ANALISIS DAN DESAIN STRUKTUR BAGIAN BAWAH DERMAGA PONTON DI BABO PAPUA BARAT

Transkripsi

1 ANALISIS DAN DESAIN STRUKTUR BAGIAN BAWAH DERMAGA PONTON DI BABO PAPUA BARAT Ilman Kurniadi 1 dan Muslim Muin Program Studi Teknik Kelautan Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Teknologi Bandung, Jl Ganesha 10 Bandung ilman_kurni_adi@yahoo.com dan m_muin@ocean.itb.ac.id Abstrak Dermaga ponton merupakan dermaga yang dapat mengakomodir fenomena pasang dan surut yang terjadi di laut karena ponton hanya bergerak ke atas dan ke bawah (heaving) sehingga posisi dermaga dengan kapal selalu sama. Dermaga ponton cocok dibangun pada lokasi dengan tinggi gelombang rencana yang tidak terlalu tinggi dan kapal rencana yang akan bersandar berukuran kecil. Lokasi studi kasus pada karya tulis ini berada di Distrik Babo, Teluk Bintuni, Papua Barat. Dermaga ponton terdiri dari dua struktur utama: struktur atas berupa ponton dan struktur bawah berupa tiang pancang yang berfungsi sebagai penahan supaya ponton tetap pada lokasinya. Adalah penting untuk dilakukan evaluasi ketahanan struktur bawah dari dermaga ponton akibat beban lingkungan dan beban dinamik agar dermaga ponton aman untuk digunakan. Dalam studi ini, analisis untuk mengevaluasi ketahanan struktur dilakukan dengan dua metode, yaitu dengan cara manual dan pemodelan menggunakan bantuan program SAP000. Dari data lingkungan yang tersedia, langkah awal dari analisis kekuatan struktur bawah dermaga ponton adalah menemukan tinggi gelombang pada lokasi tinjau dengan metode hindcasting. Kemudian dilakukan perhitungan kekuatan struktur bawah dermaga ponton akibat beban lingkungan (arus, angin, gelombang, berthing, dan seismik) dan beban dinamik yang terjadi pada ponton. Nilai dari unity check range atau evaluasi kekuatan struktur tiang pancang hasil perhitungan manual dan pemodelan pada SAP000 dibandingkan untuk menentukan faktor apa saja yang menyebabkan adanya perbedaan hasil evaluasi dari dua metode tersebut. Hasil analisis menunjukan bahwa struktur tiang pancang dermaga dengan diameter luar 4 inch dan ketebalan 1 inch memenuhi syarat ketahanan struktur dan aman untuk dibangun. Kata kunci: dermaga, ponton, hindcasting, analisis, sap000 PENDAHULUAN LNG Tangguh adalah mega proyek yang membangun kilang LNG di Teluk Bintuni, Papua Barat, untuk menampung gas alam yang berasal dari beberapa Blok di sekitar Teluk Bintuni, seperti Blok Berau, Blok Wiriagar dan Blok Muturi. Tentu saja ada banyak sekali tenaga kerja yang terlibat di dalam proyek LNG Tangguh ini. Untuk itu diperlukan sebuah fasilitas sandar bagi pada tenaga kerja (crew) sehingga memudahkan pada crew dalam mobilitasnya dari moda angkutan laut ke moda angkutan darat. Pemilihan digunakannya dermaga ponton untuk keperluan sandar crew boat atau kapal kru dimaksudkan untuk mengantisipasi air pasang surut laut setinggi 4. meter, sehingga posisi kapal dengan dermaga selalu sama; dermaga ponton cocok untuk lokasi dengan tinggi gelombang rencana yang tidak terlalu tinggi; dan kapal rencana yang akan sandar berukuran kecil. Kemudian antara ponton dengan dermaga dihubungkan dengan suatu landasan/jembatan yang flexibel ke darat yang bisa mengakomodasi pasang surut laut. Tujuan dalam penulisan karya ilmiah ini adalah untuk menganalisa dan mendesain ketahanan struktur bawah dengan diameter 610 mm akibat beban lateral. Selain itu laporan tugas 1

