Beban hidup yang diperhitungkan pada dermaga utama adalah beban hidup merata, beban petikemas, dan beban mobile crane.

Transkripsi

1 Bab 4 Analisa Beban Pada Dermaga BAB 4 ANALISA BEBAN PADA DERMAGA 4.1. Dasar Teori Pembebanan Dermaga yang telah direncanakan bentuk dan jenisnya, harus ditentukan disain detailnya yang direncanakan dapat melayani beban-beban yang bekerja. Maka itu dilakukan dua macam analisa yaitu analisa gaya dan pembebanan serta analisa struktur dan detail perencanaan. Pembagiannya adalah sebagai berikut : a. Analisa pembebanan vertikal b. Analisa gaya gelombang dan arus c. Analisa gaya gempa d. Analisa gaya berthing dan mooring e. Analisa struktur dan detail perencanaan Pembebanan Vertikal 1. Beban Mati Beban mati merupakan beban yang dihasilkan oleh berat struktur itu sendiri yang terdiri dari pelat, balok, pilecap dan tiang pancang. Perhitungan beban ini tergantung dari dimensi struktur dan material penyusun struktur tersebut. Material penyusun struktur dermaga terdiri dari baja dengan ρbaja = 7850 kg/m3 dan beton dengan ρbeton= 2400 kg/m3. 2. Beban Hidup Beban hidup yang diperhitungkan pada dermaga utama adalah beban hidup merata, beban petikemas, dan beban mobile crane Pembebanan Horizontal 1. Beban Gelombang Dalam perhitungan gaya gelombang pada tiang vertikal dengan kondisi berjalan digunakan persamaan Morrison. Total gaya gelombang yang terjadi pada struktur tiang dapat dilihat pada persamaan dibawah (Sumber : Water Wave Mechanics for Engineers and Scientists, 1991). F=F + F Laporan Tugas Akhir KL4099 Perancangan Dermaga Petikemas di Benoa, Propinsi Bali (4.1) 4-1

2 Bab 4 Analisa Beban Pada Dermaga Diperoleh dari : F = ρ C D u u s (4.2) F = ρ C A u s (4.3) u = Hgk 2ω u = Hgk 2 Dimana : cosh k(h + z) cos(kx ωt) sinh kh cosh k(h + z) sin(kx ωt) sinh kh F F D F M = gaya gelombang total (kn) = gaya drag (kn) = gaya inersia (kn) = berat jenis air laut = ton/m 3 g = gravitas bumi = 9.8 m/s 2 h k D H C D C M t s = tinggi muka air (m). = bilangan gelombang. = diameter tiang pancang dermaga (m). = tinggi gelombang, diambil dengan perioda 100 tahun (m). = koefisien drag. = koefisien inersia. = frekuensi gelombang (Hz). = waktu (detik). = panjang segmen tinjauan gaya (m). 2. Beban Arus Perhitungan beban akibat arus yang bekerja pada tiang pancang dihitung berdasarkan persamaan sebagai berikut. F = C ρau (4.4) Dimana : A = luas penampang yang terkena arus (m 2 ) Laporan Tugas Akhir KL4099 Perancangan Dermaga Petikemas di Benoa, Propinsi Bali 4-2

3

4 Bab 4 Analisa Beban Pada Dermaga Salah satu cara klasifikasi tanah berdasarkan peraturan SNI tanah dapat dilihat pada Tabel 4.1. Tabel 4. 1 Klasifikasi Tanah untuk Perhitungan Beban Gempa Jenis Tanah Nilai NSPT Tanah Keras N 50 Tanah Sedang 15 N < 50 Tanah Lunak N < 15 (Sumber : SNI ) 4. Beban Berthing dan Pemilihan Fender Untuk menentukan jenis dermaga dan mendesain struktur dermaga, maka diperlukan data-data tumbukan kapal (berthing) dan gaya reaksi dari fender yang digunakan. Analisa dilakukan terhadap kapal terbesar yang akan dilayani dermaga. a. Beban Berthing Gaya berthing adalah gaya yang diterima dermaga saat kapal sedang bersandar pada dermaga. Gaya benturan diterima dermaga dan energinya diserap oleh fender pada dermaga. Besar energi tersebut dapat dihitung sesuai dengan persamaan berikut : E = C C C C (4.5) Dimana : E M D V C M C E C S C C = energi berthing (kn.m) = displacement dari kapal (ton) = kecepatan kapal saat membentur dermaga (m/s) = koefisien masa semu = koefisien eksentrisitas = koefisien softness = koefisien konfigurasi penambatan Koefisien Masa Hidrodinamik (C M ) Koefisien massa hidrodinamik adalah koefisien yang mempengaruhi pergerakan air di sekitar kapal (Vasco Costa Method). 2D C M 1 B (4.6) Dimana : D = draft kapal (m) Laporan Tugas Akhir KL4099 Perancangan Dermaga Petikemas di Benoa, Propinsi Bali 4-4

