Universitas Kristen Maranatha vii
ANALISIS DAN DESAIN TANGKI AIR BETON
PRATEGANG BENTUK CYLINDRICAL
Nathania Dewi Go NRP: 0721064
Pembimbing: Winarni Hadipratomo, Ir.
FAKULTAS TEKNIK, JURUSAN TEKNIK SIPIL UNIVERSITAS KRISTEN MARANATHA
ABSTRAK
Tangki air bentuk cylindrical beton prategang merupakan kombinasi yang baik antara material dan bentuk struktural untuk menampung cairan dan bahan padat. Tangki air beton prategang biasanya digunakan untuk menyimpan air, gas, minyak atau jenis-jenis cairan lainnya dari suatu industri. Permasalahan yang sering timbul adalah akibat adanya beban hidup yang besar sehingga timbul gaya tarik yang besar yang menyebabkan adanya retak-retak yang tidak diperkenankan. Oleh karena itu, untuk mengatasinya digunakan beton prategang. Tangki air beton prategang ini dapat berfungsi selama 50 tahun atau lebih tanpa mengalami masalah perawatan yang signifikan.
Tujuan penulisan tugas akhir ini adalah untuk menganalisis suatu model struktur tangki air cylindrical menggunakan metode elemen hingga dan mendesain struktur tangki air tersebut dengan beton prategang mutu beton fc’ = 40 MPa. Berdasarkan analisis dan desain yang telah dilakukan diperoleh jumlah tendon
circular sebanyak 3 buah tendon seven-wire low relaxation bonded φ ½”/1 m pada ketinggian 0 – 2 m, 12 buah pada ketinggian 2 – 5 m, 8 buah pada ketinggian 5 – 6 m, 6 buah pada ketinggian 6 – 7 m, dan 3 buah pada ketinggian 7 – 8 m. Jumlah tendon longitudinal yang diperlukan adalah 3 buah tendon seven-wire low relaxation bonded φ ½”/1,26 m. Untuk dasar tangki digunakan beton bertulang dengan tulangan D13 @ 150 pada 2 arah yang saling tegak lurus. Untuk balok tepi digunakan tulangan 2 D16 untuk tulangan atas dan bawah, sedangkan untuk tulangan sengkang digunakan 2 D10 @ 100.
Universitas Kristen Maranatha viii
ANALYSIS AND DESIGN OF PRESTRESSED
CONCRETE CYLINDRICAL WATER TANK
Nathania Dewi Go NRP: 0721064
Advisor: Winarni Hadipratomo, Ir.
FACULTY OF ENGINEERING, CIVIL ENGINEERING DEPARTMENT MARANATHA CHRISTIAN UNIVERSITY
ABSTRACT
Prestressed concrete cylindrical water tank is a good combination between the material and structural shapes to accommodate liquid and solid materials. Prestressed concrete water tanks are usually used to store water, gas, oil or another kind of industrial liquid. Problems often arise due to the large live load producing large tensile force that will cause cracks that are not allowed. To overcome the problems prestressed concrete is applied. Prestressed concrete water tank can endure for 50 years or more without significant maintenance problems.
The purpose of this thesis is to analyze and design cylindrical water tank structure of prestressed concrete (fc’ = 40 MPa) by finite element method and designed manually.
Based on the analysis and design, we obtain seven wire low relax bonded circular tendon φ ½” of 3 strands, 12 strands, 8 strands, 6 strands, and 3 strands at height 0 – 2 m, 2 – 5 m, 5 – 6 m, 6 – 7 m, and 7 – 8 m respectively. While the vertical longitudinal direction required 6 strands/1,26 m. Reinforced concrete is applied to the bottom slab, reinforced by D13 @ 150 in both orthogonal directions and for the edge beam we apply 2 D16 for top and bottom side and 2 D10 @ 100 for the stirrups.
Universitas Kristen Maranatha xi
DAFTAR ISI
Halaman Judul ... iSurat Keterangan Tugas Akhir ... ii
Surat Keterangan Selesai Tugas Akhir ... iii
Lembar Pengesahan ... iv
Pernyataan Orisinalitas Laporan Tugas Akhir ... v
Pernyataan Publikasi Laporan Penelitian ... vi
Abstrak ... vii
1.3 Ruang Lingkup Pembahasan ... 2
1.4 Sistematika Pembahasan ... 3
BAB II TINJAUAN LITERATUR ... 4
2.2 Struktur Tangki Air Beton Prategang ... 18
2.2.1 Macam-macam Bentuk Tangki Air ... 18
2.2.2 Bentuk Geometri Struktur Tangki Air ... 19
2.2.3 Ketebalan Struktur Tangki Air ... 20
2.2.4 Sambungan Dinding Tangki dengan Dasar Tangki... 20
2.2.5 Analisis Tangki Beton Prategang ... 23
2.2.10 Desain Balok dengan Metode Beban Imbang ... 32
2.2.11 Desain Penyaluran dan Panjang Lewatan Tulangan ... 33
2.3 Metode Elemen Hingga pada SAP 2000 Nonliniear ... 35
BAB III STUDI KASUS DAN PEMBAHASAN ... 38
