Perencanaan Liquid Storage Tank Dengan Pengaruh Gempa

GEMPA

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian Pendidikan sarjana teknik sipil

Oleh :

DEWI CENDANA

070404004

BIDANG STUDI STRUKTUR

DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

Pro N Da Dosen P of.Dr.Ing. Joh NIP. 19561224 D alam memp Departem Penguji hannes Tariga 4 198103 1 002

B

DEPA

UNIV

T

Disusun unt peroleh gela men Teknik D D Ketua D Prof. Dr NIP. 19 Do Ir. Dani NIP. 19 an Ir. 2 NIP

BIDANG

ARTEM

FAKU

VERSITA

UGAS AK

tuk melengk

r Sarjana T Sipil di Uni Oleh : DEWI CEND

07040400

Disetujui O Departemen

r. Ing. Johan 9561224 198 osen Pembi

iel Rumbi T 9590707 198 Dosen Pe

Besman Sur P. 19541012 1

STUDI S

MEN T

ULTAS T

AS SUMA

MEDA

2011

KHIR

kapi persyar Teknik pada iversitas Su DANA 04 Oleh : Teknik Sip nnes Tariga 8103 1 002 imbing

Teruna, MT 8710 1 001

nguji

rbakti, MT. 98003 1 004

STRUKT

TEKNIK

TEKNIK

ATERA

AN

ratan a Fakultas T umatera Uta pil an 2 T. 1 Dos Nursy NIP. 19770

TUR

K SIPIL

K

UTARA

Teknik ara en Penguji

yamsi, ST, MT 0623 200501 2

L

A

T 2 001

Melalui surat ini, mahasiswa yang tersebut di bawah ini :

Nama : DEWI CENDANA

NIM : 070404004

Fakultas/Departemen : Teknik / Teknik Sipil

Judul Tugas Akhir : Perencanaan Liquid Storage Tank Dengan Pengaruh Gempa

Dosen Pembimbing : Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT

menyatakan bahwa tugas akhir ini merupakan karya tulis yang orisinil (asli), dimana dalam hal ini segenap gagasan, sudut pandang dan analisa perhitungan tentang perencanaan tangki persegi panjang telah dituangkan.

Dengan demikian, dilihat dari permasalahan serta tujuan yang hendak dicapai melalui penulisan tugas akhir ini, maka dapat dikatakan bahwa tugas akhir ini adalah merupakan karya sendiri yang asli dan bukan hasil jiplakan baik sebagian maupun keseluruhan dari skripsi atau tugas akhir orang lain, kecuali kutipan yang saya cantumkan sumbernya sesuai dengan kaedah penulisan karya ilmiah.

Medan, 18 Juli 2011

Penulis,

DEWI CENDANA

anugerah dan kesempatan yang telah diberikan oleh-Nya kepada Penulis mulai dari masa perkuliahan sampai dengan tahap penyelesaian tugas akhir di Fakultas Teknik Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.

Tugas Akhir ini diberi judul “PERENCANAAN LIQUID STORAGE TANK DENGAN PENGARUH GEMPA”. Hal pertama yang membuat Penulis ingin mengangkat tentang topik ini adalah dikarenakan hanya sedikit literatur dalam bahasa Indonesia yang menjelaskan tentang perencanaan tangki penyimpanan cairan. Selain itu, Penulis juga berkeinginan besar untuk lebih mengerti lagi mengenai cara perencanaan tangki persegi panjang yang dipengaruhi gempa serta analisis efek gempa terhadap cairan di dalam tangki. Tetapi Penulis tetap berusaha memanfaatkan bahan-bahan yang telah ada, ditambah dengan analisa dan perencanaan Penulis yang diperoleh dari bahan tersebut untuk merencanakan tangki persegi panjang yang dimaksud.

Sungguh suatu hal yang luar biasa dimana akhirnya tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik dan tepat pada waktu yang diharapkan. Tugas akhir adalah merupakan salah satu unsur yang sangat penting sebagai pemenuhan nilai-nilai tugas dalam mencapai gelar Sarjana Teknik dari Fakultas Teknik Departemen Teknik Sipil di universitas ataupun perguruan tinggi manapun di seluruh Nusantara, termasuk pula di Universitas Sumatera Utara.

Pada kesempatan yang berbahagia ini, Penulis tidak lupa ingin menghaturkan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada :

1. Dekan Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, atas kesempatan dan waktu yang telah diberikan kepada Penulis sehingga dapat menyelesaikan studi Strata-I di Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara dengan baik.

2. Bapak Ir. Daniel Rumbi Teruna, MT. selaku Dosen Pembimbing, atas bimbingan, nasehat, dan waktu yang diberikan untuk Penulis atas penulisan Tugas Akhir ini. 3. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, Bapak Ir. Besman Surbakti, MT., dan Ibu

Nursyamsi, ST. MT. selaku Dosen Pembanding, atas saran dan masukan yang diberikan kepada Penulis terhadap Tugas Akhir ini.

4. Ketua Departemen Teknik Sipil, Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan atas pengetahuan yang diberikan kepada Penulis mulai dari masa perkuliahan di departemen yang Beliau pimpin, sampai saat ini.

dan memberikan ilmu dan bimbingan serta nasehat yang sangat berarti kepada Penulis mulai dari semester I sampai dengan sekarang ini.

6. Kedua orang tua Penulis, yang sangat Penulis cintai dan sayangi, serta juga kepada abang yang Penulis sayangi.

7. Saudara Alexander yang telah membantu dan memberikan dukungan kepada Penulis hingga Tugas Akhir ini dapat selesai dengan baik.

8. Semua teman – teman stambuk 2007 yang telah memberikan semangat kepada Penulis.

9. Dan segenap pihak yang belum Penulis sebut di sini atas jasa-jasanya dalam mendukung dan membantu Penulis dari segi apapun, sehingga tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.

Selain itu, Penulis sebelum dan sesudahnya juga memohonkan maaf atas segala kesilapan-kesilapan dan mungkin kesalahan atas perbuatan maupun ucapan yang telah Penulis lakukan. Seperti kata pepatah “Tiada Gading yang Tak Retak”, begitu pula Penulis yang hanyalah manusia biasa yang tentunya tidak akan luput dari kesilapan dan kesalahan.

Tugas Akhir yang telah Penulis selesaikan dengan segenap hati dan pemikiran ini tentunya masih perlu untuk diperbaiki bilamana di kemudian hari terdapat kekurangan. Untuk itu, Penulis dengan tangan terbuka akan menerima segala masukan maupun saran yang sifatnya membangun demi kemajuan kita bersama.

Akhir kata, atas segala perhatian yang telah diberikan untuk hasil karya Penulis ini, Penulis sekali lagi mengucapkan terima kasih. Semoga karya ini sedikit banyak juga dapat bermanfaat bagi kita semua.

Medan, 18 Juli 2011

Hormat Penulis,

DEWI CENDANA

LEMBAR KEASLIAN PENULISAN ... iii

KATA PENGANTAR ... iv

DAFTAR ISI ... vi

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR TABEL ... ix

DAFTAR NOTASI ... x

ABSTRAK ... xii

BAB I. PENDAHULUAN ... 1

I.1. Latar Belakang ... 1

I.2. Permasalahan ... 2

I.3. Pembatasan Masalah ... 3

I.4. Tujuan ... 5

I.5. Metodologi ... 5

BAB II. TINJAUANPUSTAKA ... 6

II.1. Umum ... 6

II.2. Jenis-Jenis Tangki ... 7

II.2.1. Berdasarkan Letaknya ... 7

1. Aboveground Tank ... 7

2. Underground Tank ... 7

II.2.2. Berdasarkan Bentuk Atapnya ... 7

1. Fixed Roof Tank ... 7

2. Floating Roof Tank ... 9

II.2.3. Berdasarkan Tekanannya (Internal Pressure) ... 9

1. Tangki Atmosferik (Atmospheric Tank) ... 9

2. Tangki Bertekanan (Pressure Tank) ... 12

II.2.4. Berdasarkan Bentuk Tangki ... 13

1. Tangki Lingkaran (Circular Tank) ... 13

2. Tangki Persegi / Persegi Panjang (Rectangular Tank) ... 13

II.3. Kriteria Perencanaan Tangki Persegi Panjang ... 15

II.4. Pembebanan ... 15

II.5. Persyaratan untuk Elemen-Elemen Tangki ... 17

II.5.1. Material ... 17

II.5.2. Pelat Atap ... 18

II.5.3. Rafter dan Girder ... 19

II.5.4. Top Angle ... 19

II.5.5. Intermediate Wind Girder ... 20

II.5.6. Shell Plate (Pelat Dinding) ... 20

II.5.7. Pelat Dasar Tangki... 21

II.6. Tekanan Air Pada Tangki ... 22

III.2.1.Tebal Minimum Pelat Dinding Tangki ... 25

III.2.2.Siku Pengaku Atas Tangki ... 26

III.2.3.Ketebalan Pelat Dasar Tangki ... 26

III.3.Analisis Efek Gaya Gempa Terhadap Tangki ... 26

III.3.1. Perhitungan Berat & Massa Tangki ... 26

III.3.2. Massa dan Ketinggian Tekanan Hidrodinamis ... 27

III.3.3. Waktu Getar Tekanan Hidrodinamis ... 31

III.3.4. Redaman ... 33

III.3.5. Koefisien Gempa Horizontal Desain ... 34

III.3.6. Gaya Geser Dasar ... 36

III.3.7. Momen Dasar Tangki ... 36

1. Momen Lentur ... 36

2. Momen Guling ... 37

III.3.8. Tekanan Hidrodinamis ... 37

1. Tekanan Hidrodinamis Impulsif ... 38

2. Tekanan Hidrodinamis Konvektif ... 38

3. Tekanan Akibat Inersia Dinding ... 38

III.3.9. Distribusi Tekanan Linear Ekivalen ... 41

III.3.10. Efek dari Percepatan Tanah Vertikal ... 42

III.3.11. Tinggi Guncangan Cairan ... 42

III.3.12. Kebutuhan Pengangkeran ... 43

BAB IV.APLIKASI PERHITUNGAN ... 44

IV.1.Data Desain ... 44

IV.2.Desain Gemoetri Tangki ... 44

IV.3.Desain Ukuran Tebal Pelat Dasar dan Dinding Tangki ... 45

IV.4.Analisis Efek Gaya Gempa Terhadap Tangki ... 47

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 72

V.1. Kesimpulan ... 72

V.2. Saran ... 72

DAFTAR PUSTAKA ... xiii LAMPIRAN

Gambar 1.2 : Gaya Impulsif dan Gaya Konvektif ... 3

Gambar 1.3 : Gambaran Perencanaan Liquid Storage Tank ... 4

BAB II Gambar 2.1 : Tangki Fixed Dome Roof ... 9

Gambar 2.2 : Tangki Floating Roof Tank. ... 9

Gambar 2.3 : Sketsa Fixed Cone Roof Tank ... 10

Gambar 2.4 : Fixed Cone Roof with Internal Floating Roof ... 10

Gambar 2.5 : Self Supporting Dome Roof ... 10

Gambar 2.6 : Tangki Horizontal ... 11

Gambar 2.7 : Tangki Tipe Plain Hemispheroid ... 11

Gambar 2.8 : Tangki Peluru ... 12

Gambar 2.9 : Tangki Bola ... 12

Gambar 2.10 : Dome Roof Tank ... 13

Gambar 2.11 : Tangki Rectangular Tank ... 14

Gambar 2.12 : Ilustrasi Jenis-Jenis Tangki yang Umum Digunakan ... 14

Gambar 2.13 : Arrangement of Roof Plate ... 18

Gambar 2.14 : Top Angle ... 19

Gambar 2.15 : Intermediate Wind Girder ... 20

Gambar 2.16 : Denah Pelat Dasar Tangki ... 21

Gambar 2.17 : Diagram Tekanan Hidrostatis ... 22

BAB III Gambar 3.1 : Distribusi Tekanan Hidrodinamis Pada Dinding & Dasar Tangki ... 29

