Lampiran - 1 Kajian Struktur IPAL

LAMPIRAN

LAMPIRAN _– – 1 REVIEW DED IPAL KOMUNAL PT. TSM 1 REVIEW DED IPAL KOMUNAL PT. TSM

A. Perencanaan A. Perencanaan A.1

A.1 Bentuk Bentuk dan dan DimensiDimensi

Gambar dibawah ini merupakan salahsatu contoh konstruksi bak IPAL Gambar dibawah ini merupakan salahsatu contoh konstruksi bak IPAL menggunakan beton bertulang dan pasangan bata.

menggunakan beton bertulang dan pasangan bata.

Gambar 2.

Gambar 2. Contoh konstruksi IPAL Komunal Contoh konstruksi IPAL Komunal Sumber : dwikusumapu.wordpress.com Sumber : dwikusumapu.wordpress.com

 Adapun bentu

 Adapun bentuk, dimensi, dan pek, dimensi, dan penempatan rennempatan rencana posisi IPAcana posisi IPAL adalah sebL adalah sebagaiagai berikut :

berikut :

Gambar 3.

Dinding beton 2 Dinding beton 2 Dinding beton 1 Dinding beton 1 Dinding bata 1 Dinding bata 1 Dinding bata 2 Dinding bata 2 Dinding bata 3 Dinding bata 3 RB1 RB1 RB2 RB2 KP KP Gambar 4.

Gambar 4. Posisi IPAL Posisi IPAL

A.2 Data Geoteknik A.2 Data Geoteknik

Data geoteknik yang digunakan masih berupa perkiraan (asumsi) untuk kondisi Data geoteknik yang digunakan masih berupa perkiraan (asumsi) untuk kondisi tanah di lokasi. Sehingga perlu dilakukan penyelidikan tanah seperti tes Sondir tanah di lokasi. Sehingga perlu dilakukan penyelidikan tanah seperti tes Sondir sebelum IPAL ini dibangun, hal ini penting untuk memverifikasi data agar desain sebelum IPAL ini dibangun, hal ini penting untuk memverifikasi data agar desain rencana benar-benar aman untuk dibangun.

rencana benar-benar aman untuk dibangun. Diketahui : Diketahui :

γγ

= = 16 16 kN/mkN/m33 c c = = 20 20 kPakPa

ϕϕ

= = 55oo h

h = = 2,97 2,97 m m (tinggi (tinggi tanah tanah galian)galian)

Muka air tanah = 2 m dibawah permukaan tanah Muka air tanah = 2 m dibawah permukaan tanah

A.3 Perhitungan gaya-gaya A.3 Perhitungan gaya-gaya

Pelat lantai Pelat atap

 Air Limbah 1

 Air Limbah 2  _{Air Limbah 2}

A.3.1 Tinjauan gaya vertikal

Beban tambahan untuk tanah pada kedalaman 2,97 m dapat dihitung dari selisih berat konstruksi baru dengan berat tanah yang digali.

Selisih berat = w konstruksi

 –

 wtanah

= 1405,56 - 1599,00 = -193,44 kN

panjang lebar tinggi Volume jumlah Volume berat jenis beban

m m m m3 buah m3 kN/m3 kN

Dinding Beton 1 2 0.15 2.75 0.83 2 1.65 24 39.6

Dinding Beton 2 13.73 0.15 2.75 5.66 2 11.32725 24 271.854 Dinding batu bata 1 (bak perata) 0.3 0.15 0.72 0.03 4 0.1296 21 2.7216 Dinding batu bata 2 (bak perata) 2 0.15 0.72 0.22 2 0.432 21 9.072 Dinding batu bata 3 (shettler+ABR) 2 0.15 2.75 0.83 11 9.075 21 190.575

