HASIL ANALISA DAN PERHITUNGAN

(1)

IV-1

BAB IV

HASIL ANALISA DAN PERHITUNGAN

IV.1 Analisa tower

IV.1.1 Permodelan struktur

Permodelan struktur dalam penelitian ini menggunakan program Ms-Tower, program ini membantu memudahkan dan mempercepat pekerjaan dalam menganalisa struktur atas, adapun permodelan struktur atas yang dikerjakan adalah sebagai berikut:

1. Dalam permodelan ini tinggi tower existing yang diketahui adalah 70m.

Gambar IV.1 Permodelan Tower Existig 70m

(2)

IV-2

2. Beban antena existing dan penambahan antena sesuai ketinggiannya.

(3)

IV-3

3. Perletakan tower yang dianalisa adalah perletakan jepit.

Gambar IV.3 Perletakan Jepit

4. Input beban mati berupa berat sendiri tower dan berat antenna dengan distribusi beban terbagi pada 4 (empat) kaki tower.

5. Input beban angin yang diterima oleh komponen struktur disalurkan pada titik buhul yang ada pada tiap segmen, sehingga beban akan terbagi menjadi beberapa segmen sesuai dengan elevasi struktur.

(4)

IV-4

Gambar IV.4 Beban Angin Pada Titik Buhul IV.1.2 Analisa pembebanan pada tower existing

Analisa pembebanan pada tower existing terhadap member towernya berdasarkan peraturan TIA STANDARD: Structural Standard for Antena Supporting Structures and Antenas. 2006 (TIA-222-G).

Persyaratan analisa dan desain menara untuk tipe Self Suportng Tower adalah:

1. Stress Ratio Member < 1

2. Puntir (Twist) dan Goyangan (Sway) < 0.5o

3. Perputaran arah X, Y dan Z (antenna) < 0.5o

4. Perpindahan (Displacement) < H/200 (H = Tinggi tower) Dimana satuan standard pada program MS-Tower adalah sebagai berikut: Satuan dimensi dan panjang dalam millimeter (mm)

(5)

IV-5 Satuan luas dalam millimeter kuadrat (mm2₎

Satuan gaya dalam kilonewton (kN)

Tegangan dalam Newton per millimeter kuadrat (N/mm2₎

Faktor resistensi:

Tekan (ϕ) : 0,90 Tarik kondisi leleh : 0,90 Tarik kondisi fraktur : 0,75

Gambar IV.5 Satuan dan simbol pada Program Ms-Tower Pembebanan yang diperhitungkan:

1. Beban Mati

Beban mati yang diperhitungkan adalah berat semua bagian struktur dan besifat tetap, berat ini meliputi berat struktur tower, berat antenna, dan berat aksesoris tower.

a. Berat Tower

Berat sendiri tower adalah berat yang tergantung dari jenis profil yang digunakan dalam perencanaan struktur tower tersebut. Berat ini secara otomatis akan diperhitungkan pada program Tower. Berat sendiri pada tower existing yang diperoleh dari program Ms-Tower adalah = 15424,31 kg

(6)

IV-6

Gambar IV.6 Berat Sendiri Tower Existing pada Program Ms-Tower b. Berat Antena

Beban antena adalah berat antena existing dan berat antena tambahan yang dibebankan pada struktur tower. Berat dari antena ini tergantung dari jenis antena yang terpasang dan sudah termasuk aksesorisnya (pipa untuk memasang antena / Boom). Berat dan spesifikasi antena adalah sebagai berikut:

Gambar IV.7 Berat dan Spesifikasi Antena pada Program Ms-Tower 2. Beban Angin

a. Beban angin yang menerpa struktur tower

(7)

IV-7 No. Panel 1

Kecepatan angin (v) : 120 km/jam = 33.33 m/s (Desain) Leg (EA.80.80.8) : 1m

Horizontal (EA.60.60.6) : 1,1m Bracing (EA.60.60.6) : 1,487m

Luasan segmen tower = Lebar x Panjang x Jumlah 1. Horizontal = 0,06 x 1,1 x 1 = 0,066 m2

2. Bracing = 0,06 x 1,487 x 2 = 0,178 m2₊

Total Luasan (Af) = 0,324 m2

3. Leg(Ar) = 0,08 x 1 x 2 = 0,160 m2 Kz = 2,01 / / = 2,01 (70/10)2/7 _{= 0,285} qz = 0,613 = 0,613 0,2857 33,33 = 194,55 Pa = 19,46 kg/m2 F = . . 2 . . Dimana: Gh = 0,65 + 0,60 / (h/10)1/7 = 0,65 + 0,60 / (70/10)1/7 = 1,100 m Ag = 1 x 1,1 = 1,100 m2 ε = / = (0,324 + 0,16) / 1,1 = 0,440 Cf = 4,0 5,9 4,0 / = 4 x 0,442_{– 5,9 x 0,44 + 4} = 2,177

Df = 1 (untuk penampang persegi lihat tabel II.6) = 1 + 0,75ε (arah angin ± 450₎

(8)

IV-8 = 1,33

Rr = 1 (untuk komponen struktur persegi)

Ae = . . .

= 1,33 x 0,324 +1 x 0,16 x 1 = 0,591 m2

Aa = 0,324 x 1 = 0,324 m2

Ca = 70/1,6 = 43,75 > 25, tipe tangga flat maka gunakan Ca = 2,0

F = . . = 19,46 x 1,104 (2,177 x 0,591 + 2 x 0,324) = 41.562 kg/m Fijin= 2 . . = 2 x 19.46 x 1,104 x 1,1 = 47,264 kg/m 41,562 < 47,264 F < Fijin ………Ok! b. Beban angin yang menerpa antenna

Contoh perhitungan antenna sectoral untuk tower 70m, sebagai berikut: Tipe antena : Sectoral_25

Dimesi (D) : 2,5 m Luas area : 0,375 m2

Titik ketinggian : 57 m Kecepatan angin (v) : 33.33 m/s

Are proyeksi (EPA) : 9 / 6,5 = 0,72 m2_{(tabel II.7)}

Kz = (h/10)2/7 = (57/10)2/7 = 1,644 Gh = 0,65 + 0,60 / (h/10)1/7 = 0,65 + 0,60 / (57/10)1/7 = 1,118 FA = . =1,644 x 33,332_{x 1,118 x 0,72} = 1470,099 N