3.1 Pemodelan Struktur Tangki Air Bentuk Cylindrical ... 38
Universitas Kristen Maranatha xii
3.3 Pemodelan dan Input Struktur Tangki Air pada SAP 2000 ... 42
3.3.1 Pemodelan Struktur Tangki Air ... 42
3.3.2 Input Beban yang Bekerja pada Struktur Tangki Air ... 51
3.4 Hasil Output dari SAP 2000 ... 59
3.5 Analisis Gaya-gaya Dalam ... 60
3.6 Desain Struktur Tangki Air Beton Prategang ... 67
3.6.1 Ketebalan Struktur Tangki Air ... 67
3.6.2 Desain Tendon Circular ... 67
3.6.3 Desain Tendon Longitudinal ... 83
3.6.4 Desain Tulangan Dasar Tangki ... 99
3.6.5 Desain Panjang Penyaluran Tulangan Tarik Dasar Tangki .... 100
3.6.6 Daerah Penjangkaran ... 102
3.6.7 Desain Tulangan Balok Tepi ... 103
3.6.8 Desain Panjang Penyaluran Tulangan Tarik Balok Tepi ... 106
3.7 Pembahasan ... 108
3.7.1 Perbandingan Momen Vertikal ... 108
3.7.2 Perbandingan Gaya Melingkar ... 112
3.7.3 Lendutan pada Dinding Tangki Akibat Beban Kerja ... 115
3.7.4 Pembahasan Kondisi Tangki Kosong, Setengah Penuh, dan Penuh ... 115
BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN ... 121
4.1 Kesimpulan ... 121
4.2 Saran ... 122
DAFTAR PUSTAKA ... 123
Universitas Kristen Maranatha xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Tegangan Serat pada Beton Dengan Tendon Lurus ... 6Gambar 2.2 Konsep Beban Imbang ... 8
Gambar 2.3 Berbagai Bentuk Penampang Beton Prategang... 12
Gambar 2.4 Bentuk-bentuk Tangki Beton Prategang ... 19
Gambar 2.5 Potongan Mendatar Struktur Tangki Air Bentuk Circular ... 20
Gambar 2.6 Tangki dengan Dasar Jepit ... 21
Gambar 2.7 Tangki dengan Dasar Sendi ... 22
Gambar 2.8 Tangki dengan Dasar Sliding ... 23
Gambar 2.9 Analisis Tangki Lingkaran ... 24
Gambar 2.10 Tegangan dan Momen Lentur pada Dinding Tangki Melingkar... 25
Gambar 2.11 Balok dengan Tendon Lurus ... 29
Gambar 2.12 Balok Prategang dengan Tendon Bentuk V ... 32
Gambar 2.13 Balok Prategang dengan Tendon Parabola ... 33
Gambar 2.14 Shell Element Stresses and Internal Forces ... 36
Gambar 2.15 Arah Sumbu Lokal ... 37
Gambar 3.1 Potongan Mendatar Tangki Air ... 39
Gambar 3.2 Potongan Vertikal Tangki Air ... 39
Gambar 3.3 Posisi Jangkar pada Dinding Tangki Air ... 40
Gambar 3.4 Detail 1 ... 40
Gambar 3.5 Letak Balok Tepi pada Tangki Air... 41
Gambar 3.6 Model Struktur Tangki Air ... 41
Gambar 3.7 Mendefinisikan Satuan dan Model yang Digunakan ... 43
Gambar 3.8 Mendefinisikan Shell Type dan Dimensinya ... 43
Gambar 3.9 Mendefinisikan Material ... 44
Gambar 3.10 InputMaterial Property Data ... 45
Gambar 3.11 Input Data Dinding Tangki ... 46
Gambar 3.12 Input Data Dasar Tangki ... 47
Gambar 3.13 Mendefinisikan Bentuk Balok Tepi ... 48
Gambar 3.14 Input Balok Tepi ... 49
Gambar 3.15 Reinforcement Balok Tepi ... 49
Gambar 3.16 Letak Balok Tepi ... 50
Gambar 3.17 Reaksi Perletakan ... 50
Gambar 3.18 Mendefinisikan Static Load Cases ... 51
Gambar 3.19 Penjelasan Nilai D dan Cz... 52
Gambar 3.20 Mendefinisikan Joint Patterns ... 52
Gambar 3.21 Pola-pola Nilai untuk Tekanan Beban Air ... 53
Gambar 3.22 Mendefinisikan Beban pada Dinding Tangki ... 53
Gambar 3.23 Tekanan Beban Air ... 54
Gambar 3.24 Mendefinisikan Beban pada Dasar Tangki ... 55
Gambar 3.25 Mendefinisikan Combo 1 ... 56
Gambar 3.26 Mendefinisikan Combo 2 ... 57
Gambar 3.27 Mendefinisikan Combo 3 ... 57
Universitas Kristen Maranatha xiv
Gambar 3.29 Menentukan Tabel Hasil Analisis pada SAP 2000 ... 59
Gambar 3.30 Tabel Element Forces – Area Shells ... 60
Gambar 3.31 Tampak Atas XY Struktur Tangki Air ... 61
Gambar 3.32 Potongan XZ dan YZ Struktur Tangki Air ... 61
Gambar 3.33 Bentuk Deformasi Tangki Air Kosong Akibat Beban Kombinasi 1 ... 62
Gambar 3.34 Kurva Displacement pada Dinding Tangki Kosong Akibat Beban Kombinasi 1 ... 63
Gambar 3.35 Bentuk Deformasi Tangki Air Setengah Penuh Akibat Beban Kombinasi 2 ... 63
Gambar 3.36 Kurva Displacement pada Dinding Tangki Setengah Penuh Akibat Beban Kombinasi 2 ... 64
Gambar 3.37 Bentuk Deformasi Tangki Air Penuh Akibat Beban Kombinasi 2 ... 65
Gambar 3.38 Kurva Displacement pada Dinding Tangki Penuh Akibat Beban Kombinasi 2 ... 66
Gambar 3.39 Potongan Melintang dari Struktur Tangki Air ... 67
