Nota Desain Bendung
KATA PENGANTAR
Nota Desain Intake ini diharapkan dapat menjadi dasar acuan untuk tahap selanjutnya dari pembangunan PLTM Cikopo 2. Pembangunan PLTM menjadi suatu hal yang sangat penting karena PLTM sebagai sumber energi terbarukan memiliki efek yang sangat baik untuk jangka panjangnya. Kami pihak konsultan berharap laporan ini akan menjadi acuan kami untuk menyelesaikan pekerjaan selanjutnya. Demikian kami sampaikan Nota Desain Intake ini, terima kasih atas perhatiannya.
Bandung, Oktober 2011
Team Leader
1
Nota Desain Intake
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ...........................................................................................................................1 ...........................................................................................................................1 DAFTAR ISI ........................................................................................................................................2 ........................................................................................................................................2 DAFTAR GAMBAR .............................................................................................................................4 .............................................................................................................................4 Bab 1.
Bab 2.
Pendahuluan ...................................................................... .......................................................................................................................5 .................................................5 1.1.
Umum........................................................................................................................5
1.2.
Data teknis Intake .....................................................................................................5 .....................................................................................................5
Desain struktur ....................................................................................................................8 ....................................................................................................................8 2.1.1. Standar dan Kode Desain ............................................................................8 2.2.
Metodologi Perencanaan Perencanaan ............................................................... ..........................................................................................8 ...........................8 2.2.1. Sistem Pembebanan ....................................................................................9 ....................................................................................9 2.2.2. Pemodelan Struktur ......................................................................................9 ......................................................................................9 2.2.3. Perhitungan Tulangan Lentur Balok dan Plat ...............................................9 2.2.4. Perhitungan Tulangan Geser .....................................................................11
2.3.
Material .................................................................... ................................................................................................................... ...............................................12 2.3.1. Beton .......................................................... .......................................................................................................... ................................................12 2.3.2. Baja Tulangan ............................................................................................ ............................................................................................13
2.4. Bab 3.
Pembebanan...........................................................................................................14
Analisis Geoteknik Geoteknik ............................................................. ................................................................. Error! Bookmark not defined.
2
Nota Desain Intake
3.1.
Tubuh Intake ............................................................. Error! Bookmark not defined. 3.1.1. Kondisi Banjir ............................................... Error! Bookmark not defined. 3.1.2. Kondisi Gempa ............................................. Error! Bookmark not defined.
3.2.
Dinding Penahan Tanah Hulu (tinggi 8.5 meter) ....... Error! Bookmark not defined. 3.2.1. Kondisi Masa Konstruksi .............................. Error! Bookmark not defined. 3.2.2. Kondisi Gempa ............................................. Error! Bookmark not defined.
3.3.
Dinding Penahan Tanah Hilir (tinggi 4.67 meter) ...... Error! Bookmark not defined. 3.3.1. Kondisi Masa Konstruksi .............................. Error! Bookmark not defined. 3.3.2. Kondisi Gempa ............................................. Error! Bookmark not defined.
Bab 4.
Analisis Struktur .................................................................. Error! Bookmark not defined. 4.1.
Slab Apron ................................................................ Error! Bookmark not defined.
4.2.
Tubuh Intake ............................................................. Error! Bookmark not defined.
4.3.
Pier............................................................................ Error! Bookmark not defined.
4.4.
Dinding Sluice Gate .................................................. Error! Bookmark not defined.
3
Nota Desain Intake
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1 Layout Intake PLTM Cikopo 2 ............................................................... 6 Gambar 2. Potongan Melintang Intake PLTM Cikopo 2 ......................................... 7 Gambar 3. Potongan Memanjang Intake PLTM Cikopo 2 ...................................... 7 Gambar 4. Disain Penampang Balok Persegi Beton Bertulang.............................. 9 Gambar 5. Potongan melintang Tubuh Intake ......... Error! Bookmark not defined. Gambar 6. Stabilitas Intake pada kondisi layanan dan gempaError!
Bookmark
not defined. Gambar 7. Penampang DPT hulu ...........................Error! Bookmark not defined. Gambar 8. Aplikasi Konstanta pegas sebagai base reactiondalam SAP2000 Error!
