Analisis Kekuatan Kapal Bambu Laminasi dan Pengaruhnya Terhadap Ukuran Konstruksi dan Biaya Produksi

Transkripsi

1 Analisis Kekuatan Kapal Bambu Laminasi dan Pengaruhnya Terhadap Ukuran Konstruksi dan Biaya Produksi 1 Ahmad Purnomo, Heri Supomo Jurusan Teknik Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arif Rahman Hakim, Surabaya Indonesia hsupomo@na.its.ac.id Abstrak -- Semakin mahal dan langkanya bahan kayu sebagai material utama kapal ikan telah mendorong para praktisi untuk meneliti bahan alternatif pengganti kayu. Bambu laminasi memiliki sifat mekanis yang lebih besar daripada kayu jati, sehingga dinilai mampu menggantikan kayu jati sebagai bahan utama kapal ikan. Namun masih ada keraguan jika material ini digunakan pada kapal dengan kapasitas yang besar. Sehingga muncul pertanyaan sampai ukuran berapakah kapal dengan bahan utama bambu laminasi mampu dibangun berdasarkan aspek kekuatan dan ekonomis. Perhitungan diawali dengan menentukan ukuran utama kapal yang dilanjutkan dengan menghitung ukuran komponen konstruksi kapal berdasarkan BKI tahun Analisis kekuatan dilakukan dengan pemodelan kapal 3D menggunakan pendekatan Finite Element Method (FEM). Sedangkan analisis ekonomis dilakukan dengan membandingkan kapal berbahan bambu laminasi ori dan betung, dengan kapal berbahan kayu jati. Hasil dari perhitungan dan analisis kekuatan menunjukkan bahwa kapal dengan kapasitas 20 sampai 60 GT berbahan bambu laminasi memenuhi kriteria kekuatan, yakni tidak melebihi tegangan sebesar 142 Mpa untuk bambu laminasi ori dan 120 Mpa untuk bambu laminasi betung. Hasil perhitungan dan analisis ekonomis menunjukkan bahwa kapal berbahan bambu laminasi memiliki biaya produksi lebih rendah daripada kapal kayu jati. Selisih biaya produksi paling rendah terdapat pada kapal 20 GT sebesar Rp ,- dan semakin besar kapasitas kapal maka selisih biaya produksi menjadi semakin besar. Kapal berkapasitas 60 GT memilki selisih paling besar, yakni Rp ,-. Berdasarkan kondisi aktual dimana kapal kayu paling besar yang umumnya dibangun hanya sampai kapasitas 60 GT, maka perhitungan dan analisis dicukupkan pada kapasitas 60 GT. Kata kunci -- kapal ikan, bambu, laminasi, gross tonnage (GT), kekuatan, ukuran konstruksi K I. PENDAHULUAN APAL perikanan atau yang sering disebut kapal ikan bisa jadi merupakan unsur terpenting dalam mendukung keberhasilan operasi penangkapan ikan. Walaupun aspek nelayan dan alat penangkap ikan masih terus dikembangkan, namun kapal perikanan sebagai sarana pendukung utama menjadi penting untuk mendapat sorotan. Di Indonesia sendiri umumnya pembuatan kapal perikanan masih bersifat tradisional, yakni hanya didasarkan pada kebiasaan masyarakat secara turun-menurun tanpa adanya dasar perhitungan arsitektur perkapalan (naval architect) dan gambar rancangan lainnya, yang pada kenyataannya sangat penting dalam pembuatan Namun saat ini, produksi kayu dari hutan di Indonesia semakin menurun. Laju kerusakan hutan di Indonesia mencapai 1,87 juta hektar dalam kurun waktu , yang membuat Indonesiamenempati peringkat ke-2 dari sepuluh negara dengan laju kerusakan tertinggi di dunia [1]. Hal ini mendorong para peneliti untuk mencari material alternatif yang bisa menggantikan peran kayu. Bambu dinilai bisa menjadi solusi dalam mengatasi keterbatasan kayu. Berbagai karakteristik yang dimiliki bambu, memungkinkannya menjadi alternatif di saat produk berbahan baku kayu mulai langka dan mahal harganya. Kekuatan bambu menjadi aspek penting yang perlu