Gambar 3.40 Kurva F11 Tangki Kosong Akibat Beban Kombinasi 1 ... 68
Gambar 3.41 Kurva M11 Tangki Kosong Akibat Beban Kombinasi 1 ... 69
Gambar 3.42 Kurva F11 Tangki Setengah Penuh Akibat Beban Kombinasi 2 .... 69
Gambar 3.43 Kurva M11 Tangki Setengah Penuh Akibat Beban Kombinasi 2 ... 70
Gambar 3.44 Kurva F11 Tangki Penuh Akibat Beban Kombinasi 2 ... 71
Gambar 3.45 Kurva M11 Tangki Penuh Akibat Beban Kombinasi 2 ... 71
Gambar 3.46 Letak Tendon Circular ... 72
Gambar 3.47 Jumlah Tendon Circular Tangki Kosong Akibat Beban Kombinasi 1 pada Ketinggian 0 – 8 m ... 78
Gambar 3.48 Tegangan Akhir Tendon Circular Tangki Kosong Akibat Beban Kombinasi 1 pada Ketinggian 1m ... 79
Gambar 3.49 Jumlah Tendon Circular Tangki Setengah Penuh Akibat Beban Kombinasi 2 pada Ketinggian 0 – 8 m ... 80
Gambar 3.50 Tegangan Akhir Tendon Circular Tangki Setengah Penuh Akibat Beban Kombinasi 2 pada Ketinggian 1m ... 81
Gambar 3.51 Jumlah Tendon Circular Tangki Penuh Akibat Beban Kombinasi 2 pada Ketinggian 0 – 8 m ... 82
Gambar 3.52 Tegangan Akhir Tendon Circular Tangki Penuh Akibat Beban Kombinasi 2 pada Ketinggian 1m ... 83
Gambar 3.53 Kurva F22 Tangki Kosong Akibat Beban Kombinasi 1 ... 84
Gambar 3.54 Kurva M22 Tangki Kosong Akibat Beban Kombinasi 1 ... 85
Gambar 3.55 Kurva F22 Tangki Setengah Penuh Akibat Beban Kombinasi 2 .... 85
Gambar 3.56 Kurva M22 Tangki Setengah Penuh Akibat Beban Kombinasi 2 ... 86
Gambar 3.57 Kurva F22 Tangki Penuh Akibat Beban Kombinasi 2 ... 87
Gambar 3.58 Kurva M22 Tangki Penuh Akibat Beban Kombinasi 2 ... 87
Gambar 3.59 Letak Tendon Longitudinal ... 88
Gambar 3.60 Jumlah Tendon Longitudinal Tangki Kosong Akibat Beban Kombinasi 1 pada Ketinggian 0 – 8 m ... 94
Universitas Kristen Maranatha xv
Akibat Beban Kombinasi 2 pada Ketinggian 0 – 8 m ... 96
Gambar 3.63 Tegangan Akhir Tendon Longitudinal Tangki Setengah Penuh Akibat Beban Kombinasi 2 pada Ketinggian 1m ... 97
Gambar 3.64 Jumlah Tendon Longitudinal Tangki Penuh Akibat Beban Kombinasi 2 pada Ketinggian 0 – 8 m ... 98
Gambar 3.65 Tegangan Akhir Tendon Longitudinal Tangki Penuh Akibat Beban Kombinasi 2 pada Ketinggian 1m ... 99
Gambar 3.66 Penulangan Dasar Tangki Air ... 100
Gambar 3.67 Potongan Vertikal Dasar Tangki ... 101
Gambar 3.68 Potongan 1 – 1 ... 101
Gambar 3.69 Letak Angkur Tendon Longitudinal ... 102
Gambar 3.70 Letak Angkur Tendon Circular ... 102
Gambar 3.71 Hasil Output Balok Tepi dari SAP 2000 Akibat Beban Kombinasi 2 ... 103
Gambar 3.72 Ouput M3 Tangki Penuh dari SAP 2000 Akibat Beban Kombinasi 2 ... 104
Gambar 3.73 Gambar Bidang Momen M3 pada Balok Tepi ... 104
Gambar 3.74 Potongan Melintang Balok Tepi ... 106
Gambar 3.75 Potongan Memanjang Balok Tepi ... 106
Gambar 3.76 Penampang Balok Tepi ... 108
Gambar 3.77 Potongan A – A ... 108
Gambar 3.78 Kurva Momen Lentur Hasil perhitungan Manual ... 110
Gambar 3.79 Kurva M22 dari SAP 2000 Akibat Beban Kombinasi 3 ... 110
Gambar 3.80 Diagram M22 dari SAP 2000 Akibat Beban Kombinasi 3 ... 111
Gambar 3.81 Kurva Gaya Melingkar Hasil Perhitungan Manual ... 113
Gambar 3.82 Kurva F11 dari SAP 2000 Akibat Beban Kombinasi 3 ... 113
Gambar 3.83 Diagram F11 dari SAP 2000 Akibat Beban Kombinasi 3 ... 114
Gambar 3.84 Perbandingan Kurva F11 pada Kondisi Tangki Kosong, Setengah Penuh, dan Penuh ... 116
Gambar 3.85 Perbandingan Kurva F22 pada Kondisi Tangki Kosong, Setengah Penuh, dan Penuh ... 116
Gambar 3.86 Perbandingan Kurva M11 pada Kondisi Tangki Kosong, Setengah Penuh, dan Penuh ... 117
Gambar 3.87 Perbandingan Kurva M22 pada Kondisi Tangki Kosong, Setengah Penuh, dan Penuh ... 118
Gambar 3.88 Perbandingan Kurva Displacement Dinding Tangkipada Kondisi Tangki Kosong, Setengah Penuh, dan Penuh ... 118
Gambar 3.89 Perbandingan Jumlah Tendon Longitudinal pada Kondisi Tangki Kosong, Setengah Penuh, dan Penuh ... 119
Gambar 3.90 Perbandingan Jumlah Tendon Circular pada Kondisi Tangki Kosong, Setengah Penuh, dan Penuh ... 120
Gambar L2.1 Potongan Melintang Tangki Air ... 131
Gambar L2.2 Detail 1 ... 132
Gambar L2.3 Potongan Vertikal Tangki Air ... 133
Gambar L2.4 Detail 2 ... 134
Gambar L3.1 Spesifikasi Stressing Anchorage VSL Type E ... 136