(9)

IV-9

Contoh perhitungan antena microwave untuk tower 70m, sebagai berikut: Tipe antena : Microwave 2 (dengan penutup silinder)

Dimensi (D) : 0,6 m Luas area : 0,385m2 Titik ketinggian : 54 m Kecepatan angin (v) : 33.33 m/s Arah angin : 30o Kz = (h/10)2/7 = (54/10)2/7 = 1,619 Gh = 0,65 + 0,60 / (h/10)1/7 = 0,65 + 0,60 / (54/10)1/7 = 1,121 Ca = 1,211, Cs = 0,234, Cm = -0,052 (tabel II.10) FAM = = 1,211 x 0,385 x 1,619 x 1,121 x 33,332 = 940,000 N FSM = = 0,234 x 0,385 x 1,619 x 1,121 x 33,332 = 181,635 N MM = = -0,052 x 0,6 x 0.385 x 1,619 x 1,121 x 33,332 = -24,218 N.m

Setelah proses permodelan tower existing dan input pembebanan yang dilakukan melalui program Ms-Tower tahap selanjutnya adalah menjalankan proses analisis (Running) program Ms-Tower. Hasil dari Running adalah output gaya – gaya batang yang bekerja dan besaran gayanya, member yang dapat menahan beban dan yang tidak dapat menahan beban.

(10)

IV-10

Berdasarkan hasil analisa program Ms-Tower didapat hasil sebagai berikut: 1. Stress Ratio Rangka batang (Member)

Dari hasil analisa program Ms-Tower didapat: a. Rasio untuk member Leg = 1,048 N/mm2_(MPa).

Gambar IV.8 Output Rasio Member Leg Existing Hasil Analisa Ms-Tower b. Rasio untuk member Bracing = 0,345 N/mm2_(MPa).

(11)

IV-11

c. Rasio untuk member Redundant = 0,397 N/mm2_(MPa).

Gambar IV.10 Output Rasio Member Redundant Existing Hasil Analisa Ms-Tower d. Rasio untuk member Horizontal = 0,178 N/mm2_(MPa).

(12)

IV-12

e. Rasio untuk member Plan Bracing = 0,016 N/mm2_(MPa).

Gambar IV.12 Output Rasio Member Plan Bracing Existing Hasil Analisa Ms-Tower 2. Support Reaction (Reaksi Perletakan)

Dari hasil analisa program Ms-Tower didapat: a. Gaya tarik maksimum sebesar = -648,579 kN

(13)

IV-13 b. Gaya tekan maksimum sebesar = 751,331 kN

Gambar IV.14 Gaya Tekan MaksimumTower Existing Hasil Analisa Ms-Tower 3. Puntir(Twist) dan goyangan (Sway)

Dari hasil analisa program Ms-Tower didapat:

Puntir maksimum (Twist) = 0,0271o_{, dan goyangan maksimum (Sway) = 0,7652}o

(14)

IV-14 4. Perputaran antena

a. Perputaran antena arah x terjadi pada antena sectoral 1 = 0,7636o

Gambar IV.16 Output Analisa Perputaran arah X Tower Existing Pada Antena

b. Perputaran antena arah Y terjadi pada antena sectoral 6 = 0,7671o

(15)

IV-15

c. Perputaran antena arah Z terjadi pada antena sectoral 1 = 0,0271o_.

Gambar IV.18 Output Analisa Perputaran arah Z Tower Existing Pada Antena

5. Perpindahan (Displacement) maksimum = 0,4291 m.

Gambar IV.19 Output Analisa perpindahan (Displacement) Tower Existing

(16)

IV-16

Tabel IV.1 Rekapitulasi Analisa Tower Existing Program Ms-Tower TOWER DATA

Tinggi Tower 70m Elv. Dasar 0m

OUTPUT ANALISA TOWER EXISTING

MAKSIMUM STRESS RATIO (Kecepatan Angin 120km/h)

Deskripsi Output Perbandingan Syarat Ket.

Leg 1.0480 > 1.00 NOT OK

Bracing 0.3450 < 1.00 OK

Redundant 0.3970 < 1.00 OK

Horizontal 0.1780 < 1.00 OK

Plan Bracing 0.0160 < 1.00 OK

PUNTIR, GOYANGAN & PERPINDAHAN (Kecepatan Angin 120km/h) Perputaran Antena

Maksimum Perputaran - X 0.7636 > _{0.5 Deg} NOT OK

Maksimum Perputaran - Y 0.7671 > _{0.5 Deg} NOT OK

Maksimum Perputaran - Z 0.0271 < 0.5 Deg OK

Maksimum Puntir 0.0271 < _{0.5 Deg} OK

Maksimum Goyangan 0.7681 > 0.5 Deg NOT OK

Perpindahan Maksimum 0.4291 < (H/200) = 0.35 NOT OK

Tarik Tekan Reaksi Maksimum Fx(kN) Fy(kN) Fz(kN) Fx(kN) Fy(kN) Fz(kN) -37.952 -37.480 -648.579 -42.838 -42.355 751.331 Mx(kN) My(kN) Mz(kN) Mx(kN) My(kN) Mz(kN) -0.362 0.357 0.000 -0.454 0.449 0.000 Berat 15424.31 kg

(17)

IV-17

IV.1.3 Analisa pembebanan akibat penambahan beban antena tambahan

Selanjutnya adalah tahap input pembebanan antena tambahan, proses perhitungannya hampir sama dengan proses input pembebanan existing hanya saja yang akan diperhitungkan adalah gaya – gaya batang akibat beban antenanya saja sedangkan berat tower tidak berubah.

Setelah melalui proses pengecekan dengan penambahan beban antena maka dapat diketahui member yang dapat menahan beban dan yang tidak dapat menahan beban. Berdasarkan hasil analisa untuk kondisi tower yang diberi beban antena tambahan pada program Ms-Tower didapat hasil sebagai berikut:

1. Stress Ratio Rangka batang (Member) Dari hasil analisa program Ms-Tower didapat: a. Rasio untuk member Leg = 1,148 N/mm2_(MPa).

(18)

IV-18

b. Rasio untuk member Bracing = 0,362 N/mm2_(MPa).

Gambar IV.21 Output Rasio Member Bracing Akibat Penambahan Antena Hasil Analisa Ms-Tower c. Rasio untuk member Redundant = 0,427 N/mm2_(MPa).