RB1 2 0.15 0.15 0.05 13 0.585 24 14.04

RB2 0.3 0.15 0.15 0.01 4 0.027 24 0.648

kolom praktis 0.15 0.15 0.72 0.02 4 0.0648 24 1.5552

pelat lantai 14.63 2.3 0.2 6.73 1 6.7298 24 161.5152

pelat atap 14.63 2.3 0.12 4.04 1 4.03788 24 96.90912

Air Limbah 1 (shettler+ABR) 13.43 2 2.5 58.08 1 58.075 10.3 598.1725 Air Limbah 2 (bak perata) 2 0.3 0.72 0.43 2 0.864 10.3 8.8992

Lain-lain 10

1405.56 Keterangan

BEBAN KONSTRUKSI

Total beban konstruksi

panj ang l ebar ti nggi V ol ume j uml ah be rat j eni s be ban

m m m m3 buah kN/m3 kN

Tanah 2.3 14.63 2.97 99.94 1 16   1599.00

BEBAN GALIAN Keterangan

Dari hasil perhitungan diatas tidak terjadi penambahan beban akibat konstruksi, karena beban konstruksi lebih ringan daripada beban tanah yang digali, sehingga beban konstruksi tidak akan menyebabkan settlement.

Untuk mengetahui daya dukung dibawah area konstruksi, maka perlu dilakukan tinjauan daya dukung tanah dengan asumsi sudut geser adalah 5 o. Koefisien daya dukung tanah disajikan pada Tabel dibawah ini :

Tabel 1. Nilai koefisien daya dukung tanah menurut Terzaghi

Q ult = 1,3 c Nc + q Nq + 0,4 B

γ Nγ

= [1,3 x 20 x 7,3] + [((16 x 1)+(16-9,81 x 1,97)) 1,6] + [0,4 x 2,3 x 16 x 0,5] = 189,8 + 45,11 + 7,36

= 242,27 kPa

Qall = Qult/SF = 242,27/3 = 80,75 kPa Tegangan vertikal = w ipal / A

= 1405,56 / (14,63 x 2,3) = 1405,56 / 33,649

= 41,77 kN/m2 = 41,77 kPa

Cek keamanan kapasitas tanah,

Safety Factor  = Qult/Qkonstruksi = 242,27 / 41,77 kPa = 5,80

…. (Aman)

Konstruksi bak ipal menyerupai struktur pelat untuk fondasi maka dari itu di dalam analisis struktur bak ipal jenis perletakan yang digunakan adalah  joint spring   karena mempunyai perilaku pelat fleksibel. Penyaluran beban dilakukan dengan cara meshing dengan luasan 1,0 m x 1,0 m.

Pada setiap  joint spring   pada mesh  memiliki daya dukung sebesar koefisien reaksi subgrade (ks)

Gambar 5. Skema pembebanan fondasi fleksibel

Tabel 2.Kisaran nilai koefisien rekasi subgrade atau spring constraint  (ks) (Bowles, 1997)

Jenis Tanah Ks (kN/m3)

Loose sand 4800

 –

 16000

Medium dense sand 9600

 –

 80000

Dense sand 64000

 –

 128000

Clayey medium dense sand 32000

 –

 80000 Silty medium dense sand 24000

 –

 48000 Clayey soil :

Qa < 200 kPa 12000

 –

 24000 200 < qa < 800 kPa 24000

 –

 48000

Qa > 800 kPa >48000

Untuk pendekatan nilai ks Bowles (1997) menyarankan nilai ks ditentukan dari kapasitas dukung ijin tanah (qa) dengan rumus, ks = 40 x SF x qa ; jika faktor aman (SF) diambil 3 maka nilai ks= 120 qa

Berdasarkan perhitungan sebelumnya diketahui qa = 80,75 kPa. Sehingga nilai Ks adalah 40 x 3 x 80,75 = 9690 kN/m3

Nilai ks pada masing-masing joint pada elemen mesh 1,0 m x 1,0 m : Pada joit tengah = 9690 x 1 = 9690 kN/m