Gambar L3.2 Spesifikasi Stressing Anchorage VSL Type EC ... 137
Universitas Kristen Maranatha xvi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Perbedaan Penampang Beton Bertulang dengan Beton Prategang ... 7Tabel 2.2 Jenis Kehilangan Gaya Prategang dan Waktu Terjadinya ... 13
Tabel 2.3 KSH menurut PCI untuk post-tensioned ... 16
Tabel 2.4 Nilai K dan μ menurut PCI ... 17
Tabel 2.5 Tebal Dinding Minimum ... 20
Tabel 2.6 Koefisien Momen Tangki Melingkar- Dasar Jepit Atas Bebas ... 25
Tabel 2.7 Koefisien Gaya Melingkar Tangki Melingkar- Dasar Jepit Atas Bebas ... 26
Tabel 3.1 Jumlah Tendon Circular Tangki Kosong Akibat Beban Kombinasi 1 pada Ketinggian 0 – 8 m ... 77
Tabel 3.2 Tegangan Akhir Tendon Circular Tangki Kosong Akibat Beban Kombinasi 1 pada Ketinggian 0 – 8 m ... 78
Tabel 3.3 Jumlah Tendon Circular Tangki Setengah Penuh Akibat Beban Kombinasi 2 pada Ketinggian 0 – 8 m ... 79
Tabel 3.4 Tegangan Akhir Tendon Circular Tangki Setengah Penuh Akibat Beban Kombinasi 2 pada Ketinggian 0 – 8 m ... 80
Tabel 3.5 Jumlah Tendon Circular Tangki Penuh Akibat Beban Kombinasi 2 pada Ketinggian 0 – 8 m ... 81
Tabel 3.6 Tegangan Akhir Tendon Circular Tangki Penuh Akibat Beban Kombinasi 2 pada Ketinggian 0 – 8 m ... 82
Tabel 3.7 Jumlah Tendon Longitudinal Tangki Kosong Akibat Beban Kombinasi 1 pada Ketinggian 0 – 8 m ... 93
Tabel 3.8 Tegangan Akhir Tendon Longitudinal Tangki Kosong Akibat Beban Kombinasi 1 pada Ketinggian 0 – 8 m ... 94
Tabel 3.9 Jumlah Tendon Longitudinal Tangki Setengah Penuh Akibat Beban Kombinasi 2 pada Ketinggian 0 – 8 m ... 95
Tabel 3.10 Tegangan Akhir Tendon Longitudinal Tangki Setengah Penuh Akibat Beban Kombinasi 2 pada Ketinggian 0 – 8 m ... 96
Tabel 3.11 Jumlah Tendon Longitudinal Tangki Penuh Akibat Beban Kombinasi 2 pada Ketinggian 0 – 8 m ... 97
Tabel 3.12 Tegangan Akhir Tendon Longitudinal Tangki Penuh Akibat Beban Kombinasi 2 pada Ketinggian 0 – 8 m ... 98
Tabel 3.13 Momen Lentur Hasil Perhitungan Manual ... 109
Tabel 3.14 Perbandingan Momen Perhitungan Manual dengan SAP 2000 ... 111
Tabel 3.15 Gaya Melingkar Hasil Perhitungan Manual ... 112
Tabel 3.16 Perbandingan Gaya Melingkar Perhitungan Manual dengan SAP 2000 ... 114
Tabel L1.1 Hasil Output Element Forces-Area Shell dari Sap 2000 dengan Beban Air 7 m ... 125
Tabel L1.2 Hasil Output Element Forces-Area Shell dari Sap 2000 dengan Beban Air 4 m ... 128
Tabel L3.1 Strand Properties... 135
Tabel L3.2 Tendon Properties ... 135
Universitas Kristen Maranatha xvii
DAFTAR NOTASI
a Tinggi blok persegi ekivalen.
Ac Luas penampang beton prategang.
Acp Luas penampang beton.
Aoh Luas yang dibatasi garis berat sengkang terluar.
Aps Luas tendon yang digunakan.
Aps,perlu Luas tendon yang diperlukan.
As Luas tulangan yang digunakan.
As,min Luas tulangan yang diperlukan.
Atr Total luas penampang tulangan transversal dalam jarak s.
b Lebar penampang.
cgc Garis berat penampang.
cgs Garis berat tendon.
cb Jarak garis berat penampang ke tepi bawah balok.
cot θ Sudut kemiringan retak penampang, berkisar antara 30-60o.
ct Jarak garis berat penampang ke tepi atas balok.
D Diameter tangki dari dinding bagian dalam ke dinding bagian dalam.
d Tinggi manfaat penampang.
db Diameter nominal tulangan.
dp Jarak tepi tertekan ke garis berat tendon.
e Eksentrisitas tendon.
Universitas Kristen Maranatha xviii
fb Tegangan tepi bawah balok beton prategang.
fc’ Mutu beton pada kondisi layan atau beban kerja.
fci Tegangan tekan serat terluar sesaat setelah transfer gaya prategang.
fci’ Mutu beton pada kondisi awal.
fcs Tegangan tekan serat terluar pada tingkat beban kerja. ݂ҧcs Tegangan beton pada cgs setelah transfer.
݂ҧcsd Tegangan beton pada cgs akibat semua beban mati
fs Tegangan tarik pada tulangan.
ft Tegangan tepi atas balok beton prategang.
fti Tegangan tarik serat terluar sesaat setelah transfer gaya prategang.
fti Tegangan tarik serat terluar pada tingkat beban kerja
fpe Tegangan pada kondisi beban kerja
fps Tegangan runtuh nominal baja prategang
fpu Mutu baja prategang.
fy Mutu tulangan baja ulir.
fyl Kuat leleh tulangan memanjang.
fyt Kuat leleh tulangan transversal.
fyv Kuat leleh sengkang.
h Tinggi penampang.
