Z max

 Momen inersia

Ix = 399,633 cm⁴ Zx = 8880,72 cm³ Aw = 135,04 cm² Ac = 84 cm² A = 303,04 cm²

2 A

x A

A

147 , 78

σ

1093 , 6 kgf/ cm

Z

5 - 50

 Tegangan di titik B

2 A

2 x

B

B

80,39 kgf/cm

σ

1093,6 kg/ cm Z

max

σ 

M

  

Dimana : tegangan yang diijinkan

30 33 , 30 9 280 5 b

, K 4

9

f

1   



 

2 A

1093,6 kgf/ cm

σ 

 Tegangan pada titik X

2 x

x

x

1026,15 kgf/ cm Z

max

σ 

M



2 a

2

k 1026,15 kgf/cm σ 1200 kgf/cm

σ   

Dimana :

σx =tegangan lentur pada titik x

σk = tegangan yang diijinkan pad las-lasan di kulit pintu

 Tegangan geser

2 a

2

2 w

cm kgf/

700

τ

cm kgf/

87,15

τ

cm kgf/

87,15 A

max

τ

Q











5.2.12 Plat kulit

 Ukuran plat kulit

 Tegangan lentur

2 a

2 2 2

cm kgf/

1200 σ

cm kgf/

54 , 576

t a P 100 k σ 1















Dimana :

σ = tegangan lentur (kgf/ cm²)

a = jarak antar ujung flange beam tegak = (28,2 cm) b = panjang bentang dari bawah ke atas = 382,6 cm p = tekanan air pada dasar pintu = 1,45 kgf/ cm² k = faktor, dimana = 13,56

a b  diambil k = 50

t = tebal kulit t =

to

ς

= 1,2 – 0,2 = 1,0 cm Menggunakan plat t = 1,2 cm

ς= faktor korosi = 0,2 cm

5.2.13 Trunnion

Terdiri dari trunnion pin, bearing dan pedestal

 Ukuran pin trunnion

5 - 52

 Momen lentur dan tegangan

 Momen lentur



1



1 2 o b

8 b .

M  w  



2 o b



31650000kgf cm 8

M  P^v   ₁  

 Tegangan

Bahan yang digunakan SC 46 – N cm2

kgf/

924,35 Z

σ  M  Dimana :

Z = modulus pin = 34240 cm³(diameter d = 80 cm) σa= tegangan yang diijinkan SC 46 N = 1700 kgf/ cm²

 Tegangan geser

 Tegangan dan beban geser kgf 1055000 2 P

S  1 _v 

 Tegangan geser

cm2

kgf/

209,99 A

τ  S  Dimana :

 = tegangan geser maksimum = 209,99 kgf/ cm² A = luas penampang pin = 5024 cm²

 Bearings

Mempergunakan bearing yang perlu selalu mendapatkan pelumasan yang dipasang pada trunnion yang menerima beban campuran antara beban tegak dan momen gesek pada pin trunion.

 Spesifikasi bearing JIS H5102 HBsC4

Dengan tekanan padabearingfa = 250 kgf/ cm²

 TekananBearing

2 2

2 1 AB 1

v 239,0075kgf/cm fa 250 kgf/cm

b . d

M 6 b . d

fv  P    

Dimana :

fv = tekanan pada bantalan akibat campuran beban tegak (kgf/

cm²)

MAB= momen lentur pada trunnion

m tf 21 , 1 96 , 3 17 , 5

M_AB    

 Thrust bearing(bantalan luncur)

 Spesifikasi bantalan luncur JIS H5102 HBsC4

Tekananbearingyang diijinkan fa = 250 kgf/ cm²

 Tekanan padabearingakibat beban mendatar



^{2 2}



²

H 484,83 kgf/cm

di 4 do

π

f H 





Dimana :

fH = tekanan padabearingakibat gaya datar (kgf/ cm²) H = total gaya mendatar pad atrunnion = 333,02 tf do = diameter luarthrust bearing= 90 cm

di = diameter dalam padathrust bearing= 85 cm

 Pedestal

Bahan yang digunakan SC 46

2 a

2 σ 1700 kgf/cm

cm kgf/

t 1318 . d . 2

p  Pv   

Dimana :

p = tekanan padathrust bearing(kgf/ cm²) t = tebal pedestal = 10 cm

σa = tegangan yang diijinkan bahan SC 46 (kgf/ cm²)