Pada joint tepi = 0.5 x 9690 x 1 = 4845 kN/m

Pada joint ujung pelat = 0,25 x 9690 = 2422,5 kN/m

Gambar 6. Sketsa meshing  pelat untuk penentuan joint spring 

Ujung elat tengah

A.3.2 Tinjauan Gaya Lateral

Gaya lateral dihitung dengan tinjauan per 1 m panjang dari struktur bak Ipal. Dengan keadaan tanah homogen sampai kedalaman ± 2,97 m (dasar bak ipal). Ka = tan2 (45

 – ϕ

/2) = tan2 (45

 –

 5/2) = 0,621

Kp = tan2 (45 +

ϕ

/2) = tan2 (45 + 5/2) = 0,854

Tekanan Lateral aktif (Pa) = h1 x

γ x Ka

= 2,97 x (16-9,81) x 0,621 = 29,509 kN/m

Tekanan hidrostatis (Ph) = h1 x

γlimbah

= 2,75 x 10,3 = 28,325 kN/m Tekanan akibat kohesi (Pac) = 2 c (Kp)^0,5

= 2 x 5 (0,854) ^0,5 = 9,24kN/m

Nilai-nilai gaya tekanan lateral nanti akan dijadikan sebagai input beban dalam perencanaan struktur.

A.4 Perhitungan Struktur A.4.1 Material Struktur

Struktur bak ipal didesain dengan menggunakan bahan beton bertulang dengan mutu dan persyaratan sesuai dengan standar peraturan yang ada sebagai berikut :

  Beton

Beton yang diisyaratkan, fc’

= 20 MPa (K-250)

Modulus elastisitas beton

= 4700 √fc’= 4700 √

20,75=21410 MPa

 Angka poison, υ

= 0,2

Modulus elastisitas geser

= Ec/[2(1+υ)] =

8920,83 MPa

 Pasangan Bata

Beton yang diisyaratkan, fc’

= 3,71 MPa

Modulus elastisitas beton

= 4700 √fc’=

2040,5 MPa

 Angka poison,

υ

= 0,2

 Baja Tulangan

Diameter ≤ 12 mm menggunakan baja tulangan polos BJTP 24 dengan fy =

240 MPa

A.4.2 Pembebanan -Beban mati

Beban mati akibat elemen struktur dihitung secara otomatis oleh program SAP 2000 dengan berat volume 2400 kg/m3. Kemudian beban mati tambahan berupa beban air limbah itu sendiri dengan berat volume 1300 kg/m3.

Selain dari itu beban lateral tanah juga termasuk beban mati , yang telah dihitung sebelumnya menjadi beban segitiga

Gambar 7. Input beban lateral

-Beban Gempa

Beban tergantung pada lokasi konstruksi berada, dalam perencanaan ini lokasi berada di Kota Jakarta yang termasuk area gempa dengan percepatan puncak dasar di batuan dasar 0,3

 –

 0,4 g.

Kondisi tanah di lokasi rencana IPAL ternasuk ke dalam kategori tanah sedang. Untuk tanah lunak,

Percepatan puncak di batuan dasar (PGA) = 0.348 g Percepatan batuan dasar pada perioda pendek (SDs) = 0.607 g

Percepatan batuan dasar pada perioda 1 detik (SD1) = 0.548 g

Gambar 8. Diagram percepatan spektral untuk wilayah Jakarta

Gambar 9. Response Spectrum Functional Definition pada SAP 2000

IPAL komunal difungsikan sebagai fasilitas umum, maka Faktor keutamaan struktur, I = 1,0 dan untuk Dinding geser beton bertulang biasa, faktor modifikasi respon struktur R = 4

A.4.3 Kombinasi Pembebanan

Struktur bangunan dirancang mampu menahan beban mati, hidup dan beban gempa yang seuai sesuai dengan peraturan SNI Gempa 1726:2012 Pasal 4.1.1 diman gempa rencana yang ditetapkan mempunyai periode ulang 2500 tahunan, sehingga probabiltas terjadimya terbatas 2 % selama umur gedung 50 tahun. Kombinasi pembebanan yang digunakan mengacu pada SNI Beton 03-2847-2002 Pasal 11.2 sebagai berikut :