(19)

IV-19

d. Rasio untuk member Horizontal = 0,189 N/mm2_(MPa).

Gambar IV.23 Output Rasio Member Horizontal Akibat Penambahan Antena Hasil Analisa Ms-Tower e. Rasio untuk member Plan Bracing = 0,016 N/mm2_(MPa).

(20)

IV-20 2. Support Reaction (Reaksi Perletakan) Dari hasil analisa program Ms-Tower didapat: a. Gaya tarik maksimum sebesar = -690,669 kN

Gambar IV.25 Gaya Tarik MaksimumAkibat Penambahan Antena Hasil Analisa Ms-Tower b. Gaya tekan maksimum sebesar = 796,606 kN

(21)

IV-21 3. Puntir(Twist) dan goyangan (Sway) Dari hasil analisa program Ms-Tower didapat:

Puntir maksimum (Twist) = 0,0134o_{, dan goyangan maksimum (Sway) = 0,8402}o

(22)

IV-22 4. Perputaran antena

a. Perputaran antena arah x terjadi pada antena sectoral 1 = 0,8357o

Gambar IV.28 Output Analisa Perputaran arah X Akibat Penambahan Antena Pada Antena

b. Perputaran antena arah Y terjadi pada antena sectoral 6 = 0,8362o

(23)

IV-23

c. Perputaran antena arah Z terjadi pada antena sectoral 1 = 0,0271o_.

Gambar IV.30 Output Analisa Perputaran arah Z Akibat Penambahan Antena Pada Antena

Gambar IV.31 Output Analisa perpindahan (Displacement) Akibat Penambahan Antena

Unruk melihat rekapitulasi dari analisa tower akibat penambahan beban antena pada program Ms-Tower lihat tabel IV.2, dari analisa setelah diberikan penambahan beban antena tower tersebut tidak kuat (fail) menahan beban, sehingga diperlukan perkuatan.

(24)

IV-24

Tabel IV.2 Rekapitulasi Analisa Tower Akibat Penambahan Antena Program Ms-Tower TOWER DATA

REKAPITULASI ANALISA TOWER AKIBAT PENAMBAHAN ANTENA MAKSIMUM STRESS RATIO (Kecepatan Angin 120km/h)

Leg 1.1480 > 1.00 NOT OK

Bracing 0.3620 < 1.00 OK

Redundant 0.4270 < 1.00 OK

Maksimum Perputaran - X 0.8357 > _{0.5 Deg} NOT OK

Maksimum Perputaran - Y 0.8362 > _{0.5 Deg} NOT OK

Maksimum Goyangan 0.8402 > 0.5 Deg NOT OK

Perpindahan Maksimum 0.4671 < (H/200) = 0.35 NOT OK

Tarik Tekan Reaksi Maksimum Fx(kN) Fy(kN) Fz(kN) Fx(kN) Fy(kN) Fz(kN) -39.704 -39.543 -690.669 -45.183 -44.091 796.606 Mx(kN) My(kN) Mz(kN) Mx(kN) My(kN) Mz(kN) -0.392 0.391 0.000 -0.492 0.481 0.000 Berat 15424.31 kg

IV.1.4 Desain perkuatan tower

Berdasarkan hasil analisa yang diperoleh dari program Ms-Tower warna merah pada gambar dibawah ini menunjukan bagian yang tidak memenuhi persyaratan, rasio tegangan yang terjadi pada rangka batang di elevasi 35m – 43m tidak cukup kuat untuk menahan beban. Karena rasionya melebihi batas nilai yang disyaratkan AISC-LRFD yaitu kurang dari 1 sehingga batang tersebut memerlukan perkuatan agar nilai rasio menjadi sesuai dengan persyaratan.

(25)

IV-25

Gambar IV.32 Output Visual Program Ms-Tower

Dalam mendesain perkuatan tower ini harus menyesuaikan kondisi existingnya, karena kondisi sambungannya harus menyesuaikan profilnya. Tahapan untuk mendesain perkuatan hampir sama dengan analisa awal, hanya saja batang profil yang melebihi rasio akan ditambah dengan batang profil baru. Penambahan profil baru dibentuk dengan metode persilangan (star angle), hal ini untuk memudahkan aplikasi pemasangannya. Dari data program Ms-Tower diketahui jenis profil yang melebihi rasio yaitu profil siku EA 90.90.9, EA 100.100.10, EA 120.120.12, dan EA 130.130.12. Untuk mendesain perkuatanya menggunakan profil yang sama dengan cara disilang antara siku existing dengan siku yang baru (Star Angle). Dengan penambahan batang profil baru tersebut maka berat tower akan bertambah.

17,5m 34,5m 18m

(26)

IV-26

Gambar IV.33 Desain Perkuatan Siku Silang (Star Angle)

Gambar IV.34 Berat Tower Setelah diberikan Perkuatan IV.1.5 Analisa setelah perkuatan

Proses selanjutnya adalah analisa tower setelah diberikan perkuatan, prosesnya sama saja dengan proses analisa sebelumnya. Dari hasil proses analisa tower setelah diberikan perkuatan didapat hasil sebagai berikut:

1. Stress Ratio Rangka batang (Member) Dari hasil analisa program Ms-Tower didapat:

(27)

IV-27 a. Rasio untuk member Leg = 0,992 N/mm2_(MPa).

Gambar IV.35 Output Rasio Member Leg PerkuatanHasil Analisa Ms-Tower b. Rasio untuk member Bracing = 0,418 N/mm2_(MPa).

(28)

IV-28

c. Rasio untuk member Redundant = 0,457 N/mm2_(MPa).

Gambar IV.37 Output Rasio Member Redundant PerkuatanHasil Analisa Ms-Tower d. Rasio untuk member Horizontal = 0,209 N/mm2_(MPa).

(29)

IV-29

e. Rasio untuk member Plan Bracing = 0,017 N/mm2_(MPa).