5 Bab 4 Analisa Beban Pada Dermaga B = lebar kapal (m) Koefisien Eksentrisitas (C E ) Koefisien eksentrisitas adalah koefisien yang mereduksi energi yang disalurkan ke fender. C E K K 2 2 R2 cos 2 R 2 (4.7) Dengan K adalah jari-jari girasi dari kapal, yang dihitung dari persamaan: OA K 0,19C B 0, 11 L (4.8) 0,5B Tanr 0,25 L OA r 0,5B arctan (4.9) 0,25 L OA 0,25L R cosr OA (4.10) 90 r b (4.11) Dimana : C B L OA L BP = block coefficient. = panjang total kapal dari haluan hingga buritan. = panjang kapal sepanjang lunas kapal (m). γ = sudut yang dibentuk vektor kecepatan dari kapal terhadap garis yang menghubungkan pusat massa kapal dengan titik tumbuk kapal. R α b = jarak antara pusat massa kapal dengan titik bentur kapal. = sudut antara badan kapal dengan muka dermaga. Koefisien Softness (C S ) Koefisien softness merupakan koefisien yang mempengaruhi energi bentur yang diserap oleh lambung kapal. Nilai koefisien softness diambil sebesar 1 (OCDI). Koefisien Konfigurasi Penambatan (C C ) Koefisien konfigurasi penambatan merupakan koefisien yang diambil dari efek massa air yang terperangkap antara lambung kapal dan sisi dermaga. Nilai koefisien konfigurasi penambatan bergantung pada jenis struktur derrnaga. Visualisasi pada saat berthing dapat dilihat pada Gambar 4.3 dan Gambar 4.4. Laporan Tugas Akhir KL4099 Perancangan Dermaga Petikemas di Benoa, Propinsi Bali 4-5

6

7

8

9

10

11

12

13

14 Bab 4 Analisa Beban Pada Dermaga 4.2. Perhitungan Pembebanan Struktur Dermaga Pada perhitungan beban struktur diperlukan data-data umum sebagai berikut: Parameter Satuan Data Panjang m 160 Lebar m 30 Elevasi m 5.1 Berat jenis beton (ρ beton ) = 2400 kg/m 3. Berat jenis baja (ρ baja ) = 7850 kg/m 3. Tinggi gelombang rencana dengan perioda ulang 100 tahun = 4.14 m. Perioda gelombang rencana T = H = 9.0 s Bilangan gelombang (k), didapat dengan cara coba-coba dengan menggunakan persamaan dispersi w = gk tanh(kh) w = 2π T = 0.7 Dimana: h = kedalaman perairan = kedalaman kolam pelabuhan + HWS = m g = percepatan gravitasi = 9.8 m/s 2 Dengan menggunakan persamaan dispersi di atas, maka didapat bilangan gelombang (k) = Beban Mati Beban mati diklasifikasikan sebagai beban vertikal, beban mati ini merupakan berat dari material penyusun struktur dermaga. Beban mati ini terdiri dari : a. Pelat Dimensi-dimensi dari pelat adalah : Parameter Satuan Data Panjang (l) m 160 Lebar (b) m 25 Tebal (t) m 0.3 Laporan Tugas Akhir KL4099 Perancangan Dermaga Petikemas di Benoa, Propinsi Bali 4-14

15 Parameter Satuan Data Lebar (b) m 0.5 Tebal (t) m 1.0 Parameter Satuan Data Panjang ( l ) m 1.2 Lebar ( b ) m 1.2 Tinggi( h ) m 1.5 Jumlah (n) Buah 198 Parameter Satuan Data Diameter (d) m 0.90 Tebal (t) m 0.02 Jumlah (n) m 198