1. 1,0 D 2. 1,4 D

3. 1,2 D + 1,0 Ex + 0,3 Ey 4. 1,2 D + 0,3 Ex + 1,0 Ey

Keterangan :

D = beban mati (dead load ), meliputi berat sendiri gedung (self weight , SW) dan beban mati tambahan (superimposed dead load , D),

E = beban gempa (earthquake load )

A.4.4 Pemodelan Struktur

Pemodelan struktur dilakukan dengan secara 3D dengan menggamabar semua elemen pelat. Untuk elemen lainnya dijadikan input pembebanan. Hasil dari pemodelan ini adalah untuk memeriksa gaya-gaya dalam seperti momen, gaya aksial, gaya geser, dan displacement.

Gambar 11. Pemodelan pembebanan lateral akibat tanah

Berdasarkan analisis struktur displacement maksimum yang terjadi adalah sebesar 4 mm

Untuk merencanakan tebal elemen dan banyaknya besi tulangan dalam perencanaan pelat maka perlu dilakukan peninjuan pada gaya momen dan geser. Berikut ini merupakan gambar distribusi gaya :

a. Gaya Momen

Gambar 14. Kontur momen lentur M11

b. Gaya Geser

Gaya geser pada dinding disebabkan oleh resultan gaya tekanan lateral tanah, sedangkan gaya geser pada pelat dasar disebabkan oleh resultan gaya akibat tekanan hidrostatis air limbah.

Gaya gese ultimate, Vu = 1,4 D

Resultan Gaya Lateral aktif (Pa) = 0,5 x

γ x

 h12 x Ka

= 0,5 x 16 x 2.972 x 0.621 = 43,82 kN

/m’

 (per 1 m lebar)

Sehingga Vu dinding = 1,4 x 43,82 kN

/m’

= 61,35 kN

/m’

 (per 1 m lebar)

Sedangkan untuk menghitung gaya geser pada pelat dasar diturunkan dengan mekanisme penyaluran beban amplop.

Diketahui :

γ

limbah = 1300 kg/m3 = 13 kN/m3 L =10 35 m L = 3.5 m V _V V2 V

h limbah = 2,5 m

L1 = 13,58 m

L2 = 2,30 m

Resultan V1 = 0,5 x L2 x (1/2 L2) x h limbahx

γ

limbah

= 0,5 x 2,30 x 1,15 x 2,5 x 13 = 42,98 kN

V1 (per 1 m) = RV1 / L2

= 42,98 /2,3 = 18,68

kN/m’

Resultan V2 = 0,5 x (2xL1 - L2) x (1/2 L2) x h limbahx

γ

limbah

= 0,5 x (2x13,58

 –

 2,3) x 1,15 x 2,5 x 13 = 464,57 kN

V1 (per 1 m) = RV2 / L1

= 467,57 /13,58 = 34,21 kN

/m’

Dari kedua tinjauan diatas besar gaya geser yang paling menentukan adalah V 1

sebesar 34,21 kN.

Sehingga Vu pelat dasar  = 1,4 x 34,21

= 47,89

kN/m’

Tabel 3.Rekapitulasi Gaya dalam maksimum

No Komponen gaya Kombinasi Besar gaya Pelat dinding 2 Vu (akibat tekanan tanah) 1,4 D 61,35 kN/m 3 M11 1,4 D 16,3 kNm/m 4 M22 1,4 D 16,22 kNm/m Pelat dasar 1,4 D

