DESAIN STRUKTUR PERPANJANGAN DERMAGA B CURAH CAIR PELINDO I DI PELABUHAN DUMAI, RIAU

Transkripsi

1 DESAIN STRUKTUR PERPANJANGAN DERMAGA B CURAH CAIR PELINDO I DI PELABUHAN DUMAI, RIAU Shinta Ayuningtyas Program Studi Teknik Kelautan, Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Teknologi Bandung Jl. Ganeca No. 10, Bandung shinta.ayuningtyas@gmail.com Kata kunci: dermaga, desain, perpanjangan struktur, deck on pile PENDAHULUAN Indonesia merupakan produsen minyak sawit terbesar kedua di dunia. Provinsi Riau merupakan provinsi di Indonesia yang memiliki area perkebunan kelapa sawit paling luas. Luasnya area perkebunan kelapa sawit di Provinsi Riau menghasilkan sumber daya kelapa sawit yang terus meningkat. Meningkatnya produksi kelapa sawit ini berdampak pada turut meningkatnya jumlah ekspor CPO (crude palm oil), yang merupakan produk kelapa sawit, melalui Pelabuhan Dumai, Riau. Meningkatnya kebutuhan Provinsi Riau untuk ekspor CPO melalui Pelabuhan Dumai mengakibatkan terjadinya penambahan jumlah kapal yang akan tambat dan berlabuh di Dermaga B curah cair. Pehitungan menunjukkan bahwa dengan jumlah kapal tersebut, apabila bongkar muat satu kapal berlangsung selama satu hari, BOR (berth occupancy ratio) Dermaga B curah cair eksisting Pelabuhan Dumai pada tahun 2020 akan menyentuh angka 75%, sedangkan pada keadaan ideal, suatu dermaga yang beroperasi memiliki BOR sebesar 60%. Untuk menurunkan BOR Dermaga B hingga mencapai nilai ideal, perlu diadakan perpanjangan dermaga. Gambar 1 Lokasi Perpanjangan Dermaga B Pelabuhan Dumai Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah menentukan desain dan melakukan analisis struktur pada perpanjangan Dermaga B curah cair dengan tipe deck on pile di Pelabuhan Dumai, Riau yang direncanakan. TEORI DAN METODOLOGI Penentuan desain struktur perpanjangan Dermaga B dilakukan dengan terlebih dahulu menentukan kriteria-kriteria desainnya. Kriteria desain meliputi data lingkungan (pasang surut, peta batimetri, data tanah, gelombang, arus, angin), data kapal rencana yang akan dilayani, dimensi (kedalaman perairan minimum, elevasi dermaga, panjang dermaga, lebar dermaga), serta material yang akan digunakan pada struktur dermaga. Pada Tugas Akhir ini, data lingkungan yang digunakan merupakan data sekunder. Data kapal rencana ditentukan dengan merujuk pada Rencana Induk Pelabuhan Dumai. Dimensi struktur dermaga ditentukan dengan mempertimbangkan kondisi eksisting Dermaga B, fasilitas yang beroperasi di atas dermaga, dan kebutuhan jumlah sandar kapal agar nilai BOR bersifat ideal. Material yang digunakan dipilih dengan mempertimbangkan rekomendasi SNI Langkah desain yang selanjutnya dilakukan adalah penentuan geometri dan perhitungan gaya-gaya yang bekerja pada struktur dermaga. Geometri yang ditentukan terdiri dari ukuran komponen-komponen dermaga (tiang pancang, balok, pile cap, plat) serta konfigurasinya. Gaya-gaya yang bekerja pada struktur dermaga adalah gaya berthing, gaya mooring, bebanbeban mati (berat fasilitas di atas dermaga dan berat sendiri), beban-beban hidup (berat fasilitas kendaraan dan aliran minyak), serta beban lingkungan (gaya gelombang, gaya arus, gaya gempa). 1

