BAB III KOLAM PENENANG / HEAD TANK

Transkripsi

1 BAB III KOLAM PENENANG / HEAD TANK 3.1 KONDISI PERENCANAAN Kolam penenang direncanakn berupa tangki silinder baja, berfungsi untuk menenangkan air dari outlet headrace channel. Volume tampungan direncanakan dapat melayani operasi turbin PLTA minimum selama (dua) menit. Kolam penenang dilengkapi penggelontor sedimen dan pelimpah. Diameter dalam : 30,0 m. Tinggi : 15,5 m. Beban rencana (Beban dalam) : HSWL + 386,95 HWL + 386,00 m Koefisien gempa : 0,15 (sampai tinggi 10 m) 0,15 + 0,15 x 0,01 h (setelah tinggi 10 m) Tekanan angin pada bidang datar : 300 kg/m Koefisien tekanan angin pada bidang silindris : 0,7 Material untuk dinding dan stiffener : J IS SM 41 B Lain-lain : J IS SS 41 Tegangan ijin : 1300,0 kg/cm Effisiensi las : 90,0 % Karat ijin :,0 mm Variasi temperatur : 40 o C Tebal dinding minimum : 6,0 mm Pada pekerjaan ini tidak dilakukan penyelidikan tanah. Data tanah yang dipergunakan adalah data yang diperoleh dari laporan Feasibility Study Wampu Hydroelectric Power Project yang dilaksanakan oleh Japan International Cooperation Agency (JICA) December 199. Menurut laporan tersebut, investigasi geologi untuk lokasi power house, termasuk lokasi head tank dan route penstock, dilakukan pengeboran tanah dan pengujian SPT di bagian hulu pertemuan S. Wampu dengan Laun Besangkal di dekat Baturambat. Notasi titik bor masing-masing adalah BUP-118, BUP-119, dan BUP-10 dengan kedalaman masing-masing 130 m, 40 m, dan 130 m. SPT di lokasi BUP-118 sedalam 5 m, di BUP-119 sedalam 15 m, di BUP-10 sedalam 1 m, masing-masing telah mencapai nilai N > 40 III - 1

2 3. TEBAL DINDING HEAD TANK Akibat beban dalam: Tegangan cirumferential (kecuali pada stiffener) σ σ σ σ (a) (b) Gambar 3.1 Tegangan cirumferencial pada head tank (a) Akibat tekanan urugan tanah (setelah konstruksi) pada dinding tangki di bawah permukaan tanah: di mana: σ H = p.(r + t ε ) (t ε ) p = tekanan tanah aktif (kg/cm ) r = jari-jari dalam tanki (cm) t = tebal dinding tanki (cm) ε = karat ijin (cm) (b) Akibat tekanan hidrostatis air dalam tangki di atas permukaan tanah: di mana: σ H = p.(r ε ) (t ε ) p = tekanan hidrostatis dalam tangki (kg/cm ) r = jari-jari dalam tanki (cm) t = tebal dinding tanki (cm) ε = karat ijin (cm) Tegangan circumferential pada stiffener ring III -

3 p.r i.1,56. r m (t ε ) + (t 1 ε ) σ H = (t ε )(1,56 r (t ε ) + (t ε )) + (t ε )((h + ε ) + (t ε )(b ε ) m 1 1 di mana: D = diameter dalam (cm) r i = jari-jari dalam (cm) t = tebal dinding head pond (cm) ε = karat ijin (0,0 cm) p = tekanan dalam (kg/cm ) Tegangan ijin σ a = x 0,9 = kg/cm Tegangan tanah yang diizinkan C = 0, t/m γsat = 1,87 ton/m φ = 3,0 o B = 0,00 m Df = 10,0 m Ohsaki Nc = 5,34 ; N γ = 1 Nq = 16 Q ult = C. Nc + γ. Df. Nq + ½ γ. B. N γ = 0. x 5,34 +1,87x 10 x = 300,3 ton/m Tegangan tanah yang diijinkan = Q = Q ult / 3 = 100,1 T/M Tekanan tanah aktif δ = φ = 3,0 o ; θ = 0 ; α = 0 Ka = Cos Cos θ. Cos ( θ + δ ). 1+ ( φ θ ) Sin( φ + δ ) Sin( φ α ) ( ) ( ) Cos θ + δ Cos θ α Ka= Cos Cos 0. Cos (0 + 3,0). 1 + (3, 0 0) Sin (3, 0 + 3, 0). Sin (3, 0 0) Cos (0 + 3,0). Cos (0 0) III - 3