5 - 54

5.2.14 Beban angkat

 Momen putar akibat berat pintu dan gaya reaksi

 Momen putar akibat berat pintu M1= Wg . L2= 1775,5 tf-m

 Momen karena gesekan real karet

 q p . b  . . Rb x

2μ

M

₂   

= 79,18 tf-m

 Momen karena gesekan pin trunnion M3= 2 MT = 2 x 197,10 = 394,2 tf-m

 Momen karena pemberat Berat pemberat = 70 tf

Lp = jarak pemberat ke pin = 10 m M4 = (70 x Cos) x Lp

= 598,24 tf-m

 Momen angkat, momen turun dan momen hambatan

 Momen angkat

Mu= M1+ M2+ M3– M4

= 1650,64 tf-m

 Momen turun

Md= M1– M2– M3– M4

= 703,88 tf-m

 Momen hambatan Mr= M2+ M3

= 473,38 tf-m

 Beban angkat dan turun

 Gaya angkat

tf 217,57

θ

Sin L F Mu

4 u





Dimana :

Fu = gaya angkat (tf)

L4 = jarak antara pusatsheavedengan pusat pin = 14,389 m

 Gaya turun

tf 92,82

Sinθ L F M

4 d d





Dimana :

Fd= gaya turun (tf)

 Gaya hambat

tf 62,45

Sinθ L Fπ M

4 r





 Gaya menutup

Fd= 92,82 > 0,25 x 62,45 = 15,61 tf

5.2.15 Pengangkat pintu

 Data perencanaan

Tipe : sling, satu motor dengan dua drum

Jumlah : 5 set

Kecepatan angkat : V = 0,3 m/ menit10%

Beban angkat : W = 217,57 tf Tinggi angkat : H = 14 m Operasi manual : 10 kgf

Sistim kontrol : lokal dan jarak jauh

5 - 56

 Sling

 Gaya tarik

tf 15,45

η N 2 Tr W

o





 

Dimana:

Tr = gaya tarik sling (tf) N = jumlah sling tiap sisi = 8

 = 0,88

 Sling

Sling yang digunakan JIS G 3525,6 x Fi (29) ClassAgalvanizedIWRC

Diameter sling : d = 45 mm Kekuatan patah : P = 131 kN

 Faktor keamanan

Beban yang diijinkan =

8 , 4 8 45

, 15

P



131

 

 Drum dan katrol

 Diameter katrol

Ds = 17 . d = 17 x 45 = 765 mm Dimana :

Ds = diameter katrol (mm) d = diameter sling (mm)

Diambil diametersheave(katrol) = 800 mm

 Diameter drum

Dd = 19 . d = 19 x 45 = 855 mm Dimana :

Dd = diameter drum (mm) d = diameter sling (mm)

Diambil diameter drum Dd = 1200 mm

 Jumlah gulungan

 

t d

h s

w

d

D

π

L

N N





 

Dimana :

Lh = tinggi angkat 14 m Ns = jumlah sling tiap sisi = 8 Dd = diameter drum

dt = tambahan gulung = 3 Maka :

putar 32,72 1,2 3

π 14

N_w 8  



 

 Panjang drum L = Nwx P Dimana :

L = panjang drum (mm)

Nw = jumlah gulungan = 33 putar P = jarak alur tali = 47,5 (mm)

 Putaran

Nd = (Vox Ns) / (x Dd) Dimana :