Gambar 3.2 : Pemodelan Massa untuk Tangki Persegi Panjang di Atas Tanah ... 29

Gambar 3.3 : Massa Konvektif dan Impulsif dan Kekakuan Konvektif ... 30

Gambar 3.4 : Ketinggian Massa Konvektif dan Impulsif ... 31

Gambar 3.5 : Gambaran Defleksi d, dari Dinding pada Tangki ... 32

Gambar 3.6 : Koefisien Waktu Getar Konvektif ... 33

Gambar 3.7 : Gambaran dari Panjang, L dan Lebar, B dari Tangki ... 34

Gambar 3.8 : Koefisien Tekanan Impulsif ... 39

Gambar 3.9 : Koefisien Tekanan Konvektif ... 40

Gambar 3.10 : Distribusi Tekanan Hidrodinamis untuk Analisis Dinding ... 41

Gambar 3.11 : Deskripsi Momen Guling pada Tangki ... 43

BAB IV Gambar 4.1 : Gambar Tangki Air 30 m3 ... 44 BAB V

Tidak terdapat tabel. BAB II

Tabel 2.1 : Ketebalan Shell Plates ... 21 BAB III

Tabel 3.1 : Tabel Koefisien α dan β ... 25 BAB IV

Tabel 4.1 : Tabel Koefisien α dan β ... 45 BAB V

α : Konstanta untuk menghitung tebal plat dinding β : Konstanta untuk menghitung tebal plat dinding γs : Berat jenis baja ( kg/m3 )

Δ : Defleksi ( mm )

Ah : Koefisien gempa horizontal desain

(Ah)c : Koefisien gempa horizontal desain konvektif (Ah)i : Koefisien gempa horizontal desain impulsif Av : Koefisien gempa vertikal desain B : Lebar tangki ( m )

CA : Ketebalan korosi ( m )

Cc : Koefisien dari waktu getar untuk tekanan konvektif

d : Defleksi dari dinding tangki pada titik berat pada ketinggian h, ketika dibebani

oleh tekanan terbagi merata dengan intensitas q ( mm ) dmax : Tinggi guncangan air maksimum ( mm )

E : Elastisitas material tangki ( MPa ) g : Percepatan gravitasi ( 9,81 m/s3 ) G : Berat jenis cairan dalam tangki ( ton/m3 ) H : Tinggi tangki ( m )

hc : Ketinggian tekanan konvektif cairan ( m )

hc* : Ketinggian tekanan konvektif cairan, termasuk tekanan terhadap dasar tangki ( m ) hi : Ketinggian tekanan impulsif cairan ( m )

hi* : Ketinggian tekanan impulsif cairan, termasuk pengaruh terhadap dasar tangki ( m ) ht : Ketinggian titik berat gravitasi massa atap ( m )

hw : Ketinggian titik berat gravitasi massa dinding ( m ) I : Faktor keutamaan bangunan

Imin : Inersia minimum untuk siku pengaku atas tangki ( mm 4

) Kc : Kekakuan massa cairan konvektif

L : Panjang tangki, sejajar arah gempa ( m ) mb : Massa plat dasar tangki ( kg )

mc : Massa cairan konvektif ( kg )

Mc : Momen lentur untuk tekanan konvektif ( kN-m ) Mc* : Momen guling untuk tekanan konvektif ( kN-m ) mi : Massa cairan impulsif ( kg )

Mi : Momen lentur untuk tekanan impulsif ( kN-m ) Mi* : Momen guling untuk tekanan impulsif ( kN-m ) mt : Massa atap tangki ( kg )

mw : Massa plat dinding tangki ( kg )

mw : Massa plat dinding tangki dalam arah tegak lurus arah gaya gempa ( kg ) mwtr : Massa air dalam tangki ( kg )

pcb : Tekanan Hidrodinamis Konvektif, pada dasar tangki pcw : Tekanan Hidrodinamis Konvektif, pada dasar dinding pib : Tekanan Hidrodinamis Impulsif, pada dasar tangki piw : Tekanan Hidrodinamis Impulsif, pada dasar dinding pv : Tekanan akibat percepatan tanah vertikal

pww : Tekanan akibat inersia dinding

Qib : Koefisien Tekanan Hidrodinamis Konvektif, pada dasar tangki Qiw : Koefisien Tekanan Hidrodinamis Konvektif, pada dasar dinding R : Faktor reduksi respons spektrum

R1 : Reaksi Gaya Hidrostatis pada bagian atas tangki ( kN ) R2 : Reaksi Gaya Hidrostatis pada bagian bawah tangki ( kN ) (Sa/g) : Koefisien percepatan respons rata-rata

tb : Ketebalan plat dasar, termasuk ketebalan korosi ( mm ) tba : Ketebalan plat dasar ( mm )

Tc : Waktu getar cairan konvektif ( detik ) Ti : Waktu getar cairan impulsif ( detik )

tw : Ketebalan plat dinding, termasuk ketebalan korosi ( mm ) twa : Ketebalan plat dinding ( mm )

w : Gaya hidrostatis tangki ( kN ) wb : Berat plat dasar tangki ( kN ) ww : Berat plat dinding tangki ( kN ) wwtr : Berat air dalam tangki ( kN ) Z : Faktor zona gempa

Abstrak

Tangki pada dasarnya dipakai sebagai tempat penyimpanan material baik berupa benda padat, cair, maupun gas. Dalam mendesain tangki, konsultan perencana harus merencanakan tangki dengan baik terutama untuk menahan gaya gempa yang mungkin terjadi. Jika tangki tidak direncanakan dengan baik, maka kerusakan pada tangki dapat mengakibatkan kerugian jiwa maupun materi yang cukup besar.

Dalam tugas akhir ini, direncanakan tebal pelat dinding dan dasar tangki, siku pengaku tangki serta analisis gaya, momen, dan tekanan hidrodinamis yang terjadi pada tangki persegi panjang dengan mempertimbangkan pengaruh gempa.

Dengan tangki berukuran 4m x 2,5m x 3m, diperoleh variasi ketebalan pelat ketebalan pelat dinding dasar 13 mm, pelat dinding lapis kedua 12 mm dan pelat dinding lapis ketiga 10 mm. Ketebalan bottom plate diperoleh 18 mm. Siku pengaku direncanakan 150 x 150 x 19 mm. Penggunaan tangki persegi terutama ditujukan untuk keefektifan penggunaan lahan dan kemudahan fabrikasinya.

1.1. Latar Belakang

Tangki penyimpanan atau storage tank menjadi bagian yang penting dalam suatu proses industri kimia karena tangki penyimpanan tidak hanya menjadi tempat penyimpanan bagi produk dan bahan baku tetapi juga menjaga kelancaran ketersediaan produk dan bahan baku serta dapat menjaga produk atau bahan baku dari kontaminan yang dapat menurunkan kualitas dari produk atau bahan baku. Pada umumnya produk atau bahan baku yang terdapat pada industri kimia berupa liquid atau gas, namun tidak tertutup kemungkinan juga dalam bentuk padatan ( solid ).

Tangki penyimpanan cairan, yang telah ada dalam dunia konstruksi selama berabad-abad, akhir-akhir ini telah menjadi topik pembicaraan utama dalam dunia teknik gempa. Ketahanan tangki air, minyak, ataupun bahan kimia terhadap gempa sangat penting bagi masyarakat. Tangki minyak yang rusak (bocor) bisa menyebabkan terjadinya kebakaran besar yang sangat sulit untuk diatasi. Sedangkan tangki berisi bahan kimia yang mengalami kebocoran dapat menyebabkan kerusakan lingkungan.

Belakangan ini produksi minyak sawit mentah (Crude Palm Oil / CPO) Indonesia meningkat dengan pesat ditandai dengan semakin banyaknya pabrik minyak kelapa sawit. Peningkatan harga minyak dunia menyebabkan ekspor CPO Indonesia juga meningkat dengan drastis. Oleh karena itu, semakin banyak dibutuhkan tangki penyimpanan CPO (Storage Tank) sebagai tempat menyimpan persediaan minyak sawit mentah (CPO) sebelum diekspor.

Selain itu, tangki persediaan air juga tidak kalah pentingnya dengan tangki penyimpanan CPO. Telah diketahui bahwa air merupakan sumber kehidupan bagi semua makhluk hidup. Untuk itulah sangat penting diperhatikan kosntruksi tangki sebagai tempat penyimpanan air demi menjaga kelangsungan hidup.

Oleh karena sebab-sebab inilah, pada tugas akhir ini akan dibahas dan dilakukan perencanaan tangki yang baikdan benar.

1.2. Permasalahan

Sejumlah wilayah di Indonesia berulang kali dilanda gempa bumi. Dalam retang waktu yang terbilang singkat gempa mengguncang Tasikmalaya, Yogyakarta, Aceh, Nusa Tenggara Barat, Toli-Toli, Sulawesi Tengah. Akibat gempa tidak hanya merusakan bangunan, namun banyak menelan korban jiwa. Potensi gempa di Indonesia memang terbilang besar, sebab berada dalam pertemuan sejumlah lempeng tektonik besar yang aktif bergerak. Daerah rawan gempa tersebut membentang di sepanjang batas lempeng tektonik Australia dengan Asia, lempeng Asia dengan Pasifik dari timur hingga barat Sumatera sampai selatan Jawa, Nusa Tenggara, serta Banda. Kondisi ini sangat berbahaya bagi tangki penyimpanan cairan. Oleh karena itu perlu dikaji lebih dalam tentang pengaruh gempa terhadap guncangan cairan di dalam tangki yang menyangkut pada kekuatan struktur tangki itu sendiri untuk menghindari kerusakan yang menimbulkan kerugian.

Beban-beban yang mungkin terjadi pada tangki adalah beban mati (berat sendiri tangki), beban cairan yang disimpan dalam tangki, beban air (untuk tes hidrostatik), beban hidup atap minimum, angin, tekanan dalam rencana, tekanan percobaan, tekanan luar rencana, dan beban gempa.

              1.3. Pem Ruan 1) Tang yang H = 3

Gamba

Gam

batasan Ma ng lingkup p gki yang aka g terletak di

3m.

ar 1.1 – Gay

(a) mbar 1.2 – (a

asalah pembahasan t

an dibahas a atas permuk

ya Hidrodin

a) Gaya Imp

tugas akhir i adalah tangk

kaan tanah d

namik Caira

pulsif (b) Ga

ini dibatasi p ki baja berb dengan ukur

an Dalam T

(b) aya Konvek

pada : entuk perseg ran L = 4m

Tangki

ktif

gi tanpa tutu ; B = 2,5 m

up m ;

Gambar 1.3 – Gambaran Perencanaan Liquid Storage Tank Dimana : L = panjang tangki

B = lebar tangki H = tinggi tangki

2) Jenis cairan yang disimpan adalah air

3) Pondasi tangki tidak akan dihitung.

4) Buckling (tekuk) pada badan tangki diabaikan.

5) Sambungan las mempunyai pengaruh yang sangat signifikan terhadap

ketahanan tangki. Akan tetapi, hal ini tidak dibahas dalam Tugas Akhir ini. Yang akan dibahas mengenai sambungan las hanyalah mengenai jenis-jenis sambungan las yang umum dipakai dalam konstruksi tangki dan ukuran minimum las yang diijinkan, serta perhitungan mengenai kekuatan las sambungan vertikal dan horizontal pada tangki.