2 akhir ini juga bertujuan untuk membandingkan hasil perhitungan manual dengan pemodelan yang dilakukan dengan bantuan software SAP000. Analisis evaluasi kekuatan struktur bawah dermaga ponton akan dilakukan dengan cara melakukan perhitungan manual dan dengan menggunakan bantuan program SAP000. Hasil yang didapatkan dari perhitungan manual dan pemodelan dengan bantuan SAP000 akan dibandingkan dan dianalisis untuk mengetahui faktor apa saja yang menyebabkan adanya perbedaan hasil evaluasi kekuatan struktur tiang pancang hasil pendekatan dengan kedua metode tersebut. Gambar 1 Contoh dermaga ponton LNG Tangguh (sumber : TEORI DASAR Hindcasting gelombang dilakukan dengan menggunakan parameter jonswap untuk mendapatkan nilai tinggi gelombang pada lokasi studi kasus Untuk kondisi fetch limited atau time limited, nilai t dan F bisa dihitung dari persamaan dibawah ini gteff t U (1) /3 t 68,8( F) () Kemudian nilai Hmo dan Tp didapatkan dari persamaan berikut 1/ H mo 0,016( F ) T p 0,86( F 1/3 ) (3) (4) Untuk kondisi fully developed sea, formula yang digunakan adalah gh mo U gt p U (5) (6)

3 gt FD U t 68,8( FFD ) / 3 (7) (8) t = durasi (detik) t eff = durasi efektif (detik) U = kecepatan angin (m/s) g = percepatan gravitasi (m/s ) F = panjang fetch (m) Hmo = tinggi gelombang signifikan (m) Tp = periode gelombang yang menyertai Hmo (detik) F FD = panjang fetch untuk kondisi fully developed sea = durasi untuk kondisi fully developed sea t FD Gaya-gaya yang bekerja pada struktur bawah dijabarkan pada gambar dibawah ini Gambar 1 Beban yang bekerja pada struktur tiang pancang Dalam tataran gelombang, gaya inersia dan gaya drag muncul dan berubah secara berkelanjutan terhadap waktu. Morison et al. (1950) mengajukan formula untuk menghitung gaya total akibat gelombang berupa penjumlahan dari gaya inersia dan gaya drag F h h df 1 C D Duu dz h C M D 4 Du Dt dz (9) 3

4 = massa jenis fluida (kg/m 3 ) C D = koefisien drag D = diameter silinder (m) u = kecepatan partikel air horizontal (m/s) C M = koefisien inersia/massa Du Dt = perceptan partikel air arah horizontal (m/s ) Tekanan dinamis (dynamic pressure) yang disebabkan oleh gelombang akibat adanya struktur (ponton) dijabarkan dalam rumus dibawah ini ( ) ( ( )) ( ) ( ) (10) p = tekanan (Pa) g = percepatan gravitasi (m/s ) z = jarak vertikal suatu titik yang ditinjau terhadap muka air (m) H = tinggi gelombang (m) k = bilangan gelombang = frekuensi gelombang x = jarak horizontal (m) t = waktu (detik) h = kedalaman perairan (m) Beban angin yang bekerja pada ponton dapat ditentukan dari persamaan dibawah ini menggunakan koefisien drag 1 Fangin au CD A (11) F angin = Gaya angin (N,kN) a = massa jenis udara = 1.3 kg/m 3 U = kecepatan angin (m/s) C D = koefisien drag ponton A = luas penampang proyeksi dari ponton (m ) Standar yang digunakan untuk menghitung gaya arus pada struktur bawah yang terendam adalah dengan menggunakan rumus untuk menentukan gaya drag pada struktur bawah 1 Farus U CD A (1) F arus = Gaya arus (N,kN) = massa jenis air laut = 103 kg/m 3 4