Nd = putaran per menit

Vo = kecepatan operasi 0,3 m/ menit Ns = jumlah sling tiap sisi = 8

Dd = diameter drum (m) Nd = 0,63 Rpm

 Motor penggerak

 Daya motor

kw 36,21

η 6,12 Po F

t tot





 

5 - 58

Dimana :

Ftot = beban angkat 509,73 tf

 = kecepatan angkat = 0,3 m/ menit

t = efisien pengangkat = 0,69

t = sxdxgxr = 0,69

s = efisiensisheave(katrol) = 0,883

d = efisiensi drum = 0,95

g = efisiensi roda gigi = 0,952

r = efisiensi roda sisi penurun = 0,973 Maka dipilih motor 18 kw, 6 pole

Kecepatan motor :

Nd = 120 x Ha(1 – S)/ P

= 940 Rpm Dimana :

S = slip = 6%

P = jumlah pole = 6

 Motor listrik

Motor listrik yang digunakan Daya : 18 Kw

: 3 phase, 380 volt, 50 HZ

 Kestabilan pintu terbuka

 Momen akibat tekanan angina

m tf 78 , 6

2 . h b . p . K 2 2 h

h h B.

. p . K M

2 1 1 w

w 1

2 2 1 w

w w





 

 

 



Dimana :

Mw = momen akibat tekanan angin Kw1 = faktor plat permukaan = 1,2 pw = tekanan angin = 300 kgf/ m² B = bentang pintu = 12,5 m

h1 = jarak antara dasar pintu dengan pintrumion = 6,5 m h2 = tinggi bukaan pintu = 14,5 m

b = lebar lengan = 0,4 m

 Momen karena berat pintu

m tf 1573,80

Cos 2 11,85 150

Cos L . W M

2 1 2

g g







 











Momen karena berat pintu > momen akibat tekanan angin Mg > Mw, maka pintu stabil.

 Putaran poros dan torsi

 Torsi motor

  

Rpm



N

η kw 974 Pm

T  

Torsi poros T = Tm .. i

Dimana :

 Perbandingan roda gigi drum = 1/ 6

 Perbandingan roda gigi pada kotak roda gigi = 1/ 500

 Efisiensi pada drum = 0,95

 Efisiensi pada kotak roda gigi = 0,65

5 - 60

2 2

e

cm kgf/

4 780 3 5

τa

5200 cm

kgf/

111,79

α

. Z . 2

τ

T













 Poros transmisi

 Ukuran poros transmisi

 Tegangan pada poros transmisi

 Momen lentur Poros torsi

Tt = 3030,75 kgf-m0

= 3030,75 kgf cm

Momen lentur karena berat poros

cm f 128282,5kg

8 L .

M W ²







Momen lenturequivalent Me= (M + Tt)/ 2

= 128585,57 kgf-cm

Momen torsiequivalent

cm kgf 40567,62

T M

T

_e ² _t²









 Tegangan lentur dan tegangan geser

Pada kopling di posisi ujung-ujung poros (bahan S35C – N)

Pada kopling posisi di tengah-tengah bahan (STPG 38)

2 a

2 e

b 760 kgf/cm

5 σ 3800 kgf/cm

87,58 Z

σ  M    

2 a

e 2

cm kgf/

4 570 3 5

τ

3800 cm

kgf/

13,81 Z

. 2

τ 

T

    

 Bahan yang digunakan pada poros transmisi

 Pada kopling di ujung poros, bahan JIS S 35 C. N

Diameter : d = 130 mm

Momen Inersia : I = 1,401 cm⁴

Modulus : Z = 216 cm³

Tegangan tarik :a = 5200 kgf/ cm² Teganganyield point :y = 3100 kgf/ cm²

 Pada kopling posisi tengah-tengah poros transmisi

Ukuran : 400 A

Diameter luar : do = 406,4 mm Diameter dalam : di = 390,6 mm

Tebal : t = 7,9 mm

Luas penampang : A = 98,9 cm² Momen Inersia : I = 19630,1 cm⁴

Modulus : Z = 1468,2 cm³

Berat : W = 77,6 kg/ m

Tegangan tarikta = 3800 kgf/ cm² Teganganyield pointy= 2200 kgf/ cm²

 Sudut putar poros

 

/m 0,25 /m

10 x 0,232

n 1 x D x G

π

T 576.000

θ

o o 10

4 4

2

t









 



5 - 62

 Pembengkokan poros

cm 0,42

I . E . 384

L . W .