4 Ka = 1,0 x 0, , ,8987 x 0,599 0,8480 x 1, 00 Ka = 0,77 Tekanan tanah aktif = P = γ s x Ka x h = 1,87x 0,77 x 10 1 x h (kg/cm ) Tegangan karena berat sendiri di mana σ p = W s.l A x 103 kg/cm W s = berat dinding kolam di atas titik tinjau (t/m) L = jarak dinding dari pucak kolam (m) A = Luas potongan dinding kolam (cm ) = (D + t )( t ε ) - Tegangan axial σ = σ p + σ f - Tegangan lentur karena tegangan pemuaian dinding tangki akibat stiffener ring (ring pengaku) III - 4

5 1 i σ f = ±1,8 x [ ] ( t ε ) ( t ε )1,56 ( t r ( t ε ) + - Tegangan equivalent σ g = m σ + ε )( h + ε ) + ( t 1 + σ σ 1σ 3τ 1 ε ) ( t + ( t 1 ε )( b ε ) ε )( h + ε ) + σ g = tegangan equivalent (kg/cm ) σ 1 = tegangan circumferential (kg/cm ) σ 1 = σ H σ = tegangan axial (kg/cm ) σ = σ τ = tegangan geser (kg/cm ) τ = 0 Tegangan ijin ( t ε )( b ε ) σ a = x 0,9 = kg/cm (kecuali pada stiffener ring) σ a = x 1,35 x 0,9 = kg/cm (pada stifferner ring) Akibat beban luar: - Tegangan pada dinding kolam karena beban luar - Akibat tekanan statis (pada dinding kolam di atas tanah) - Akibat beban angin Tekanan angin yang bekerja pada kolam penenang di atas turugan tanah seperti gambar berikut: p. r Gambar 3. Pembebanan akibat tekanan statis Momen pada ketinggian h m adalah: M w = N. h (tm) di mana N = C. W. D III - 5

6 W = tekanan angin pada bidang datar = 0,3 t/m C = Koefisien tekanan angin pada bid. silindris = 0,7 D = diameter luar kolam (m) Tegangan akibat beban angin σ bw = ± M w 5 kg/cm z x10 M w = momen akibat beban angin z = momen tahan kolam (cm 3 ) z = π 3 ( D + 4 t ε ) ( D + D + t ε ε ) 4 Tegangan ijin σ a = x 0,9 x 1,5 = 1,755 kg/cm σ a = x 1,5 = kg/cm (pada bagian terbawah) - Akibat beban gempa Beban gempa yang bekerja pada dinding kolam di atas permukaan tanah : Gambar 3.3 Pembebanan akibat beban gempa III - 6

7 Momen lentur pada tinggi H (m) h= Ht M q = ( Ws + M w) n.( h H ) dh (tm) h= H W s = berat dinding di atas titik tinjau W w = berat air = ¼ π D (t/m) (t/m) n = koefisien gempa n = 0,15 untuk 0 h 10m n = 0,15 + 0,15 + 0,01x(h-10) untuk Tegangan akibat gempa adalah: h 10m σ bg = ± z = π 3 M q 5 x10 kg / cm z 4 ( D + t ε ) ( D + D + t ε ε ) 4 Tegangan ijin σ a = x 0,9 x 1,5 = 1,755 kg/cm σ a = x 1,5 = kg/cm (pada bagian terbawah) - Akibat tekanan dinamis Dianggap kolam terdiri dari batang-batang terjepit dengan banyak partikel masif seperti gambar berikut: Gambar 3.4 Pembebanan akibat tekanan dinamis III - 7

8 Tegangan lentur yang diakibatkan oleh momen dinamis pada dinding di atas permukaan tanah ialah: H 7/1.γ w.h 5/1H Gambar 3.5 Tekanan lentur head tank M d = 7 1. γ w. H x 5 1.H σ bd = ± Md z x 5 10 kg / cm M d = momen lentur karena gaya dinamis (tm) γ w = berat jenis air ( 1 t/m 3 ) H = tinggi air (m) z = momen tahanan dari tangki baja (cm 3 ) Tegangan ijin σ a = x 0,9 x 1,5 = 1,755 kg/cm σ a = x 1,5 = kg/cm (pada bagian terbawah) - Tegangan axial maksimum σ t = σ bd + σ p (kg/cm ) di mana: III - 8

