Analisis Struktur Bendung Dengan Metode Elemen Hingga.

(1)

ANALISIS STRUKTUR BENDUNG DENGAN METODE

ELEMEN HINGGA

Moch. Fadly Bargess NRP: 0321080

Pembimbing Utama : Cindrawaty Lesmana, ST., M.Sc. (Eng). Pembimbing Pendamping : Robby Yussac Tallar, ST., MT.

FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK SIPIL UNIVERSITAS KRISTEN MARANATHA

BANDUNG

ABSTRAK

Struktur bendung merupakan kebutuhan penting dalam bidang perairan. Masalah hancurnya struktur bendung dapat diakibatkan karena sudah tidak kuatnya struktur tersebut untuk menahan beban horisontal maupun beban vertikal di sekitar bendung. Metode elemen hingga telah digunakan dengan sangat berhasil dalam memecahkan persoalan – persoalan yang luas jangkauannya dalam hampir semua bidang keinsinyuran dan fisika matematis.

Penerapan metode elemen hingga diterapkan untuk menghitung gaya reaksi dasar dan peninjauan tegangan untuk struktur bendung. Studi kasus diambil dari bendung Cilemer, Jawa Barat. Struktur dianalisis dengan bantuan software

SAP 2000. Analisis dibuat dengan pemodelan dua dimensi (shell) dan tiga dimensi (solid), dengan model perletakan pegas (springs). Struktur bendung ditinjau terhadap berat sendiri bendung, tekanan lumpur, tekanan air normal dan tekanan banjir.

Perbandingan struktur antara model dua dimensi dan tiga dimensi, menghasilkan nilai lendutan arah 1 dan arah 3 pada pemodelan dua dimensi lebih besar dibandingkan dengan pemodelan tiga dimensi. Pada struktur bendung dilakukan perbandingan hasil perhitungan gaya reaksi dasar antara manual dengan hasil perhitungan software. Hasil perbandingan perhitungan tersebut didapat perhitungan software model dua dimensi mendekati hasil perhitungan manual, tetapi untuk ketelitian hasil perhitungan software model tiga dimensi harus dipertimbangkan.

(2)

DAFTAR ISI

Halaman

SURAT KETERANGAN TUGAS AKHIR ... i

SURAT KETERANGAN SELESAI TUGAS AKHIR ... ii

ABSTRAK ... iii

PRAKATA ... iv

DAFTAR ISI ... vi

DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN ... viii

DAFTAR GAMBAR ... x

DAFTAR TABEL ... xiii

DAFTAR LAMPIRAN ... xiv

BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah ... 1

1.2 Tujuan Penelitian ... 2

1.3 Ruang Lingkup Pembahasan ... 3

1.4 Sistematika Pembahasan ... 3

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Metode Elemen Hingga ... 5

2.1.1 Konsep Dasar Metode Elemen Hingga ... 6

2.1.2 Langkah-langkah dalam Metode Elemen Hingga ... 6

2.2 Program pada Metode Elemen Hingga ... 11

2.2.1 Shell ... 11

(3)

vii

2.2.3 Tegangan Tiga Dimensi ... 14

2.3 Perencanaan Struktur Bendung ... 15

2.3.1 Berat Sendiri Bendung ... 16

2.3.2 Tekanan Lumpur ... 16

2.3.3 Tekanan Air ... 16

2.3.4 Reaksi Perletakan ... 17

BAB 3 ANALISIS STRUKTUR BENDUNG 3.1 Data Struktur Bendung ... 19

3.2 Pemodelan Struktur 2D ... 22

3.3 Pemodelan Struktur 3D ... 32

BAB 4 PEMBAHASAN HASIL ANALISIS 4.1 Pengaruh Tumpuan pada Struktur Bendung ... 39