Gambar IV.39 Output Rasio Member Plan Bracing PerkuatanHasil Analisa Ms-Tower 2. Support Reaction (Reaksi Perletakan)

c. Gaya tarik maksimum (Fz) sebesar = -761,678 kN

(30)

IV-30 d. Gaya tekan maksimum sebesar = 880,614 kN

Gambar IV.41 Gaya Tekan MaksimumPerkuatanHasil Analisa Ms-Tower 3. Puntir(Twist) dan goyangan (Sway)

(31)

IV-31

Gambar IV.42 Analisa Twist dan Sway PerkuatanHasil Analisa Ms-Tower 4. Perputaran antena

d. Perputaran antena arah x terjadi pada antena sectoral 1 = 0,2853o

(32)

IV-32

e. Perputaran antena arah Y terjadi pada antena sectoral 3 = 0,2853o

Gambar IV.44 Output Analisa Perputaran arah Y Perkuatan Pada Antena

f. Perputaran antena arah Z terjadi pada antena sectoral 1 = 0,0061o_.

(33)

IV-33

Gambar IV.46 Output Analisa perpindahan (Displacement) Perkuatan

Untuk melihat rekapitulasi analisa tower existing program Ms-Tower lihat tabel IV.3. Dari analisa diatas, setelah diberikan perkuatan tower tersebut memenuhi syarat, sehingga desain perkuatan dapat dipakai.

Tabel IV.3 Rekapitulasi analisa tower perkuatan program Ms-Tower TOWER DATA

REKAPITULASI ANALISA TOWER PERKUATAN MAKSIMUM STRESS RATIO (Kecepatan Angin 120km/h)

Leg 0.992 < 1.00 OK

Bracing 0.126 < 1.00 OK

Redundant 0.457 < 1.00 OK

Maksimum Perputaran - X 0.2853 < _{0.5 Deg} OK

Maksimum Perputaran - Y 0.2853 < _{0.5 Deg} OK

Maksimum Goyangan 0.2872 < 0.5 Deg OK

(34)

IV-34 Tension Compression Reaksi Maksimum Fx(kN) Fy(kN) Fz(kN) Fx(kN) Fy(kN) Fz(kN) -44.812 -44.679 -761.678 -50.907 -49.845 880.614 Mx(kN) My(kN) Mz(kN) Mx(kN) My(kN) Mz(kN) -0.429 0.428 0.000 -0.539 0.522 0.000 Berat 17948.34 kg

IV.1.6 Analisa local buckling (tekuk local) pada perkuatan

Analisa tekuk local (local buckling) adalah untuk memeriksa kondisi perkuatan setelah mendapat tambahan beban antena, dari hasil analisa program MS-Tower diperoleh profil SA 100.100.10 (profil siku susun silang), dengan batang terpanjang = 1,583m, pada member 1402. Untuk menganalisa tekuk lokal ini akan dibantu dengan software Etabs.

Gambar IV.47 Perkuatan siku susun silang

Member Profil Panjang (m) 2303 SA 130.130.12 1.311 2501 SA 130.130.12 1.252 2301 SA 130.130.12 1.193 1903 SA 120.120.12 1.325 2103 SA 120.120.12 1.317 2101 SA 120.120.12 1.186 1901 SA 120.120.12 1.179 1402 SA 100.100.10 1.583 1502 SA 100.100.10 1.575 1602 SA 100.100.10 1.569

(35)

IV-35 1601 SA 100.100.10 1.436 1401 SA 100.100.10 1.421 1703 SA 100.100.10 1.335 1701 SA 100.100.10 1.169 1221 SA 90.90.9 1.502

Perhitungan untuk pembebanan pada analisa tekuk lokal adalah sebagai berikut: Kategori lingkungan : Area Perbukitan terbuka.

L = 1,583 m (profil terpanjang)

V = 120 km/jam = 33.33 m/s (kecepatan dasar angin) z = 70 m (ketingggian tower)

H = 46 (titik ketinggian perkuatan) Koefisien kategori paparan area terbuka (C): Zg = 274 m, a = 9,7, Kzmin = 0,85, Ke= 1,00

Faktor kemungkinan arah angin penampang persegi: Kd = 0,85

Faktor keutamaan kelas struktur II beban angin tanpa salju: l = 1

Koefisien kategori topografi 3: Kt = 0,53, f = 2,00 Kh = . = = 20,98 Kzt = 1 = 1 , , , = 1,051 Faktor tiupan angin:

Gh = 0.85 0.15 _. 3.0

(36)

IV-36 = 0,63

Kz = 2.01 / / _{(koefisien kecepatan tekanan)} = 2.01 70/274 / , = 1,517 Tekanan angin: qz = 0,613.Kz.Kzt.Kd.V2_.l = 0,613 x 1,517 x 1,051 x 0,85 x 33,332 _{x 1} = 922,86 kg/m2_{= 0,923 kPa}

Luas proyeksi dari profil SA 100.100.10: Aa = 0,10 x 1,583

= 0,158 m2

Faktor arah angin untuk komponen struktur datar: Df = 1,2

Menghitung beban angin: Fst = . . .

= 0,923 x 0,63 x 1,2 x 0,158 = 0.110 kN

Tahap selanjutnya adalah analisa dengan bantuan program Etabs dengan cara memasukan hasil perhitungan beban angin, untuk input beban angin ini terlebih dahulu beban harus dibagi 3 bagian karena akan didistribusikan secara merata maka didapat beban terdistibusi adalah 0.037 kN, dengan parameter beban kombinasi sebagai berikut:

Kombinasi 1: 1,2 DL + 1,6 LL + 1,2 WLx + AX Kombinasi 2: 1,2 DL + 1,6 LL + 1,2 WLy + AX Dimana: DL : Beban mati LL : Beban hidup WLx : Beban angin arah x

(37)

IV-37 WLy : Beban angin arah y

AX : Beban antenna

Pada perhitungan beban antena yang akan dihitung adalah beban antena yang berada pada ketinggian lebih dai 46m, hal ini dikarenakan batang terpanjang pada perkuatan berada di ketinggian 46m, berdasarkan hasil perhitungan beban antena yang berada pada ketinggian 46m sebesar: AX = 1257 – ((20 x 3) + (77 x 7) + (59 x 1) + (19 x 1) = 580 kg DL = 29,83 x 1,583 = 47,22 kg LL = 100 kg WL = 0,110 / 3 = 0,037 kN = 3,77 kg

Hasil dari analisa program Etabs menunjukan bahwa nilai tekuk lokal pada perkuatan masih dibawah rasio yang disyaratkan yaitu 0,848 < 1. Maka tipe perkuatan memenuhi syarat.