H Ketinggian air dalam tangki.
Ig Momen inersia penampang beton prategang.
j Jumlah jacking.
jd Lengan momen.
Universitas Kristen Maranatha xix
Ktr Indeks tulangan transversal atau melintang.
L Panjang tendon. ld Panjang penyaluran.
Mcr Momen retak.
MD Momen akibat beban mati berat sendiri.
Mn Kapasitas momen nominal.
Mu Momen terfaktor desain.
Mub Momen akibat akibat beban tak imbang wub.
Mw Momen lentur vertikal pada dinding tangki.
n Jumlah tendon yang diperlukan.
Nd Tegangan vertikal pada dinding tangki.
Pe Gaya prategang efektif.
pcp Keliling penampang beton.
ph Keliling sengkang.
Pi Gaya prategang awal.
R Jari-jari tangki air.
s Jarak antar sengkang.
Sb Section modulus tepi bawah balok.
St Section modulus tepi atas balok.
t Ketebalan dinding tangki.
Tu Gaya dalam torsi.
vc Poison ratio.
wb Beban imbang akibat beban berat sendiri dan berat mati tambahan.
Universitas Kristen Maranatha xx
α Faktor lokasi tulangan.
β Faktor pelapisan tulangan.
γ Faktor ukuran tulangan.
ΔA Besarnya selip
ΔfpA Kehilangan gaya prategang akibat penjangkaran.
ΔfpCR Kehilangan gaya prategang akibat rangkak pada beton.
ΔfpES Kehilangan gaya prategang akibat peerpendekan elastis
ΔfpF Kehilangan gaya prategang akibat geseran.
ΔfpR Kehilangan gaya prategang akibat relaksasi tegangan baja.
ΔfpSH Kehilangan gaya prategang akibat susut pada beton.
χ Faktor agregat beton ringan. φ Faktor reduksi.
η Faktor prategang sisa.
μ Koefisien lengkung.
ρmax Ratio luas tulangan terhadap luas bruto penampang beton maksimum.
ρmin Ratio luas tulangan terhadap luas bruto penampang beton minimum.
Universitas Kristen Maranatha xxi
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran L1 Hasil Output SAP 2000 ... 125Lampiran L2 Gambar Struktur Tangki Air ... 131
Lampiran L3 Manual dari VSL ... 135
Universitas Kristen Maranatha 124
DAFTAR LAMPIRAN
L.1 Hasil Output SAP 2000
L.2 Gambar Struktur Tangki Air
L.3 Manual dari VSL
Universitas Kristen Maranatha 125
LAMPIRAN 1
HASIL OUTPUT SAP 2000
L1.1 Hasil Output dari SAP 2000 dengan Beban Air 7 m
Hasil ouput nilai momen dan tegangan yang bekerja pada dinding tangki
dengan beban air setinggi 7 m yang digunakan dalam perhitungan sebelumnya
dapat dilihat pada Tabel L1.1.
Tabel L1.1 Hasil Output Element Forces-Area Shell dari Sap 2000 dengan Beban Air 7 m
Area Joint OutputCase CaseType F11
N/mm
19 39 COMB2 Combination -19.61 -98.06 20099.6 100497.99
19 40 COMB2 Combination 304.74 -33.19 325.16 1625.82
19 39 COMB3 Combination -14.01 -70.04 14356.86 71784.28
19 40 COMB3 Combination 217.67 -23.71 232.26 1161.3
20 39 DEAD LinStatic -9.41 -47.05 108.43 542.15
20 40 DEAD LinStatic -7.64 -46.7 3.88 19.41
20 39 COMB1 Combination -13.17 -65.87 151.8 759.01
20 40 COMB1 Combination -10.7 -65.38 5.43 27.17
20 39 COMB2 Combination -19.61 -98.06 20099.6 100497.99
20 40 COMB2 Combination 304.74 -33.19 325.16 1625.82
20 39 COMB3 Combination -14.01 -70.04 14356.86 71784.28
20 40 COMB3 Combination 217.67 -23.71 232.26 1161.3
119 40 DEAD LinStatic -6.48 -40.88 3.88 19.4
119 220 DEAD LinStatic -3.97 -40.37 -31.42 -157.09
119 40 COMB1 Combination -9.07 -57.23 5.43 27.15
119 220 COMB1 Combination -5.56 -56.52 -43.98 -219.92
119 40 COMB2 Combination 291.08 -101.48 323.77 1618.85
119 220 COMB2 Combination 737.17 -12.27 -6188.27 -30941.36
119 40 COMB3 Combination 207.92 -72.49 231.26 1156.32
119 220 COMB3 Combination 526.55 -8.76 -4420.19 -22100.97
Universitas Kristen Maranatha 126 Tabel L1.1 Hasil Output Element Forces-Area Shell dari Sap 2000 dengan
Beban Air 7 m (lanjutan)
Area Joint OutputCase CaseType F11
N/mm
120 40 COMB2 Combination 291.08 -101.48 323.77 1618.85
120 220 COMB2 Combination 737.17 -12.27 -6188.27 -30941.36
120 40 COMB3 Combination 207.92 -72.49 231.26 1156.32
120 220 COMB3 Combination 526.55 -8.76 -4420.19 -22100.97
219 220 DEAD LinStatic -2.8 -34.5 -31.35 -156.73
219 320 COMB3 Combination 664.1 -19.82 -4189.04 -20945.2
220 220 DEAD LinStatic -2.8 -34.5 -31.35 -156.73
220 320 COMB3 Combination 664.1 -19.82 -4189.04 -20945.2
319 320 DEAD LinStatic -0.28 -28.12 -30.66 -153.3
319 320 COMB3 Combination 663.3 -23.8 -4184.67 -20923.35
319 420 COMB3 Combination 620.08 -32.45 -2429.47 -12147.37
320 320 COMB3 Combination 663.3 -23.8 -4184.67 -20923.35
320 420 COMB3 Combination 620.08 -32.45 -2429.47 -12147.37