4.2 Pengaruh Pembebanan terhadap Model Struktur Bendung ... 43

4.2.1 Model 2D Struktur Bendung ... 43

4.2.2 Model 3D Struktur Bendung ... 46

4.3 Korelasi antara Perhitungan Manual dengan Model Software .. 52

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 56

5.2 Saran ... 58

DAFTAR PUSTAKA ... 59

(4)

viii

DAFTAR NOTASI DAN SINGKATAN

 = tegangan dalam arah vertikal

E = modulus elastisitas

W = tekanan lumpur, ton

 = berat jenis lumpur, kN/m3  = sudut gesekan dalam, derajat

W = tekanan air normal, ton  = berat jenis air, kN/m3

W = tekanan banjir, ton K = konstanta pegas, kg/cm2

d = tebal dinding, cm

E = modulus elastisitas tanah, kg/cm2

E = modulus elastisitas beton, kg/cm2

I = momen inersia, cm4  = Poison ratio

h = tinggi muka air ke tanah, m

H = tinggi muka air ke tanah untuk keadaan banjir, m H = gaya horisontal, ton

V = gaya vertikal, ton

MR = moment resistance MOR = moment guling

(5)

ix S.F = faktor keamanan

a = jarak terhadap titik yang ditinjau, m e = eksentrisitas, m

(6)

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 2.1 Hasil pendekatan dari: (a) Assemblage;

(b) Elemen yang berdampingan;

Gambar 2.2 Pertemuan titik nodal dan bidang permukaan... 12

Gambar 2.3 Solid elemen, pertemuan join dan bidang permukaan pada SAP2000 ... 13

Gambar 2.4 Tegangan tiga dimensi berdasarkan sumbu lokal pada SAP2000 ... 14

Gambar 2.5 Komponen – komponen normal dan geser dari tegangan ... 14

Gambar 3.1 Tekanan lumpur ... 20

Gambar 3.2 Tekanan air normal ... 21

Gambar 3.3 Tekanan banjir ... 22

Gambar 3.4 Tampilan program SAP2000 ... 22

Gambar 3.5 New Model ... 23

Gambar 3.6 Quick Grid Lines ... 23

Gambar 3.7 Coordiate/Grid System ... 24

Gambar 3.8 Edit Grid Data ... 24

Gambar 3.9 Penentuan bahan ... 25

(7)

Gambar 3.11 Area Section Data ... 26

Gambar 3.12 Shell section data ... 26

Gambar 3.13 Define Load ... 27

Gambar 3.14 Model ... 27

Gambar 3.15 Devide Selected Areas ... 28

Gambar 3.16 Joint springs ... 28

Gambar 3.17 Joint Forces Siltation ... 30

Gambar 3.18 Joint Forces Normal Water ... 30

Gambar 3.19 Joint Forces Flood ... 30

Gambar 3.20 Pemilihan jenis analisis ... 31

Gambar 3.21 Analysis Complete ... 31

Gambar 3.22 Extrude Areas to Solid ... 32

Gambar 3.23 Pemodelan hasil Extrude areas to solids ... 32

Gambar 3.24 Define Pattern Names ... 33

Gambar 3.25 Pattern Data akibat Siltation ... 33

Gambar 3.26 Pattern Data akibat Flood ... 34

Gambar 3.27 Solid Surface Pressure Load Siltation ... 34

Gambar 3.28 Solid Surface Pressure Load Normal Water ... 35

Gambar 3.29 Solid Surface Pressure Load Flood ... 35

Gambar 3.30 Assign Springs To Solid Obejct Face ... 36

Gambar 3.31 Analysis Cases to Run ... 36

Gambar 3.32 Analysis Complete ... 37

Gambar 4.1 Pemodelan 2D tanpa pegas ... 39

(8)

xii

Gambar 4.3 Pemodelan 3D tanpa pegas ... 41

Gambar 4.4 Pemodelan 3D dengan pegas ... 42

Gambar 4.5 Model 2D akibat beban mati... 43

Gambar 4.6 Model 2D akibat tekanan lumpur ... 44

Gambar 4.7 Model 2D akibat tekanan air normal ... 45

Gambar 4.8 Model 2D akibat tekanan banjir ... 45

Gambar 4.9 Model 2D akibat kombinasi tekanan ... 46

Gambar 4.10 Model 3D akibat beban mati ... 47

Gambar 4.11 Model 3D akibat tekanan lumpur ... 48

Gambar 4.12 Model 3D akibat tekanan air normal ... 49

Gambar 4.13 Model 3D akibat tekanan banjir ... 50

Gambar 4.14 Model 3D akibat kombinasi tekanan ... 51

(9)

xiii

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 4.1 Perhitungan beban mati... 52 Tabel 4.2 Perbandingan hasil manual dengan hasil software

