tumbukan material yang mengalami keruntuhan. Pengaruh pengosongan material didalam silo digambarkan dalam besarnya factor Cd ditunjukkan pada Gambar 4 berikut

(5)

Pendekatan besarnya tekanan pada dinding silo bias dilakukan pendekatan dengan menggunakan factor tekanan, Cd.

Sehingga secara umum bias dipergunakan persamaan :

……(6)

Mengacu pada Gambar 3 di atas, besarnya tekanan pada dinding silo dibagi menjadi pias-pias per ketinggian sebagaimana tampak pada

Gambar 5.

Berdasarkan Faktor tekanan, Cd

sebagaimana tampakp ada Gambar 4 maka faktor Cd untuk perhitungan silo ditunjukkan

pada table 2.

Gambar 4 :Nilai Fakto rtekanan, Cd

Gambar5:Pembagian pias tekanan pada silo

Tabel 2 : Faktor C Posisi

d

Janssen Reimbert

H1 = D.tanα = 3,50 m 1,35 1,10

(H-H1)/4 = 6,37 m 1,45 1,20

(H-H1)/4 = 6,37 m 1,55 1,45

(H-H1)/4 = 6,37 m 1,65 1,65

hh = 1,77 m 1,65 1,65

Bottom 1,35 1,50

Mengacu pada Gambar 5 dan Tabel 2 di atas maka perhitungan besarnya gaya pd dan qd

(6)

Tabel 3 :Perhitungan beban pada dinding silo

depth height q p Cd qd (t/m2) pd (t/m2) vd (t/m')

0.00 43.00 0.00 0.00 1.35 0.00 0.00 0.00 0.00 0.50 42.50 0.59 0.24 1.35 0.80 0.33 0.84 1.35 1.00 42.00 1.18 0.48 1.35 1.59 0.65 1.74 1.44 1.50 41.50 1.75 0.71 1.35 2.36 0.96 2.70 1.54 2.00 41.00 2.31 0.94 1.35 3.12 1.27 3.72 1.63 2.50 40.50 2.86 1.16 1.35 3.86 1.57 4.79 1.72 3.00 40.00 3.40 1.38 1.35 4.59 1.86 5.92 1.81 3.50 39.50 3.93 1.60 1.35 5.31 2.16 7.11 1.90 4.00 39.00 4.45 1.81 1.35 6.01 2.44 8.35 1.98 4.50 38.50 4.97 2.02 1.35 6.70 2.72 9.64 2.07 1.54 5.00 38.00 5.47 2.22 1.45 7.93 3.22 11.79 3.45 5.50 37.50 5.96 2.42 1.45 8.64 3.51 13.29 2.40 6.00 37.00 6.44 2.61 1.45 9.34 3.79 14.84 2.48 6.50 36.50 6.92 2.81 1.45 10.03 4.07 16.44 2.57 7.00 36.00 7.38 3.00 1.45 10.70 4.34 18.10 2.65 7.50 35.50 7.84 3.18 1.45 11.36 4.61 19.80 2.73 8.00 35.00 8.28 3.36 1.45 12.01 4.87 21.56 2.81 8.50 34.50 8.72 3.54 1.45 12.65 5.13 23.36 2.89 9.00 34.00 9.15 3.72 1.45 13.27 5.39 25.21 2.96 9.50 33.50 9.58 3.89 1.45 13.89 5.64 27.11 3.04 10.00 33.00 9.99 4.06 1.45 14.49 5.88 29.05 3.11 10.50 32.50 10.40 4.22 1.45 15.08 6.12 31.04 3.19 2.86 11.00 32.00 10.80 4.38 1.55 16.74 6.79 35.35 6.91 11.50 31.50 11.19 4.54 1.55 17.34 7.04 37.57 3.56 12.00 31.00 11.57 4.70 1.55 17.94 7.28 39.84 3.63 12.50 30.50 11.95 4.85 1.55 18.53 7.52 42.14 3.70 13.00 30.00 12.32 5.00 1.55 19.10 7.75 44.50 3.77 13.50 29.50 12.69 5.15 1.55 19.66 7.98 46.89 3.84 14.00 29.00 13.04 5.29 1.55 20.22 8.21 49.33 3.91 14.50 28.50 13.39 5.44 1.55 20.76 8.43 51.81 3.97 15.00 28.00 13.74 5.58 1.55 21.29 8.64 54.33 4.04 15.50 27.50 14.07 5.71 1.55 21.81 8.85 56.89 4.10 16.00 27.00 14.40 5.85 1.55 22.33 9.06 59.49 4.17 16.50 26.50 14.73 5.98 1.55 22.83 9.27 62.13 4.23 4.15 17.00 26.00 15.05 6.11 1.65 24.83 10.08 68.99 10.99 17.50 25.50 15.36 6.23 1.65 25.34 10.29 71.88 4.63 18.00 25.00 15.67 6.36 1.65 25.85 10.49 74.80 4.69 18.50 24.50 15.97 6.48 1.65 26.35 10.69 77.77 4.75 19.00 24.00 16.26 6.60 1.65 26.83 10.89 80.77 4.81 19.50 23.50 16.55 6.72 1.65 27.31 11.08 83.81 4.87 20.00 23.00 16.84 6.83 1.65 27.78 11.27 86.88 4.93 20.50 22.50 17.12 6.95 1.65 28.24 11.46 89.99 4.98 21.00 22.00 17.39 7.06 1.65 28.69 11.64 93.13 5.04 21.50 21.50 17.66 7.17 1.65 29.13 11.82 96.31 5.09 22.00 21.00 17.92 7.27 1.65 29.57 12.00 99.52 5.14 22.50 20.50 18.18 7.38 1.65 30.00 12.17 102.77 5.20 23.00 20.00 18.43 7.48 1.65 30.41 12.34 106.04 5.25 23.50 19.50 18.68 7.58 1.65 30.83 12.51 109.35 5.30 5.40 24.00 19.00 18.93 7.68 1.65 31.23 12.67 112.68 5.35 24.50 18.50 19.17 7.78 1.65 31.62 12.84 116.05 5.40 25.00 18.00 19.40 7.87 1.65 32.01 12.99 119.45 5.44 25.50 17.50 19.63 7.97 1.65 32.39 13.15 122.88 5.49 26.00 17.00 19.86 8.06 1.65 32.77 13.30 126.33 5.54 26.50 16.50 20.08 8.15 1.65 33.13 13.45 129.81 5.58 27.00 16.00 20.30 8.24 1.65 33.49 13.59 133.32 5.62 27.50 15.50 20.51 8.33 1.65 33.85 13.74 136.86 5.67 28.00 15.00 20.72 8.41 1.65 34.19 13.88 140.42 5.71 28.50 14.50 20.93 8.49 1.65 34.53 14.02 144.01 5.75 29.00 14.00 21.13 8.58 1.65 34.87 14.15 147.63 5.79 5.58