Universitas Kristen Maranatha 127 Tabel L1.1 Hasil Output Element Forces-Area Shell dari Sap 2000 dengan
Beban Air 7 m (lanjutan)
Area Joint OutputCase CaseType F11
N/mm
419 420 COMB2 Combination 875.58 -8.07 -3404.94 -17024.72
419 520 COMB2 Combination 650.07 -53.18 -1144.24 -5721.21
419 420 COMB3 Combination 625.41 -5.77 -2432.1 -12160.51
419 520 COMB3 Combination 464.33 -37.98 -817.32 -4086.58
420 420 DEAD LinStatic 0.89 -21.78 -18.66 -93.3
420 520 DEAD LinStatic -0.1 -21.97 -7.65 -38.27
420 420 COMB1 Combination 1.25 -30.49 -26.12 -130.62
420 520 COMB1 Combination -0.15 -30.76 -10.72 -53.58
420 420 COMB2 Combination 875.58 -8.07 -3404.94 -17024.72
420 520 COMB2 Combination 650.07 -53.18 -1144.24 -5721.21
420 420 COMB3 Combination 625.41 -5.77 -2432.1 -12160.51
420 520 COMB3 Combination 464.33 -37.98 -817.32 -4086.58
519 520 DEAD LinStatic 1.19 -15.48 -7.7 -38.52
519 620 DEAD LinStatic -0.21 -15.77 -1.43 -7.16
519 520 COMB1 Combination 1.67 -21.68 -10.78 -53.92
519 620 COMB1 Combination -0.3 -22.07 -2 -10.02
519 520 COMB2 Combination 662.1 6.97 -1154.95 -5774.75
519 620 COMB2 Combination 373.68 -50.72 144.73 723.65
520 520 COMB2 Combination 662.1 6.97 -1154.95 -5774.75
Universitas Kristen Maranatha 128 Tabel L1.1 Hasil Output Element Forces-Area Shell dari Sap 2000 dengan
Beban Air 7 m (lanjutan)
Area Joint OutputCase CaseType F11
N/mm
719 720 COMB2 Combination 109.87 23.36 360.38 1801.92
719 820 COMB2 Combination -167.49 -32.11 7.67 38.37
720 720 COMB2 Combination 109.87 23.36 360.38 1801.92
720 820 COMB2 Combination -167.49 -32.11 7.67 38.37
720 720 COMB3 Combination 78.48 16.69 257.42 1287.08
720 820 COMB3 Combination -119.63 -22.94 5.48 27.41
L1.2 Hasil Output dari SAP 2000 dengan Beban Air 4 m
Hasil ouput nilai momen dan tegangan yang bekerja pada dinding tangki
dengan beban air setinggi 4 m yang digunakan dalam perhitungan sebelumnya
dapat dilihat pada Tabel L1.2.
Tabel L1.2 Hasil Output Element Forces-Area Shell dari Sap 2000 dengan Beban Air 4 m
Area Joint OutputCase CaseType F11
N/mm
Universitas Kristen Maranatha 129 Tabel L1.2 Hasil Output Element Forces-Area Shell dari Sap 2000 dengan
Beban Air 4 m (lanjutan)
Area Joint OutputCase CaseType F11
N/mm
120 220 COMB2 Combination 232 -44.03 -3148.53 -15742.7
219 220 COMB2 Combination 231.09 -48.57 -3145.64 -15728.2
219 320 COMB2 Combination 235.53 -47.68 -1838.53 -9192.66
220 220 COMB2 Combination 231.09 -48.57 -3145.64 -15728.2
220 320 COMB2 Combination 235.53 -47.68 -1838.53 -9192.66
319 320 COMB2 Combination 238.78 -31.41 -1837.92 -9189.62
319 420 COMB2 Combination 159.09 -47.34 -11.43 -57.14
320 320 COMB2 Combination 238.78 -31.41 -1837.92 -9189.62
320 420 COMB2 Combination 159.09 -47.34 -11.43 -57.14
419 420 COMB2 Combination 164.23 -21.68 -13.84 -69.18
419 520 COMB2 Combination 74.8 -39.57 671.61 3358.03
420 420 COMB2 Combination 164.23 -21.68 -13.84 -69.18
420 520 COMB2 Combination 74.8 -39.57 671.61 3358.03
519 520 COMB2 Combination 79.61 -15.5 667.99 3339.96
119 40 COMB3 Combination 73.96 -49.8 -763.42 -3817.08
119 220 COMB3 Combination 165.71 -31.45 -2248.95 -11244.77
120 40 COMB3 Combination 73.96 -49.8 -763.42 -3817.08
120 220 COMB3 Combination 165.71 -31.45 -2248.95 -11244.77
219 220 COMB3 Combination 165.07 -34.69 -2246.89 -11234.44
219 320 COMB3 Combination 168.23 -34.06 -1313.24 -6566.18
220 220 COMB3 Combination 165.07 -34.69 -2246.89 -11234.44
220 320 COMB3 Combination 168.23 -34.06 -1313.24 -6566.18
319 320 COMB3 Combination 170.56 -22.43 -1312.8 -6564.01
Universitas Kristen Maranatha 130 Tabel L1.2 Hasil Output Element Forces-Area Shell dari Sap 2000 dengan
Beban Air 4 m (lanjutan)
Area Joint OutputCase CaseType F11
N/mm
F22
N/mm
M11
N-mm/mm
M22
N-mm/mm
320 320 COMB3 Combination 170.56 -22.43 -1312.8 -6564.01
320 420 COMB3 Combination 113.64 -33.82 -8.16 -40.82
419 420 COMB3 Combination 117.3 -15.49 -9.88 -49.42
419 520 COMB3 Combination 53.43 -28.26 479.72 2398.59
420 420 COMB3 Combination 117.3 -15.49 -9.88 -49.42
420 520 COMB3 Combination 53.43 -28.26 479.72 2398.59
519 520 COMB3 Combination 56.87 -11.07 477.14 2385.68
519 620 COMB3 Combination 11.3 -20.18 383.86 1919.31
520 520 COMB3 Combination 56.87 -11.07 477.14 2385.68
520 620 COMB3 Combination 11.3 -20.18 383.86 1919.31