(38)

IV-38

IV.1.7 Desain pelat kopel dan sambungan

1. Desain pelat kopel

Pelat kopel yang akan dipakai berukuran sesuai dengan lebar profil perkuatan, dipasang dengan metode susun menyilang dikoneksikan dengan baut, lihat gambar IV.3.

Sebagai contoh ambil profil perkuatan SA 100.100.10 (profil siku susun silang), untuk menghitung kekuatan pelat kopel adalah sebagai berikut:

Diketahui: L = 1,583m

P = 580 kg (beban axial tekan) tkopel = 10 mm Data profil SA 100.100.10: Iv = 956 cm4_(I maks) Iu = 556 cm4_(I min)

iv = 5,02 cm (girasi sumbu bahan) iu = 3,83 cm (girasi sumbu bebas bahan) a = 156 mm

b = 141 mm tf = tw = 20 mm

Ag = 38 cm2

Gambar IV.49 Karakteristik siku susun silang

Periksa kelangsingan penampang: Periksa sumbu bahan

_. 3,5

√ 9

_. ……….OK

Periksa sumbu bebas bahan

(39)

IV-39

_√ 9,97

_. ……….OK

Kondisi tumpuan jepit-jepit, faktor panjang tekuk k = 0,65 Arah sumbu lemah (Imin):

. , , 20,497 , _0,228 0,25 → 1 . 3800 93,1 , , , 0,0033 1 … … … … . Arah sumbu kuat (Imaks):

. , , 26,86 , _0,299 0,25 1,2 → _, ,_, _, _,, _, 1,022 . 3800 _, 91,1 , , , 0,008 1 … … … … .

Jadi, profil profil SA 100.100.10 dengan pelat kopel cukup untuk memikul beban terfaktor sebesar 580 kg.

2. Desain sambungan

Desain pelat sambungan menggunakan pelat berukuran sesuai dengan lebar profl perkuatan denan alat penyambung baut, karena baut merupakan media penyambung yang cocok untuk profil perkuatan dan mudah untuk dipasang.

Sebagai contoh ambil sambungan untuk profil perkuatan SA 100.100.10 (profil siku susun silang) baut yang digunakan berdiameter 16mm, untuk menghitung kekuatan sambungan adalah sebagai berikut:

(40)

IV-40 Beban Tarik (Ru) = 580 kg

Dimensi pelat = 270 x 100 Leleh pelat (fy)= 245 MPa Tarik pelat (fu)= 400 MPa Dimensi baut = Ø 16 mm

Tegangan ijin baut ( ) = 137,9 MPa Leleh baut ( ) = 229,8 MPa

Kekuatan baut = 27,73 kN

Gambar IV.50 Desain sambungan

Periksa kekuatan pelat sambungan: Ag = 10 x 270 = 2700 mm2

An = An = 1000 – (16 + 3) x 10 = 2510 mm2

Leleh : ϕNn= ϕfy. Ag = 0,90 x 245 x 2700 = 59,53 ton

Fraktur: ϕNu = ϕfu. Ae = 0,75 x 400 x 2510 = 75,3 ton

Tinjau tahanan baut:

Geser: ∅. ∅. 0,5. . .

0,75 0,5 229,8 1 16 1,73 /

Tumpu: ∅. ∅. 2,4. . .

0,75 2,4 16 10 137,9 3,97 /

Tahanan geser menentukan karena mempunyai nilai yang lebih kecil, sehingga tahanan untuk 6 baut adalah:

(41)

IV-41

Dari 3 kemungkinan leleh, fraktur dan geser, ϕNn = 10,38 ton pada geser yang

menentukan.

∅.

0,580 < 10,38 ………..OK

IV.1.8 Analisa kekuatan, kelangsingan batang tarik dan batang tekan

Dari analisa MS-Tower diperoleh data panjang batang yang mengalami gaya Tarik maksimum yaitu pada segmen bawah dengan profil siku 150.150.15, seperti pada tabel dibawah ini.

Member Profil Panjang (m) 2703 L 150.150.15 1.302 2903 L 150.150.15 1.298 3103 L 150.150.15 1.295 2601 L 150.150.15 1.252 3101 L 150.150.15 1.209 2901 L 150.150.15 1.206 2701 L 150.150.15 1.202

1. Analisa pembebanan batang tarik

Dari hasil analisa diperoleh tegangan tarik maksimun adalah pada titik 2555, dengan batang terpanjang = 1,295m, pada profil EA 150.150.15 tegangan tarik maksimum (Nu)

(42)

IV-42

Gambar IV.51 Panjang batang dan tegangan tarik maksimum hasil analisa MS-Tower

Untuk analisa pembebanannya dapat diselesaikan dengan perhitungan sebagai berikut:

Profil = EA 150.150.15 Lmaks = 129,5 cm W = 33.55 kg/m Ag = 42.74 cm2

Ix = Iy = 888 cm4 (Momen Inersia terhadap sumbu x = y)

ix = iy = 4.56 cm (Radius girasi terhadap sumbu x = y)

I1 = iv = 365 cm4 (Radius girasi sumbu bebas bahan v, minimum)

iu = 1410 cm (Radius girasi terhadap sumbu bahan u, maksimum)

a = ey + tp= 4.24 + 1.7 = 5.94 cm fu = 400 MPa = 4000 kg/cm2

fy = 245 MPa = 2450 kg/cm2

a. Kelangsingan struktur Tarik

Untuk memeriksa kelangsingan batang tarik dapat diselesaikan dengan rumus sebagai berikut:

(43)

IV-43 Panjang batang tarik = 129,5 cm

ix = ixo = iyo = 4,56 cm

λ = _, , 28,40 240 … … … !

b. Luas neto

Diameter baut = 2,6 cm

Didapat lebar lubang baut efektif = 2,6 + 0,2 = 2,8 cm An = Ag – (jumlah lubang x Lebar lubang x tebal pelat)

= 42,71 – (4 x 2,8 x 1,5) = 25,94 cm2

Periksa terhadap syarat minimum: An = 0,85Ag

= 0,85 x 42,74 = 36,33 cm2

Jadi An = Ae diambil yang nilai terendah = 25,94 cm2

c. Kekuatan batang tarik

Tegangan tarik maksimum (Nu) = 76167,8 kg Kondisi leleh:

Nn = ϕ (Ag x Fy) = 0,90 (42,74) (2450) = 94241,7 kg

Kondisi fraktur:

Nn = ϕ (Ae x Fu) = 0,75 (25,94) (4000) = 77820 kg

Nn ambil nilai terendah = 77820 kg

Jadi, Nn (= 77820 kg) > Nu (=76167,8 kg)……….OK!