Selanjutnya perhitungan beban beban sebagaimana diuraikan pada tabel 3 kemudian dimasukkan di dalam pemodelan struktur silo sebagai beban tekanan (pressure) pd pada

dinding silo ditunjukkan pada Gambar 5.

Gambar5 :

(7)

Gambar6 :

Gesekan semen pada dindingsilo

Dasar cone mempunyai kemiringans ebesar sudut 10 derajat dan sudut cone 60 derajat. Sistem unloading dari silo yang dirancang mengacu pada 2 referensi silo yakni

Claudius Peters dan Ibau Hamburg

sebagaimana tampak pada Gambar 7.

Sistem unloading tersebut secara prinsip untuk memperoleh aliran material yang lancer dengan bukaan pada bagian dasar hopper mendekati 40 persen. Bagian dasar cone diberikan aliran udara agar supaya material di dalam silo tidak memadat sehingga dapat mengalir dengan lancer dari dari ruang silo ke dalam bagian dalam cone dengan kendali system kontrol.

(a)

(b)

Gambar 7 : Sistem unloading silo

(8)

Gambar8 :Pembebanan pada dasar cone

Tabel4 :Perhitungan beban dasar hopper

Gambar 9 :Pembebanan pada cone

Tabel 8 :Perhitungan beban pada cone

depth height q p Cd qd (t/m2) pd (t/m2) qαd (t/m2)