5 U C D = kecepatan arus (m/s) = koefisien drag struktur bawah A = luas penampang proyeksi dari tiang pacang yang terendam (m ) Akibat aktivitas berthing kapal ini, akan dihasilkan energi berthing yang dapat dihitung menggunakan persamaan di bawah ini: M sv E N CeCmCsCc (13) E N = energi berthing (kn.m) M s = massa kapal (ton) V = kecepatan berthing (m/s) C e = koefisien eksentrisitas C m = koefisien added mass C s = koefisien kehalusan (softness) C c = koefisien konfigurasi Perhitungan gempa didasarkan pada SNI dengan analisa beban statika ekivalen adalah CI. I. Wt V R (14) V = beban geser gempa statik ekivalen (kn) C I = faktor respon gempa W t = berat total struktur R = faktor reduksi gempa I = faktor keutamaan bangunan Penentuan nilai kekauan struktur untuk mencari respon dinamik ponton terhadap tiang pancang digambarkan pada gambar dibawah ini 5

6 Gambar Kekakuan untuk masing-masing tiang Variabel-variabel yang diperlukan untuk mendapatkan respon dinamik yang bekerja pada tiap tiang pancang adalah : 1 Massa ponton Added Mass atau massa tambahan 3 Kekakuan tiang pancang 4 Gaya gelombang 5 Periode gelombang 6 Rasio Damping Nilai momen yang bekerja untuk satu struktur tiang pancangnya adalah M pile = momen pada pile (kn.m) V pile = gaya geser maksimum pada pile (kn) = panjang pile (m) L pile (15) Nilai tegangan lentur ijin berdasarkan API RPA ditentukan dari persamaan FyD 3000 Fb Fy untuk D / t 300 Et Fy D = diamater tiang (m) t = ketebalan tiang (m) F y = yield strength pipa (Mpa) (16) Struktur dianggap sebagai shear building dan memiliki penahan jepit-jepit di kedua ujungnya, sehingga nilai momen total yang bekerja adalah Berdasarkan OCDI, evaluasi struktur atas momen lentur atau bending moment untuk kasus adanya gaya tekan aksial dapat dihitung dari persamaan berikut ini c bc 1 ca ba (18) c = tegangan aksial desain (N/mm ) ca = batas tegangan aksial yang diijinkan berdasarkan momen inersia terkecil (N/mm ) bc = nilai momen tegangan lentur desain maksimum (N/mm ) ba = nilai tegangan lentur ijin (N/mm ) (17) 6

7 HASIL DAN PEMBAHASAN Dari evaluasi kekuatan struktur akibat beban lingkungan dan beban dinamik hasil perhitungan manual dan pemodelan, didapatkan hasil sebagai berikut Tabel 1 Nilai unity check range struktur dermaga ponton Kondisi Perhitungan Manual Pemodelan Selisih nilai UCR Pasang Surut Nilai bending capacities pada SAP000 dilakukan dengan cara pendekatan, karena pada pedoman manual desain struktur baja atau SAP000 tidak terdapat langkah-langkah untuk mendapatkan nilai beban tegangan ijin (allowable bending stress) untuk analisis dengan menggunakan kode API RPA-LRFD97. Kode yang tersedia pada pedoman manual tersebut adalah: 1. U.S. AISC/ASD (1989),. U.S. AISC/LRFD (1994), 3. U.S. AASHTO LRFD (1997) 4. Canadian CAN/CSA-S (1994), 5. British BS 5950 (1990), dan 6. Eurocode 3 (ENV ). Sedangkan dalam software SAP000 v.10 yang digunakan tersedia analisis dengan kode API RPA-LRFD97. Perbedaan nilai allowable bending capacities hasil perhitungan manual dan pemodelan adalah 1. Allowable bending capacities hasil perhitungan manual =. Allowable bending capacities hasil pemodelan = Nilai beban tegangan ijin pada SAP000 lebih besar dibandingkan nilai beban tegangan ijin hasil perhitungan manal. Hal ini menyebabkan nilai UCR hasil pemodelan dengan SAP000 memiliki nilai yang lebih kecil dibandingkan dengan nilai UCR hasil perhitungan manual karena sesuai dengan persamaan 18. 7