2. Analisa Pembebanan Batang Tekan

Dari hasil analisa diperoleh tegangan tekan maksimun adalah pada titik 2515, dengan batang terpanjang = 1,295m, pada profil EA 150.150.15 tegangan tarik maksimum (Nu)

(44)

IV-44

Gambar IV.52 Panjang Batang dan Tegangan Tekan Maksimum Hasil Analisa MS-Tower Untuk analisa pembebanannya dipakai data sebagai berikut:

Profil = EA 150.150.15 Lmaks = 129,5 cm W = 33.55 kg/m

(45)

IV-45 Ag = 42.74 cm2

Ix = Iy = 888 cm4 (Momen Inersia terhadap sumbu x = y)

ix = iy = 4.56 cm (Radius girasi terhadap sumbu x = y)

I1 = iv = 365 cm4 (Radius girasi sumbu bebas bahan v, minimum)

iu = 1410 cm (Radius girasi terhadap sumbu bahan u, maksimum)

a =ey + tp = 4.24 + 1.7 = 5.94 cm fu = 400 MPa = 4000 kg/cm2

fy = 245 MPa = 2450 kg/cm2

a. Kelangsingan penampang tekan (λ)

Panjang tekuk untuk perletakan jepit-jepit adalah 0,65, kelangsingan kolom λditetapkan sebesar: , , 28,40 4,71 4,71 134,57)…..OK! , , , 0,21 Untuk 0,25  1

b. Desain kekuatan batang tekan

Tegangan tekan maksimum (Pu) = 88061,4 kg

42,74 104713

ϕPn = 0,85 104713 (89006,05) > Pu (=88061,4) ………….OK!

,

(46)

IV-46

IV.1.9 Analisa Base Plate (pelat penopang kaki tower)

Analisa pada base plate dapat diselesaikan dengan perhitungan sebagai berikut: 1. Dimensi Base Plate

I. Gaya geser ultimate maksimum

II. Spesifikasi baut angkur dan base plate

Tmax : Gaya tarik maksimum

Vx : Geser maksimum pada arah X Vy : Geser maksimum pada arah Y Vu : Geser ultimate maksimum

fub : Stress ultimate baut angkur db : Diameter baut angkur dt : Lebar ulir baut angkur tn : Tebal ring baut angkur Ab : Luas baut angkur nb : Jumlah baut angkur lbpx : Lebar base plate

Tu880.614kN Vx 50.907kN Vy49.845kN Vu Vx2Vy2 Vu 71.246 kN  fub 400MPa db25mm dt1mm tn2mm Ab 1₄



_{db 2dt}



2 Ab 415.476mm  2

(47)

IV-47

nb8

lbpx 500mm

tbp 20mm

fubp 400MPa

tbp : Tebal base plate

fubp : Stress ultimate base plate

III. Kapasitas baut angkur Kapasitas tarik

Tsn : Nominal tarik baut angkur

Tn : Nominal Tarik dari jumlah angkur Tn : Nominal Tarik jumlah angkur

Syarat : Tu < Tn = 880.61 kN < 1061 kN …………. OK! Rasio tarik = Tu / Tn = 880.61 / 1061 = 0.83

Kapasitas geser

Vsn : Nominal stress geser baut angkur Vn : Kapasitas nominal stress geser

baut angkur

Syarat : Vu < Vn = 71.25 kN < 707.31 kN …………. OK! Rasio geser = Vu / Vn = 71.25 / 707.31 = 0.101

IV. Kapasitas base plate Cek geser blok lubang baut

cbh : Keliling lingkaran lubang baut Vsnbp : Nominal stress geser base plate Vnbh : Kapaitas nominal geser blok

base plate pada lubang baut

Syarat : (Tu / nb) < Vnbh = (880.61 / 8 = 110.08 kN) < 414.49 kN …………. OK!

Rasio tarik = (Tu / nb) / Vnbh = 110.08 / 414.49 = 0.266

Tsn 0.6 fub 1.33 Tsn 319.2 MPa  TnTsn Ab _nb Tn 1.061 10  3kN Vsn 0.4 fub 1.33 Vsn 212.8MPa  Vn Vsn Ab  _nb Vn 707.306kN  cbh 



_{db 2dt}  _2tn



Vsnbp 0.4 fubp 1.33 Vsnbp 212.8 MPa  Vnbh cbh tbp _Vsnbp Vnbh 414.489kN 

(48)

IV-48

IV.2 Analisa pondasi

IV.2.1 Analisa pondasi akibat pembebanan tower (strutur atas)

Referensi analisa pondasi berdasarkan standard perhitungan struktur beton Indonesia (SNI 03-2847-2002) dan mengacu pada standard perhitungan beton Amerika (ACI 318), dengan parameter:

ϕs = 0,75, untuk faktor reduksi tegangan geser

ϕs = 0,90, untuk faktor reduksi tegangan lentur

Pembebanan pada pondasi berdasarkan berat tower, berat perlengkapan antena, beban angin, tanah dan muka air tanah. Analisa pad pondasi menggunakan metode LRFD.

γDL = 1,2 (beban mati terfaktor)

1. Data pondasi

Gambar IV.53 Detail dimensi pondasi a. Dimensi :

Jenis pondasi : Telapak

Jumlah pondasi : 4 unit (1 pondasi untuk 1 kaki) Telapak pondasi:

Lebar (Bfx) : 2,6m Panjang (Bfy) : 2,6m Tebal (Tf) : 0,7m

(49)

IV-49 Pedestal (kolom pondasi):

Dimensi (Bp) : 0,9m x 0,9m

Tinggi (Hpb) : 0,4m (tinggi dari atas tanah asli elevasi +0,00m)

Tinggi (Hpu) : 0,8m (tinggi dari atas telapak pondasi ke tanah asli elevasi ±0,00) Jarak pedestal : 5,8m

td : 0 m

Gambar IV.54 Parameter dimensi pondasi b. Properties material

Beton :

Mutu beton (fc): K-225 = 18,314 MPa

Modulus beton (Ec): 4700 = 4700√18,314 = 2,011 x 104_MPa

Faktor konversi diagram tegangan pondasi ke ekuivalen tegangan pondasi blok pada analisa bending beton (α = β): 0,85