diperhatikan sebelum pembuatan kapal berbahan dasar bambu, karena akan mempengaruhi ukuran konstruksi dan biaya produksi. Namun timbul keraguan tentang kemampuan bambu bila digunakan sebagai bahan dasar pembuatan kapal ikan. Sehingga timbul pertanyaan, apabila bambu digunakan digunakan sebagai pengganti kayu dalam pembuatan kapal ikan, sampai ukuran berapa kapal bambu dapat dibangun. Berdasarkan uraian di atas, maka penelitian ini difokuskan kepada studi kekuatan kapal berbahan bambu laminasi dan pengaruhnya terhadap ukuran konstruksi di dalamnya dan juga biaya dalam produksinya. Hasil penelitian ini diharapkan mampu memberikan informasi tentang kekuatan kapal berdasarkan ukuran konstruksinya, dan juga biaya produksinya. Sehingga penulis mengambil judul Analisis Kekuatan Kapal Bambu Laminasi dan Pengarunya Terhadap Ukuran Konstruksi dan Biaya Produksi. II. METODOLOGI PENELITIAN Tahap awal yang dilakukan dalam penelitian ini adalah dimulai dengan membaca dan mencari referensi studi literatur terkait dengan penelitian yang telah dikerjakan. Studi literatur

2 2 dilakukan guna lebih memahami permasalahan yang ada, sehingga memunculkan dugaan awal yang selanjutnya bisa disusun menjadi sebuah hipotesa.studi literatur yang dilakukan adalah yang berkaitan dengan pemahaman teori dan konsep dari pembangunan kapal ikan kayu secara tradisional. Kemudian dilakukan juga studi literatur terkait dengan penggunaan bambu laminasi sebagai konstruksi pada kapal kayu dan proses produksinya. Pengumpulan data yang menyangkut objek dari penelitian ini didapatkan dari penelitian sebelumnya. Namun sebelumnya dilakukan terlebih dahulu perencanaan dalam pengumpulan data. Data yang dibutuhkan dalam pengerjaan penelitian ini diantaranya hasil pengujian kuat dan tarik dari bambu ori dan betung, termasuk berat jenis dan karakteristik lainnya. Regulasi yang digunakan dalam laporan Tugas Akhir ini adalah rule BKI 1996 dan BKI 2013, sehingga aturan yang berkaitan dengan semua perhitungan yang ada mengacu pada regulasi tersebut. Pemodelan dilakukan dengan menggunakan software MSC Patran 2010, sedangkan untuk metode analisis menggunakan software MSC Nastran Kapal yang dijadikan studi kasus untuk pemodelan dan analisis adalah kapal ikan tradisional, dengan jenis kasko hard chin bottom. Ukuran utama kapal didapatkan dengan (1), dimana hasil tiap ukuran utama harus mempertimbangkan koefisien bentuk Perhitungan dilakukan dengan ukuran Gross Tonnage (GT) yang telah ditentukan sebagai variabel konstan. Pendekatan dari FAO untuk kapal kurang dari 24 meter [2] pada = (1) dengan GT adalah kapasitas kapal yang direpresentasikan sebagai volume ruang tertutup pada kapal, baik lambung maupun bangunan atas. Panjang kapal direpresentasikan sebagai L, sedangkan B adalah lebar kapal yang diambil pada lebar terbesar dari keseluruhan badan Besaran D adalah tinggi kapal yang diukur dari baseline, sedangkan Cb merupakan koefisien blok kapal yang diukur berdasarkan bentuk kapal terhadap balok yeng mengelilinginya. Penentuan ukuran penampang konstruksi kapal kayu (scantling) didasarkan pada angka penunjuk Z dalam (2) yang disesuaikan dengan tabel yang telah ditentukan oleh Biro Klasifikasi Indonesia (BKI) Tahun Hasil yang didapatkan berupa dimensi penampang komponen konstruksi = + (2) = dimana besaran Z adalah angka penunjuk (index) yang digunakan untuk mendapatkan dimensi komponen konstruksi Panjang konstruksi kapal direpresentasikan sebagai L yang didapatkan dari rata-rata antara panjang galadak