619 620 COMB3 Combination 14.03 -6.53 381.61 1908.03
619 720 COMB3 Combination -14.41 -12.22 131.92 659.6
620 620 COMB3 Combination 14.03 -6.53 381.61 1908.03
620 720 COMB3 Combination -14.41 -12.22 131.92 659.6
719 720 COMB3 Combination -12.17 -1.01 130.28 651.42
719 820 COMB3 Combination -33.35 -5.24 0.67 3.36
720 720 COMB3 Combination -12.17 -1.01 130.28 651.42
Universitas Kristen Maranatha
125
LAMPIRAN 2
GAMBAR STRUKTUR TANGKI AIR
L2.1 Gambar Struktur Tangki Air
Universitas Kristen Maranatha
125
Universitas Kristen Maranatha
125
U
Universitas G
Kristen Mar Gambar L3.1
ranatha
1 Spesifikassi Stressing AAnchorage VSL Type E
136
U
Universitas Ga
Kristen Mar ambar L3.2
ranatha
2 Spesifikasii Stressing AAnchorage VVSL Type EC
137
U
Universitas Kristen Marranatha
Gambar LL3.3 Detail Angkur
Universitas Kristen Maranatha 1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Beton adalah material yang kuat dalam hal tekan tetapi lemah dalam hal tarik.
Besarnya kuat tarik beton hanya 8-14% dari kuat tekannya. Untuk mengatasi hal
tersebut maka dipasang tulangan pada beton tersebut pada daerah yang mengalami
tarik. Akan tetapi, hal tersebut dirasakan masih kurang efektif karena masih
terdapat retakan-retakan pada daerah yang mengalami tarik. Oleh karena itu, para
peneliti berusaha mencari cara agar beton yang dibebani tidak mengalami retak
yaitu dengan cara memasang tulangan yang sudah diberi tegangan awal yang
sering disebut dengan beton prategang.
Beton prategang biasanya digunakan pada gedung, struktur bawah tanah,
menara TV, struktur lepas pantai, gudang apung, stasiun-stasiun pembangkit
listrik, cerobong reaktor nuklir, berbagai jenis jembatan, dan pada tangki air.
Penggunaan beton prategang tersebut dimaksudkan untuk mengurangi retak akibat
tekanan cairan, rangkak dan susut, menghemat penggunaan beton karena jika
dibandingkan beton bertulang, untuk kondisi bentang dan beban yang sama, tinggi
komponen beton prategang berkisar antara 65-80% dari tinggi komponen beton
bertulang. Selain itu, dalam hal perawatan, beton prategang memerlukan lebih
sedikit perhatian dibandingkan dengan beton bertulang, yang berarti bahwa daya
guna lebih lama sebagai akibat dari kontrol kualitas beton yang lebih baik.
Tangki air cylindrical beton prategang merupakan kombinasi yang baik
antara material dan bentuk struktural untuk menampung cairan dan bahan padat.
Tangki air beton prategang biasanya digunakan untuk menyimpan air, gas,
minyak atau jenis-jenis cairan lainnya dari suatu industri. Karena retak pada
tingkat beban-kerja tidak diperkenankan, maka digunakan tegangan tekan
melingkar dari suatu kawat prategang eksternal yang melingkar disekeliling
cangkang tangki untuk mengeliminasi retak pada dinding eksterior akibat beban
Universitas Kristen Maranatha 2 beton prategang ini dapat berfungsi selama 50 tahun atau lebih tanpa mengalami
masalah perawatan yang signifikan.
Pada tugas akhir ini akan didesain suatu struktur tangki air berbentuk
cylindrical yang terbuat dari beton prategang yang berfungsi sebagai tangki
penyimpan air kebutuhan suatu pabrik yang dibangun di atas tanah.
1.2 Tujuan Pembahasan
Secara umum, tujuan pembahasan adalah sebagai berikut:
1. Menganalisis gaya-gaya dalam serta tegangan-tegangan yang bekerja pada
suatu struktur tangki air beton prategang berbentuk cylindrical menggunakan
metode elemen hingga (finite element method).
2. Mendesain struktur tangki air beton prategang berbentuk cylindrical sesuai
dengan persyaratan kekuatan dan kemampuan layan.
1.3 Ruang Lingkup Pembahasan
Ruang lingkup yang dibahas meliputi beberapa hal, yakni:
1. Struktur bangunan yang akan didesain dalam penyusunan tugas akhir ini
adalah struktur bangunan berupa tangki air tanpa penutup berbentuk
cylindrical yang terbuat dari beton prategang.
2. Metode yang akan digunakan untuk menganalisis struktur tersebut adalah
metode elemen hingga.
3. Jenis beban yang bekerja pada model struktur tersebut adalah:
a. Beban mati (DL), yaitu beban mati akibat berat sendiri.
b. Beban hidup (LL)
4. Tangki air dalam tugas akhir ini didesain pada wilayah gempa 1 yang berarti
wilayah tersebut merupakan bukan wilayah yang rawan gempa, sehingga
beban gempa tidak perlu diperhitungkan dalam analisis struktur.