2D... 54 Tabel 4.3 Perbandingan hasil manual dengan hasil software

3D... 54 Tabel 4.4 Perbandingan hasil software 2D dengan hasil software

(10)

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman Lampiran 1 Pengontrolan Stabilitas Bendung ... 59 Lampiran 2 Data Penyelidikan Tanah (Nspt) ... 61 Lampiran 3 Peta Lokasi Bendung ... 62

(11)

Universitas Kristen Maranatha

LAMPIRAN

Lampiran 1 Pengontrolan Stabilitas Bendung

Pengontrolan stabilitas bendung terhadap banjir (flood): H = 43,680 + 5,295 = 48,975 ton

V = 250,856 ton

MR = 2851,977 ton.m

MOT = 26,475 + 281,590 = 308,065 ton.m

1. Overtuning

S.F = 9,258

065 , 308 977 , 2851 _  MOT MR >1,5

a = 10,141

856 , 250 065 , 308 977 ,

2851  _





V M

e = 10,141 0,566 2

15 , 19



 m < 3,192

6 15 , 19 _ m 2. Sliding

S.F = 3,329

975 , 48 856 , 250 65 ,

0  _

  H V f > 1,5

3. Bearing Capacity

a = 10,141 m e = 0,566 m

MV = 250,856 x 0,566 = 141,984 ton.m MH = 26,475 + 281,59 = 308,065 ton.m

 = W M A V 

(12)

Universitas Kristen Maranatha





15 , 19 1 6 1

984 , 141 15

, 19 1

856 , 250

   

Maksimum

 = 15,422 ton/m2 = 1,542 kg/m2

Minimum

(13)

Universitas Kristen Maranatha

(14)

Universitas Kristen Maranatha

Lampiran 3 Peta Lokasi Bendung

Project Area

(15)

1 Universitas Kristen Maranatha

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Struktur merupakan kebutuhan penting dalam pembangunan baik untuk pembangunan gedung, transportasi, dan perairan. Bangunan air di Indonesia dibangun mulai dari yang sederhana sampai yang cukup rumit. Salah satu bangunan air adalah bendung. Struktur bendung adalah struktur bangunan air yang dibangun melintang sungai untuk meninggikan taraf muka air sungai

(16)

Universitas Kristen Maranatha

2 sehingga dapat dialirkan secara gravitasi ke daerah yang membutuhkan. Bendung yang telah dibangun, beroperasi dan telah berfungsi dengan baik tetapi sebagian diantaranya mengalami masalah-masalah gangguan hambatan aliran, gangguan angkutan sedimen dan sampah, penggerusan setempat di hilir bendung sampai dengan masalah hancurnya bangunan dan sebagainya.

Masalah hancurnya struktur bendung dapat diakibatkan karena sudah tidak kuatnya struktur tersebut untuk menahan beban horisontal maupun beban vertikal di sekitar bendung. Struktur bendung harus dianalisis sedemikian rupa agar mendapatkan desain yang optimal untuk menahan beban-beban yang bekerja pada elemen struktur.

Perhitungan beban-beban ini akan dihitung dengan metode numerik yaitu metode elemen hingga (finite element method). Metode elemen hingga, pada prinsipnya membagi sebuah kontinum menjadi bagian-bagian kecil yang disebut elemen, sehingga solusi dalam tiap bagian kecil dapat diselesaikan dengan lebih sederhana.

1.2 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian Tugas Akhir adalah menganalisis struktur bendung Cilemer di daerah Jawa Barat, dengan metode elemen hingga. Analisis tersebut dilakukan untuk melihat perilaku struktur yang terjadi.