9 σ t = tegangan axial maksimum (kg/cm ) σ bd = tegangan lentur akibat momen dari gaya dinamis (kg/cm ) Tegangan ijin σ a = x 0,9 x 1,5 = 1,755 kg/cm σ a = x 1,5 = kg/cm (pada bagian terbawah) - Tegangan equivalent: Dihitung dengan Hencky Huber formula: σ g = σ H + σ t σ H σ t + 3τ σ g = tegangan equivalent (kg/cm ) σ H = tegangan circumferential pada stiffener ring (kg/cm ) σ t = tegangan axial akibat tekana axial maksimum (kg/cm ) τ = tegangan geser (kg/cm ) Tegangan ijin σ a = x 0,9 x 1,5 = kg/cm σ a = x 1,.5 = kg/cm (pada bagian terbawah) - Momen buckling kritis dari dinding kolam Dihitung dengan Brazier s formula E M k = α. 1 v. r (t ε) (tm) α = 0,7 E = modulus elastisitas =,1 x 10 6 kg/cm v = poisson ratio = 0,3 r = jari-jari kolam (cm) t = tebal dinding kolam (cm) ε = karat ijin (cm) Jika M k > M d, maka dinding kolam adalah aman tehadap buckling - Tegangan geser karena gaya luar - Tegangan geser karena gaya-gaya statis - Tegangan geser karena beban angina Gaya geser pada tinggi H m adalah III - 9

10 di mana S w = W (45 H ) ton W = tekanan angin pada bidang datar C = Koefisien tekanan angin pada bidang silindris = 0,7 D = diameter luar kolam (m) Gaya geser maksimum adalah: τ w maks = di mana xs w A 3 x10 kg / cm A = luas penampang dinding kolam (cm ) Tegangan ijin : τ w = 750 x 0,9 x 1,5 = kg/cm τ w = 750 x 1,5 = 1.15 kg/cm (pada bagian terbawah) - Tegangan geser dinding di atas urugan tanah karena beban gempa Gaya geser pada tinggi H m adalah di mana h= Ht S g = ( W s + Ww ) n.. d h ton h= H W s = berat dinding di atas titik tinjau W w = berat air = ¼ π D (t/m) (t/m) n = koefisien gempa n = 0,15 untuk 0 h 10m n = 0,15 + 0,15 + 0,01x(h-10) untuk h 10m Tegangan geser maximum adalah xsg 3 τ g maks = x10 kg / cm A di mana A = luas penampang dinding kolam (cm ) III - 10

11 Tegangan ijin : τ w = 750 x 0,9 x 1,5 = kg/cm τ w = 750 x 1,5 = 1.15 kg/cm (pada bagian terbawah) - Tegangan geser karena gaya-gaya dinamis Gaya geser maximum adalah xsd τ d maks = A di mana 3 x10 kg / cm A = luas penampang dinding kolam (cm ) Tegangan ijin : τ w = 750 x 0,9 x 1,5 = kg/cm τ w = 750 x 1,5 = 1.15 kg/cm (pada bagian terbawah) Hasil perhitungan dari tebal dinding kolam akibat beban dalam (seluruh tangki berada di bawah timbunan tanah) dan tegangan yang terjadi dapat dilihat pada Tabel 3.1 berikut: Tabel 3.1 Tegangan dinding tangki akibat beban dalam Titik Tegangan akibat gaya No. t T1 t h b Dalam (cm) (cm) (cm) (cm) (cm) (kg/cm ) σh σ σg III - 11