Bookmark not defined. Gambar 9. Aplikasi Pembebanan pada apron ......... Error! Bookmark not defined. Gambar 10. Bending momen M11 apron (kNm/m) .. Error! Bookmark not defined. Gambar 11. Bending momen M22 apron (kNm/m) .. Error! Bookmark not defined. Gambar 12. Model Struktur Pier ..............................Error! Bookmark not defined. Gambar 13. Bending moment ultimate pier .............Error! Bookmark not defined. Gambar 14. Pier reinforcement ...............................Error! Bookmark not defined. Gambar 15. Model pelat dinding sluice gate ........... Error! Bookmark not defined. Gambar 16. Aplikasi gaya hidrostatik (kN/m ²) ......... Error! Bookmark not defined.
4
Nota Desain Intake
Gambar 17. Bending momen M11 dinding sluice gate (kNm/m)Error!
Bookmark
not defined. Gambar 18. Bending momen M22 dinding sluice gate (kNm/m)Error!
Bookmark
not defined.
5
Nota Desain Intake
Bab 1.
1.1.
Pendahuluan
Umum Pembangunan struktur mensyaratkan suatu perencanaan struktur rancang
bangun yang detail dan menyeluruh. Perencanaan struktur tersebut harus merupakan sesuatu yang bisa dilaksanakan dan memenuhi kriteria-kriteria teknis dan non-teknis. Laporan ini menjelaskan tentang tinjauan aspek struktural dan geoteknikal termasuk di dalamnya sistem struktur dan analisis struktur secara garis besar untuk Intake PLTM Cikopo 2. Dalam laporan ini juga dijelaskan tentang idealisasi perhitungan struktur dan beban-beban yang bekerja pada banguna, baik beban gravitasi maupun beban lateral sesuai dengan spesifikasi yang diterima dan standar-standar berikut peraturan-peraturan yang digunakan untuk perancangan struktur bangunan.
1.2.
Data teknis Intake PLTM Cikopo 2 merupakan salah satu bangunan pembangkit listrik
tenaga air di Indonesia yang berlokasi di Provinsi Jawa Barat. Bangunan ini berfungsi mengatur debit air yang masik ke dalam de-sedimentation basin. Struktur dibangun dari beton bertulang. Berikut ditampilkan gambar-gambar lokasi, dan potongan dari Intake PLTM Cikopo 2.
6
Nota Desain Bendung
2,48
Gambar 1 Layout Intake PLTM Cikopo 2
7
Nota Desain Intake
Gambar 2. Potongan Melintang Intake PLTM Cikopo 2
Gambar 3. Potongan Memanjang Intake PLTM Cikopo 2
8
Nota Desain Intake
Gambar 2. Potongan Melintang Intake PLTM Cikopo 2
Gambar 3. Potongan Memanjang Intake PLTM Cikopo 2
8
Nota Desain Bendung
Bab 2.
2.1.1.
Desain struktur
Standar dan Kode Desain Desain struktur Intake PLTM Cikopo 2 mengacu pada beberapa Standard
dan Code yang sudah biasa digunakan pada perencanaan-perencanaan Gedung di Indonesia. Standar dan Code tersebut adalah sebagai berikut: a.
Pedoman Perencanaan Pembebanan Untuk Rumah dan Gedung SKBI –
1987 b.
Tata Cara Penghitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung, SNI 03-
Nota Desain Bendung
Bab 2.
2.1.1.
Desain struktur
Standar dan Kode Desain Desain struktur Intake PLTM Cikopo 2 mengacu pada beberapa Standard
dan Code yang sudah biasa digunakan pada perencanaan-perencanaan Gedung di Indonesia. Standar dan Code tersebut adalah sebagai berikut: a.
Pedoman Perencanaan Pembebanan Untuk Rumah dan Gedung SKBI –
1987 b.
Tata Cara Penghitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung, SNI 03-
2847-2002 c.
Tata Cara Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Bangunan Gedung, SNI
1726-2002. d.
Uniform Building Code (UBC 1997)
e.
Building Code Requirements for Reinforced Concrete, ACI 318-92
2.2.
Metodologi Perencanaan Untuk mengecek kekuatan penampang dari struktur beton bertulang
digunakan metoda perhitungan ultimate (ULS). Dengan demikian gaya-gaya yang digunakan pada analisis kekuatan penampang adalah gaya-gaya terbesar hasil kombinasi gaya-gaya terfaktor. Adapun besarnya faktor beban yang digunakan adalah seperti yang akan dijelaskan pada sub bab berikutnya.
9
Nota Desain Intake
2.2.1.
Sistem Pembebanan Sistem pembebanan yang diaplikasikan pada desain Medan Accent Retail
Center adalah sistem pembebanan umum sesuai dengan Pedoman Perencanaan Pembebanan Untuk Rumah dan Gedung SKBI – 1987 dan SNI 1726-2002. Sistem pembebanan terdiri dari:
Beban Mati
Beban Hidup
Beban Air
Beban Gempa
2.2.2.