5. Struktur pondasi tangki air tidak dibahas dalam tugas akhir ini.
6. Angkur untuk tendon circular dan tendon longitudinal tidak dibahas dalam
Universitas Kristen Maranatha 3 7. Metode pelaksanaan di lapangan tidak dibahas dalam tugas akhir ini.
8. Program yang digunakan untuk menentukan gaya-gaya dalam struktur tangki
air yang akan dibahas adalah SAP 2000 Nonlinear ver.14.02.
1.4 Sistematika Pembahasan
Sistematika pembahasan adalah sebagai berikut:
BAB I, berisi Pendahuluan, Tujuan Penelitian, Ruang Lingkup Penelitian,
dan Sistematika Pembahasan.
BAB II, berisi Beton Prategang, Struktur Tangki Air Beton Prategang, dan
Metode Elemen Hingga Pada SAP 2000 Nonlinear.
BAB III, berisi Pemodelan Struktur Tangki Air Bentuk Cylindrical, Data
Pembebanan, Pemodelan dan Input Struktur Tangki Air pada SAP 2000
Nonlinear, Hasil Output dari SAP 2000 Nonlinear, Analisis Gaya-gaya Dalam,
Desain Struktur Tangki Air Beton Prategang, dan Pembahasan.
Universitas Kristen Maranatha 121
BAB IV
KESIMPULAN DAN SARAN
4.1Kesimpulan
Sebagai kesimpulan dari penyusunan tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Gaya dalam berupa momen lentur yang bekerja pada struktur tangki air
yang terbuat dari beton prategang tersebut ditahan oleh struktur beton itu
sendiri dan tendon longitudinal dan tendon circular.
2. Selisih nilai momen terbesar terjadi pada ketinggian 2 m dari dasar tangki,
yakni sebesar 1,456 kN.m/m dengan nilai momen vertikal dari hasil
perhitungan manual sebesar 20,645 kN.m/m sedangkan nilai M22 dari
SAP 2000 diperoleh momen sebesar 22,101 kN.m/m.
3. Selisih nilai gaya melingkar terbesar terjadi pada ketinggian 6 m dari dasar
tangki, yakni sebesar 7,565 kN/m dengan nilai gaya melingkar dari hasil
perhitungan manual sebesar 259,355 kN/m sedangkan nilai F11 dari SAP
2000 diperoleh momen sebesar 266,920 kN/m.
4. Berdasarkan analisis dan desain struktur tangki air beton prategang yang
telah dibahas pada Bab 3, dipasang tendon seven-wire strand low
relaxation bonded φ ½” dengan jumlah sebagai berikut:
a. Digunakan tendon sebanyak 3 buah pada ketinggian 0 – 2 m untuk
arah circular.
b. Digunakan tendon sebanyak 12 buah pada ketinggian 2 – 5 m untuk
arah circular.
c. Digunakan tendon sebanyak 8 buah pada ketinggian 5 – 6 m untuk
arah circular.
d. Digunakan tendon sebanyak 6 buah pada ketinggian 6 – 7 m untuk
arah circular.
e. Digunakan tendon sebanyak 3 buah pada ketinggian 7 – 8 m untuk
Universitas Kristen Maranatha 122 f. Digunakan tendon sebanyak 6 buah pada ketinggian 0 – 8 m untuk
arah longitudinal.
5. Untuk dasar tangki dan balok tepi digunakan beton bertulang sebagai
berikut:
a. Digunakan tulangan beton bertulang dengan tulangan D13 @ 150
pada dua arah yang saling tegak lurus untuk tulangan dasar tangki.
b. Digunakan tulangan beton bertulang dengan tulangan 2 D16 untuk
tulangan tarik dan tulangan tekan dengan sengkang D10 @ 100 pada
balok tepi.
4.2Saran
Mengacu pada kesimpulan di atas, nilai momen vertikal hasil perhitungan
manual lebih besar daripada nilai momen hasil SAP 2000. Hal ini menunjukkan
hasil momen SAP lebih aman tetapi lebih boros. Sedangkan nilai tegangan hasil
perhitungan manual lebih besar daripada nilai tegangan hasil SAP 2000. Hal ini
menunjukkan hasil tegangan hasil perhitungan manual lebih aman tetapi lebih
boros. Oleh karena itu, perlu disarankan untuk melakukan studi lebih lanjut
Universitas Kristen Maranatha 123
DAFTAR PUSTAKA
1. Computers and Structures, Inc, 2002, SAP 2000 Basic Analysis Reference,
United States of America : University Avenue Berkeley.
2. Hadipratomo, Winarni., 2008, Analisis dan Desain Struktur Beton
Prategang, Bandung : PT. Danamartha Sejahtera Utama.
3. MacGregor, J. G. & James K.W., 2005, Reinforced Concrete: Mechanics
and Design 4th Edition, Prentice – Hall, Inc.
4. McCormac, J. C., 2004, Design of Reinforced Concrete 5th Edition, United
States of America : John Wiley & Sons, Inc.
5. Nawy, Edward G., 2010, Prestressed Concrete: A Fundamental Approach
5th Edition, Prentice Hall.
6. Panitia Teknik Konstruksi dan Bangunan, 2002, Tata Cara Perencanaan
Struktur Beton untuk Bangunan Gedung, Jakarta: Badan Standardisasi
Nasional.
7. Panitia Teknik Konstruksi dan Bangunan, 2002, Standar Perencanaan
Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung, Jakarta: Badan
Standardisasi Nasional.
8. Raju, N. K., 1981, Prestressed Concrete 3rd Edition, New Delhi: Tata