12 Tegangan tanah yang terjadi: Beban-beban yang bekerja: Berat dinding tanki = 30 x π x (0,019+0,006)/ x 15,5 x 7,6 = 138,84 ton Berat pelat dasar = 0,01 x π x x 15 x 7,6 ton = 64,49 ton Berat lantai kerja = 0,10 x π x 15 x,4 ton = 169,71 ton Berat air = π x 15 x 15,5 x 1 ton = ,71 ton Beban yang bekerja = ,75 ton Tegangan tanah yang terjadi = ,75/(π x 15 ) = 16,0 t/m (Ok) 3.3 PELIMPAH SAMPING DAN SALURAN PEMBUANG Pelimpah samping direncanakan dibuat dari beton bertulang sedangkan saluran pembuangnya dari batu kali dan tanah galian. Saluran ini akan membuang air dari tangki akibat air balik (back water) pada saat terjadi penutupan tiba-tiba pintu turbin sebelum pintu pemasukan air di bendung ditutup. Dimensi pelimpah dapat diperoleh dengan rumus hidrolika : di mana : Q = C. L. H 3/ Q = debit (m 3 /det) C = koefisien limpahan (,0) L = lebar pelimpah (m) H = Tinggi tekan air di atas pelimpah (m) a. Saluran pelimpah samping: Perhitungan-perhitungan hidrolika saluran pelimpah samping digunakan rumus J. Hinds sebagai berikut: Q x = q. x v = a. x n y = n + 1. hv n di mana : III - 1

13 Q x = debit pada titik x (m 3 /det) q = debit per unit lebar pelimpah (m) x = jarak antara tepi udik dengan titik tinjau lain di pelimpah (m) v = kecapatan rata-rata aliran di saluran pembawa di titik tinjau (m/det) a = koefisien kecepatan aliran di saluran pembawa n = exponent kecepatan aliran di saluran pembawa (0,4 s/d 0,8) y = perbedaan elevasi antara mercu pelimpah dengan permukaan air disaluran pembawa di titik tinjau (m) v h v = tinggi tekan kecepatan aliran ( h v = ) g Penyesuaian bentuk dasar saluran pembawa Apabila bentuk penampang memanjang dasar saluran dibuat berdasarkan hasil perhitungan yang merupakan garis lengkung, konstruksinya akan cukup sulit. Untuk menghindari kesulitan, bentuk penampang dasar saluran pembawa disesuaikan, yaitu dengan mengubah dasar saluran dari hasil perhitungan yang berbentuk lengkung menjadi garis lurus. Penyesuaian tersebut dilakukan dengan menghubungkan ujung hilir garis lengkung dengan titik yang terletak antara 1/3 s/d 1/10 dari panjang pelimpah dan diukurkan dari ujung udik garis lengkung tersebut. Hasil perhitungan dapat dilihat pada Tabel 3. III - 13

14 Tabel 3. Perhitungan hidrolika saluran pelimpah Q = m 3 a = q = 1.85 m 3 /m L = m n = b = m H = m Manning z = x n R v hf Hf D+Hf Jarak dari Q =q.x A =Q/v d =A/b P =b +d dl =(m) R =A/P y =,66 hv D =d+y (m) v = ax rata Rata (m) (m) (m) puncak III - 14

15 b. Penulangan saluran pelimpah samping: Gambar 3.6 Penulangan pelimpah samping Dinding saluran pelimpah : Tekanan tanah aktif P = ½.γ s x Ka x h = ½. 1,97 x 0,77 x 5 = 6,8 t/m M maks D N H B = 6,8 x 5/3 tm = 11,36 tm = 6,8 ton = (0,50+0,0)/ x 5,0 x,40 t = 4,0 ton = 50 cm = 100 cm Tulangan D19 00 A = 14,18 cm σ b = 51,6 kg/cm σ y = 1501 kg/cm τ b = 1,30 kg/cm Tulangan bagi : 0 % x A =,84 cm dipakai tulangan bagi D13 00 A = 5,65 cm Dasar saluran pelimpah : Berat dinding saluran = (0,50+0,0)/ x x 5,0 x,40 t = 8,40 t Berat dasar saluran = 0,0 x 4,0 x 1 x,40 t = 1,9 t Reaksi permukaan tanah = (8,40 + 1,9) t/(4 x 1) m =,58 t/m M maks = 1/1 x,58 x 4 = 3,44 tm III - 15

16 D = ½ x,58 x 4 = 5,16 ton N = 6,8 ton h = 0 cm b = 100 cm Tulangan D A = 5,65 cm σ b = 71,3 kg/cm σ y = 1695 kg/cm τ b =,0 kg/cm Tulangan bagi : 0 % x A = 1,13 cm dipakai tulangan bagi D A =,6 cm III - 16