Pemodelan Struktur Pemodelan struktur Intake PLTM Cikopo 2 dilakukan dengan model tiga
dimensi dan dua dimensi. Pemodelan dilakukan secara terintegrasi mulai dari sistem dinding pada basement dan sistem rangka penahan momen struktur. Pemodelan ini dilakukan dengan menggunakan Program Aplikasi SAP versi 14.
2.2.3.
Perhitungan Tulangan Lentur Balok dan Plat Untuk elemen struktur beton bertulang yang mengalami gaya lentur
murni seperti balok dan pelat, perhitungan luas tulangan yang diperlukan untuk memikul gaya lentur tersebut dihitung dengan formula-formula berikut ini :
Gambar 4. Disain Penampang Balok Persegi Beton Bertulang
10
Nota Desain Intake
Untuk momen negatif dan positif ultimate, Mu, tinggi dari blok beton yang tertekan (Gambar 11) diberikan oleh persamaan:
a d d
2
2 Mu 0.85 f 'c b
( 2.1 )
di mana: Φ= 0.8 menurut ketentuan SNI 03-2847-2002. Tinggi maksimum dari blok beton tertekan dihitung menurut persamaan: a max
0.75 1 Cb
(2.2)
di mana :
Cb
c Es d E f c s y
(2.3)
dan β1 adalah 0.85 untuk f’c ≤ MPa a. Bila a ≤ amax , luas dari tulangan tarik diberikan oleh persamaan: As
Mu
f y d 0,5 a
(2.4)
Luas tulangan tarik ini diletakkan dipenampang bawah bila Mu adalah positif dan dipenampang atas bila Mu adalah negatif.
b. Bila a > amax , luas dari tulangan tarik diberikan oleh persamaan: Gaya tekan akibat blok beton sendiri dihitung menurut persamaan C 0.85 f ' c b a max
(2.5)
dan momen yang ditahan oleh beton tekan dan tulangan tarik adalah:
11
Nota Desain Intake
M uc
a C d max 2
(2.6)
Sedangkan momen yang ditahan oleh tulangan tekan dan tulangan tarik adalah sebagai berikut: M us
M u M uc
(2.7)
Sehingga luas tulangan tekan akibat Mus diberikan menurut persamaan: As '
M us
(2.8)
fs ' d d '
dimana :
Cd' C
f s ' 0.003 E s
(2.9)
Luas tulangan tarik akibat blok beton tekan adalah: A s1
M uc
(2.10)
a f y d max 2
dan luas tulangan tarik akibat tulangan tekan adalah
A s2
M us
(2.11)
f y d d '
Oleh karena itu, luas tulangan tarik total adalah , dan luas tulangan tekan total adalah ditempatkan dipenampang bawah dan
dipenampang atas bila Mu adalah
positif, dan begitu pula sebaliknya bila Mu adalah negatif.
2.2.4.
Perhitungan Tulangan Geser
Kebutuhan tulangan geser untuk elemen struktur beton bertulang dihitung dengan formula-formula berikut ini :
12
Nota Desain Intake
Av
Vs S
(2.12)
fy d
V u
Vs
Vc
V c
1
f c' b d
6
A v_min
(2.13)
(2.14)
b S
(2.15)
3 f y
dimana : b
=
lebar balok
d
=
tinggi efektif balok
fc’
=
kuat tekan beton uji silinder
fy
=
tegangan leleh baja tulangan
ɸ
=
faktor reduksi kapasitas geser penampang (ɸ·= 0.75)
Vu
=
gaya geser ultimate (terfaktor)
2.3.
Material
2.3.1.
Beton
Persyaratan mutu beton yang akan digunakan pada perencanaan struktur beton adalah sebagai berikut : a. Kuat tekan beton kelas A (f‘c) harus memenuhi persyaratan minimum untuk perencanaan struktur tahan gempa yaitu tidak boleh kurang dari 24.9 MPa (K300) ;
13
Nota Desain Intake
b. Kuat tekan beton kelas B (f‘c) harus memenuhi persyaratan minimum untuk perencanaan struktur tahan gempa yaitu tidak boleh kurang dari 20 MPa (K250) ; c. Kuat tekan beton siklop kelas C harus memenuhi persyaratan minimum untuk perencanaan struktur tahan gempa yaitu tidak boleh kurang dari 20 MPa
2.3.2.
