LAMPIRAN – 1 REVIEW DED IPAL KOMUNAL PT. TSM
A. Perencanaan A.1 Bentuk dan Dimensi
Gambar dibawah ini merupakan salahsatu contoh konstruksi bak IPAL menggunakan beton bertulang dan pasangan bata.
Gambar 2. Contoh konstruksi IPAL Komunal Sumber : dwikusumapu.wordpress.com
Adapun bentuk, bentuk, dimensi, dan penempatan penempatan ren rencana cana posisi IPAL IPAL adalah sebagai sebagai berikut :
Gambar 3. Bentuk dan dimensi IPAL
1
Gambar 4. Posisi IPAL
A.2 Data Geoteknik
Data geoteknik yang digunakan masih berupa perkiraan (asumsi) untuk kondisi tanah di lokasi. Sehingga perlu dilakukan penyelidikan tanah seperti tes Sondir sebelum IPAL ini dibangun, hal ini penting untuk memverifikasi data agar desain rencana benar-benar aman untuk dibangun. Diketahui :
γ
= c = ϕ = h = Muka air
16 kN/m3 20 kPa 5o 2,97 m (tinggi tanah galian) tanah = 2 m dibawah permukaan tanah
A.3 Perhitungan gaya-gaya KP
RB2
RB1
Dinding bata 2
Dinding bata 3
Dinding beton 1 Dinding bata 1
Dinding beton 2
2
Air Limbah 2
Pelat atap
Air Limbah 2
Pelat lantai Air Limbah 1
panjang
Keterangan
BEBAN KONSTRUKSI lebar tinggi Volume
m
m
m
m3
jumlah
Volume berat jenis
buah
m3
kN/m3
beban 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) RB1
2 2
0.15 0.15
2.75 0.15
0.83 0.05
11 13
9.075 0.585
21 24
190.575 14.04
0.3
0.15
0.15
0.01
4
0.027
24
0.648
RB2 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) Air Limbah 2 (bak perata)
13.43 2
2 0.3
2.5 0.72
58.08 0.43
1 2
58.075 0.864
10.3 10.3
598.1725 8.8992
Lain-lain
10 Total beban konstruksi
1405.56
BEBAN GALIAN Keterangan
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
2.3
14.63
2.97
99.94
1
16
Tanah
1599.00
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
– w tanah
= 1405,56 - 1599,00 = -193,44 kN
3
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
Tegangan vertikal
= 242,27/3 = 80,75 kPa = 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)
4
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/m 3
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
tengah tepi
Ujung elat
Gambar 6. Sketsa meshing pelat untuk penentuan joint spring
5
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 (P a)
= h1 x γ x Ka = 2,97 x (16-9,81) x 0,621 = 29,509 kN/m
Tekanan hidrostatis (P h)
= h1 x γlimbah = 2,75 x 10,3 = 28,325 kN/m
Tekanan akibat kohesi (P ac) = 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
Modulus elastisitas geser
= Ec/[2(1+υ)] =784,81 MPa
6
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/m 3. Kemudian beban mati tambahan berupa beban air limbah itu sendiri dengan berat volume 1300 kg/m 3. 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.
Gambar 8. Peta zonasi gempa
7
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 (SD s)
= 0.607 g
Percepatan batuan dasar pada perioda 1 detik (SD 1)
= 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 03-28472002 Pasal 11.2 sebagai berikut : 1. 2. 3. 4.