2 Vu (akibat tekanan air) 1,4 D 47,89kN/m

3 M11 1,4 D 3,34 kNm/m

A.4.5 Perhitungan Tulangan -Penulangan lentur pelat dinding .  Arah 1-1

Data :

f'c = 20 MPa ᴓ = 0.8 D rencana 12 mm

f'y = 240 MPa β, = 0.85 _0.92 Tebal Plat 150 mm

 b = 1000 mm Slimut beton 20 mm dx = 124 mm dy = 112 mm Mu = M11 = kNm = Nmm Mu ᴓ 0.8 0.85 . 20 600 + 240 = m = Mn 600 240 16300000 = 20375000 = 0.85 ρ _b 16300000 = 0.0430 f'y 600 + f'y = 0,85. f'c .β, . 600 16.3 ρmax = 0,75. ρ b = 0.8 . = 0,85 . f'c   0.85 . 20 = m = 240 0.0430 f'y = 14.1176 0.0323 Mn  bd2 1000 124 ^ 2 = Rn = = 20375000 1.3251 1 2 . m . Rn m 1 2 . m . Rn 14 = f'y ρ = . 1 - 1 -= . 1 - 1 -0.0058 f'y

S pakai adalah 140 mm, jadi tulangan dinding arah horizontal adalah Φ_12-140

 Arah 2-2 Data :

ρ_min =

Jika ρ > maka digunakan ρ

nilai yang digunakan = ρ

ρ = ρmin 0.0058 0.0025 As = ρ. b . d = . . 124 = _{714 mm}2 n = = ≈ 7 1000 0.0058 μ/4 . D2 As 6.3099 S = b/n = 143 mm = 140 mm f'c = 20 MPa ᴓ   = 0.8 D rencana 12 mm

f'y = 240 MPa β, = 0.85 _0.92 Tebal Plat 150 mm

 b = 1000 mm Slimut beton 20 mm dx = 124 mm dy = 112 mm Mu = M22 = kNm = Nmm Mu ᴓ 0.8 0.85 . 20 600 + 240 = 16220000 Mn = = 16220000 = 20275000 m 0.85 600 f'y 600 + f'y 240 0.0430 ρ _b = 0,85. f'c .β, . 600 = 16.22

S pakai adalah 140 mm, jadi tulangan dinding arah vertikal adalah Φ_12-140. ρ_max = 0,75. ρ _b = 0.8 . = 0,85 . f'c   0.85 . 20 = 0.0323 = f'y = 240 14.1176 0.0430 m Mn  bd2 1000 124 ^ 2 = 1 2 . m . Rn m 1 2 . m . Rn 14 = 20275000 . 1 -f'y = . 1 1.3186 1 -f'y 0.0057 ρ = 1 -Rn = = ρ_min =

Jika ρ > maka digunakan ρ

nilai yang digunakan = ρ

ρ = ρ_min 0.0057 0.0025 As = ρ. b . d = . . 124 = _{710 mm}2 n = = ≈ 7 0.0057 1000 As μ/4 . D2 6.2776 S = b/n = 143 mm = 140 mm

-Penulangan lentur pelat dasar  Arah 1-1

Data :

f'c = 20 MPa ᴓ   = 0.8 D rencana 10 mm

f'y = 240 MPa β, = 0.85 _0.92 Tebal Plat 200 mm

 b = 1000 mm Slimut beton 20 mm dx = 175 mm dy = 165 mm Mu = M11 = kNm = Nmm Mu ᴓ 0.8 0.85 . 20 600 + 240 = 3.34 3340000 m ρ _b = 0,85. f'c .β, . 600 = 0.85 600 f'y Mn = = 3340000 = 4175000 600 + f'y 240 0.0430 ρmax = 0,75. ρ b = 0.8 . = 0,85 . f'c   0.85 . 20 = 0.0430 0.0323 m = f'y = 240 14.1176 Mn  bd2 1000 175 ^ 2 = 1 2 . m . Rn m 1 2 . m . Rn 14 = ρ = . 1 - 1 -Rn = = 4175000 0.1363 0.0006 f'y = . 1 - 1 -f'y