Baja Tulangan
Tulangan lentur dan aksial yang digunakan dalam komponen struktur dari sistem rangka dan komponen batas dari sistem dinding geser harus memenuhi ketentuan ASTM A 706. Tulangan yang memenuhi ASTM A615 mutu 300 dan 400 boleh digunakan dalam komponen struktur di atas bila: a. Kuat leleh aktual berdasarkan pengujian di pabrik tidak melampaui kuat leleh yang ditentukan lebih dari 120 MPa (uji ulang tidak boleh memberikan hasil yang melampaui harga ini lebih dari 20 MPa); b. Rasio dari tegangan tarik batas aktual terhadap kuat leleh tarik aktual tidak kurang dari 1,25. Baja tulangan yang digunakan pada semua elemen struktur adalah tulangan baja dengan spesifikasi sebagai berikut : a. BJTD 40 - ulir (fy = 400) : sebagai tulangan utama dan sengkang balok, kolom b. U-50 – wiremesh (fy = 490) : sebagai tulangan pelat.
14
Nota Desain Intake
Bab 3.
3.1.
Pembebanan
Beban Mati
Beban Mati (DL) :
•
Berat jenis beton
: 25 kN/m3
•
Berat jenis air
: 10 kN/m3
3.2.
Beban Tekanan Tanah
3.2.1.
Koefisien tekanan tanah aktif (Ka)
Ka
Tan 2 45 …………….. 2
Kondisi Normal (Rankine)
Dimana: Ka = koefisien tekanan tanah aktif Rankine Sehingga tekanan tanah aktifnya adalah sebagai berikut: a
K H a
Dimana: a
= Tekanan tanah aktif (kN/m ²)
Ka
= Koefisien Tekanan tanah aktif
γ
= Berat jenis tanah (kN/m³)
H
= Kedalaman tanah (m)
15
Nota Desain Intake
3.2.2.
Q
Tekanan horizontal karena beban surcharge (q)
q. H .Ka
Dimana;
σQ
= Tekanan tanah aktif karena surcharge (kN/m ²)
q
= Surcharge (kN/m²)
H
= Kedalaman tanah (m)
Ka
= Koefisien Tekanan tanah aktif
3.2.3.
Tekanan Tanah Saat Gempa
Pada saat gempa terjadi penambahan tekanan tanah aktif yang merupakan faktor dari percepatan gempa lokal di lokasi pekerjaan. Berdasarkan SNI 03-1726-2003 lokasi pekerjaan berada di wilayah gempa 4. Untuk detailnya lihat pada gambar berikut.
Gambar 5. Peta wilayah gempa menurut SNI 03-1726-2003
16
Nota Desain Intake
Akan tetapi percepatan menurut Gambar 5 adalah percepatan di batuan dasar pada lokasi tersebut. Untuk mendapatkan percepatan setelah terjadi attenuasi oleh lapisan tanah sesuai dengan kondisi tanah di lokasi maka dapat dicari dari gambar berikut ini.
Gambar 6. Respon spektra wilayah gempa 4
Berdasarkan data tanah dan perhitungan yang sudah dilakukan. Besarnya tekanan tanah aktif saat gempa dihitung berdasarkan persamaan berikut ini. ae
K H ae
Dimana: ae
= Tekanan tanah aktif saat gempa (kN/m ²)
Kae
= Koefisien Tekanan tanah aktif saat gempa
γ
= Berat jenis tanah (kN/m³)
H
= Kedalaman tanah (m)
Sedangkan Kae dapat dicari dari tabel berikut ini.
17
Nota Desain Intake
Tabel 1. Kae berdasarkan Braja M. Das, Principles of foundation engineering
Sedangkan Kh dapat dicari dari persamaan berikut.
K h
horizontal earthquake accel. component accel. due to gravity
3.3.
Tekanan Hidrostatik dan Hidrodinamik
3.3.1.
Tekanan horizontal air statis (Pa S)
Pa S = 0.5.(water ).(H)2
3.3.2.
Tekanan horizontal air dinamis (Pa D)
Pa D = Cd.k.(water ).(H)0.5 dimana : Cd= coefficient hydrodynamic k = coefficient earthquake
18
Nota Desain Intake
Bab 4.
Pemodelan dan Analisis
Struktur
4.1.
Pembagian Section Intake
Untuk mempermudah konstruksi dan juga untuk alasan efisiensi maka intake dari PLTM Cikopo 2 dibagi menjadi 3 sistem struktur, yakni
awal masuk intake sampai dengan pelat layan dan saringan sampah
bagian vertical wall dan pintu
bagian transisi dari dinding tinggi ke rendah
4.2.