1.4. Tujuan

Tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah :

a) Melakukan analisa gaya gempa terhadap goncangan air (sloshing effect)

dalam tangki; yaitu berupa gaya konvektif dan impulsive dari cairan.

b) Menghasilkan kesimpulan yang dapat membantu pengguna bukan dalam

hal mendesain saja tetapi juga untuk menuntun pengguna untuk mendapatkan gambaran mengenai gaya-gaya yang terjadi pada tangki.

1.5. Metodologi

Metodologi yang digunakan untuk menyelesaikan tugas akhir ini adalah dengan melakukan kajian literatur dan melakukan analisa gaya yang terjadi pada tangki, terutama akibat pengaruh gaya gempa.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Umum

Tangki pada dasarnya dipakai sebagai tempat penyimpanan material baik berupa benda padat, cair, maupun gas. Dalam mendesain tangki, konsultan perencana harus merencanakan tangki dengan baik terutama untuk menahan gaya gempa yang mungkin terjadi. Jika tangki tidak direncanakan dengan baik, maka kerusakan pada tangki dapat mengakibatkan kerugian jiwa maupun materi yang cukup besar.

Desain dan keamanan tangki penyimpan telah menjadi kekhawatiran besar. Seperti yang dilaporkan, kasus kebakaran dan ledakan tangki telah meningkat selama bertahun-tahun dan kecelakaan ini mengakibatkan cedera bahkan kematian. Tumpahan dan kebakaran tangki tidak hanya mengakibatkan polusi lingkungan, tetapi juga dapat mengakibatkan kerugian finansial dan dampak signifikan terhadap bisnis di masa depan karena reputasi industri.

Beberapa contoh kerusakan tangki adalah keretakan pada bendungan beton berkapasitas lima juta galon di Westminister, California, pada tanggal 21 September 1998 yang mengakibatkan kerugian yang hampir mencapai 27 juta dolar. Contoh yang lain adalah banyaknya tangki baja las tempat penyimpanan minyak di Alaska yang mengalami kebocoran dikarenakan oleh gempa tahun 1964. Hal yang sama juga terjadi di Padang yang disebabkan oleh Gempa Padang tanggal 30 September 2009.

Oleh karena itu, tangki harus direncanakan secara baik dengan mengacu kepada peraturan tangki yang sesuai guna menghindari kerugian akibat kerusakan tangki itu sendiri.

2.2. Jenis – Jenis Tangki

Storage tank atau tangki dapat memiliki berbagai macam bentuk dan tipe. Tiap tipe memiliki kelebihan dan kekurangan serta kegunaannya sendiri.

2.2.1. Berdasarkan Letaknya

2.2.1.1. Aboveground Tank, yaitu tangki penimbun yang terletak di atas

permukaan tanah. Tangki penimbun ini bisa berada dalam posisi horizontal dan dalam keadaan tegak (vertical tank). Dapat dibagi menjadi 2 jenis berdasarkan cara perletakan di atas tanah, yaitu tangki di permukaan tanah dan tangki menara. Ciri-ciri yang membedakan jenis tangki menara dengan tangki di permukaan tanah adalah bentuk bagian bawah tangki. Seperti yang telah tercatat dalam peraturan, bentuk bagian bawah tangki menara adalah bentuk revolusi sebuah bentuk cangkang yang tidak sempurna, ataupun kombinasi dari bentuk cangkang tersebut. Desain tangki dengan bagian bawah rata untuk tangki menara tidak akan memberikan hasil yang baik, dengan melihat bahwa bentuk dasar yang demikian akan menyebabkan dibutuhkannya balok penopang yang besar untuk menahan tekuk.

2.2.1.2. Underground Tank, yaitu tangki penimbun yang terletak di bawah

permukaan tanah.

2.2.2. Berdasarkan Bentuk Atapnya

2.2.2.1. Fixed Roof Tank, dapat digunakan untuk menyimpan semua jenis produk,

atau bahan baku yang bersifat korosif , mudah terbakar, ekonomis bila

digunakan hingga volume 2000 m3, diameter dapat mencapai 300 ft (91,4

m) dan tinggi 64 ft (19,5 m). Dibagi menjadi dua jenis bentuk atap yaitu : 2.2.2.1.1. Cone Roof, jenis tangki penimbun ini mempunyai kelemahan, yaitu

terdapat vapor space antara ketinggian cairan dengan atap. Jika vapor

space berada pada keadaan mudah terbakar, maka akan terjadi ledakan. Oleh karena itu fixed cone roof tank dilengkapi dengan vent untuk mengatur tekanan dalam tangki sehingga mendekati tekanan atmosfer. Jenis tangki ini biasanya digunakan untuk menyimpan kerosene, air, dan solar. Terdapat dua jenis tipe cone roof berdasarkan penyanggga atapnya yaitu :

a. Supported Cone Roof adalah suatu atap yang berbentuk menyerupai

konus dan ditumpu pada bagian utamanya dengan rusuk di atas balok penopang ataupun kolom, atau oleh rusuk di atas rangka dengan atau tanpa kolom. Pelat atap didukung oleh rafter pada girder dan kolom atau oleh rangka batang dengan atau tanpa kolom.

b. Self-supporting Cone Roof adalah atap yang berbentuk menyerupai

konus dan hanya ditopang pada keliling konus. Atap langsung ditahan oleh dinding tangki (shell plate).

2.2.2.1.2. Dome Roof adalah atap yang dibentuk menyerupai permukaan bulatan

dan hanya ditopang pada keliling kubah.yang biasanya digunakan untuk menyimpan cairan kimia. Bentuk dari tangki tipe dome roof dapat dilihat pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 - Tangki Fixed Dome Roof (Sumber : http://images.google.com/imgres?imgurl)

2.2.2.2. Floating Roof Tank, yang biasanya digunakan untuk menyimpan minyak

mentah dan premium. Keuntungannya yaitu tidak terdapat vapour space dan mengurangi kehilangan akibat penguapan. Floating roof tank terbagi menjadi dua yaitu external floating roof dan internal floating roof. Bentuk dan tangki tipe floating roof dapat dilihat pada gambar 2.2 di bawah ini.

Gambar 2.2 - Tangki Floating Roof Tank

(Sumber : http://www.fall-arrest.com/images/Floating-Roof-Tank-01.jpg)

2.2.3. Berdasarkan Tekanannya (Internal Pressure) 2.2.3.1. Tangki Atmosferik (Atmospheric Tank)

Terdapat beberapa jenis dari tangki timbun tekanan rendah ini, yaitu : 2.2.3.1.1. Fixed Cone Roof Tank digunakan untuk menimbun atau menyimpan

berbagai jenis fluida dengan tekanan uap rendah atau amat rendah (mendekati atmosferik) atau dengan kata lain fluida yang tidak mudah menguap.

Gambar 2.3 – Sketsa Fixed Cone Roof Tank (Sumber : http://www.astanks.com/EN/Fixed_roof_EN.html)

Gambar 2.4 - Fixed Cone Roof with Internal Floating Roof

(Sumber : http://www.astanks.com/EN/Fixed_roof_EN.html)

2.2.3.1.2. Tangki Umbrella memiliki kegunaan yang sama dengan fixed cone roof. Bedanya adalah bentuk tutupnya yang melengkung dengan titik pusat meridian di puncak tangki.

2.2.3.1.3. Tangki Tutup Cembung Tetap (Fixed Dome Roof) memiliki bentuk tutup yang cembung dan ekonomis bila digunakan dengan volume >

2000 m3. Bahkan cukup ekonomis hingga volume 7000 m3 (dengan D <

65 m). Kegunaannya sama dengan fixed cone roof tank.

Gambar 2.5 - Self Supporting Dome Roof (Sumber : http://www.astanks.com/EN/Fixed_roof_EN.html)

2.2.3.1.4. Tangki Horizontal dapat menyimpan bahan kimia yang memiliki tingkat penguapan rendah (low volatility), seperti air minum dengan tekanan uap tidak melebihi 5psi, diameter dari tangki dapat mencapai 12 feet (3,6 m) dengan panjang mencapai 60 feet (18,3 m).

Gambar 2.6 – Tangki Horizontal

(Sumber : http://chemresponsetool.noaa.gov/containers_guide/storage_tank.htm#cylind) 2.2.3.1.5. Tangki Tipe Plain Hemispheroid digunakan untuk menimbun fluida

(minyak) dengan tekanan uap (RVP) sedikit dibawah 5 psi.

Gambar 2.7 – Tangki Tipe Plain Hemispheroid

(Sumber : http://chemresponsetool.noaa.gov/containers_guide/storage_tank.htm#cylind) 2.2.3.1.6. Tangki Tipe Noded Hemispheroid digunakan untuk menyimpan fluida

(light naptha pentane) dengan tekanan uap tidak lebih dari 5 psi.

2.2.3.1.7. Tangki Plain Spheroid merupakan tangki bertekanan rendah dengan kapasitas 20.000 barrel.

2.2.3.1.8. Tangki Floating Roof ditujukan untuk penyimpanan bahan-bahan yang mudah terbakar atau mudah menguap. Kelebihan penggunaan internal floating roof ini antara lain:

- Level atau tingkat penguapan dari produk bisa dikurangi

2.2.3.2. Tangki Bertekanan (Pressure Tank)

Pressure tank atau tangki bertekanan dapat menyimpan fluida dengan tekanan uap lebih dari 11,1 psi dan umumnya fluida yang disimpan adalah produk-produk minyak bumi. Terdiri dari beberapa jenis, yaitu : 2.2.3.2.1. Tangki Peluru (Bullet Tank) lebih dikenal sebagai pressure vessel

berbentuk horizontal dengan volume maksimum 2000 barrel. Biasanya digunakan untuk menyimpan LPG, Propane butane, H2, ammonia dengan tekanan di atas 15 psig.

Gambar 2.8 – Tangki Peluru

(Sumber : http://chemresponsetool.noaa.gov/containers_guide/storage_tank.htm#cylind) 2.2.3.2.2. Tangki Bola (Spherical Tank) merupakan pressure vessel yang

digunakan untuk menyimpan gas-gas yang dicairkan seperti LPG, LNG, O2, N2 dan lain-lain. Tangki ini dapat menyimpan gas cair tersebut hingga tekanan 75 psi. volume tangki dapat mencapai 50.000 barrel. Untuk penyimpanan LNG dengan suhu -190 (cryogenic) tangki dibuat berdinding ganda dimana di antara kedua dinding tersebut diisi dengan isolasi seperti polyurethane foam. Tekanan penyimpanan di atas 15 psig.

Gambar 2.9 – Tangki Bola

2.2.3.2.3. Dome Roof Tank digunakan untuk menyimpan bahan-bahan yang mudah

terbakar, meledak, dan mudah menguap seperti gasoline. Bahan disimpan dengan tekanan rendah 0,5 psi sampai 15 psig.

Gambar 2.10 – Dome Roof Tank

(Sumber : http://chemresponsetool.noaa.gov/containers_guide/storage_tank.htm#bullet) 2.2.4. Berdasarkan Bentuk Tangki

2.2.4.1. Tangki Lingkaran (Circular Tank)

Tangki yang umum digunakan sebagai tempat penyimpanan adalah tangki yang berbentuk silinder. Tangki ini memiliki nilai ekonomis dalam perencanaan. Selain itu, dalam perhitungan teknisnya, momen yang terjadi tidak besar.