δ

S

4





 Kerangka penumpu

Kekuatan penumpu tralasi ditentukan dengan rumus Andre.

4 s bf a M K

bf K 0,75 P a

I bf 0,0588 P K

2 3



 

 



 



Dimana :

K = tegangan dukung beton (kgf/ cm²) P = beban daun pintu radial = 150.000 kgf bf = lebar dasar flange (cm)

I = momen inersia geometri dan kerangka trak (cm⁴) M = momen lentur bekerja pada kerangka trak (kgf-cm)

a = separo panjang distribusi tegangan beton pada dasar kerangka trak (cm).

Dipakai besi H 700 x 300 x 13/ 24 I = 175000 cm⁴

Z = 5030 cm³

diijinkan yang

tegangan cm

kgf/

70 cm kgf/

16,33

175000 x

30

150000 0588

, 0 K

2 2

3 2







 Tegangan lentur pada kerangka trak

diinginkan yang

tegangan cm

kgf/

120 cm

kgf/

770,50 Z σ M

2 2 





 Tegangan geser beton

Ac τ_c  P

Dimana :

c = tegangan geser maksimal (kgf/cm²) Ac = luas geser beton

= 30.688 cm² Maka :

diijinkan yang

tegangan cm

kgf/

8 cm kgf/

Ac 4,88

τ_c  P  ²  ²

5.2.16 Balok sekat (stoplogs) pada pintuspillway Data perencanaan

Tipe : tipe pintu geser baja

Jumlah balok sekat : 1 set (4 blok) Kerangka pengarah : 4 set

Batang angkat : 1 set

Tempat dudukan : 4 set

Bentang bersih : 12,5 m

Tinggi balok sekat : 13 m (4 x 3,25 m) Lantai operasi : EL. 265,50 m

Lantai dasar : EL. 247 m

Headrencana : 13 (sama dengan tinggi balok sekat)

Carasealing : 3 buah seal karet pada bagian hilir dari balok sekat

Maksimum pembengkokan : bentang pendukung 600

1

Peralatan Operasi : dengan menggunakancrane

Beban rencana

Balok sekat dibuat sama ukuran dan kekuatannya sehingga satu sama lain dapat dipindah-pindahkan dan dapat disusun tidak harus selalu berurutan nomor balok sekat.

5 - 64

Pw = 0,5 x (H22– H12) x B x Gw

= 465,82 tf Dimana :

Pw = beban hidrolik total (tf)

H2 = tinggi air dari dasar balok sekat 13 m

H1 = tinggi air dari bagian atas balok sekat paling bawah = 10,4 m B = bentang seal = 12,6 m

Gw = berat jenis air = 1 tf/ m³

Batang mendatar utama

 Susunan batang-batang mendatar utama

 Beban rencana pada tiang batang Batang A = b1 x (2P1 + P2)/ 6 x B

Batang B =

 b

₁ 

 P

₁ 

2P

₂

 / 6



b

₂ 

 2P

₂ 

P

₃

  / 6



B

Batang C =

 b

₂ 

 P

₂ 

2P

₃

 / 6



b

₃ 

 2P

₃ 

P

₄

  / 6



B

Batang D =

 b

₃ 

 P

₃ 

2P

₄

  / 6



B

Maka :

Batang A = 80,06 tf Batang B = 162,05 tf Batang C = 151,62 tf Batang D = 72 tf

 Momen lentur dan gaya geser Momen lentur

Momen lentur maksimum (Mmax) Mmax= W x (2 x L – B)/ 8

Dimana :

W = beban rencana pada tiap batang (tf) L = bentang dukung = 12,9 m

B = bentangsealing= 12,6 m

Gaya geser maksimum (Smax) = W/ 2 Hasil perhitungan adalah sebagai berikut :

Batang A dan D Batang B, C

W (tf) 80,06 162,05

Mmax(tf-m) 132,09 267,38

Smax(tf) 40,03 81,02

Karena beban rencana maksimum bekerja pada batang B, maka momen lentur dan gaya geser yang dihitung hanyalah batang B.