16 Bab 4 Analisa Beban Pada Dermaga Beban maksimum dari petikemas 40 pada saat kondisi penuh adalah 30 ton. Maka beban total (W) dari petikemas 40 untuk 3 tumpuk adalah 90 ton. Area distribusi dari beban petikemas ini adalah : A = p l = 29.3 m Dimana : A p = Area distribusi dari beban = Panjang petikemas = 12.2 m l = Lebar petikemas = 2.4 Sehingga beban terdistribusi petikemas adalah : Beban petikemas = W A = 3 ton/m b. Mobile crane Pada perancangan dermaga ini digunakan mobile crane untuk melayani bongkar muat petikemas. Beban maksimum (W) dari mobile crane pada saat mengangkat petikemas adalah 50 ton. Area distribusi dari mobile crane adalah : A = p l = 15 m Dimana : A p l = Area distribusi mobile crane = Panjang mobile crane = 5 m (desain rencana). = Lebar mobile crane = 3 m (desain rencana). Sehingga beban terdistribusi mobile crane adalah : Beban c. Beban Kerja = W A = 3.5 ton/m Pada perancangan dermaga ini dimisalkan ada beban kerja sebesar 2 ton/m 2. Beban kerja ini dimasukkan untuk mengantisipasi beban pada dermaga yang diakibatkan oleh adanya pekerja, kendaraan, dll Beban Gempa Untuk perhitungan beban gempa akan dilakukan dengan menggunakan software SAP 2000 pada saat pemodelan 3D dengan memasukkan grafik respon spektrum gempa pada Gambar 4.2 dengan mengambil grafik hubungan C dan T untuk tanah sedang. Laporan Tugas Akhir KL4099 Perancangan Dermaga Petikemas di Benoa, Propinsi Bali 4-16

17 Bab 4 Analisa Beban Pada Dermaga Hal ini dilakukan karena berdasarkan analisis data tanah sondir pada lokasi studi diperoleh bahwa nilai korelasi dari NSPT adalah Dimana diambil hubungan empiris qc/nspt untuk tanah clay 2 dan qc/nspt untuk tanah sand adalah 4 (Sumber : Robertson and Campanella. Intepretation of CPT Part I & II). Kemudian dimasukkan kedalam persamaan dibawah ini : V = a. m a = CI R g Dimana : V a C I R = gaya gempa yang terjadi. = percepatan gempa = faktor respon gempa. = faktor keutamaan struktur = 1 ; (Sumber : SNI ) = faktor reduksi gempa = 1.6 elastis penuh ; (Sumber : SNI ) Sehingga diperoleh percepatan gempa yang dapat dilihat pada Tabel 4.5. Laporan Tugas Akhir KL4099 Perancangan Dermaga Petikemas di Benoa, Propinsi Bali 4-17

18 Bab 4 Analisa Beban Pada Dermaga Tabel 4. 5 Perioda Natural vs Percepatan Gempa T a Beban Gelombang Gaya gelombang ini bekerja dari dasar permukaan laut hingga HWS. Paramaterparameter perhitungannya adalah : = berat jenis air laut = ton/m 3 g = gravitas bumi = 9.8 m/s 2 h = tinggi muka air = m k = bilangan gelombang = D = diameter tiang pancang dermaga = 0.9 m Laporan Tugas Akhir KL4099 Perancangan Dermaga Petikemas di Benoa, Propinsi Bali 4-18

19 Bab 4 Analisa Beban Pada Dermaga H = tinggi gelombang, diambil dengan perioda 100 tahun = 4.14 m C D = koefisien drag = 1 (Sumber : OCDI, 2002) C M = koefisien inersia = 2 (Sumber : OCDI, 2002) = 0.7 t s = 8 s = panjang segmen tinjauan gaya = 1 m Beban gelombang di muka air tertinggi dimana z = 0. u = Hgk 2ω u = Hgk 2 cosh k(h + z) cos(kx ωt) = 2.34 m/s sinh kh cosh k(h + z) sin(kx ωt) = 1.54 m/s sinh kh F = ρ C D u u s = 2.5 kn F = ρ C A u s = 2.0 kn F = F + F = 4.5 kn Beban gelombang di dasar laut dimana z = u = Hgk 2ω u = Hgk 2 cosh k(h + z) cos(kx ωt) = 1.74 m/s sinh kh cosh k(h + z) sin(kx ωt) = 1.14 m/s sinh kh F = ρ C D u u s = 1.4 kn F = ρ C A u s = 1.5 kn F = F + F = 2.9 kn Beban Arus Gaya arus ini bekerja dari dasar permukaan laut hingga HWS. Paramater-parameter perhitungannya adalah : A = Luas penampang yang terkena arus = ( kedalaman + HWS ) * diameter tiang pancang = 9.8 m 2 U = Kecepatan arus = 0.36 m/s 2 ρ = Berat jenis air laut = ton/m 3 Laporan Tugas Akhir KL4099 Perancangan Dermaga Petikemas di Benoa, Propinsi Bali 4-19

20 Bab 4 Analisa Beban Pada Dermaga C D = Koefisien Drag = 1, karena tiang silinder. Beban arus sepanjang tiang F = 1 2 C ρau F = 0.65 kn Berdasarkan perhitungan diatas diperoleh beban adalah 0.65 kn dan bekerja dari seabed hingga HWS. Kemudian beban didistribusikan secara merata sepanjang tiang sebesar 0.06 kn/m Beban Berthing dan Pemilihan Fender a. Beban Berthing Pada perhitungan beban berthing diperlukan data-data umum sebagai berikut: Koefisien Eksentrisitas ( Ce ) K + (R cos γ) C = = 0.46 K + R L = 124 m M = ton Parameter Satuan Data DWT ton MD ton LBP m 124 LOA m 130 Beam m 21.2 Draft m 7.3 K = (0,19 C + 0,11)L = m R = X + = X = = 31 γ = 90 α a sin = 84,68 O Dimana : C B M D B d = koefisien blok = displacement = lebar kapal = draft kapal Laporan Tugas Akhir KL4099 Perancangan Dermaga Petikemas di Benoa, Propinsi Bali 4-20