2.2.4.2. Tangki Persegi / Persegi Panjang (Rectangular Tank)

Bentuk silinder secara structural paling cocok untuk kostruksi tangki, tapi tangki persegi panjang sering disukai untuk tujuan tertentu, antara lain kemudahan dalam proses konstruksi. Desain tangki persegi panjang mirip dengan konsep desain tangki lingkaran. Perbedaan utama dalam konsep desain tangki persegi panjang dengan tangki lingkaran adalah momen yang terjadi, gaya geser dan tekanan pada dinding tangki. Sebagai contoh : Sludge Oil Reclaimed Tank pada Pabrik Minyak Kelapa Sawit.

Cylin Ta

Open

 

Top

Tank

drical  ank Rect T Gamb

p

 

angular  Tank Co Ga

bar 2.12 – Il

Fixed

 

Ro

Tank

ne Roof  Tank

Do ambar 2.11 –

lustrasi Jeni

Type

 

o

Storag

Tank

oof

 

ome Roof 

Tank Fl

– Tangki Re

is – Jenis Ta

of

 

ge

 

k

Floati

Roof

 

Ta

Internal  loating Roof F

ectangular T

angki yang

ng

 

ank

External  Floating Roof

Tank

Umum Dig

Other

 

Bullet Tank

unakan

Types

Dalam Tugas Akhir ini akan dibahas mengenai tangki tanpa tutup (open top tank) berbentuk persegi panjang yang terbuat dari baja dan terletak di atas tanah.

2.3. Kriteria Perencanaan Tangki Persegi Panjang

Berikut ini adalah peraturan standar yang digunakan dalam perancangan tangki penimbun meliputi struktur dan beban-beban yang bekerja :

1. Perhitungan bottom plate, shell plate dan top edge stiffener berdasarkan

ASME Paper A-71 Stress and Deflection of Rectangular Plates.

2. Perencanaan pendukung atap seperti rafter, girder, dan kolom disyaratkan

sesuai dengan SNI 03-1729-2002 : Tata cara perencanaan struktur baja untuk bangunan gedung.

3. Perhitungan efek gempa dan tekanan hidrodinamis tangki yang berisi cairan

berdasarkan Bureau of Indian Standards IS 1893 (2002) Part 1 & 2: Liquid Retaining Tanks, ACI 350.3 (2001) and NZS 3106 (1986)

4. Perhitungan faktor respon spektrum tangki berdasarkan IBC 2000,

International Building Code International Code Council.

5. Perhitungan untuk mengetahui waktu getar tangki terdapat pada Eurocode 8

(1998). 2.4. Pembebanan

Beban-beban yang mungkin terjadi pada tangki adalah sebagai berikut :

1)Beban Mati (DL): berat sendiri tangki ataupun komponen-komponen

tangki termasuk juga korosi yang diijinkan.

2)Tekanan luar rencana (Pe): tidak boleh lebih kecil dari 0,25 kPa dan

3)Tekanan dalam rencana (Pi): besarnya tidak boleh melebihi 18 kPa.

4)Tes hidrostatik (Ht): beban yang terjadi ketika tangki diisi air sampai ke

batas ketinggian yang direncanakan.

5)Beban hidup atap minimum (Lr): sebesar 1 kPa pada daerah proyeksi

horizontal atap. Beban hidup atap minimum dapat ditentukan dengan ASCE 7, tetapi tidak kurang dari 0,72 kPa.

6) Beban gempa (E): beban yang mengakibatkan terjadinya gaya impulsive

dan gaya konvektif dari cairan di dalam tangki.

7) Salju (Beban akibat salju tidak akan diikutsertakan dalam tugas akhir ini

sebab tidak pernah terjadi salju di Indonesia).

8) Cairan yang disimpan (F): beban yang terjadi ketika tangki diisi cairan

dengan berat jenis yang telah direncanakan dan cairan tersebut diisi sampai batas ketinggian yang telah direncanakan.

9) Tekanan Percobaan (Pt):

a. Untuk tekanan desain dan tes maksimum

Ketika tangki telah dibangun seluruhnya, tangki tersebut harus diisi dengan air sampai sudut tertinggi tangki atau sampai ketinggian air rencana, dan tekanan udara internal rencana harus diaplikasikan pada ruang tertutup diatas tinggi air dan dibiarkan selama 15 menit. Tekanan udara tersebut kemudian dikurangi menjadi sebesar satu setengah dari tekanan rencana, dan semua sambungan las diatas tinggi air harus diperiksa untuk mengecek adanya kebocoran. Lubang angin tangki harus diuji selama tes berlangsung atau setelah tes selesai dilaksanakan.

b. Untuk tangki berpondasi dengan tekanan desain sampai 18 kPa

Setelah tangki diisi dengan air, badan tangki dan pondasi harus diperiksa keketatan sambungannya. Tekanan udara sebesar 1,25 kali tekanan rencana harus diaplikasikan pada tangki yang dipenuhi air sampai pada ketinggian air rencana. Tekanan udara kemudian dikurangi menjadi sebesar tekanan rencana, dan tangki lalu diperiksa kembali keketatan sambungannya. Sebagai tambahan, semua sambungan di atas batas air harus diperiksa dengan menggunakan soap film dan material lain yang sesuai untuk mendeteksi kebocoran. Setelah pemeriksaan, air harus dikosongkan dari tangki (dan tangki sedang dalam tekanan atmosfir), pondasi harus diperiksa keketatan sambungannya. Tekanan udara desain kemudian harus diaplikasikan pada tangki untuk pemeriksaan akhir pondasi.

10) Angin (W): Kecepatan angin rencana (V) adalah sebesar 190 km/jam

(120 mph) dengan tekanan angin rencana pada arah horizontal sumbu tangki sebesar 1,44 kPa dan pada arah vertikal sumbu tangki sebesar 0,86 kPa.

Dalam Tugas Akhir ini, beban yang dipertimbangkan adalah beban mati, beban hidup (tekanan hidrostatik) dan beban gempa (tekanan hidrodinamis konvektif dan impulsif).

2.5. Persyaratan untuk Elemen-Elemen Tangki 2.5.1. Material

Pelat dan profil baja yang digunakan dalam perencanaan didasarkan atas ketersediaan material di pasaran dan dalam ukuran panjang yang ditentukan oleh

kemudahan pengangkutan (delivery). Ukuran pelat baja yang sering digunakan pada tangki penimbun adalah 20 feet x 6 feet. Sedangkan profil baja yang digunakan pada tangki penimbun adalah profil baja siku untuk top angle, profil baja WF (Wide Flange) untuk rafter dan girder, serta profil pipa untuk kolom. Material yang dipakai dalam desain tangki ini adalah material yang direkomendasikan oleh API Std 650 yang secara kekuatan, dan komposisi kimia memenuhi persyaratan yang ditentukan oleh standar. American Society for Testing and Materials (ASTM) membagi baja dalam empat grades (A, B, C dan D) berdasarkan tegangan leleh dengan kisaran rendah dan menengah untuk carbon steel plates. Yang digunakan adalah baja dengan tekanan leleh (fy) adalah 390 MPa.

2.5.2. Pelat Atap

Merupakan pelat yang menyusun cone roof dengan ketebalan minimum pelat atap adalah 5 mm. Menurut API Std 650, slope atap untuk supported cone roof tidak lebih dari ¾ :12 inch atau lebih jika permintaan owner. Susunan dari pelat atap dapat dilihat pada Gambar 2.12

2.5.3. Rafter dan Girder

Rafter dan girder terbuat dari profil baja yang merupakan rangka atap tangki. Rafter harus diatur sedemikian hingga pada outer ring jarak rafter tidak lebih dari 2 meter, sedangkan jarak rafter pada inner ring tidak lebih dari 1,65 meter.

2.5.4. Top Angle

Top Angle terbuat dari profil siku yang menempel pada sisi sebelah atas course shell plate teratas. Kegunaan top angle adalah untuk memperkaku shell plates. Untuk tangki dengan atap tertutup, ukuran top angle tidak berdasarkan beban angin tetapi berdasarkan jenis atap yang direncanakan. Dimana atap diklasifikasikan menjadi dua kategori yaitu supported dan self supported. Menurut API Std 650 Para 3.1.5.9-c, ukuran top angle tidak kurang dari mengikuti ukuran berikut: untuk tangki diameter kurang dari 10,5 m ukuran top angle 50 x 50 x 5 mm; tangki diameter 10,5-18 m ukuran top angle 50 x 50 x 6 mm; diameter tangki lebih dari 10,5-18 m ukuran top angle 75 x 75 x 10 mm. Letak top angle dapat dilihat pada Gambar 2.13.

Gambar 2.14 - Top Angle Sumber : API Std 650

2.5.5. Intermediate Wind Girder

Wind Girder diperlukan untuk menjaga bentuk dari tangki penimbun terutama pada saat menahan beban angin. Wind girder sangat diperlukan untuk jenis tangki penimbun dengan atap terbuka atau open top.

Untuk menentukan apakah wind girder diperlukan atau tidak untuk jenis atap selain open top tank maka harus dilakukan pemeriksaan dengan cara mengubah lebar aktual dari setiap shell course menjadi lebar transposed. Hasil penjumlahan dari

lebar transposed dari setiap lapisan akan memberikan hasil dari tinggi transformed

shell, dimana apabila tinggi transformed shell lebih besar dari tinggi maksimum maka wajib memasang wind girder dan sebaliknya apabila tinggi transformed shell lebih kecil maka tidak dibutuhkan wind girder.

Gambar 2.15 - Intermediate Wind Girder Sumber : API Std 650

2.5.6. Shell Plate (Pelat Dinding)

Ketebalan pelat dinding yang digunakan sebaiknya lebih besar dari ketebalan pelat dinding rencana, termasuk penambahan korosi atau ketebalan berdasarkan test hidrostatis. Tetapi ketebalan dinding tidak boleh kurang dari yang disyaratkan pada Tabel 2.1 di bawah ini.

Panjang nominal tangki (m)

Tabel nominal pelat (mm)

<15 5

15– 36 6

36 – 60 8

>60 10 Tabel 2.1. Ketebalan Shell plates

Sumber : API Std 650

2.5.7. Pelat Dasar Tangki

Ada dua jenis pelat dasar tangki yaitu annular plate dan bottom plate. a. Annular Plate

Annular plate memiliki lebar radial minimal 24 inch (61 centimeter) dan proyeksi di bagian luar dinding minimal 2 inch (5 centimeter).

b. Bottom Plate

Sesuai dengan API Std 650, semua bottom plate memiliki ketebalan minimum yaitu ¼ inch (6,35mm) dengan lebar minimum 72 inch (183centimeter). Contoh gambar denah pelat dasar tangki dapat dilihat pada Gambar 2.15 di bawah ini

2.6. Tekanan Air pada Tangki 2.6.1. Tekanan Hidrostatik

Tekanan Hidrostatis adalah tekanan yang terjadi di bawah air. Tekanan ini terjadi karena adanya berat air yang membuat cairan tersebut mengeluarkan tekanan. Tekanan sebuah cairan bergantung pada kedalaman cairan di dalam sebuah ruang dan gravitasi juga menentukan tekanan air tersebut.

Hubungan ini dirumuskan sebagai berikut:

. .   .

P adalah tekanan hidrostatik (dalam Pascal);

ρ adalah kerapatan fluida (dalam kilogram per meter kubik);

g adalah percepatan gravitasi (dalam meter per detik kuadrat); h adalah tinggi kolom fluida (dalam meter);

γ = ρ.g

2.6.2. Tekanan Hidrodinamis

Tekanan hidrodinamis merupakan tekanan air yang timbul saat terjadinya getaran atau guncangan (dalam hal ini gempa) sehingga menimbulkan dua gaya yang disebut gaya impulsif dan gaya konvektif.

2.6.2.1. Gaya impulsif

Gaya impulsif adalah gaya yang disebakan oleh massa cairan dalam tangki yang bergerak bersamaan dengan gerakan tangki akibat gaya gempa. Gaya Impulsif dihasilkan oleh massa cairan yang dekat ke dasar tangki.