8 KESIMPULAN DAN SARAN Dari hasil studi kasus sederhana dan pemodelan, didapatkan kesimpulan berupa: 1. Struktur dermaga ponton dengan enam buah tiang pancang dievaluasi kekuatannya dengan menganggap struktur adalah shear building dengan penumpu jepit-jepit karena adanya pergeseran sendi jepit pada sisi ponton akibat beban-beban yang diberikan. Tabel Nilai simpangan yang terjadi Nilai Simpangan Yang Kondisi Terjadi Pasang m Surut 0.03 m. Struktur bawah yang berupa enam buah tiang pancang dengan dimensi: Panjang (sampai fixity point) = meter Diameter = 4 inch (0.61 meter) Ketebalan = 1 inch (0.054 meter) dapat dikatakan aman karena nilai UCRnya tidak melebihi 1 (UCR < 1) Tabel 3 Nilai UCR dan selisih hasil perhitungan manual dengan pemodelan Kondisi Perhitungan Selisih nilai Pemodelan Manual UCR Pasang Surut Semakin besar nilai kekakuan yang terjadi, menyebabkan struktur semakin kaku dan nilai momen yang terjadi semakin kecil. Nilai kekakuan yang lebih besar terjadi saat kondisi perairan sedang surut karena jarak dari fixity point ke ponton semakin dekat dan struktur menjadi lebih kaku Tabel 4 Nilai kekakuan satu pile untuk tiap kondisi Nilai Kekakuan Satu Kondisi Pile Pasang 1.14 x 10 6 kg/s Surut.8 x 10 6 kg/s 4. Nilai UCR atau unity check range hasil perhitungan manual dan pemodelan dengan SAP000 memberikan hasil yang berbeda karena: Adanya perbedaan nilai tegangan lentur ijin atau allowable bending capacity antara hasil perhitungan manual dengan hasil pemodelan dengan SAP000 8

9 Tabel 5 Perbandingan nilai hasil perhitungan manual pada pemodelan SAP000 Selisih Saran untuk membuat karya ilmiah ini menjadi lebih baik: 1. Analisis lebih kompleks bisa dilakukan dengan meninjau keenam buah tiang pancang yang ada di kedua sisi ponton.. Perlu dilakukan studi lebih dalam mengenai penentuan nilai allowable bending capacity yang ada di dalam software SAP000. Dalam karya tulis ini hanya dilakukan pendekatan karena tidak ditemukannya pedoman SAP000 untuk kode API RPA- LRFD Pada perhitungan manual, nilai beban arus dan gelombang bisa dikombinasikan supaya sesuai dengan metode yang dilakukan oleh SAP000. DAFTAR PUSTAKA American Petroleum Institute, Recommended Practice for Planning, Designing and Constructing Fixed Offshore Platforms-Working Stress Design,1 st Edition, Washington DC, USA, British Standart Institute, Code of Practice for Design of Fendering and Mooring System, London, Computers and Structures, Inc., SAP000 Steel Design Manual, California, USA, 000. Dean, R. dan Dalrymple, R., Water Wave Mechanics For Engineers and Scientists, nd Edition, Routledge, Singapore, Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Pemukiman, Standar Perencanaan Ketahanan Gempa Untuk Struktur Bangunan Gedung, SNI , Bandung, Indonesia, 00 The Overseas Coastal Area Development Institute of Japan, Technical Standards and Commentaries of Port and Harbour Facilities in Japan, Tokyo, Japan, 00. 9