kapal L 1 dan panjang garis air kapal L 2. Besaran B dan H merujuk pada (1). Ukuran konstruksi kapal dipengaruhi oleh jenis bahan laminasi, dimana perhitungan didasarkan pada (4) yang mengacu pada BKI Tahun 2013 Volume VII. Ukuran lunas, (3) linggi, dan galar balok diberikan tabel dengan angka penunjuk penjang masing-masing elemen konstruksi. Perhitungan modulus sangat dipengaruhi oleh besarnya beban yang bekerja pada bagian konstruksi tertentu. Pada perhitungan konstruksi kapal kosong, beban yang bekerja diasumsikan sebagai beban luar yang bekerja akibat air laut. Yang mana, dibagi menjadi dua yakni beban lambung dan baban geladak. Masing-masing beban dibagi menjadi bagianbagian yang berbeda sesuai area kerja beban. Beban lambung memiliki area kerja 0.4 L fore dan after, yang terbagi juga menjadi area side dan botttom. Sedangkan beban geladak memiliki area kerja main deck dan deck within cabin/deckhouse. Besarnya beban sangat bergantung pada nilai L (panjang konstruksi kapal) kerana pada BKI Tahun 2013, formula yang digunakan dalam meghitung beban kulit dan geladak menggunakan fungsi L. Sehingga semakin besar nilai L maka beban pada kapal akan semakin besar. Dimensi wrang, gading, dan penguatan sekat didapatkan dari pendekatan dengan fungsi modulus penampang dan beban lambung Untuk tebal kulit, geladak, dan sekat ditentukan menggunakan = [ ] (4) dengan t merupakan tebal dari konstruksi berbentuk papan pada kapal, sperti kulit dan geladak. Besaran b adalah span atau panjang yang tidak ditumpu oleh bagian konstruksi yang saling berdekatan. Faktor untuk pelat yang dilengkung direpresentasikan dengan f k, dan beban yang bekerja pada komponen konstruksi kapal direpresentasikan dengan P d. Sedangkan σ RM adalah ultimate bending strength material, yang mana dalam penelitian ini adalah bambu laminasi ori dan betung. Perhitungan gading, wrang, galar kim, dan penguatan sekat, luaran yang didapatkan adalah modulus penampang dari masing-masing komponen konstruksi. Untuk penentuan dimensi face dan web pada kapal, dilakukan pendekatan menggunakan formula : = (5) = (6) dengan W sebagai besaran utamayang menunjukkan modulus penampang komponen konstruksi. Besaran INA adalah momen inersia yang didapatkan dari (6). Face dan web dari penampang komponen konstruksi direpresentasikan dengan b dan h. Dalam pemodelan struktur kapal, diperlukan adanya bentuk struktur kapal yang akan dimodelkan. Bentuk struktur dari kapal dibuat dalam model dasar yang terdiri dari rangkaian geometri yang saling terhubung. Selanjutnya katagori meterial dibuat sebagai persiapan sebelum diterapkan pada geometri yang telah ditentukan. Pada pemodelan struktur pemberian kondisi batas (constraint) menjadi bagian yang penting sebelum dilakukan pembebanan karena kondisi batas ini berupa tumpuan yang berguna pada saat proses perhitungan agar proses perhitungan dapat dilakukan dan tegangan dapat ditampilkan. Setelah proses pembebanan struktur selesai,

3 3 langkah selanjutnya adalah proses solusi pembebanan. Proses ini dilakukan untuk mendapatkan reaksi terhadap pembebanan. Reaksi ini adalah tegangan sisa dan deformasi yang nantinya hasil dari simulasi ini akan dibandingkan dengan perhitungan manual yang telah dilakukan. Tahap perhitungan ekonomis akan membahas perbandingan antara balok kayu jati utuh dengan balok laminasi bila ditinjau dari harganya untuk kapasitas GT yang sama. Perhitungan dilakukan dengan cara menghitung biaya produksi kapal menggunakan bambu laminasi yang terdiri dari biaya raw material dan biaya tenaga kerja. Kemudian dibandingkan dengan biaya produksi kapal dengan bahan dasar balok utuh. III. HASIL DAN PEMBAHASAN Analisis dilakukan dengann memperhatikan 2 (dua) aspek yang menjadi pertimbangann utama. Yang pertama adalah aspek kekuatan kapal, dimana analisis dilakukan berdasarkan hasil running dari model kapal pada kapasitas 20 sampai 60 GT. Yang kedua adalah aspek ekonomis, dimana analisis dilakukan berdasarkan biayaa produksi pada kapal berbahan kayu jati, bambu laminasi ori, dan bambu laminasi betung. Analisis dilakukan dengan metode down to uo, yakni dengan menganalisis kapal ikan dengan kapasitas kecil dan dilanjutkan ke kapasitas yang lebih besar. Apabila hasil dari analisis pada satu kapal memenuhi kriteria, maka analisis akan dilanjutkan padaa kapal berikutnya. Hasil dari analisis kekuatan kapal dipengaruhi oleh tegangan maksimal yang dialami oleh kapal, sedangkan hasil dari analisis ekonomis dipengaruhi oleh jumlah kebutuhan material dan biaya per meter kubik dari A. Analisis Teknis Hasil Perhitungan Data struktur dalam pengujian didapatkan dari hasil pendekatan menggunakan formula dari FAO dengan variasi ukuran Gross Tonnage (GT), kemudian menggunakann dasar regulasi BKI tahun 1996 untuk mrndapatkan ukuran konstruksi kapal kayu, dan regulasi BKI tahun 2013 untuk kapal bambu laminasi. Tabel 1. Ukuran utama kapal ikan Ukuran Utama Panjang Kapal (Loa) panjang garis air (Lwl) panjnag geladak lebar kapal ( B ) tinggi kapal ( H) syarat ( T ) kecepatan Kapasitas Kapal (GT) Satuan ,3 21,7 22,3 23,3 meter 14,5 18,1 18,6 21,6 22,7 meter 17,5 20,3 21,7 22,3 23,3 meter 3,8 3,6 4,4 5 5 meter 1,7 2,6 2,8 2,9 3,2 meter 1,1 1,8 2,1 1,8 2 meter knot Perhitungan ukuran komponen konstruksi kapal dilakukan terhadap kapal dengan 3 (tiga) jenis bahan dasar yang berbeda, yakni kayu jati, bambu laminasi ori, dan bambu laminasi betung. Kemudian dilakukan perbandingan dimensi antara kapal kayu dengan kapal bambu laminasi ori, dan kapal kayu dengan kapal bambu laminasi betung. Perbandingan meliputi seluruh komponen konstruksi utama kapal berdasarkan hasil perhitungan yang telah didapatkan. Tabel 2. Ukuran konstruksi utama kapal ikan 60 GT (mm) Bambu Bambu Kayu Jati Konstruksi Laminasi Ori Laminasi Betung face web face web face web lunas 305 linggi haluan 255 gading 220 jarak gading 540 wrang 160 galar kim 63 galar balok 88 kulit 57 geladak 62 balok geladak Gambar 1. Hasil analisis FEM Tabel 2 menunjukkan ukuran konstruksi utama kapal ikan pada kapasitas 60 GT. Pada a tabel tersebut terlihat bahwa sebagian besar bagian konstruksi pada kapal bambu laminasi memiliki ukuran konstruksi jauh lebih kecil dibandingkan kapal kayu. Hal tersebut dipengaruhi oleh besarnya nilai kuat tarik dan tekuk dari bambu laminasi. Pengurangan dimensi terbesar terjadi pada konstruksi linggi haluan Hasil analisiss menggunakan software MSC Nastran ditunjukkan pada Gambar 1. Pada gambar tersebut menunjukkan bentuk kapal dengan warna-warna pada daerah- yang dareah lambung. Warna tersebut menunjukkan tegangan terjadi pada elemen tertentu dalam suatu area. Semakin gelap warna, maka samakin besar pula nilaii tegangan yang ditunjukkan, begitu juga sebaliknya. Tegangan yang ertera pada hasil analisis menggunakan satuan Pa atau N/m 2. Tinjauan tegangan dilakukan pada daerah hot spot area pada sambungann yang telah ditentukan untuk setiap gading Tegangan tertinggi yang terjadi pada tiap-tiap kapal dibandingkan dengan tegangan yang dizinkan. Apabila tegangan tertinggi lebih kecil dibandingkan tegangan izin, maka kapal dianggap memenuhi kriteria kekuatan. Tegangan izin pada bambu laminasi ori dan betung sebesar Mpa dan Mpa [4]. Nilai tegangan tertinggi pada masing- masing kapal tertera pada Tabel 3 di bawah ini

4 4 Tabel 3. Tegangan maksimum pada kapal ikan Tegangan Maksimal (Mpa) Kapasitas Bambu Ori Bambu Betung 20 23,8 20, ,4 21, ,7 16, ,9 17, ,8 23,4 Pada Tabel 3 terlihat bahwa tegangan maksimum pada masing-masing kapal berbeda, namun memiliki selisih yang relatif rendah. Kapal bambu laminasi ori memiliki rata-rata tegangan lebih besar dibandingkan kapal bambu laminasi betung. Hal ini dipengaruhi oleh bentuk kapal dan besarnya beban yang bekerja pada Semakin tinggi tegangan menunjukkan reaksi bambu laminasi dalam mengakomodir beban yang terjadi. Tabel 3 juga menunjukkan bahwa kapal bambu laminasi memenuhi kriteria kekuatan yang ditentukan, yakni berdasarkan tegangan maksimum pada kapal untuk kapasitas 20 sampai 60 GT yang tidak melebihi tegangan izin yang telah ditentukan. B. Analisis Ekonomis Perbandingan Bambu Laminasi Terhadap Kayu Pada hasil perhitungan bambu laminasi, dilakukan perhitungan dengan asumsi volume laminasi bambu sebesar 1 m 3. Perhitungan tersebut meliputi kebutuhan bambu laminasi, serta biaya tenaga kerja untuk menghasilkan bambu laminasi per m 3. Kebutuhan bambu laminasi berupa bilah bambu serta lem yang menutupi permukaan bambu untuk laminasi jenis tumpuk bata (carvel). Perhitungan yang dilakukan berupa banyaknya bilah, jumlah bambu, serta jumlah lem yang digunakan. Biaya tenaga kerja yang diperhitungkan yaitu berupa proses pemotongan bambu, pembersihan bambu, perataan bagian sisi bilah, pembentukan bilah, hingga terbentuknya bambu laminasi. Dalam penelitian ini, biaya tenaga kerja diasumsikan sebesar Rp ,-. Total biaya bambu laminasi per m 3 tertera pada Tabel 4. Tabel 4. Total biaya laminasi bambu per m 3 Biaya Total Laminasi 1 m 3 Laminasi Ori Rp ,87 + Rp ,87 Rp ,65 Betung Rp ,87 + Rp ,5 Rp ,37 Total biaya laminasi bambu betung pada Tabel 4 lebih besar dibandingkan dengan bambu ori dengan selisih sebesar Rp ,-. Hal ini dipengaruhi oleh harga bambu dipasaran dimana bambu ori lebih murah dibandingkan bambu betung. Kebutuhan material kapal bambu laminasi dihitung berdasarkan ukuran konstruksi kapal dikalikan dengan panjang dan luasan pada masing-masing bagian konstruksi, sehingga didapatkan volume dari masing-masing Dari volume kebutuhan material kemudian dapat dihitung biaya produksi Biaya produksi dipengaruhi oleh besarnya kebutuhan material, biaya material dan biaya tenaga kerja. Hasil perhitungan biaya produksi kapal perikanan tertera pada Tabel 5 di bawah ini. Tabel 5. Total biaya produksi kapal perikanan Kapasitas Total biaya produksi kapal (Rp) Kayu jati Bambu Ori Bambu betung Pada tabel 5 terlihat bahwa biaya produksi kapal bambu laminasi jauh lebih besar dibandingkan kapal kayu jati. Hal ini dipengaruhi oleh lebih rendahnya kebutuhan material dan biaya pengerjaan bambu laminasi. Selain itu seiring dengan naiknya kapasitas kapal menunjukkan semakin besarnya selisih biaya produksi antara kapal kayu jati dengan kapal bambu laminasi. Hal tersebut dikarenakan trend dari selisih ukuran konstruksi dan kebutuhan material yang menunjukkan kecenderungan semakin membesar berdasarkan kenaikan kapasitas Analisis dilakukan pada kapal kapasitas 20 hingga 60 GT, dikarenakan pada umumnya kapal perikanan yang dibangun di Indonesia adalah kapal dengan kapasitas dalam range tersebut. Selain itu kapal dengan kapasitas GT yang lebih besar akan memerlukan metode perhitungan yang berbeda untuk ukuran konstruksi, karena klasifikasi hanya mengatur perhitungan konstruksi pada kapal kecil hingga panjang 24 meter saja. Dari hasil analisis yang dilakukan diketahui bahwa kapasitas maksimum kapal bambu laminasi, baik bambu laminasi ori maupun betung adalah pada kapasitas 60 GT. Selain itu dapat diketahui juga berdasarkan hasil perhitungan komponen konstruksi, bahwa kuat tarik dan tekuk dari bambu laminasi berpengaruh besar terhadap ukuran konstruksi kapal bambu laminasi. Semakin besar nilai kuat tarik dan tekuk material bambu laminasi, maka modulus dan ukuran konstruksi kapal akan semakin kecil. Hal tersebut mempengaruhi biaya produksi, karena jumlah kebutuhan material akan semakin berkurang seiring berkurangnya ukuran konstruksi IV. KESIMPULAN Berdasarkan hasil perhitungan dan analisis yang telah dilakukan pada pelaksanaan penelitian ini maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Dimensi komponen konstruksi kapal bambu laminasi lebih kecil dibandingkan dengan komponen konstruksi pada kapal kayu pada kapasitas GT (gross tonnage) yang sama. 2. Secara teknis, ditinjau dari hasil analisis software MSC Nastran, kapal dengan bahan dasar bambu laminasi cukup kuat dan dinyatakan memenuhi dalam aspek kekuatan Yakni tegangan maksimum pada kapal tidak lebih dari 142,07 Mpa untuk bambu laminasi ori, dan 120,69.

5 5 Secara ekonomis, ditinjau dari hasil perhitungan biaya produksinya, kapal dengan bahan bahan bambu laminasi lebih ekonomis daripada kapal kayu pada kapasitas GT yang sama. Total biaya produksi kapal bambu ori 20 GT sebesar Rp , untuk bambu betung Rp , sedangkan untuk kapal kayu jati sebesar Rp Total biaya produksi kapal bambu ori 30 GT sebesar Rp , untuk bambu betung Rp , sedangkan untuk kapal kayu jati sebesar Rp Total biaya produksi kapal bambu ori 40 GT sebesar Rp , untuk bambu betung Rp , sedangkan untuk kapal kayu jati sebesar Rp Total biaya produksi kapal bambu ori 50 GT sebesar Rp , untuk bambu betung Rp , sedangkan untuk kapal kayu jati sebesar Rp Dan total biaya produksi kapal bambu ori 60 GT sebesar Rp , untuk bambu betung Rp , sedangkan untuk kapal kayu jati sebesar Rp Kapasitas kapal ikan dengan bahan dasar bambu laminasi maksimum yang bisa dibangun di Indonesia adalah 60 GT. Yang mana didasarkan pada kondisi aktual dimana umumnya kapal ikan yang dibangun Indonesia adalah pada kapsitas 20 sampai 60 GT. UCAPAN TERIMA KASIH Ucapan terima kasih Penulis tujukan, yang pertama kepada Bapak Ir. Heri Supomo, M. Sc. selaku dosen pembimbing, Bapak Prof. Ir. Achmad Zubaydi, M.Eng, Ph.D. sebagai dosen wali Penulis. Kedua kepada Ayah dan Ibu yang telah memberikan dukungan doa dan biaya demi terselesaikannya penelitian ini. Ketiga kepada teman-teman dan pihak-pihak yang tidak dapat Penulis sebutkan satu per satu. DAFTAR PUSTAKA [1] BBC. (2013, June 3). Available: [2] Ayodhyoa, A. (1972). Craft and Gear. Jakarta: Correspondance Course Center. [3] BKI (2013). Vol. VII; Rules for Small Vessel Up to 24 M. Jakarta : Biro Klasifikasi Indonesia. [4] BKI Kapal Kayu (1996). Peraturan Kapal Kayu. Jakarta : Biro Klasifikasi Indonesia. [5] Jansssen, J.J.A Mechanical properties of bamboo. Kluwer Academic Publishers, The Netherlands. 134 pp. [6] Supomo, H Studi Inovasi Material Alternatif Bambu untuk Produksi Kapal Kecil Berbasis Efisiensi dan Berwawasan Lingkungan. Laporan Penelitian PUPT. ITS. Surabaya.