2.6.2.2. Gaya Konvektif

Gaya Konvektif adalah gaya yang disebakan oleh massa cairan dalam tangki yang meyebabkan guncangan air di dalam tangki akibat gaya gempa. Gaya Konvektif dihasilkan oleh massa cairan yang dekat dengan permukaan tangki.

BAB III

ANALISIS DAN DESAIN

3.1. Desain Geometri Tangki

Tangki dengan permukaan rata, dimana bentuk ini kurang menguntungkan dari segi mekanikal, biasanya hanya digunakan untuk tekanan hidrostatis yang kecil. Jumlah material yang diperlukan untuk tangki persegi panjang lebih banyak dibandingkan dengan tangki lingkaran dengan kapasitas yang sama. Bagaimanapun juga, kadang-kadang penggunaan tangki persegi panjang lebih disukai karena fabrikasi yang mudah dan pemanfaatan lokasi yang baik.

Tangki yang tidak berpengaku tidak melebihi kapasitas 1 m3, dan tangki

dengan pengaku dengan kapasitas 4 m3. Untuk tangki yang lebih besar,

penggunan tie-rod lebih disarankan untuk alasan keekonomisan. Dalam tugas akhir ini, tangki yang akan direncanakan memakai pengaku baja siku, karena kemudahan fabrikasi dibandingkan penggunaan tie-rod.

Jika semua ukuran sisi tangki sama, maka panjang dari setiap sisi, yaitu :

    √

Rasio yang lebih cocok : Sisi Memanjang : 1,5 B; Sisi Melebar : 0,667 B

3.2. Desain Tangki Persegi Panjang

Rumus yang digunakan dalam perencanaan ini mengacu kepada defleksi

Ratio, B/L or H/L 0,25 0,286 0,333 0,4 0,5 0,667

Constant, 0,024 0,031 0,041 0,056 0,08 0,116

Constant, α 0,00027 0,00046 0,00083 0,0016 0,0035 0,0083

Ratio, B/L or H/L 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0

Constant, 0,16 0,26 0,34 0,38 0,43 0,47 0,49

Constant, α 0,022 0,043 0,060 0,070 0,078 0,086 0,091

Tabel 3.1. Tabel Koefisien α and β Keterangan :

H = Tinggi tangki (m)

L = Panjang tangki (m)

B = Lebar tangki (m)

3.2.1. Tebal Minimum Pelat Dinding Tangki

Dengan mengacu pada tabel 3.1 dan nilai h/L; dapat diperoleh nilai .

, . . . , .

 

Tebal, twa dapat digunakan juga untuk pelat dasar jika seluruh

permukaannya dikakukan. Ketebalan, twa harus ditambahkan ketebalan untuk

ketahanan korosif.

Defleksi maksimum dari pelat :

. , . . .

3.2.2. Siku Pengaku Atas Tangki

, . .

, . , .

Momen Inersia Minmum yang dibutuhkan untu pengaku atas tangki :

.

. .

3.2.3. Ketebalan Pelat Dasar Tangki

Untuk ketebalan pelat dasar tangki, harus diperhitungkan jarak balok pengaku dan dapat memakai rumus sebagai berikut :

, . _{, . .}

 

3.3. Analisis Efek Gaya Gempa Terhadap Tangki

3.3.1. Perhitungan Berat & Massa Tangki

Berat dari dinding tangki (ww) = 2 x ((L+tw)+ (B+tw)) x tw x H x s

Berat dari dasar tangki (wb) = (L+2.tw) x (B+2.tw) x tb x s

Massa dari dasar tangki (wb) = wb x g

Volume air dalam tangki (Vwtr) = B x L x H

Berat air dalam tangki (wwtr) = Ww x g

Massa air dalam tangki (mwtr) = V x w

3.3.2. Massa dan Ketinggian Tekanan Hidrodinamis

Gaya hidrodinamis yang disebabkan oleh cairan dalam tangki harus diperhitungkan dalam analisis sebagai tambahan terhadap gaya hidrostatis. Gaya hidrodinamis dievaluasi dengan bantuan pemodelan massa tangki.

Ketika tangki yang berisi cairan mengalami getaran, cairan tersebut menyebabkan tekanan hidrodinamis impulsif dan konvektif pada dinding dan dasar tangki sebagai tambahan terhadap tekanan hidrostatis. Guna untuk mengikutsertakan efek tekanan hidrodinamis dalam analisis, tangki dapat diidealisasikan sebagai model massa, termasuk efek interaksi dinding tangki-cairan. Parameter dari model ini bergantung kepada geometri dari tangki dan fleksibilitasnya.

Ketika sebuah tangki yang berisi cairan dengan permukaan bebas diberikan gaya gempa horizontal, maka dinding tangki dan cairan akan mengalami percepatan horizontal. Cairan pada bagian bawah tangki berprilaku sebagaimana layaknya sebuah massa yang secara kaku terkoneksi pada dinding tangki. Massa ini disebut sebagai massa cairan impulsif yang mengalami

percepatan bersama dengan dinding tangki dan menyebabkan tekanan hidrodinamis pada dinding dan dasar tangki. Massa cairan pada bagian atas tangki menyebabkan guncangan air. Massa ini disebut sebagai massa cairan konvektif dan menyebabkan tekanan hidrodinamis konvektif pada dinding dan dasar tangki. Oleh karena itu, total massa cairan dibagi menjadi dua bagian, yaitu massa impulsif dan massa konvektif. Gambaran secara kasar dari tekanan hidrodinamis impulsif dan konvektif dapat dilihat pada Gambar 3.1.

Tangki yang dilertakkan di atas tanah dapat diidealisasikan sebgai model

massa seperti pada Gambar 3.2. Massa impulsif dari cairan,mi dikakukan pada

dinding tangki pada ketinggian hi (atau hi*). Demikian juga untuk massa

konvektif, mc dikakukan pada dinding tangki pada ketinggian hc (atau hc*) dengan

perletakan yang mempunyai kekakuan Kc. Model massa untuk tangki yang

diletakkan di atas tanah berdasarkan penemuan dari Housner(1963a).

Di dalam pemodelan massa dari tangki, hi adalah ketinggian dimana

resultan tekanan hidrodinamis impulsif bekerja pada dinding tangki dihitung dari

dasar dinding tangki. Sedangkan , hi* adalah ketinggian dimana resultan tekanan

hidrodinamis impulsif yang bekerja pada dinding dan dasar tangki dihitung dari dasar dinding tangki. Kedua keadaan ini ditujukkan Gambar3.1(a) dan 3.1(b).

Demikian juga untuk hc adalah ketinggian dimana resultan tekanan hidrodinamis

konvektif bekerja pada dinding tangki dihitung dari dasar dinding tangki.

Sedangkan , hc* adalah ketinggian dimana resultan tekanan hidrodinamis

konvektif yang bekerja pada dinding dan dasar tangki dihitung dari dasar dinding tangki. Kedua keadaan ini ditujukkan Gambar3.1(c) dan 3.1(d).

Gambar 3.1 - Distribusi Tekanan Hidrodinamis Pada Dinding & Dasar Tangki

Beberapa rumus yang dipakai untuk memperhitungkan massa dan ketinggian tekanan impulsif dan konvektif cairan, antara lain :

, .

, .

, . , .

,   untuk h/L 0,75

, , _⁄ untuk h/L > 0,75

, .

. , . untuk h/L 1,33

, untuk h/L > 1,33

, . ,

, . . , .

, . ,

, . . , .

, . ,

Gambar 3.4- Ketinggian Massa Konvektif dan Impulsif

3.3.3. Waktu Getar Tekanan Hidrodinamis

Untuk tangki persegi panjang yang terletak di atas tanah, dimana dinding tangki terhubung secara kaku pada dasar tangki, waktu getar untuk getaran

impulsif, Ti dalam detik, ditunjukkan dalam persamaan

dimana :

d = defleksi dari dinding tangki pada titik berat pada ketinggian h, ketika dibebani oleh tekanan terbagi merata dengan intensitas q

.

B.

. .

mw = massa dinding tangki dalam arah tegak lurus arah gaya gempa

     

.   / .   /

,     P. h

. E. I

Pendekatan untuk mendapatkan defleksi dapat dilakukan dengan cara seperti di atas, dapat memberikan hasil yang cukup akurat untuk tangki dengan dinding yang panjang (misalkan panjangnya dua kali tingginya). Untuk tangki dengan atap dan/atau tangki yang dindingnya tidak panjang, defleksi dinding dapat diperoleh dengan pendekatan yang sesuai.

Waktu getar untuk tekanan konfektif, dalam detik, dapat diperoleh dari :

Untuk nilai dari mc dan Kc dapat diperoleh dari Gambar 3.3 dan Gambar

3.4. Oleh karena itu, nilai Tc dapat dirumuskan juga dengan :

dimana :

Cc = Koefisien dari waktu getar untuk tekanan konvektif. Nilai dari Cc

dapat diperoleh dari Gambar 3.6

L = Panjang tangki yang sejajar terhadap arah gaya gempa

, . , .

Gambar 3.6 Koefisien Waktu Getar Konvektif (Cc)

3.3.4. Redaman

Redaman pada tekanan konfektif biasanya 0,5% untuk semua tipe tangki. Sedangkan untuk tekanan impulsif, redaman biasanya sebesar 5%.

Gambar 3.7 - Gambaran dari Panjang, L dan Lebar, B dari Tangki 3.3.5. Koefisien Gempa Horizontal Desain

Koefisien gempa horizontal desain, Ah dapat diperoleh dari persamaan :

. .

dimana :

Z = Faktor Zona I = Faktor Keutamaan

R = Faktor Reduksi Respons Spektrum

(Sa/g) = Koefisien Percepatan Respons Rata-rata

Faktor Keutamaan (I), dipakai untuk menjamin ketahanan terhadap gempa yang lebih baik untuk tangki yang penting dan kritis. Nilai ini bergantung kepada kegunaannya, akibat dari kegagalan, dan penggunaan tangki setelah gempa.

Tangki yang berisi cairan dapat tebagi menjadi 3 faktor keutamaan. Nilai tertinggi dari I=1,75 dipakai untuk tangki yang menyimpan material berbahaya. Oleh karena keluarnya cairan ini dapat membahayakan jiwa manusia, maka nilai tertinggi untuk I dipakai untuk tangki ini. Untuk tangki yang dipakai pada system distribusi air, nilai factor keutamaannya adalah 1,5; dimana nilai ini sama dengan

nilai I yang dipakai untuk rumah sakit, telekomunikasi, dan bangunan pemadam kebakaran. Untuk tangki yang lainnya dapat dipakai I =1,0.

Faktor Reduksi Respons Spektrum (R), menunjukkan rasio dari gaya gempa maksimum pada sebuah struktur selama gerakan tanah tertentu jika struktur dibutuhkan tetap elastis dibandingkan dengan gaya gempa rencana. Faktor Reduksi Respons Spektrum begantung kepada kekuatan lebih, ketahanan dan daktilitas struktur. Umunya, tangki yang berisi cairan memiliki kekuatan lebih, ketahanan, daktilitas yang lebih rendah dibandingkan dengan bangunan.

Untuk Tanah Keras,

    , untuk T < 0,4

    untuk T 0,4

Untuk Tanah Keras,

    , untuk T < 0,55

    , untuk T 0,55

Untuk Tanah Keras,

    , untuk T < 0,67

    , untuk T 0,67

Nilai di atas berlaku untuk redaman 5%. Untuk redaman sebesar 0,5%, nilai (Sa/g) harus dikalikan dengan 1,75.