Section 1 intake
Section satu dari intake dimodelkan sebagai dinding-dinding di sisi dan slab di dasar saluran. Di bagian atas terdapat pelat layan yang didesain untuk berfungsi secara monolit dengan dinding, di awal masuk intake direncanakan balok strut yang berfungsi membantu menahan tekanan dari sisi luar dinding samping. Section satu dari intake dimodelkan sebagai struktur 3 dimensi sebagai berikut.
19
Nota Desain Intake
Gambar 7. Model SAP Intake Section 1
4.2.1.
Aplikasi Beban
Beban yang diaplikasikan pada struktur adalah:
Beban Mati, berat sendiri struktur
Beban Hidup, 1 ton/m2
Beban Tekanan Hidrostatik
Beban Tekanan Tanah aktif kondisi normal
Beban Tekanan Tanah aktif kondisi gempa
4.2.1.1. w
Beban Tekanan Hidrostatik
H w
Dimana:
20
Nota Desain Intake
w
= Tekanan hidrostatis (kN/m²)
γw
= Berat jenis air, 10 (kN/m³)
H
= Kedalaman air, maximum 6 meter (m)
Aplikasinya dalam pemodelan adalah sebagai berikut.
Gambar 8. Aplikasi Tekanan hidrostatik pada section 1 intake
4.2.1.2.
Beban Tekanan Tanah Aktif kondisi Normal
Intensitas dari beban tersebut disajikan pada gambar berikut ini.
21
Nota Desain Intake
Gambar 9. Aplikasi Beban Tekanan Tanah Aktif kondisi Normal
4.2.1.3.
Beban Tekanan Tanah Aktif kondisi Gempa
Periode
alami
struktur
dianggap
mendekati
0
detik
karena
merupakan
substructure yang terkekang oleh tanah di sisi-sisi nya. Sehingga percepatan dari gempa yang terjadi adalah sebesar 0.24 g Kh = 0.24 Sehingga berdasarkan Tabel 1 dapat diambil Kae dengan interpolasi sebesar 0.411, akan menghasilkan tekanan tanah aktif sebesar perhitungan dibawah ini
22
Nota Desain Intake
Lapisan 1 Φ
Kae γ
H σ
= = = = =
30 0.411 17 0 0
= = = = =
30 0.333333 17 2 11.33333
° KN/m³ m KN/m²
Lapisan 2 Φ
Kae γ
H σ
Lapisan 3 (tanah jenuh air) = 30 Φ Kae = 0.333333 γ = 7 H = 4 = 9.333333 σ
° KN/m³ m KN/m²
° KN/m³ m KN/m²
Selain beban dari tanah sendiri tekanan tanah aktif pada saat gempa juga mempertimbangkan tekanan dari surcharge sebesar 1 ton/m2. Dan juga tekanan air dari dinding di belakang. tekanan dari Live Load = 30 ° Φ Ka = 0.333333 q = 100 KN/m² = 33.33333 KN/m² σ tekanan air γw
=
10 KN/m³
H
= =
4m 40 KN/m²
σ
Intensitas dari beban tersebut disajikan pada gambar berikut ini.
23
Nota Desain Intake 0
-1
) -2 m ( n a m -3 a l a d e k -4
-5
-6 0
20
40
60
80
100
tekanan tanah (kN/m 2 )
Gambar 10. Tekanan tanah pada saat gempa
Gambar 11. Aplikasi tek. tanah aktif saat gempa
24
Nota Desain Intake
4.2.1.4.
Beban Hidup
Beban hidup sebesar 500 kg/m² hanya terjadi di pelat layan, aplikasi pembebanannya dalam model adalah sebagai berikut.
Gambar 12. Aplikasi beban hidup dalam model (kN/m²)
4.2.2.
Analisis Struktur
Analisis struktur pada model dilakukan dengan penghitung momen gaya dalam terbesar yang terjadi pada pelat dan juga gaya gesernya. Karena pada model sumbu 3 positif menghadap sisi dalam pelat maka saat momen teranalisis positif, tarik berada di sisi luar pelat, begitu pula sebaliknya, saat momen teranalisis negatif, tarik berada di sisi dalam pelat.
25
Nota Desain Intake
Gambar 13. M11 ultimate pada model section 1 (kNm/m)
Gambar 14. M22 pada model section 1 (kNm/m)
26
Nota Desain Intake
27