Berat jenis beton (γc) : 2400 kg/m3_{= 24 kN/m}3

Tulangan :

(50)

IV-50 Modulus baja (Ec): 200000 MPa

Berat jenis baja (γs) : 7850 kg/m3_{= 78,5 kN/m}3

Air dan tanah :

Berat jenis air (γw) : 1000 kg/m3_{= 10 kg/m}3

Berat jenis tanah (γd) : 1800 kg/m3_{= 18 kg/m}3

Kedalaman muka air tanah (Hwo) : 25m 2. Pembebanan struktur atas (tower)

3. Perhitungan cone penetration test (CPT) :

Ecceq (3.5m) if _{Ttwr 65m} 3.25m ( ) if 50m_Ttwr 65m 2.75m ( ) if 40m_Ttwr 50m 2.5m ( ) if 30m_Ttwr 40m 2.4m ( ) if _{Ttwr 30m}  Ecceq 3.5m

Meq Weq Ecceq  _{Meq 43.995 kN m}  

a. Reaksi perletakan dari analisa struktur atas (tower) Reaksi resultan pada dasar tower:

Kondisi 1

Reaksi maksimum pada kaki Tower:

Kondidi 3

Kondisi 2 _{Kondisi 4}

Kondisi 5

b. Beban perlengkapan

a) Estimasi beban gravitasi akibat beban perlengkapan

b) Estimasi momen akibat perlengkapan pada pad pondasi

Fx10.459kN _Fx2125.881kN _Px350.907kN _Px444.812kN

Fy1155.021kN _Fy2121.072kN _Py349.845kN _Py444.679kN

Fz1 271.413kN _{Fz2 271.413kN} _{Pz3 880.614kN} _Pz4761.678kN

Mx1 5961.595kN m  _{Mx2 4621.802kN m} 

My15.828kN m _My24804.939kN m _Px550.907kN _{Py5 50.175kN}

Mz10.319kN m _{Mz2 5.289kN m} 

(51)

IV-51 Data penyelidikan tanah :

(52)

IV-52

(53)

IV-53

Tabel IV.4 Hasil sondir

Tabel IV.5 Interpretasi data sondir terhadap konsistensi tanah

Ketinggian pad pondasi dari dasar pondasi ke tanah asli (Dp): Dp = Hpb + Tf

= 0,7 + 0,4 = 1,1 m Nilai tekanan konus:

qc1 = 20,5 kg/cm2_{(nilai tekanan konus hasil test tanah1)}

qc2 = 16 kg/cm2_{(nilai tekanan konus hasil test tanah2)}

qa = , 1,79

Tegangan geser pada tanah: Cu = , 0,0895

4. Volume pondasi

Volume berdasarkan kondisi muka air tanah:

Kasus 1, dimana kondisi existing muka air tanah berada diantara tanah asli, dan di atas pad pondasi. Pada kondisi ini, pad pondasi tenggelam sepenuhnya.

(54)

IV-54

Vpads1 BfxBfy  _Tf

= 2,6 x 2,6 x 0,7 = 4,732 m3

Hitung volume pedestal:

Hpeds1 Hpb Hwo  _Td = 0,4 – 25 – 0 = -24,6 m Vpeds1 Hpeds1 Bp  2_Nt = -24,6 x 0,92 _{x 1} = -19,926 m3

Hitung volume tanah:

Vds1 BfxBfy  



_{Hpb Hwo}



_Vpeds1 = 2,6 x 2,6 x (0,4 – (-25)) – 19,926 = - 146,37 m3

Kasus 2, dimana kondisi existing muka air tanah berada diantara tanah asli, dan di atas pad pondasi. Pada kondisi ini, pad pondasi tenggelam sebagian.

Hitung volume pad pondasi:

Hpads2 Dp Hwo  = 1,1 – (-25) = -23,9 m3

Vpads2 BfxBfy  _Hpads2 = 2,6 x 2,6 x -23,9 = -161,564 m3

Hitung volume pedestal pondasi:

Hsrps2 Hpb Hwo  = 0,4 – 25 = -24,6 m3

Vsrps2 Bdx Bdy  _Hsrps2_Nt

Muka air tanah Hwo

Muka air

H Dp Gambar IV.57 Hitung volume Kasus 1

(55)

IV-55 = 0,9 x 0,9 x -24,6

= -19,926 m3

Total Volume pad dan pedestal =Vps2 Vpads2 Vsrps2  = 181,49 m3

= (2,6 x 2,6 x – 24,6) – 19,926 = -146,37

5. Berat pad pondasi, pedestal dan tanah: Berat pad pondasi:

Vpad BfxBfy  _Tf = 2,6 x 2,6 x 0,7 = 4,732 m3 Wpad Vpad _c = 4,732 x 24 = 113,57 kN Berat pedestal: Vped



Hpu Hpb _Td



_Bp2_Nt = (0,8 + 0,4 – 0) x 0,92 = 0,972 m3 Wped Vped _c = 0,972 x 24 = 23,33 kN Tanah: Vp = Vpad + Vped = 4,732 + 0,972 = 5,704 m3 Vd BfxBfy  _Dp_Vp_{Bp Bp} _Hpu_Nt Vds2Bfx Bfy _Hsrps2 _Vsrps2

(56)

IV-56 = 2,6 x 2,6 x 1,1 – 5,704 + 0,9 x 0,9 x 0,8 x 1 = 2,38 m3 Wd Vd _d = 2,38 x 15 = 35 kN

Berat total = Wpad + Wped + Wd = 113,57 + 23,33 + 35 = 171,9 kN 6. Periksa kapasitas Uplift (gaya angkat) pada pondasi

7. Periksa stabilitas geser pada pondasi Kapasitas friksi tanah:

Gaya lateral He Hp Tf  He 1.9m Wpd1 Wpeff Wr_1.25  Wdeff₂ Wpd1 124.904kN  Wpd2 Wpeff Wr_1.5  Wdeff_1.5 Wpd2 112.839kN  Wpd min Wpd1 Wpd2







Wpd 112.839kN  Fzmax Pz4 761.678kN Fzcapacity Wpd 112.839kN   _f 0.5 Ffr_{f Cu} _Bfx_Bfy_Nleg

Syarat : SFuplift > 1 = 0.148 < 1 …………. NOT OK!