3.3.6. Gaya Geser Dasar

Gaya geser dasar untuk tekanan impulsif dapat dirumuskan dengan :

       

Gaya geser dasar untuk tekanan konvektif dapat dirumuskan dengan : 

         

dimana : 

Ah i      Koefisien gaya gempa horizontal rencana impulsif 

Ah c      Koefisien gaya gempa horizontal rencana konvektif 

mi      Massa cairan impulsif 

mw      Massa dinding tangki 

mt      Massa atap tangki 

mc      Massa cairan konvektif 

g      percepatan gravitasi 

Total gaya geser dasar pada dasar dinding tangki,

   

3.3.7. Momen Dasar Tangki 3.3.7.1. Momen Lentur

Momen lentur untuk tekanan impulsif, pada dasar dinding tangki :

. . .

Momen lentur untuk tekanan konvektif, pada dasar dinding tangki :

dimana : 

hw      Ketinggian titik berat gravitasi massa dinding 

ht       Ketinggian titik berat gravitasi massa atap 

Total momen lentur pada dasar dinding tangki,

     

3.3.7.2. Momen Guling

Momen guling untuk tekanan impulsif, pada dasar tangki :

. .     .   . / .

Momen guling untuk tekanan konvektif, pada dasar tangki :

. . .

dimana : 

mb      Massa dari pelat dasar 

tb       Ketebalan dari pelat dasar 

Total momen guling pada dasar tangki,

   

3.3.8. Tekanan Hidrodinamis

Selama terjadi gerakan tanah horizontal, dinding tangki mengalami tekanan hidrodinamis lateral dan dasar tangki mengalami tekanan hidrodinamis dalam arah vertikal.

3.3.8.1. Tekanan Hidrodinamis Impulsif

Tekanan Hidrodinamis Impulsif pada dasar dinding (y = 0) :

    ,  /        ,  .  /   

    .  .    

Tekanan Hidrodinamis Impulsif pada dasar tangki (y = 0) :

   sinh  ,   /  /cosh , . /

    .  .    

3.3.8.2 Tekanan Hidrodinamis Konvektif

Tekanan Hidrodinamis Konvektif pada dasar dinding (y = 0) :

    , .   ,  .  /     /    ,  .  /   

    .  .    

Tekanan Hidrodinamis Konfektif pada dasar tangki (y = 0) :

  , x_L x_L . sech , . /

    .  .    

3.3.8.3. Tekanan Akibat Inersia Dinding

Tekanan akibat inersia dinding akan bekerja searah dengan arah gaya gempa. Untuk tangki baja, inersia dinding tidak terlalu signifikan. Sedangkan untuk tangki beton bertulang, inersia dinding perlu diperhitungkan.

Tekanan akibat inersia dinding, konstan sepanjang tinggi dinding tangki, harus ditambahkan pada tekanan hidrodinamis impulsif.

Gambar 3.10 - Distribusi Tekanan Hidrodinamis untuk Analisis Dinding

3.3.9. Distribusi Tekanan Linear Ekivalen

Gaya geser per panjang melingkar akibat massa cairan impulsif,qi

. .

Nilai dari tekanan linear pada bagain bawah dan atas tangki :

Gaya geser per panjang melingkar akibat massa cairan konvektif,qc

Nilai dari tekanan linear pada bagaina bawah dan atas tangki :

3.3.10. Efek dari Percepatan Tanah Vertikal

Akibat dari percepatan tanah vertikal, berat efektif dari cairan meningkat. Hal ini menyebabkan tekanan tambahan pada dinding tangki, yang distribusinya sama seperti distribusi pada tekanan hidrostatis.

Tv = 0,3 sec. (disarankan) Damping = 5%

. .

Pada dasar tangki ( y = 0 )

    .     .

3.3.11. Tinggi Guncangan Cairan

Tinggi maksimum guncangan air, dapat dirumuskan :

. . /

Tinggi jagaan (free board) yang harus disediakan pada sebuah tangki mngacu pada nilai maksimum dati ketinggian guncangan cairan. Hal ini penting bagi tangki yang berisi cairan beracun/berbahaya.

3.3.12 Kebutuhan Pengangkeran

Tangki persegi panjang yang terletak di atas tanah harus diangker pada pondasi, jika

 

Gambar 3.11 - Dekripsi Momen Guling Pada Tangki

Dengan mengganggap Mtot mewakili massa total dari sistem tangki berisi

cairan, L mewakili panjang tangki, dan (Ah)i.g mewakili percepatan respons dasar.

Denagn mengambil momen pada sudut bawah,

. . .   . .

 

Apabila h/L melewati nilai yang tertera di atas, tangki harus diangkerkan pada pondasinya.

BAB IV

APLIKASI PERHITUNGAN

4.1. Data Desain

Dalam desain ini, yang akan dibahas dengan persyaratan sebagai berikut :

1. Tangki baja persegi yang akan digunakan untuk menampung air;

2. Tangki yang akan direncanakan tidak memakai atap;

3. Tangki air yang akan dibuat dapat menampung air sebanyak 30 m3.

4.2. Desain Geometri Tangki

Volume Tangki = 30 m3

Tinggi Tangki yang direncanakan (H) = 3,0 m

Panjang Tangki yang direncanakan (L) = 4,0 m

Lebar Tangki yang direncanakan (B) = 2,5 m

4.3. Desain Ukuran Tebal Pelat Dasar dan Dinding Tangki

1. Pelat Dinding Tangki (Tank Shell Plate)

,

, ,

Ratio, B/L or H/L 0,25 0,286 0,333 0,4 0,5 0,667

Constant, 0,024 0,031 0,041 0,056 0,08 0,116

Constant, α 0,00027 0,00046 0,00083 0,0016 0,0035 0,0083

Ratio, B/L or H/L 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0

Constant, 0,16 0,26 0,34 0,38 0,43 0,47 0,49

Constant, α 0,022 0,043 0,060 0,070 0,078 0,086 0,091

Tabel 4.1. Tabel Koefisien α and β

Berdasarkan tabel 4.1 dengan nilai h/L = 0,5; diperoleh = 0,080

1.1. Tebal Pelat Dinding Dasar (Bottom Shell Course)

, . . . , .

, . , , . , . , .

,  

  ,   ,   ,        

1.2. Tebal Pelat Dinding Lapis Ke-2 (Second Shell Course)

, . . . , .

,  

  ,   ,   ,      

1.3.Tebal Pelat Dinding Lapis Ke-3 (Third Shell Course)

, . . . , .

, . , , . , . , .

.  

  .   ,   .      

2. Siku Pengaku Atas Tangki , . .

, . . , _{,   /}

, . , . , ,   /

, . , . , ,   /

. . .

, . ,

. . , . ,   ,  

3. Pelat Dasar Tangki (Bottom Plate)

Dengan menggangap bahwa pelat dasar diletakkan di atas 3 buah balok

penyangga, maka Lb = 4,0 / (3-1) = 2,0 m.

, . _{, . .}

, .

, . _{, . . ,} ,  

  ,   ,   ,        

4.4. Analisis Efek Gaya Gempa Terhadap Tangki

1. Perhitungan Berat Tangki

Berat dari dinding tangki = 2 x ((L+tw)+ (B+tw)) x tw x H x s

= 2 x (4,013+2,513) x 0,013 x 3,3 x 78,5

= 43,95 kN

Massa dari dinding tangki = ww x g

= 43,95 x 1000 / 9,81

= 4481 kg

Berat dari dasar tangki = (L+2.tw) x (B+2.tw) x tb x s

= 4,026 x 2,526 x 0,018 x 78,5

Massa dari dasar tangki = wb x g

= 14,37 x 1000 / 9,81

= 1465 kg

Volume air dalam tangki = B x L x H

= 4,0 x 2,5 x 3,0

= 30 m3

Berat air dalam tangki = Ww x g

= 30 x 9,81

= 294,30 kN

Massa air dalam tangki = V x w

= 30 x 1000

= 30000 kg

Untuk tangki persegi panjang, analisis gempa harus dilakukan untuk pembebanan arah-X dan arah-Y.

2. Analisis Gaya Gempa Terhadap Arah-X

Dalam analisis ini, ditunjukkan bahwa gaya gempa bekerja pada arah X. Dalam kasus ini, L = 4,0 m dan B = 2,5 m.

a. Parameter dari Pemodelan Massa

, .

, .

, . ,_,

, . ,_, ,

mi = 0,710 . 30000 = 21.287 kg

, . , . , . , .

, , ,

, ,

mc = 0,346 . 30000 = 10.377 kg

,   , . . , . , . ,_, . , . ,_, , , . , , . . , . , . ,_, , , .,_, . , . ,_, , , . , , . . , . , . ,_, , , . ,_,. , . ,_, , ,   ;  ,   ;  ,   ;  ,   .

b. Waktu Getar Cairan

mw = 3,3 x 0,013 x 2,5 x 78,5 x 1000 / 9,81 = 858 kg

. . . , . , ,   . B. . , , . , ,   /       ,     ,     ,   .   / .   / ,     ,     , , .   P. .E.I , . , . . . , . , .  

Waktu Getar untuk Gaya Impulsif

, .

, ,   .

, . , . _{, . , .} ,

,

,

Waktu Getar untuk Gaya Kompulsif

, ,

, ,   .

c. Koefisien Gaya Gempa Horizontal

Koefisien Gaya Gempa Horizontal untuk Gaya Impulsif : Z = 0,36

I = 1,5

R = 2,0 ( Tangki Baja Tanpa Angker ) Tipe Tanah Pendasar = Tanah Keras Damping = 5 %

Ti = 1,615 sec.

    _, ,  

. . , . ,

, . , ,

Koefisien Gaya Gempa Horizontal untuk Gaya Konvektif : Z = 0,36

I = 1,5

R = 2,0 ( Tangki Baja Tanpa Angker ) Tipe Tanah Pendasar = Tanah Keras

Damping = 0,5 % Tc = 2,277 sec.

(Sa/g)c = 1,75 x 1 / 2,277 = 0,769

. . , . ,

, . , ,

d. Gaya Geser Dasar

Gaya geser dasar impulsif pada dasar dinding tangki,

       

    ,   . , ,    

Gaya geser dasar konvektif pada dasar dinding tangki, 

         

    ,  . . , ,    

Total gaya geser dasar pada dasar dinding tangki,

      , , ,       %.  

Gaya geser dasar lateral adalah 7% dari total berat tangki.

e. Momen yang terjadi pada dasar dinding tangki

. . .

, . . , . , . ,

,  

. . .

, . . , . ,

Total momen lentur pada dasar dinding tangki,

      , , ,  

f. Momen Guling Tangki

. .     .   . / .

, . . , . , . , . ,

,  

. . .

, . . , . ,

,  

Total momen guling tangki,

      , , ,  

g. Tekanan Hidrodinamis

a. Tekanan Hidrodinamis Impulsif

Tekanan Hidrodinamis Impulsif pada dasar dinding (y = 0) :

    ,  /        ,  .  /   

    ,  /        ,  .  /   

  ,  

    .  .    

    , . ,  . . , .  

  ,   /

Tekanan Hidrodinamis Impulsif pada dasar tangki (y = 0) :

   sinh  ,   /  /cosh , . /

   sinh  , . /  /cosh , . /

    .  .    

    , . ,  . . , .  

  ,   /

b. Tekanan Hidrodinamis Konvektif

Tekanan Hidrodinamis Konvektif pada dasar dinding (y = 0) :

    , .   ,  .  /     /    ,  .  /   

  , .   ,  .  /     /    ,  .  /   

  ,  

    .  .    

    , . ,  . . , .  

  ,   /

Tekanan Hidrodinamis Konvektif pada bagian atas dinding (y = h):

    , .   ,  .  /     /    ,  .  / 

  , .   ,  .  /     /    ,  .  / 

  ,  

    .  .    