1,0 D 1,4 D 1,2 D + 1,0 Ex + 0,3 Ey 1,2 D + 0,3 Ex + 1,0 Ey
8
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 10. Pemodelan elemen struktur
9
Gambar 11. Pemodelan pembebanan lateral akibat tanah
Gambar 12. Analisis displacement
10
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 13. Kontur momen lentur M22
11
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 = 0,5 x γ x h12 x Ka
Resultan Gaya Lateral aktif (P a)
2
= 0,5 x 16 x 2.97 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 . V2 V
V
L = 3.5 m
V L =10 35 m Diketahui :
γ limbah = 1300 kg/m3 = 13 kN/m3
12
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 limbah x 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 limbah x 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 sebesar 34,21 kN. Sehingga Vu
pelat dasar
1
= 1,4 x 34,21 = 47,89 kN/m’
Tabel 3. Rekapitulasi Gaya dalam maksimum
No
2 3 4 2 3 4
Komponen gaya Pelat dinding Vu (akibat tekanan tanah) M11 M22 Pelat dasar Vu (akibat tekanan air) M11 M22
Kombinasi
Besar gaya
1,4 D
61,35 kN/m
1,4 D 1,4 D 1,4 D 1,4 D 1,4 D 1,4 D
16,3 kNm/m 16,22 kNm/m 47,89kN/m 3,34 kNm/m 17,17 kNm/m
13
A.4.5 Perhitungan Tulangan -Penulangan lentur pelat dinding .
Arah 1-1 Data : D rencana
f'c
=
20 MPa
ᴓ
=
0.8
f'y
=
240 MPa
β,
=
0.85
b
=
1000 mm
dx
=
124 mm
dy
=
112 mm
Mu =
M11
=
16.3
Mu Mn =
ᴓ
= =
ρmax = =
600 .β, .
f'y
=
=
0,75. ρ b
=
=
Nmm
=
240
20
m 600
0.85
600 + 240
0.0430
240
0,85 . f'c
=
0.85 .
20
14.1176
2
=
20375000 1000 124 ^ 2
1.3251
m
2 . m. . 1 -
1-
. 1 -
1-
1 =
20375000 0.85 .
600 + f'y
0.8 .
1 ρ
16300000
20 mm
0.0323
bd =
=
150 mm
0.0430
Mn Rn =
=
0.8
f'y m =
0.92 Tebal Plat Slimut beton
16300000 =
0,85. f'c ρ b
kNm
12 mm
14
Rn
f'y 2 . m.
Rn
f'y
0.0058
14
ρmin = Jika ρ
0.0025 >
ρmin maka digunakan
nilai yang digunakan =
ρ
As
n
=
=
ρ
ρ
0.0058
ρ. b . d
=
0.0058
=
714 mm2
=
.
1000
.
124
As 2
μ/4 . D
S
=
6.3099
≈
7
=
b/n
=
143 mm
=
140 mm
S pakai adalah 140 mm, jadi tulangan dinding arah horizontal adalah Φ12-140
Arah 2-2 Data : f'c
=
20 MPa
f'y
=
240 MPa
Mu =
M22
Mn =
=
0.8
β,
=
0.85
b
=
1000 mm
dx
=
124 mm
dy
=
112 mm
=
Mu
16.22
= =
kNm
12 mm
0.92 Tebal Plat Slimut beton
=
16220000
150 mm 20 mm
Nmm
16220000 =
ᴓ
f'y
=
0.8
0,85. f'c ρ b
D rencana
ᴓ
600 .β, .
600 + f'y
20275000 0.85 .
=
240
20
m 600
0.85
600 + 240
0.0430
15
ρmax =
=
0,75. ρ b
=
0.8 .
0.0323 f'y
m =
240
0,85 . f'c
=
0.85 .
Mn Rn =
20275000
=
2
1000 124 ^ 2
bd =
1.3186 1
=
2 . m. . 1 - 1-
m
2 . m. . 1 -
14
=
0.0057
ρmin =
0.0025 >
As
n
=
=
ρ
=
1-
Rn
f'y
ρmin maka digunakan
nilai yang digunakan
Rn
f'y
1 =
Jika ρ
20
14.1176
=
ρ
0.0430
ρ
ρ
0.0057
ρ. b . d
=
0.0057
=
710 mm2
=
.
1000
.