(17)

Universitas Kristen Maranatha

3 1.3 Ruang Lingkup Pembahasan

Ruang lingkup dalam pembahasan dibatasi sebagai berikut:

1. Struktur yang ditinjau adalah bangunan bendung Cilemer di daerah Jawa Barat

2. Beban yang bekerja pada struktur bendung adalah beban akibat berat sendiri, tekanan lumpur dan tekanan air (tekanan air normal dan tekanan banjir)

3. Perletakan yang dipakai adalah pegas (springs)

4. Pemodelan 2D (shell) dan 3D (solid) perilaku yang ditinjau adalah lendutan, tegangan dan gaya reaksi dasar

5. Pemodelan dan perhitungan dengan metode elemen hingga dilakukan dengan bantuan program SAP 2000 versi 11.

1.4 Sistematika Pembahasan

Penulisan Tugas Akhir ini dibagi menjadi lima bab dengan sistematika pembahasan sebagai berikut:

Bab 1 Pendahuluan, bab ini memuat latar belakang masalah, tujuan penelitian, ruang lingkup pembahasan dan sistematika pembahasan.

Bab 2 Tinjauan pustaka, bab ini menjelaskan teori-teori yang menunjang dan membantu pada penulisan dan penyusunan Tugas Akhir ini.

Bab 3 Analisis struktur bendung, bab ini mencakup pemodelan bangunan menggunakan program komputer dan pembebanan-pembebanan yang digunakan.

Bab 4 Pembahasan hasil analisis, bab ini membahas dari pemodelan bangunan dari segi perletakan, lendutan, tegangan dan gaya reaksi dasar.

(18)

Universitas Kristen Maranatha

4 Bab 5 Kesimpulan dan saran, bab ini berisi kesimpulan yang dapat diambil dari analisis yang dilakukan dan saran-saran untuk pengembangan lebih lanjut.

(19)

56 Universitas Kristen Maranatha

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil analisis yang dilakukan pada Tugas Akhir ini dapat diambil kesimpulansebagai berikut:

1. Hasil perbandingan pemodelan dengan pegas menghasilkan translasi yang jauh lebih kecil dibandingkan dengan pemodelan tanpa pegas

(20)

Universitas Kristen Maranatha

57 sehingga perletakan pegas (springs) dianggap sudah cukup mewakili perletakan untuk pemodelan struktur bendung.

2. Nilai lendutan arah 1 dan arah 3 untuk pemodelan dua dimensi dan tiga dimensi menghasilkan lendutan pada pemodelan dua dimensi lebih besar (0,14 m untuk arah 1 dan 0,25 m untuk arah 3) dibandingkan dengan pemodelan tiga dimensi.

3. Pada hasil perhitungan software pemodelan tiga dimensi lebih teliti jika dibandingkan dengan hasil perhitungan pemodelan software dua dimensi, hal ini terlihat distribusi tegangan lebih merata pada pemodelan tiga dimensi dibandingkan dengan pemodelan dua dimensi. 4. Hasil perhitungan untuk gaya reaksi dasar pada software model dua

dimensi dan tiga dimensi mendekati hasil perhitungan manual, tetapi karena kesamaan pendekatan beban pada model dua dimensi dengan manual, maka hasil gaya reaksi dasarnya lebih mendekati hasil perhitungan manual dibandingkan model tiga dimensi.

5. Perilaku struktur bendung yang merupakan salah satu bangunan hidroteknik, dapat dimodelkan dengan metode elemen hingga, secara dua dimensi (shell) maupun secara tiga dimensi (solid). Hal ini terbukti pada lendutan, gaya reaksi dasar dan tegangan.

(21)

Universitas Kristen Maranatha

58 5.2 Saran

Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan, disampaikan beberapa saran sebagai berikut:

1. Metode elemen hingga dapat dipakai untuk menganalisis bangunan hidroteknik lainnya.

2. Pada pemakaian program SAP 2000 dianjurkan menggunakan pemodelan tiga dimensi agar mendapatkan ketelitian yang lebih akurat.