21 Bab 4 Analisa Beban Pada Dermaga L BP X = panjang lunas kapal. = jarak haluan (bow) dengan titik bentur kapal = sudut berthing kapal = 5 o maka nilai Koefisien Eksentrisitas yaitu C E = 0,46 Koefisien Massa Semu ( C M ) C = 1 + 2D B C = ,3 21,2 = 1.68 Dimana : B d = lebar kapal = draft kapal maka nilai Koefisien Masa Semu C M = 1.68 Koefisien Softness ( C S ) Koefisien softness ditentukan sebesar 1. Koefisien konfigurasi penambatan ( C C ) Untuk desain dermaga ini dengan jenis konstruksi pondasi tiang, nilai C C ditentukan sebesar 1. Kecepatan merambat kapal dapat ditentukan berdasarkan grafik yang dapat dilihat pada Gambar Laporan Tugas Akhir KL4099 Perancangan Dermaga Petikemas di Benoa, Propinsi Bali 4-21

22 Parameter Satuan Data DWT ton M D ton LOA m 130 Beam m 124 Draft m 21.2 V B m/s 0.08 C E C M C S - 1 C C - 1

23 Parameter Fentek Tipe Super cone SCN 700 E1.0 Energi ( E ) 13 ton.m Reaksi ( R ) 35.5 ton

24

25

26 Jenis Kapal Tipe fender R B P U S F C S max (m) (m) (m) (m) (m) DWT Super Cone SCN 700 E

27 Bab 4 Analisa Beban Pada Dermaga Dari hasil perhitungan diatas diperoleh jarak antar fender maksimum adalah m. Untuk perancangan dermaga ini dipilih jarak antar fender adalah 5 m. d. Hull Pressure (Tekanan Lambung) Dengan menggunakan persamaan hull pressure dibawah : P = R W H P Dengan desain rencana lebar panel (W) 2 m dan tinggi panel (H) 4 m, sehingga diperoleh : P Jenis Kapal Tipe fender P R W H P (kn/m 2 ) (kn) (m) (m) (kn/m 2 ) DWT Super Cone SCN 700 E Maka perbandingan hull pressure yang terjadi dengan hull pressure izin dari Tabel 4.1 adalah kn/m2 < 250 kn/m2 OK Oleh karena itu untuk perancangan dermaga ini penggunaan fender super cone SCN 700 E1.0 dapat dipakai Beban Mooring dan Pemilihan Bollard Pada perhitungan beban mooring diperlukan data-data kapal sebagai berikut : a. Akibat Gaya Arus Urain Satuan Data DWT ton L OA m 130 Beam m 21.2 Draft m 7.3 Freeboard m 2.7 L BP m 124 Arah transversal F = 0.5 ρ C A U 10 Dimana : = 1030 kg/m 3 C D = 4.5 (diambil dari Gambar 4.9) A CT = L BP *Draft = m 2 Laporan Tugas Akhir KL4099 Perancangan Dermaga Petikemas di Benoa, Propinsi Bali 4-27

28 Bab 4 Analisa Beban Pada Dermaga U = 0.36 m/s Maka diperoleh F CT = 27.2 ton Arah longitudinal F = 0.5 ρ C A U 10 Dimana : = 1030 kg/m 3 C D = 4.5 (diambil dari Gambar 4.9) A CL = Beam*Draft = m 2 V = 0.36 m/s Maka diperoleh F CL = 4.7 ton b. Akibat Gaya Angin Arah transversal F = 0.5 ρ C A U 10 Dimana : = 1.23 kg/m 3. C D = 1.5 (diambil dari Tabel 4.2). A WT = L OA *Freeboard= 351 m 2. U = m/s (kecepatan angin maksimum 1 tahun Tabel 2.4) Maka diperoleh F WT = 3.8 ton Arah longitudinal F = 0.5 ρ C A U 10 Dimana : = 1.23 kg/m 3. C D = 1.5 (diambil dari Tabel 4.2). A WL = Beam*Freeboard = m 2. U = m/s (kecepatan angin maksimum 1 tahun Tabel 2.4) Laporan Tugas Akhir KL4099 Perancangan Dermaga Petikemas di Benoa, Propinsi Bali 4-28