124
As 2
μ/4 . D
S
=
6.2776
≈
7
=
b/n
=
143 mm
=
140 mm
S pakai adalah 140 mm, jadi tulangan dinding arah vertikal adalah Φ12-140.
16
-Penulangan lentur pelat dasar
Arah 1-1 Data : f'c
=
20 MPa
f'y
=
240 MPa
Mu =
M11
0.8
β,
=
0.85
b
=
1000 mm
dx
=
175 mm
dy
=
165 mm
=
3.34
Mu Mn =
ᴓ
= =
ρmax = =
600 .β, .
f'y
=
=
0,75. ρ b
=
=
20 mm
Nmm
=
240
20
m 600
0.85
600 + 240
0.0430
240
0,85 . f'c
=
0.85 .
20
14.1176
=
2
4175000 1000 175 ^ 2
0.1363
m
2 . m. . 1 -
1-
. 1 -
1-
1 =
3340000
4175000 0.85 .
600 + f'y
0.8 .
1 ρ
=
200 mm
0.0323
bd =
0.92 Tebal Plat Slimut beton
0.0430
Mn Rn =
=
0.8
f'y m =
kNm
10 mm
3340000 =
0,85. f'c ρ b
D rencana
ᴓ =
14
Rn
f'y 2 . m.
Rn
f'y
0.0006
17
ρmin =
0.0025
Jika ρ
ρmin maka digunakan ρmin
<
nilai yang digunakan =
ρmin
As
n
=
=
ρmin
0.0025
ρ. b . d
=
0.0025
=
438 mm2
=
.
1000
.
175
As 2
μ/4 . D
S
=
5.5704
≈
6
=
b/n
=
167 mm
=
160 mm
S pakai adalah 160 mm, jadi tulangan pelat dasar arah memanjang adalah Φ10-160
Arah 2-2 Data : D rencana
f'c
=
20 MPa
ᴓ
=
0.8
f'y
=
240 MPa
β,
=
0.85
b
=
1000 mm
dx
=
175 mm
dy
=
165 mm
Mu =
M22
=
Mu Mn
ρ b
=
= =
17.17
kNm
10 mm
0.92 Tebal Plat Slimut beton
=
17170000
200 mm 20 mm
Nmm
17170000 =
ᴓ
0,85. f'c f'y
=
0.8
.β, .
600 600 + f'y
=
21462500 0.85 . 240
20
0.85
m 600 600 + 240
0.0430
18
ρmax = =
m
=
0,75. ρ b
0.8 .
0.0323
=
f'y 0,85 . f'c
=
240 0.85 .
Mn =
21462500
=
2
1000 175 ^ 2
bd =
0.7008 1
ρ
=
2 . m. . 1 -
m
1-
=
2 . m. . 1 -
14
=
0.0030
ρmin =
0.0025
As
n
=
= =
1-
Rn
f'y
ρmin maka digunakan ρmin
<
nilai yang digunakan ρ
Rn
f'y
1
Jika ρ
20
14.1176
= Rn
0.0430
ρ
0.0030
ρ. b . d
=
0.0030
=
522 mm2
=
.
1000
.
175
As 2
μ/4 . D
S
=
6.6463
≈
7
=
b/n
=
143 mm
=
140 mm
S pakai adalah 140 mm, jadi tulangan pelat dasar arah melintang adalah Φ10-140
19
-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 Pelat Dinding
Tebal 150 mm (selimut 20 mm)
Pelat Dasar
200 mm (selimut 20 mm)
Tulangan lentur Arah vertical : Φ12-140 (dua lapis) Arah horizontal : Φ12-140 (dua lapis) Arah melintang : Φ10-140 (dua lapis) Arah memanjang : Φ10-160 (dua lapis)
Tulangan geser Tidak ada
Tidak ada
20
Φ12-140
Φ12-140
Gambar 17. Sketsa penulangan pelat dinding
Φ 10-140
Φ10-160
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.
21