5 - 66

 Sifat potongan batang-batang

 Tegangan lentur dan tegangan geser

Tegangan lentur

 

Z 10

σ

M

5 max max

 

Tegangan geser

 

W 3 max

max

A

10

τ

S



 Dimana :

max = tegangan lentur maksimum (kgf/ cm²) Mmax = momen lentur maksimum (tf-m) Z = modulus (cm³)

max = tegangan geser maksimum (kgf/ cm²) Smax = gaya geser maksimum (tf)

Aw = luas web (cm²)

Batang D Batang B

M (tf m) 132,09 162,05

Z (cm³) 11536,11 25010,64

(kgf/ cm²) 1145 647,92

S (kgf) 40,03 81,02

Aw (cm²) 167,04 355

(kgf/ cm²) 239,64 228,22

 Pembengkokan

Pembengkokan maksimum setiap batang (max) dihitung dengan persamaan berikut :



 



  





8

B 2

B L L

EI 48

δ

W

3 2 3

max

Dimana :

W = beban bekerja pada setiap batang (kgf) L = bentang dukung 12,9 m = 1290 cm B = bentangsealing12,6 m = 1260 cm

E = modulus elastisitas baja = 2,1 x 106 kgf/ cm² I = momen inersia (cm⁴)

Maka :

Batang A Batang B

W (kgf) 80,06 162,05

I (cm⁴) 634486 25010,64

max 0,00137 0,00186

/ L 1062 x 10^–6 1441 x 10^–6

Pembengkokan maksimum 1/ 600

Gelagar Tegak

 Momen lentur dan gaya geser dihitung dengan rumus :

5 - 68

   m

Momen lentur

 ^{3 m}  ^{/ 24}

m P

M

   ²  ² Gaya geser

2 2 / m m

P

S 



 

 





 

  m

Momen lentur

12 / m P

M

  ² Gaya geser

/

4

m P

S

   Dimana :

M = momen lentur maksimum (kgf-cm) P = tekanan air rata-rata (kgf/ cm²) m = jarak gelagar tegak (cm)

 = jarak antara batang mendatar (cm) S = gaya geser maksimum (kgf)

Bagian m  _{P M S}

1 40 125 10,37 7825,02 21777

2 40 110 11,55 667,975 20790

3 40 90 12,56 475,186 17584

 Sifat potongan

Baja gulung panas JIS G 3192 potongan



   20 100 13 380 Potongan gulung panas

Momen inersia I = 15100 cm⁴ Modulus potongan Z = 799 cm³

Luas web Aw = 37,6 cm²

 Tegangan lentur dan geser Perhitungan pada potongan

Z σ  M Dimana :

 = tegangan lentur maksimum (kgf/ cm²) M = momen tekuk maksimum (kgf-cm) Z = modulus terkecil dari potongan 799 cm³

Dimana :

 = tegangan geser maksimum (kgf/ cm²) S = gaya geser maksimum (kgf)

Aw = luas terkecil web 37,6 cm²

Hasil perhitungan

1 = 979,35 kgf/ cm² 1 = 579,17 kgf/ cm²

2 = 836,01 kgf/ cm² 2 = 552,92 kgf/ cm²

3 = 594,72 kgf/ cm² 3 = 467,65 kgf/ cm²

Tegangan lentur yang diijinkan = 1200 kgf/ cm² Tegangan geser yang diijinkan = 700 kgf/ cm²