(22)

Universitas Kristen M aranatha 59

DAFTAR PUSTAKA

1. Daniel L.Schodek. (1999), Struktur, Penerbit Erlangga, Jakarta.

2. Hadipratomo, W. (2005), “Dasar-dasar Metode Elemen Hingga”, PT. Danamartha Sejahtera Utama.

3. Hadipratomo Winarni, Raharjo. Paulus P. (1996) Pengenalan metode elemen hingga pada Teknik Sipil, Nova, Bandung.

4. Wiryanto Dewobroto, (2004), Aplikasi rekayasa kontruksi dengan SAP2000, PT. Elex media komputindo, Jakarta.

5. Erman Mawardi, Moch. Memed, (2002), Desain Hidraulik Bendung Tetap Untuk Irigasi Teknik, Alfabeta.

6. Joseph E. Bowles, Foundation Analysis and Design, McGraw-Hill Book Company, USA.

(1)

1.3 Ruang Lingkup Pembahasan

Ruang lingkup dalam pembahasan dibatasi sebagai berikut:

1. Struktur yang ditinjau adalah bangunan bendung Cilemer di daerah Jawa Barat

2. Beban yang bekerja pada struktur bendung adalah beban akibat berat sendiri, tekanan lumpur dan tekanan air (tekanan air normal dan tekanan banjir)

3. Perletakan yang dipakai adalah pegas (springs)

4. Pemodelan 2D (shell) dan 3D (solid) perilaku yang ditinjau adalah lendutan, tegangan dan gaya reaksi dasar

5. Pemodelan dan perhitungan dengan metode elemen hingga dilakukan dengan bantuan program SAP 2000 versi 11.

1.4 Sistematika Pembahasan

Penulisan Tugas Akhir ini dibagi menjadi lima bab dengan sistematika pembahasan sebagai berikut:

Bab 1 Pendahuluan, bab ini memuat latar belakang masalah, tujuan penelitian, ruang lingkup pembahasan dan sistematika pembahasan.

Bab 2 Tinjauan pustaka, bab ini menjelaskan teori-teori yang menunjang dan membantu pada penulisan dan penyusunan Tugas Akhir ini.

Bab 3 Analisis struktur bendung, bab ini mencakup pemodelan bangunan menggunakan program komputer dan pembebanan-pembebanan yang digunakan.

Bab 4 Pembahasan hasil analisis, bab ini membahas dari pemodelan bangunan dari segi perletakan, lendutan, tegangan dan gaya reaksi dasar.

(2)

Universitas Kristen Maranatha

4 Bab 5 Kesimpulan dan saran, bab ini berisi kesimpulan yang dapat diambil dari analisis yang dilakukan dan saran-saran untuk pengembangan lebih lanjut.

(3)

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil analisis yang dilakukan pada Tugas Akhir ini dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Hasil perbandingan pemodelan dengan pegas menghasilkan translasi yang jauh lebih kecil dibandingkan dengan pemodelan tanpa pegas

(4)

Universitas Kristen Maranatha

57 sehingga perletakan pegas (springs) dianggap sudah cukup mewakili perletakan untuk pemodelan struktur bendung.

(5)

5.2 Saran

Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan, disampaikan beberapa saran sebagai berikut:

1. Metode elemen hingga dapat dipakai untuk menganalisis bangunan hidroteknik lainnya.

2. Pada pemakaian program SAP 2000 dianjurkan menggunakan pemodelan tiga dimensi agar mendapatkan ketelitian yang lebih akurat.

(6)

Universitas Kristen M aranatha 59

DAFTAR PUSTAKA

1. Daniel L.Schodek. (1999), Struktur, Penerbit Erlangga, Jakarta.

2. Hadipratomo, W. (2005), “Dasar-dasar Metode Elemen Hingga”, PT. Danamartha Sejahtera Utama.

3. Hadipratomo Winarni, Raharjo. Paulus P. (1996) Pengenalan metode elemen hingga pada Teknik Sipil, Nova, Bandung.

4. Wiryanto Dewobroto, (2004), Aplikasi rekayasa kontruksi dengan SAP2000, PT. Elex media komputindo, Jakarta.

5. Erman Mawardi, Moch. Memed, (2002), Desain Hidraulik Bendung Tetap Untuk Irigasi Teknik, Alfabeta.

6. Joseph E. Bowles, Foundation Analysis and Design, McGraw-Hill Book Company, USA.

Analisis Struktur Bendung Dengan Metode Elemen Hingga.