    , . ,  . . , .  

  ,   /

Tekanan Hidrodinamis Konvektif pada dasar tangki (y = 0) :

  , _Lx x_L . sech , . /

  , . sech , . /

  ,  

    , . ,  . . , .  

  ,   /

h. Tekanan Akibat Inersia Dinding 

     . .  

    , . , . ,

  ,   /

i.

Tekanan Akibat Gaya Gempa Vertikal

 

Z = 0,36 I = 1,5 R = 2,0

Tv = 0,3 sec. (disarankan) Damping = 5%

Sa/g = 2,5

. . , . ,_{, . ,} ,

Pada dasar tangki ( y = 0 )

    .     . /

    , . . , . . /

    ,   /

j. Tekanan Hidrodinamis Maksimum

Pada dasar dinding tangki

, , , ,

Tekanan hidrodinamis adalah sekitar 23% of tekanan hidrostatis (ρg h = 29,43 kN/m

2 )

k. Distribusi Tekanan Linear Ekivalen

Gaya geser per panjang melingkar akibat massa cairan impulsif,qi

. . , . . ,

. , ,   /

Nilai dari tekanan linear pada bagain bawah dan atas tangki :

,

. . , ,   /

,

. , . ,   /

Gaya geser per panjang melingkar akibat massa cairan konvektif,qc

. . , . . ,

. , ,   /

Nilai dari tekanan linear pada bagian bawah dan atas tangki :

, _{. . , ,   /}

, _{. , . ,   /}

l. Tinggi Guncangan Air

. . /

, . , . , /   ,  

m. Kebutuhan Pengangkeran

,  ;  _, ,

3. Analisis Terhadap Gaya Gempa Arah Y

Dalam analisis ini, ditunjukkan bahwa gaya gempa bekerja pada arah Y. Dalam kasus ini, L = 2,5 m dan B = 4,0 m.

a. Parameter dari Pemodelan Massa

Untuk H / L = 3,0/2,5 = 1,2

, .

, .

, . ,_,

, . ,_, ,

mi = 0,856 . 30000 = 25.688 kg

, . , . , . , .

, , ,

, ,

mc = 0,220 . 30000 = 6.593 kg

, , . , , . , , , , . . , . , . ,_, . , . ,_, , , . , , . . , . , . ,_, , , .,_, . , . ,_, , , . , , . . , . , . ,_, , , . ,_,. , . ,_, , ,   ;  ,   ;  ,   ;  ,   .

b. Waktu Getar Cairan

mw = 3,3 x 0,013 x 4,0 x 78,5 x 1000 / 9,81 = 1373 kg

. . . , . , ,   . B. . , , . , ,   /

      ,     ,     ,  

.   / .   /

,     ,     , , .  

P.

.E.I

, . ,

. . . , . , .  

, .

, ,   .

, . , . _{, . , .} ,

,

,

, ,

, ,   .

c. Koefisien Gaya Gempa Horizontal

Koefisien Gaya Gempa Horizontal untuk Gaya Impulsif : Z = 0,36

I = 1,5

R = 2,0 ( Tangki Baja Tanpa Angker ) Tipe Tanah Pendasar = Tanah Keras Damping = 5 %

Ti = 0,225 sec.

    _, ,  

. . , . ,

Koefisien Gaya Gempa Horizontal untuk Gaya Konvektif : Z = 0,36

I = 1,5

R = 2,0 ( Tangki Baja Tanpa Angker ) Tipe Tanah Pendasar = Tanah Keras Damping = 0,5 %

Tc = 1,785 sec.

(Sa/g)c = 1,75 x 1 / 1,785 = 0,980

. . , . ,

, . , ,

d. Gaya Geser Dasar

Gaya geser dasar impulsif pada dasar dinding tangki,

       

    ,   . , ,  

Gaya geser dasar konvektif pada dasar dinding tangki, 

         

    ,  . . , ,  

Total gaya geser dasar pada dasar dinding tangki,

      , , ,     ,  % .

Gaya geser dasar lateral adalah 7,47% dari total berat tangki.

e. Momen yang terjadi pada dasar dinding tangki

. . .

, . . , . , . ,

. . .

, . . , . ,

,  

Total momen lentur pada dasar dinding tangki,

      , , ,  

f. Momen Guling Tangki

. .     .   . / .

, . . , , . , . , . ,

,  

. . .

, . . , . ,

,  

Total momen guling pada dasar dinding tangki,

      , , ,  

g. Tekanan Hidrodinamis

a. Tekanan Hidrodinamis Impulsif

Tekanan Hidrodinamis Impulsif pada dasar dinding (y = 0) :

    ,  /        ,  .  /   

    ,  /        ,  . ,  /   

  ,  

    .  .    

    , . ,  . . , .  

Tekanan Hidrodinamis Impulsif pada dasar tangki (y = 0) :

   sinh  ,   /  /cosh , . /

,    sinh  , . , /  , /cosh , . , /

,   ,  

    .  .    

,     , . ,  . . , .  

,   ,   /

b. Tekanan Hidrodinamis Konfektif

Tekanan Hidrodinamis Konfektif pada dasar dinding (y = 0) :

    , .   ,  .  /     /    ,  .  /   

  , .   ,  .  /  ,    /    ,  .  /  ,  

  ,  

    .  .    

    , . ,  . . , . ,  

  ,   /

Tekanan Hidrodinamis Konfektif pada bagian atas dinding (y = h):

    , .   ,  .  /     /    ,  .  /   

  , .   ,  .  /  ,    /    ,  .  /  ,  

  ,  

    .  .    

    , . ,  . . , . ,  

Tekanan Hidrodinamis Konfektif pada dasar tangki (y = 0)

:   , _{L L} . sech , . /

,   , ,_, ,_, . sech , . / ,

,   ,  

    .  .    

    , . ,  . . , . ,  

  ,   /

h. Tekanan Akibat Inersia Dinding 

     . .  

    , . , . ,  

  ,   /

i.

Tekanan Akibat Gaya Gempa Vertikal

 

Z = 0,36 I = 1,5 R = 2,0

Tv = 0,3 sec. (disarankan) Damping = 5%

Sa/g = 2,5

. . , . ,_{, . ,} ,

Pada dasar tangki ( y = 0 )

    .     . /

    , . . , . . /

j. Tekanan Hidrodinamis Maksimum Pada dasar dinding tangki

, , , ,

,   /

Tekanan hidrodinamis adalah sekitar 23% of tekanan hidrostatis (ρg h = 29,43 kN/m

2₎

k. Distribusi Tekanan Linear Ekivalen

Gaya geser per panjang melingkar akibat massa cairan impulsif,qi

. . , . . ,

. , ,   /

Nilai dari tekanan linear pada bagain bawah dan atas tangki :

,

. . , ,   /

,

. , . ,   /

Gaya geser per panjang melingkar akibat massa cairan konfektif,qc

. . , . . ,

. , ,   /

Nilai dari tekanan linear pada bagaina bawah dan atas tangki :

,

. . , ,   /

,

. , . ,   /

l. Tinggi Guncangan Air

. . /

m. Kebutuhan Pengangkeran

, ,  ;  , ,

Oleh karena, H/L < , maka tidak diperlukan pengangkeran.

4. Resultan Gaya & Momen Tangki

a. Gaya Geser Dasar

   

    , ,  

     ,    

b. Momen Lentur yang terjadi pada Dasar DindingTangki

   

    , ,  

  ,     

c. Momen Guling Tangki

   

    , ,  

  ,     

d. Tekanan Hidrodinamis Maksimum

   

    , ,  

Koefisien & Tekanan Impulsif Pada Dinding Tangki (Gempa Arah-X)

y Qiw piw y Qiw piw

0 0.7095 1.7540 2.1 0.3618 0.8945

0.1 0.7087 1.7520 2.2 0.3280 0.8107

0.2 0.7064 1.7462 2.3 0.2925 0.7230

0.3 0.7024 1.7365 2.4 0.2554 0.6314

0.4 0.6969 1.7228 2.5 0.2168 0.5359

0.5 0.6898 1.7053 2.6 0.1766 0.4365

0.6 0.6811 1.6838 2.7 0.1348 0.3333

0.7 0.6709 1.6585 2.8 0.0914 0.2261

0.8 0.6591 1.6293 2.9 0.0465 0.1150

0.9 0.6457 1.5961 3 0.0000 0.0000

1 0.6307 1.5591 1.1 0.6141 1.5182

1.2 0.5960 1.4734 Tekanan Impulsif Ekivalen

1.3 0.5763 1.4246 y piw

1.4 0.5550 1.3720 0.00 2.04

1.5 0.5321 1.3155 3.00 0.29

1.6 0.5077 1.2551 1.7 0.4817 1.1908 1.8 0.4541 1.1226 1.9 0.4249 1.0504 2 0.3942 0.9744

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00

K e ti n g g ia n   (m )

Tekanan Impulsif (kN/m2₎

Grafik

 

Tekanan

 

Impulsif

  

Pada

 

Dinding

 

Tangki

Koefisien & Tekanan Impulsif Pada Dasar Tangki (Gempa Arah-X)

x Qib pib X Qib pib

-2.0 -0.5610 -1.3868 0.1 0.0248 0.0614

-1.9 -0.5268 -1.3022 0.2 0.0497 0.1229

-1.8 -0.4935 -1.2201 0.3 0.0747 0.1846

-1.7 -0.4612 -1.1402 0.4 0.0998 0.2467

-1.6 -0.4298 -1.0625 0.5 0.1251 0.3093

-1.5 -0.3991 -0.9867 0.6 0.1506 0.3724

-1.4 -0.3693 -0.9129 0.7 0.1765 0.4362

-1.3 -0.3401 -0.8407 0.8 0.2026 0.5009

-1.2 -0.3115 -0.7701 0.9 0.2291 0.5665

-1.1 -0.2835 -0.7009 1.0 0.2561 0.6331

-1.0 -0.2561 -0.6331 1.1 0.2835 0.7009

-0.9 -0.2291 -0.5665 1.2 0.3115 0.7701

-0.8 -0.2026 -0.5009 1.3 0.3401 0.8407

-0.7 -0.1765 -0.4362 1.4 0.3693 0.9129

-0.6 -0.1506 -0.3724 1.5 0.3991 0.9867

-0.5 -0.1251 -0.3093 1.6 0.4298 1.0625

-0.4 -0.0998 -0.2467 1.7 0.4612 1.1402

-0.3 -0.0747 -0.1846 1.8 0.4935 1.2201

-0.2 -0.0497 -0.1229 1.9 0.5268 1.3022

-0.1 -0.0248 -0.0614 2.0 0.5610 1.3868

0.0 0.0000 0.0000

‐2.0000 ‐1.5000 ‐1.0000 ‐0.5000 0.0000 0.5000 1.0000 1.5000 2.0000

‐2.0 ‐1.5 ‐1.0 ‐0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

T e ka n a n   Im p u ls if   (k N /m 2) Jarak Horizontal (m)

Grafik

 

Tekanan

 

Impulsif

  

Pada

 

Dasar

 

Tangki

 