Pelat kulit

Tegangan lentur pelat kulit dihitung sesuai dengan rumus :

 

²

2

ε t 100

P a σ K







 

Dimana :

 = tegangan lentur (kgf/ cm²) K = koefisien b/ a

a = bentang pendek pelat (cm) b = bentang panjang pelat (cm)

P = tekanan rencana maksimum (kgf/ cm²) t = ketebalan plat (cm)

 = karat ijin 0 cm

5 - 70

No. 1 No. 2 No. 3

a (cm) 40 40 40

b (cm) 95 80 60

b/a 2,375 2 1,5

K 49,975 49,980 45,500

P (kgf/ cm²) 1,0375 1,155 1,255

t (cm) 1 1 1

(kgf/ cm²) 829,58 922,15 913,64

Tegangan lentur yang diijinkan = 1200 kgf/ cm² Ketebalan kulit = 10 mm

Kerangka pengarah

 Tegangan dukung beton

 ^{2 L B} 

/ P

σ_c  _w   Dimana :

c = tegangan dukung beton (kgf/ cm²)

Pw = beban tekanan air 465,82 tf = 465820 kgf L = panjangflangeyang mendukung 260 cm B = lebar kerangkatrack20 cm

c = 44,79 kgf/ cm² < 70 kgf/ cm²tegangan dukung

 Tegangan geser



c



w

c

P / 2 A

τ  

Dimana :

c = tegangan geser beton (kgf/ cm²) Pw = beban tekan air 465820 kgf Ac = luas geser beton

=



^{100 }



^{50 15}



²



^{ 200}

= 38384,77 cm²

c = 6,06 kgf/ cm² < 7 kgf/ cm²

tegangan geser beton yang diijinkan

Beban operasi

 Persyaratan operasi

Balok sekat diangkat dan diturunkan pada keadaan air seimbang pada bagian hulu dan hilir balok sekat setelah pintu ditutup.

Beban tekanan air pada operasi Po= 0 tf

 Beban operasi

 Berat balok sekat dan batang pengangkat : Wg = Berat balok sekat : 15 tf

Berat batang pengangkat : 2 tf

 Gaya geser karena pelat pendukung : Fs

Balok sekat beroperasi pada keadaan tekanan seimbang, maka Fs

= 0 tf

 Gaya geser karena seal karet



 







μ

q P b

Fr

5 - 72

Dimana :

Fr = gaya geser karena seal karet

 = koefisien geser karena seal karet Naik 1,2

Turun 0,7

Q = beban kompresi mula pada seal karet 0,05 tf/ m P = tekanan rencana pada operasi 0 tf/ m²

B = kontak dengan seal karet 0,03 m

= panjang geser total seal karet (2 x 3,25) = 6,5 m Maka :

Pada saat naik Frr = 0,39 tf Pada saat turun

Fr= 0,227 tf

 Gaya apung

o

w J

F  G

Dimana :

Fw = gaya apung

G = berat balok sekat = 15 tf Jo = berat jenis baja = 7,85 tf/ m³

 Total beban operasi

Naik Turun

Balok sekat + batang pengangkat + 17 17

Gaya geser pelat pendukung 0 0

Gaya geser seal karet + 0,39 - 0,227

Gaya apung - 2,16 - 2,16

Total + 15,23 + 14,61

Maka :

Beban operasi pada : Naik = 16 tf Turun = 15 tf

Dipakaicranekapasitas 30 ton untuk mengoperasikan balok sekat.

RANGKUMAN

Di dalam perhitungan detail desain Hidro Mekanik diperhitungkan terhadap beban rencana yang terdiri dari beban pada kondisi normal dan beban mati serta diperhitungkan terhadap gempa. Di samping beban tersebut, perhitungan didasarkan terhadap tekanan hidrostatis dan hidrodinamika.

5 - 74

LATIHAN

1. Apa yang dimaksud denganspillway?

2. Data teknis apa saja yang diperlukan untuk pendesainan peralatan Hidro Mekanik ?