16.40 26.60 16.23 6.59 1.65 26.77 10.87 14.84

16.90 26.10 16.63 6.75 1.65 27.43 11.13 15.21

17.40 25.60 17.02 6.91 1.65 28.08 11.40 15.57

17.90 25.10 17.41 7.07 1.65 28.73 11.66 15.93

18.40 24.60 17.80 7.22 1.65 29.36 11.92 16.28

18.90 24.10 18.18 7.38 1.65 29.99 12.17 16.63

19.40 23.60 18.55 7.53 1.65 30.61 12.42 16.97

19.90 23.10 18.93 7.68 1.65 31.23 12.67 17.31

20.40 22.60 19.29 7.83 1.65 31.83 12.92 17.65

20.90 22.10 19.66 7.98 1.65 32.43 13.16 17.98

21.40 21.60 20.01 8.12 1.65 33.02 13.40 18.31

21.90 21.10 20.37 8.27 1.65 33.61 13.64 18.63

22.40 20.60 20.72 8.41 1.65 34.19 13.87 18.95

22.90 20.10 21.06 8.55 1.65 34.76 14.11 19.27

23.40 19.60 21.41 8.69 1.65 35.32 14.33 19.58

23.90 19.10 21.74 8.82 1.65 35.88 14.56 19.89

24.40 18.60 22.08 8.96 1.65 36.43 14.78 20.19

24.90 18.10 22.41 9.09 1.65 36.97 15.00 20.49

25.40 17.60 22.73 9.23 1.65 37.50 15.22 20.79

25.90 17.10 23.05 9.36 1.65 38.04 15.44 21.09

26.40 16.60 23.37 9.48 1.65 38.56 15.65 21.38

26.90 16.10 23.68 9.61 1.65 39.08 15.86 21.66

27.40 15.60 23.99 9.74 1.65 39.59 16.07 21.95

27.90 15.10 24.30 9.86 1.65 40.09 16.27 22.23

28.40 14.60 24.60 9.98 1.65 40.59 16.47 22.50

29.46 13.54 25.23 10.24 1.65 41.63 16.90 23.08

Beban lainnya pada silo adalah beban hidup di atap silo sebesar 500 kg/m2.

Gambar 10 :Beban hidupp ada atap silo

(9)

Gambar 11 :

Beban temperature semen pada silo

Beban berikut padas truktur silo adalah beban gempa. Silo dalam perancangan ini berada di lokasi kegempaan zone 5. Adapun data-data yang dipergunakan sebagai input pada pemodelan struktur silo sesuai dengan SNI1726-2002 Standar Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung adalah

- Faktor Keutamaan Bangunan (I) = 1,5 - Parameter daktilitas (R) = 3,5

- Faktor respon gempa (C) zone 5 untuk tanah sedang (lihatGambar 12)

Gambar 12 :

Spektrum respons gempa rencana (C)

Gambar 13 :

Input Grafik Response Spectrum

V. HASIL PERANCANGAN

K 800X1500 K 800X1500

NOTE : WIDE FLANGE (mm) FRAME SECTION WIDE FLANGE (mm)

dbftwtf PD-1 PD-2 PD-3

PEDESTAL 1 (WF 350x350x12x19) 3503501219 3003001015 250250914 PD-4

PEDESTAL 2 (WF 300x300x9x14) PEDESTAL 3 (WF 250x250x9x14) PEDESTAL 4 (PIPA Ø 600mm; t = 16mm)

PD-3 PD-3 PD-3 PD-3 PD-3

PD-1 PD-1 PD-1

PD-1

PD-2 PD-2 PD-2

PD-2 PD-2

PD-2 PD-2 PD-2 PD-2 PD-2 PD-2

PD-2 PD-2

K 2000X3000 K 2000X3000

K 2000X3000

PD-2

PD-3

Gambar 14 :Denah Elevasi +0.00

I V

(10)

VI I I

+ 5.500

± 0.000 + 44.800

+ 10.500

Gambar 17 : Tampak Silo

+

Gambar 18 :Denah dan Potongan Hopper

TOP & BOTT

Gambar 19 :Penulangan Hopper

PLAT STRIP t=21 mm x 400 mm PLAT STRIP t=14 mm

WF 400x200x9x14

HB 400x400x13x21 + PLAT STRIP 2x t =14 mm

HB 400x400x13x21 + PLAT STRIP 2x t =14 mm PLAT STRIP 2x t=32 mm x 400 mm WF 300x150x4.6x7

PLAT STRIP t=14 mm

(11)

Gambar 21 : Detail Cone

+ 14.750

+ 9.000 + 9.000 + 9.000

+ 5.500 + 5.500 + 5.500 + 10.500

+ 8.500 + 12.250

- 2.700 - 2.000

± 0.000

-0.200 ± 0.000

+ 5.500 + 9.000 + 14.750

Gambar 22 :Potongan Silo

VI. PELAKSANAAN LAPANGAN

Gambar 23 :Pelaksanaan Struktur Silo

(a)

(b)

Gambar 24 : Tampak Cone

(12)

Gambar 26 :Struktur Silo

VII.DAFTAR PUSTAKA

1. Mark Fintel (1985), “Handbook of

Concrete Engineering“ Second

Edition

2. Claudius Peters, “Silo Technology” 3. Ibau Hamburg, “Silo Conversions and

Modifacations for the Cement

Industry”

4. Departemen Pemukiman dan Prasarana Wilayah (2002), ”Tata Cara Perencanan Struktur Beton Bertulang untuk Bangunan Gedung

SNI 03-2847-2002”.

5. Departemen Pemukimandan Prasarana Wilayah(2002), ”Standard Perencanaan Bangunan Baja

Indonesia SNI 03-1729-2002”.

6. Departemen Pemukiman dan Prasarana Wilayah (2002), ”Standar Perencanan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung