SIMULASI ELEMEN HINGGA ANSYS PADA ARMOR A-JACK

Transkripsi

1 SIMULASI ELEMEN HINGGA ANSYS PADA ARMOR A-JACK Bagus Tri Wicaksono 1 Harman Ajiwibowo, Ph. D 2 Program Studi Teknik Kelautan Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Teknologi Bandung, Jl Ganesha 10 Bandung bagus.tri.wicaksono@gmail dan 2 harman@ocean.itb.ac.id Abstrak: Daerah pantai merupakan salah satu daerah di bumi yang sangat dinamis dan sering mengalami perubahan yang diakibatkan oleh gelombang air laut. Jika dibiarkan terus menerus maka akan menyebebkan terjadinya transport sedimen yang lambat laun dapat menyebabkan erosi pantai. Untuk mencegah terjadinya erosi pantai maka dibuatlah bangunan pelindung pantai, salah satunya adalah breakwater. Breakwater ini mempunyai lapisan terluar yang disebut lapisan armor. Lapisan armor terdiri dari beberapa jenis, yaitu A-Jack, Xbloc, Core-Loc, Dolos, Accropode dan lain-lain. Dalam penelitian ini akan dilakukan pemodelan elemen hingga dengan perangkat lunak ANSYS 11 untuk membandingkan tegangan tarik yang dihasilkan pada berbagai jenis tipe armor. Kata kunci: Armor, A-Jack, Core-Loc,Xbloc, Dolos, Accropode, Tribar, ANSYS 11, Breakwater. Abstract: The coastal area is one of the regions of the earth are very dynamic and frequent changes caused by the waves. If allowed to continue it will cause sediment transport which can eventually lead to coastal erosion. To prevent coastal erosion, it has made the building of coastal protect, one of them is the breakwater. Breakwater has a outer layer called the armor layer. Armor layer consists of several types, namely A-Jack, Xbloc, Core-Loc, Dolos, Accropode and others. In this research, finite element modeling will be performed with ANSYS software 11 to compare the tensile stresss have produced on various types of armor. Keywords: Armor, A-Jack, Core-Loc,Xbloc, Dolos, Accropode, Tribar, ANSYS 11, Breakwater. 1

2 PENDAHULUAN Daerah pantai adalah daerah yang sangat dinamis dan selalu mengalami perubahan. Hal ini dikarenakan adanya faktor-faktor gaya alam yang secara langsung mempengaruhi keadaan pantai. Dinamika pantai terutama dipengaruhi oleh adanya gelombang yang menyebabkan arus sejajar pantai. Gelombang yang datang dengan kemiringan sudut tertentu dan pecah didekat pantai, akan diteruskan dalam dua komponen, yaitu fluks energi gelombang yang tegak lurus pantai dan fluks energi gelombang yang sejajar pantai. Komponen yang tegak lurus pantai akan hancur membentur pantai sedangkan yang sejajar pantai akan membangkitkan arus sejajar dengan garis pantai. Gelombang dan arus inilah yang menyebabkan terjadinya transpor sedimen baik yang sejajar dengan garis pantai maupun ke arah laut dalam. Namun yang mempunyai pengaruh lebih banyak untuk jangka panjang adalah tranpor sedimen sejajar pantai sedangkan yang tegak lurus pantai bila dirata-ratakan pengaruhnya sangat kecil sehingga bisa diabaikan. Gelombang yang pecah akan menyebabkan sedimen terangkat dan melayang-layang sedangkan arus mengangkut sedimen itu sesuai dengan kapasitasnya dalam arti bahwa yang menentukan bergerak tidaknya butir sedimen adalah besarnya arus dan ukuran butir sedimen. Besarnya tingkat transpor sedimen ini dapat dinyatakan dalam Q (debit sedimen) yaitu banyaknya meterial sedimen yang melalui suatu penampang titik per satuan waktu. Transpor sedimen akibat arus sejajar pantai dapat menimbulkan beberapa permasalahan. Permasalahan tersebut dapat berupa kemunduran garis pantai akibat erosi ataupun pendangkalan akibat adanya sedimentasi. Untuk mengurangi dampak dari arus sejajar pantai, diperlukan suatu struktur pelindung pantai. Salah satu jenis struktur pelindung pantai yang digunakan untuk melindungi pantai dan menahan gerakan transpor sedimen litoral adalah groin. Untuk melindungi pantai dari transport, pantai tersebut dibangun bangunan pelindung pantai. Salah satu bangunan pelindung pantai adalah breakwater, groin dan revetment. Ada berbagai macam tipe breakwater. Tipe breakwater caisson, rubble mound, dan lain-lain. Pada tipe breakwater rubble mound, terdapat lapisan armour. Lapisan armour adalah lapisan terluar pada breakwater rubble mound. Untuk mengisi lapisan armor tersebut, ada berbagai macam jenis armour. Yaitu A-jack, X-block, buis beton, dan lain-lain. Karena terdapat jenis armor tersebut, tidak ada perbandingan antara berbagai jenis armor tersebut. Maka penelitian ini bertujuan sebagai berikut: 1. Mengetahui besarnya tegangan tarik maksimum yang diterima 1 unit armor A-Jack Square End,Round End dan Tappered dan lokasi tegangan tarik maksimum tersebut. 2. Membandingkan tegangan tarik maksimum yang terjadi pada 1 unit armor A-Jack dengan tegangan tarik maksimum sesuai dengan mutu beton. 3. Membandingkan tegangan tarik maksimum yang terjadi pada 1 unit armor A-Jack dengan 1 satu unit jenis armor lain. Sesuai dengan penelitian sebelumnya 2

3 Ruang lingkup penelitian ini dibatasi sebagai berikut, 1. Studi literatur mengenai prinsip dasar tegangan, metode elemen hingga, ANSYS 11.0 sebagai software yang digunakan, Studi terdahulu pemodelan armor tipe lain, serta apa yang dimaksud dengan principal stress sebagai hasil output dari Tesis ini. 2. Melakukan Pemodelan A-Jack pada ANSYS 11.0 dan mengolah hasil keluar ANSYS 11 untuk mendapat nilai tegangan tarik dan tekan maksimum. 3. Menginterpretasikan hasil ANSYS 11.0 untuk mendapatkan tegangan tarik maksimum yang terjadi pada A-Jack dalam kondisi pembebanan yang telah ditentukan, beserta dengan lokasi dimanakah tegangan maksimum tersebut terjadi. Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Melakukan pemodelan A-Jack Jenis Round End dan Square End dengan 5 Waist Ratio (Gambar 1) dengan volume 4m Melakukan pemodelan A-Jack Jenis Tappered dengan volume 4m 3 (Gambar 1).. 3. Menjalankan 4 jenis load case point load sesuai dengan paper Placement and Structural Strength of Xbloc and other Single Layer Armour Units (Muttray et al, 2005) 4. Menjalankan 4 jenis load case area load yang mereferensi pada paper Placement and Structural Strength of Xbloc and other Single Layer Armour Units (Muttray et al, 2005) 5. Untuk load case point load menggunakan material sesuai paper Placement and Structural Strength of Xbloc and other Single Layer Armour Units (Muttray et al, 2005) 6. Untuk load case area load menggunakan 4 buah jenis beton, yaitu o Beton K-225 o Beton K-250 o Beton K-275 o Beton K Membandingkan hasil tegangan tarik untuk area load dengan tegangan tarik maksimum sesuai dengan mutu beton tersebut 8. Membandingkan hasil tegangan tarik untuk point load dengan tegangan tarik untuk jenis armor lainnya sesuai dengan penelitian sebelumnya. Gambar 1 Tipe-tipe A-Jack Sumber : a-jacks.com 3

4 TEORI DAN METODOLOGI Pada penelitian ini, dilakukan pemodelan A-Jack menggunakan software ANSYS 11. Software ANSYS 11 merupakan software yang menggunakan perinsip dasar elemen hingga. Elemen hingga merupakan suatu metode numerik dengan tujuan memperoleh pemecahan pendekatan dari suatu persamaan diferensial (Partial Differential Equation, PDE). Untuk penelitian ini terdapat dua jenis pembebanan. Yaitu pembebanan poin (Point Load) dan pembebanan area (Area Load). Untuk kedua pembebanan ini mereferensi dari penelitian Placement and Structural Strength of Xbloc and other Single Layer Armour Units (Muttray et al, 2005). Untuk lebih jelasnya, dapat dilihat pada Gambar 2 untuk pembebanan poin dan Gambar 3 untuk pembebanan area. Gambar 2 Pembebanan poin 4

5 Gambar 3 Pembebanan area Seperti yang telah dibahas pada batasan masalah penelitian ini, untuk pembebanan point memakai properti beton sesuai dengan penelitian penelitian Placement and Structural Strength of Xbloc and other Single Layer Armour Units (Muttray et al, 2005). Yaitu beton dengan modolus elastisitas (E) 30 Gpa, Poisson Ratio 0.2 dan memiliki densitas beton 2350 kg/m 3. Untuk pembebanan area load, menggunakan material beton K-225, K-250, K275 dan K-300. Untuk properti beton tersebut dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1 Properti Material Beton Yang Digunakan Untuk Pembebanan Area 5

6 ANALISA DAN HASIL PERBANDINGAN TEGANGAN MAKSIMUM TARIK A-JACK DENGAN TEGANGAN TARIK MAKSIMUM MUTU BETON Dari hasil pemodelan dapat dilihat untuk jenis A-Jack round end dan square end bahwa untuk mutu beton, K-225, K-250, K-275 dan K-300, hanya pada kondisi pembebanan 3 (torsion) tegangan tarik maksimum yang dihasilkan dibawah tegangan tarik maksimum mutu beton. Sedangkan untuk jenis A-Jack Tappered, tegangan maksimum yang dihasilkan selalu dibawah tegangan tarik maksimum mutu beton. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada Gambar 4 untuk mutu beton K-225, Gambar 5 untuk mutu beton K-250, Gambar 6 untuk mutu beton K-275 dan Gambar 7 untuk mutu beton K-300. Gambar 4 Perbandingan tegangan tarik maksimum A-Jack dengan mutu beton K-225 Gambar 5 Perbandingan tegangan tarik maksimum A-Jack dengan mutu beton K-250 6

7 Gambar 6 Perbandingan tegangan tarik maksimum A-Jack dengan mutu beton K-275 Gambar 7 Perbandingan tegangan tarik maksimum A-Jack dengan mutu beton K-300 PERBANDINGAN ANTARA TIPE A-JACK Untuk perbandingan antara tipe A-Jack, dapat dilihat bahwa nilai tegangan tarik maksimum yang dihasilkan A-Jack Tappered selalu paling kecil dibandingkan dengan tipe A-Jack lainnya. Hal ini dapat dilihat Gambar 8 untuk kondisi pembebanan 1, Gambar 9 untuk kondisi pembebanan 2, Gambar 10 untuk kondisi pembenan 3 dan Gambar 11 untuk kondisi pembebanan 4. 7

8 Gambar 8 Perbandingan tegangan tarik maksimum antara tipe A-Jack untuk pembebanan 1 Gambar 9 Perbandingan tegangan tarik maksimum antara tipe A-Jack untuk pembebanan 2 8

9 Gambar 10 Perbandingan tegangan tarik maksimum antara tipe A-Jack untuk pembebanan 3 Gambar 11 Perbandingan tegangan tarik maksimum antara tipe A-Jack untuk pembebanan 3 9

10 PERBANDINGAN TEGANGAN TARIK MAKSIMUM DENGAN JENIS ARMOR LAIN Seperti yang telah dibahas pada batasan masalah penelitian ini, untuk perbandingan tegangan tarik A-Jack dengan jenis armor lainnya memakai kondisi pembebanan poin. Karena pada perbandingan ini, hasil untuk jenis armor lainnya diambil dari penelitian sebelumnya. Pada penelitian sebelumnya, memakai kondisi pembebanan poin. Hasil perbandingan tegangan tarik maksimum ini dapat dilihat pada Tabel 2. Sedangkan untuk Gambar 12 dapat dilihat perbandingan A-Jack dengan tipe armor lainnya untuk kondisi pembebanan 1, Gambar 13 dapat dilihat perbandingan A-Jack dengan tipe armor lainnya untuk kondisi pembebanan 2, Gambar 14 dapat dilihat perbandingan A-Jack dengan tipe armor lainnya untuk kondisi pembebanan 3 dan Gambar 15 dapat dilihat perbandingan A-Jack dengan tipe armor lainnya untuk kondisi pembebanan 4. Tabel 2 Perbandingan Tegangan Tarik Maksimum A-Jack Dengan Jenis Armor Lainnya 10

11 Gambar 12 Perbandingan tegangan tarik maksimum A-Jack dengan jenis armor lainnya kondisi pembebanan 1 Gambar 13 Perbandingan tegangan tarik maksimum A-Jack dengan jenis armor lainnya kondisi pembebanan 2 11

12 Gambar 14 Perbandingan tegangan tarik maksimum A-Jack dengan jenis armor lainnya kondisi pembebanan 3 Gambar 15 Perbandingan tegangan tarik maksimum A-Jack dengan jenis armor lainnya kondisi pembebanan 4 12

13 KESIMPULAN DAN SARAN Berdasarkan pemodelan A-Jack dengan metode elemen hingga, didapat kesimpulan sebagai berikut: 1. Pada semua kondisi beton, A-Jack Square End dan Round End hanya kuat pada load case 3. Karena tegangan tarik yang dihasilkan dari pemodelan lebih kecil dibandingkan tegangan tarik maksimum beton tersebut. Sedangkan pada A-Jack Tappered kuat menahan beban pada semua jenis pembebanan. 2. Dari ketiga tipe A-Jack, A-Jack Tappered lebih kuat dibandingkan kedua tipe A-Jack tersebut. Karena tegangan tarik maksimum yang dihasilkan lebih kecil dibandingkan kedua tipe A-Jack lainnya untuk semua kondisi load case. 3. Untuk perbandingan tegangan tarik dengan jenis armor lainnya. X-Bloc, Accropode dan Core-loc merupakan jenis armor yang lebih kuat dari pada A-Jack. Karena tegangan tarik yang dihasilkan ketiga armor tersebut lebih kecil dibandingkan A-Jack untuk semua kondisi pembebanan. DAFTAR PUSTAKA Melby, J.A., Turk, G.F.: Core-Loc concrete armour units: Technical guidelines. US Army Corps of Engineers, WES, Technical Report CHL-97-4, Melby, J.A.; Turk, G.F.: Core-loc development as related to historical Corps concrete armor unit performance. ICE, Proc. Int. Conf. on Advances in Coastal Structures and Breakwaters, London, Sogreah, Strength of Accropode, Finite Element Study, Report, 1980 Muttray, Reedijk, Vos-Rovers dan Bekker :Placement and Structural Strength of Xbloc and other Single Layer Armour Units, 2005 Sogreah: Technical specifications for fabricating and placing Accropode blocks. Port and Coastal Engineering Department, Grenoble,