S pakai adalah 160 mm, jadi tulangan pelat dasar arah memanjang adalah

Φ

10-160

 Arah 2-2 Data :

ρmin =

Jika ρ < maka digunakan   ρmin

nilai yang digunakan =   ρmin

ρmin = 0.0025 ρ_min 0.0025 As = ρ. b . d = . . 175 = _{438 mm}2 n = = ≈ 6 0.0025 1000 As μ/4 . D2 5.5704 S = b/n = 167 mm = 160 mm f'c = 20 MPa ᴓ = 0.8 D rencana 10 mm

f'y = 240 MPa β, = 0.85 _0.92 Tebal Plat 200 mm

 b = 1000 mm Slimut beton 20 mm dx = 175 mm dy = 165 mm Mu = M22 = kNm = Nmm Mu ᴓ 0.8 17.17 17170000 Mn = = 17170000 = 21462500 m 0.85 . 20 600 + 240 = 0.85 600 f'y 600 + f'y 240 0.0430 ρ _b = 0,85. f'c .β, . 600 =

S pakai adalah 140 mm, jadi tulangan pelat dasar arah melintang adalah

Φ

10-140 ρmax = 0,75. ρ b = 0.8 . = 0,85 . f'c   0.85 . 20 = 0.0430 0.0323 m = f'y = 240 14.1176 Mn  bd2 1000 175 ^ 2 = 1 2 . m . Rn m 1 2 . m . Rn 14 = ρ = . 1 - 1 -Rn = = 21462500 0.7008 0.0030 f'y = . 1 - 1 -f'y ρ_min =

Jika ρ < maka digunakan   ρmin

nilai yang digunakan = ρ

ρ = 0.0025 ρmin 0.0030 As = ρ. b . d = . . 175 = _{522 mm}2 n = = ≈ 7 0.0030 1000 As μ/4 . D2 6.6463 S = b/n = 143 mm = 140 mm

-Penulangan Geser Pelat Dinding Vu = 61350 N B = 1000 mm H = 150 mm c = 20 mm d = 130 mm f'c = 20 MPa Ø = 12 mm fy = 240 MPa

ΦVc

= 72672,21 N

Vu -

ΦVc

= -11322,21 N (tidak butuh tulangan geser)

-Penulangan Geser Pelat Dasar

Vu = 47890 N B = 1000 mm H = 200 mm c = 40 mm d = 160 mm f'c = 20 MPa Ø = 10 mm fy = 240 MPa

ΦVc

= 89442,72 N

Vu -

ΦVc

= -41552,72 N (tidak butuh tulangan geser)

Tabel 4.Rekapitulasi Gaya dalam maksimum

Elemen Tebal Tulangan lentur Tulangan geser

Pelat Dinding 150 mm (selimut 20 mm)  Arah vertical : Φ_{12-140 (dua lapis)}  Arah horizontal : Φ_{12-140 (dua lapis)} Tidak ada Pelat Dasar 200 mm (selimut 20 mm)  Arah melintang : Φ_{10-140 (dua lapis)}  Arah memanjang : Φ_{10-160 (dua lapis)} Tidak ada

Gambar 17. Sketsa penulangan pelat dinding

Gambar 18. Sketsa penulangan pelat dasar

Dengan dipilihnya material beton bertulang untuk dinding/pelat terluar maka konstruksi IPAL menjadi sangat kokoh dan kaku. Struktur yang kaku akan memiliki umur yang lama, lebih dari 15 tahun. Selain dari itu beton bertulang sangat baik untuk menghindari adanya kebocoran air limbah.

Selebihnya, umur IPAL tergantung dari perawatan/maintenance IPAL itu sendiri. Karena IPAL memiliki batas kapasitas sedimen limbah, sehingga perlu dilakukan penyedotan secara berkala untuk memastikan proses aliran air limbah mengalir dengan lancar atau tidak mampet.

Φ_12-140

Φ_12-140

Φ _10-140