SFUplift Fzcapacity

Fzmax



(57)

IV-57 Safety factor untuk stabilitas geser:

8. Periksa kapasitas daya dukung pondasi

Tekanan beban efektif pada kondisi 3:

Tekanan beban efektif pada kondisi 4:

Tekanan beban efektif maksimum:

Kapasitas daya dukung pondasi (Terzaghi)

Bfy 2 Ipxx 



Px4 He



Bfx 2 Ipyy   _op4 0.196MPa

_mmax



_op3_op4



_m0.221 MPa

Bfm min Bfx Bfy







(58)

 _{2 Bdy}



2.52m2 fc 18.314MPa  _s 0.75 Vpsc1  1₃ fc MPa _Apsp1 3.595 10 3kN Vpsc1n _{s Vpsc1} 2.696 10 3kN Vpsc2  1₃ fc MPa _Apsp2 3.595 10 3kN Vpsc2n _{s Vpsc2} 2.696 10 3kN Syarat : SFbc > 1 = 1.656 > 1 …………. OK!

(59)

IV-59 b. Periksa geser blok

Dari analisa diatas dapat diketahui bahwa gaya angkat pada pondasi SFUplift = 0.148 tidak

memenuhi syarat (SFUplift > 1), maka pondasi tersebut harus diperkuat.

IV.2.2 Desain perkuatan pondasi

Rencana perkuatan pondasi yang dipakai adalah dengan menambah 4 tiang bored pile pada tiap pondasi dengan diameter 40cm dan kedalaman 15m.

Gambar IV.59 Rencana perkuatan pondasi Pz3 880.614kN  Fps1 Pz3 DL Wped Nt   Fps1 908.066kN  Fps2 Pz3 DL Wped



 Wsrp



Nt   Fps2 908.066kN  SFsc1 Vpsc1n Fps2  SFsc1 2.969 Syarat : SFsc1 > 1.5 = 2.969 > 1.5 …………. OK!

(60)

IV-60 1. Dimensi perkuatan

a. Telapak pondasi (Pile cap) Lebar (Bpcx) : 1m Panjang (Bpcy): 2,6m Tebal (Tf) : 0,7m b. Bored pile Lebar (dbp) : 0,4m Tinggi (Lbp) : 15m Jumlah (nbp) : 2 unit Jarak (Sbp) : 1,2 m

2. Perhitungan cone penetration test (CPT) :

3. Volume pondasi

Volume pondasi berdasarkan kondisi muka air tanah:

Kasus 1, dimana kondisi existing muka air tanah berada diantara tanah asli, dan di atas pad pondasi. Pada kondisi ini, pad pondasi tenggelam sepenuhnya.

Hitung volume pile cap pondasi:

Vpads1 BfxBfy  _Tf = 1,82 m3

Hitung volume pedestal:

Dp Hpb Tf  Qc1 100kgf cm2  Dp 1.1m Qc2 95kgf cm2  Nc 9 Qcav



Qc1 Qc2₂



Tfsav 



Tfs1 Tfs2₂



Cu Qcav Nk  Nk20 Qcav 97.5 kgf cm2   Tfsav 1.278 10 3 kgf cm   Cu 4.875kgf cm2   Hpeds1 Hpb Hwo

(61)

IV-61 Hitung volume bored pile:

Kasus 2, dimana kondisi existing muka air tanah berada diantara tanah asli, dan di atas pad pondasi. Pada kondisi ini, pad pondasi tenggelam sebagian.

Hitung volume pile cap pondasi:

Hitung volume pedestal pondasi:

Hsrps2 Hpb Hwo  = 0,4 – 25 = -24,6 m3 Vsrps2 Bdx Bdy  _Hsrps2_Nt = 0,9 x 0,9 x -24,6 = -19,926 m3

Hitung volume bored pile pondasi:

Vbps1 3.77 m  3

Vds1Bfx Bfy _Hpeds1 _Vpeds1

Vds1 44.034m3 Lbpw2 Lbp Hpeds1 24.6m Vpeds1 Hpeds1 Bp 2 Vpeds1 19.926m3 Lbpw1 Lbp Vbps1 nbp Abp_

 

Lbpw1_ Vpads2 Bfx Bfy _Tf Vpads2 1.82 m  3

(62)

IV-62 Hitung volume tanah:

4. Berat pile cap, pedestal dan tanah: Berat pile cap pondasi:

Berat pedestal:

Bored pile:

Berat pile cap, pedestal, bored pile :

Berat tanah: Vbps2 nbp Abp Lbpw2







Vbps2 3.77 m  3 Vds2 44.034m3 Wpeff Wp Fbt Wpeff 223.072kN  Vds2Bfx Bfy _Hsrps2 _Vpeds2 _Vsrps2

Vpad Bfx Bfy _Tf _{Vpad 1.82 m}  3

Wpad Vpad_c _{Wpad 42.835kN} 

Vped Hp Bp 2_Nt _{Vped 3.888m}  3

Wped Vped_c _{Wped 91.508kN} 

Vbp Vbps1 _{Vbp 3.77 m}  3 Wbp Vbp _c _{Wbp 88.728kN}  Wp Wpad Wsrp  _Wped  _Wbp Wp 223.072kN  Vd Bfx Bfy _Hpb _Bp2_Hpb_Nt Vd 0.256m3

(63)

IV-63

Berat total:

5. Gaya pada bored pile a. Gaya aksial

b. Momen dan gaya horizontal

z

6. Kapasitas Bored pile

Br Lr



Tfsav RFfriction  Vgu 1.671 10  3kN _u Vgu 2 nbp2Vu12 _Vgu2  _u 0.829

Vueff _{u Vu1} _{Vueff 466.979kN} 

Vuefftot min Vueff

2 Wpeff 1.25nbp  Wdeff 2nbp  Vueff 1.5 Wpeff 1.5nbp  Wdeff 1.5nbp          Vuefftot 321.588kN  Vtmax380.839kN SFupliftbp Vuefftot Vtmax if Vtmax 0

"There is no tension" if _Vtmax 

(65)

IV-65

Dari analisa diatas dapat diketahui bahwa gaya angkat pada pondasi memenuhi syarat (SFUplift =1,033> 1).

SFupliftpad 0.189

SFuplifttotal SFtotalbp SFupliftpad 1.033

Syarat : SFuplift > 1 = 1.033 > 1 …………. OK!

naddside 1