Koefisien & Tekanan Konvektif Pada Dinding Tangki (Gempa Arah-X)

y Qcw pcw y Qcw pcw

0 0.0771 0.3146 2.1 0.2100 0.8571

0.1 0.0773 0.3155 2.2 0.2262 0.9229

0.2 0.0780 0.3185 2.3 0.2437 0.9945

0.3 0.0793 0.3235 2.4 0.2627 1.0722

0.4 0.0810 0.3304 2.5 0.2834 1.1567

0.5 0.0832 0.3395 2.6 0.3059 1.2484

0.6 0.0859 0.3506 2.7 0.3303 1.3479

0.7 0.0892 0.3640 2.8 0.3567 1.4558

0.8 0.0930 0.3796 2.9 0.3854 1.5729

0.9 0.0974 0.3976 3 0.4165 1.6997

1 0.1024 0.4181

1.1 0.1081 0.4412 Tekanan Konvektif Ekivalen

1.2 0.1144 0.4670 y piw

1.3 0.1215 0.4958 0.00 0.070

1.4 0.1293 0.5277 3.00 1.339

1.5 0.1379 0.5629

1.6 0.1474 0.6016

1.7 0.1578 0.6440

1.8 0.1692 0.6905

1.9 0.1816 0.7413

2 0.1952 0.7967

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00

K e ti n g g ia n   (m )

Tekanan Konvektif (kN/m2₎

Grafik

 

Tekanan

 

Konvektif

  

Pada

 

Dinding

 

Tangki

Koefisien & Tekanan Konvektif Pada Dasar Tangki (Gempa Arah-X)

x Qcb pcb x Qcb pcb

-2.0 -0.0771 -0.3147 0.1 0.0058 0.0236

-1.9 -0.0768 -0.3135 0.2 0.0115 0.0470

-1.8 -0.0760 -0.3101 0.3 0.0172 0.0703

-1.7 -0.0746 -0.3046 0.4 0.0228 0.0931

-1.6 -0.0728 -0.2971 0.5 0.0283 0.1156

-1.5 -0.0705 -0.2876 0.6 0.0337 0.1374

-1.4 -0.0677 -0.2765 0.7 0.0388 0.1585

-1.3 -0.0646 -0.2636 0.8 0.0438 0.1787

-1.2 -0.0611 -0.2492 0.9 0.0485 0.1981

-1.1 -0.0572 -0.2334 1.0 0.0530 0.2164

-1.0 -0.0530 -0.2164 1.1 0.0572 0.2334

-0.9 -0.0485 -0.1981 1.2 0.0611 0.2492

-0.8 -0.0438 -0.1787 1.3 0.0646 0.2636

-0.7 -0.0388 -0.1585 1.4 0.0677 0.2765

-0.6 -0.0337 -0.1374 1.5 0.0705 0.2876

-0.5 -0.0283 -0.1156 1.6 0.0728 0.2971

-0.4 -0.0228 -0.0931 1.7 0.0746 0.3046

-0.3 -0.0172 -0.0703 1.8 0.0760 0.3101

-0.2 -0.0115 -0.0470 1.9 0.0768 0.3135

-0.1 -0.0058 -0.0236 2.0 0.0771 0.3147

0.0 0.0000 0.0000

‐0.4000 ‐0.3000 ‐0.2000 ‐0.1000 0.0000 0.1000 0.2000 0.3000 0.4000

‐2.0 ‐1.5 ‐1.0 ‐0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

T e ka n a n   K o n v e kt if   (kN /m 2) Jarak Horizontal (m)

Grafik

 

Tekanan

 

Konvektif

  

Pada

 

Dasar

 

Tangki

Koefisien & Tekanan Impulsif Pada Dinding Tangki (Gempa Arah-Y)

y Qiw piw y Qiw piw

0 0.5351 1.2599 2.1 0.2729 0.6426

0.1 0.5345 1.2585 2.2 0.2474 0.5824

0.2 0.5328 1.2543 2.3 0.2206 0.5194

0.3 0.5298 1.2473 2.4 0.1926 0.4536

0.4 0.5256 1.2375 2.5 0.1635 0.3850

0.5 0.5203 1.2249 2.6 0.1332 0.3136

0.6 0.5137 1.2095 2.7 0.1017 0.2394

0.7 0.5060 1.1913 2.8 0.0690 0.1624

0.8 0.4971 1.1703 2.9 0.0351 0.0826

0.9 0.4870 1.1465 3 0.0000 0.0000

1 0.4757 1.1199

1.1 0.4632 1.0905

1.2 0.4495 1.0583 Tekanan Impulsif Ekivalen

1.3 0.4346 1.0233 y piw

1.4 0.4186 0.9855 0.00 1.239

1.5 0.4014 0.9449 3.00 0.448

1.6 0.3829 0.9015

1.7 0.3633 0.8553

1.8 0.3425 0.8064

1.9 0.3205 0.7546

2 0.2973 0.7000

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50

K e ti n g g ia n   (m )

Tekanan Impulsif (kN/m2₎

Grafik

 

Tekanan

 

Impulsif

  

Pada

 

Dinding

 

Tangki

69   

Koefisien & Tekanan Impulsif Pada Dasar Tangki (Gempa Arah-Y)

x Qib pib x Qib pib

-1.25 -0.7692 -1.8111 0.1 0.0545 0.1283 -1.2 -0.7316 -1.7224 0.2 0.1093 0.2573 -1.1 -0.6589 -1.5512 0.3 0.1646 0.3875 -1.0 -0.5893 -1.3875 0.4 0.2207 0.5196 -0.9 -0.5226 -1.2304 0.5 0.2778 0.6541 -0.8 -0.4584 -1.0793 0.6 0.3363 0.7918 -0.7 -0.3964 -0.9333 0.7 0.3964 0.9333 -0.6 -0.3363 -0.7918 0.8 0.4584 1.0793 -0.5 -0.2778 -0.6541 0.9 0.5226 1.2304 -0.4 -0.2207 -0.5196 1.0 0.5893 1.3875 -0.3 -0.1646 -0.3875 1.1 0.6589 1.5512 -0.2 -0.1093 -0.2573 1.2 0.7316 1.7224 -0.1 -0.0545 -0.1283 1.25 0.7692 1.8111

0.0 0.0000 0.0000

‐2.0000 ‐1.5000 ‐1.0000 ‐0.5000 0.0000 0.5000 1.0000 1.5000 2.0000

‐2.0 ‐1.5 ‐1.0 ‐0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

T e ka n a n   Im p u ls if   (kN /m 2)

Jarak Horizontal (m)

Grafik

 

Tekanan

 

Impulsif

  

Pada

 

Dasar

 

Tangki

 

70   

Koefisien & Tekanan Konvektif Pada Dinding Tangki (Gempa Arah-Y)

y Qcw pcw y Qcw pcw

0 0.0187 0.0606 2.1 0.1340 0.4339 0.1 0.0189 0.0611 2.2 0.1519 0.4918 0.2 0.0193 0.0626 2.3 0.1723 0.5576 0.3 0.0201 0.0651 2.4 0.1954 0.6324 0.4 0.0212 0.0686 2.5 0.2216 0.7173 0.5 0.0226 0.0732 2.6 0.2514 0.8137 0.6 0.0244 0.0789 2.7 0.2852 0.9231 0.7 0.0266 0.0860 2.8 0.3235 1.0473 0.8 0.0292 0.0944 2.9 0.3671 1.1883 0.9 0.0322 0.1043 3 0.4165 1.3483

1 0.0358 0.1160

1.1 0.0400 0.1294 Tekanan Konvektif Ekivalen

1.2 0.0448 0.1450 y piw

1.3 0.0503 0.1628 0.00 -0.174 1.4 0.0566 0.1833 3.00 0.887 1.5 0.0638 0.2067

1.6 0.0721 0.2334 1.7 0.0815 0.2638 1.8 0.0922 0.2985 1.9 0.1044 0.3380 2 0.1183 0.3829

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50

K e ti n g g ia n   (m )

Tekanan Konvektif (kN/m2₎

Grafik

 

Tekanan

 

Konvektif

  

Pada

 

Dinding

 

Tangki

71   

Koefisien & Tekanan Konvektif Pada Dasar Tangki (Gempa Arah-Y)

x Qcb pcb x Qcb pcb

-1.25 -0.0187 -0.0607 0.1 0.0022 0.0057 -1.2 -0.0187 -0.0477 0.2 0.0045 0.0114 -1.1 -0.0183 -0.0468 0.3 0.0066 0.0169 -1.0 -0.0177 -0.0451 0.4 0.0087 0.0222 -0.9 -0.0167 -0.0427 0.5 0.0106 0.0271 -0.8 -0.0155 -0.0396 0.6 0.0125 0.0318 -0.7 -0.0141 -0.0359 0.7 0.0141 0.0359 -0.6 -0.0125 -0.0318 0.8 0.0155 0.0396 -0.5 -0.0106 -0.0271 0.9 0.0167 0.0427 -0.4 -0.0087 -0.0222 1.0 0.0177 0.0451 -0.3 -0.0066 -0.0169 1.1 0.0183 0.0468 -0.2 -0.0045 -0.0114 1.2 0.0187 0.0477 -0.1 -0.0022 -0.0057 1.25 0.0187 0.0478

0.0 0.0000 0.0000

‐0.4000 ‐0.3000 ‐0.2000 ‐0.1000 0.0000 0.1000 0.2000 0.3000 0.4000

‐2.0 ‐1.5 ‐1.0 ‐0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

T e ka n a n   K o n v e kt if   (kN /m 2)

Jarak Horizontal (m)

Grafik

 

Tekanan

 

Konvektif

  

Pada

 

Dasar

 

Tangki

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Kesimpulan yang diperoleh dari penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut :

1. Tangki yang direncanakan adalah tangki persegi panjang dengan ukuran 4,0 x 2,5 x 3,0 m ( V = 30 m3) diperoleh ketebalan bottom plate 18 mm, ketebalan pelat dinding dasar 13 mm, pelat dinding lapis kedua 12 mm dan pelat dinding lapis ketiga 10 mm, dengan memperhitungkan tambahan ketebalan korosif 3 mm.

2. Tangki menggunakan siku pengaku atas dengan ukuran 150 x 150 x 19 mm. 3. Massa cairan impulsif yaitu sebesar 71% dari massa cairan total, sedangkan

massa cairan konvektif sebesar 34,6%.

4. Ketinggian guncangan air maksimum yang mungkin terjadi adalah 41,5 cm 5. Tangki persegi panjang tidak ekonomis untuk digunakan menampung cairan

dengan volume besar karena membutuhkan ketebalan pelat yang besar.

5.2. Saran

Adapun saran yang dapat penulis berikan kepada pembaca adalah:

1. Jika ingin menggunakan tangki persegi panjang dengan ukuran besar, harus menggunakan sejumlah tie-rod sebagai pengaku.

2. Untuk selanjutnya dapat dibandingkan keekonomisan penggunaan tangki persegi panjang dan tangki lingkaran dengan daya tampung yang sama.

DAFTAR PUSTAKA

Di Carlucio, Antoni. (2007), Structural Characterisation and Seismic Evaluation of Steel

Equipments in Industrial Plants.University of Naples “Federico II”.

F.Megysey, Eugene (1997). Pressure Vessel Handbook. 10th Edition. Pressure Vessel Publishing, Inc.

Housner, George W. (1963). The Dynamic Behavior of Water Tanks, Bulletin of the Seismological Society of America, vol53 no.2, pp381-387.

IITK-GSDMA GUIDELINES for Seismic Design of Liquid Storage Tanks (2007). Indian

Institute of Technology Kanpur

Kwan, SiewYeng. (2009). Design, Construction and Operation of the Floating Roof Tank in

Turkmenistan, Eng4111/4112 Research Project, Faculty of Engineering and

Surveying, University of Southern Queensland.

Njo, Helen. (2010). AnalisaTangki Baja CPO dan dibandingkan dengan Analitis, Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara.

Swamy, A. R. (2007). Steel Tanks: Seismic Design of Ground Supported Liquid Storage.

STRUCTURE magazine, (online), March 2007,

(http://www.structuremag.org/article.aspx?articleID=446, diakses 4 Mei 2011 ).