2 Perhitungan gaya berthing ditentukan dengan besarnya energi berthing yang pada prinsipnya adalah energi kinetik kapal saat bersandar. Rumus energi berthing adalah sebagai berikut. ( ) Keterangan: = energi berthing kapal (kn-m) = massa kapal (T) = kecepatan berthing (m/s) = faktor eksentrisitas = faktor virtual mass = faktor softness (nilai standar = 1) = faktor berth configuration (nilai = standar = 1) Gaya mooring dihitung atas pengaruh arus dan angin. Perumusan gaya mooring akibat angin ditunjukkan dengan rumus berikut. Keterangan: = gaya angin longitudinal (kn) = gaya angin transversal (kn) = koefisien gaya angin = longitudinal = koefisien gaya angin = transversal = massa jenis angin ( ) = luas proyeksi longitudinal = kapal di atas air ( ) = kecepatan angin (m/s) Perumusan gaya mooring akibat arus ditunjukkan dengan rumus berikut. Keterangan: = gaya arus longitudinal (kn) = gaya arus transversal (kn) = koefisien gaya arus = longitudinal = faktor koreksi kedalaman gaya = arus longitudinal = koefisien gaya arus transversal = faktor koreksi kedalaman gaya = arus transversal = massa jenis air laut ( ) = length between perpendicular D = (m) = draught kapal (m) = kecepatan arus (m/s) Beban mati dan beban hidup berupa fasilitas ditentukan berdasarkan beratnya yang diketahui. Beban lingkungan berupa gaya gelombang dan gaya arus ditentukan dengan gaya Morison, serta beban lingkungan berupa gaya gempa ditentukan dengan menggunakan data sekunder berupa spektral gempa. Dengan kriteria desain, geometri, dan gaya-gaya pada dermaga yang telah dihitung, langkah desain selanjutnya adalam memodelkan struktur dermaga dengan perangkat lunak SAP2000. Pengecekan kelayakan struktur ditentukan dengan menganalisis beberapa tinjauan output yang dihasilkan oleh perangkat lunak, seperti UCR (unity check ratio) tiang pancang, defleksi, dan kelangsingan tiang pancang. Output-output lain dari perangkat lunak seperti reaksi perletakan dan gaya dalam selanjutnya digunakan untuk merencanakan tulangan komponen beton. Perencanaan tulangan komponen beton dilakukan dengan perhitungan dan prosedur sistematis yang merujuk pada SNI Output perangkat lunak SAP2000 berupa gaya dalam digunakan untuk merencanakan tulangan lentur maupun geser. Output berupa reaksi perletakan digunakan sebagai parameter keruntuhan komponen beton akibat punching shear. DASAR DESAIN DAN PEMODELAN Struktur perpanjangan Dermaga B berukuran panjang 200 meter dan lebar 18 meter. Struktur perpanjangan Dermaga B terdiri dari modul dengan jarak dilatasi antar modul sebesar 5 centimeter. Pemodelan dengan perangkat lunak SAP2000 dilakukan terhadap satu modul dengan mempertimbangkan semua kondisi yang mungkin terjadi. Geometri modul yang dimodelkan adalah seperti ditunjukkan pada layout model pada Gambar 2 dan Tabel 1. 2

3 Material yang digunakan pada struktur dermaga adalah material beton dan baja sebagai berikut. - material beton K-50 dengan kuat tekan 37,35 MPa - material baja A36 untuk tiang pancang dan material baja dengan kuat tarik f MPa untuk tulangan Gambar 2 Layout Model Struktur Dermaga Struktur perpanjangan Dermaga B direncanakan untuk dapat melayani kapal desain berupa tanker DWT. Gambar berikut menujukkan tampak hasil pemodelan struktur dermaga. Gambar 3 Potongan Melintang Model Struktur Dermaga Gambar Tampak Atas Modul Struktur Dermaga Tabel 1 Geometri Struktur Model Dermaga Panjang 50 m Lebar 18 m Elevasi lantai,5 m (LLWL) Kedalaman fixity point -19,71 m (LLWL) Geometri komponen-komponen dermaga yang digunakan ditunjukkan pada Tabel 2 berikut. Tabel 2 Geometri Komponen Dermaga Tiang Diameter 813 pancang Tebal 11,9 baja Panjang 2,21 m beton Plat beton Pile cap beton Penampang Penampang Tebal 0 cm Fasilitas struktur perpanjangan Dermaga B yang digunakan untuk menahan beban akibat aktivitas kapal adalah - fender SCN 2000 E3.0 dari Fentek - bollard tee 80 T dari Trelleborg Gambar 5 Tampak Samping Modul Struktur Dermaga Gambar 6 Tampak Depan Modul Struktur Dermaga 3

4 HASIL DAN ANALISIS Analisis struktur dermaga tahap pertama adalah pengecekan hasil UCR yang terjadi pada tiang pancang baja. Hasil pengecekan UCR pada Gambar 3 dan Tabel 3 menunjukkan bahwa modul struktur perpanjangan Dermaga B memenuhi keamanan karena nilai UCR tertinggi tidak lebih daripada 1. Gambar 8 Peta Defleksi Arah Sumbu-x Gambar 7 Hasil UCR pada Tiang Pancang Baja Tabel 3 Rangkuman Hasil Pengecekan UCR Ekstrim Frame Section UCR Combination 168 Pile813 0,6702 COMBO Pile813 0,59862 COMBO Pile813 0, COMBO Pile813 0,58812 COMBO Pile813 0,55671 COMBO3.9 Keterangan Load Case COMBO3.9: Beban Mati, Gaya Gelombang y-, Gaya Arus y-, Berthing 3 COMBO3.7: Beban Mati, Gaya Gelombang y-, Gaya Arus y-, Berthing 1 Tabel Rangkuman Hasil Pengecekan Defleksi Ekstrim Arah Sumbu-x Joint Defleksi (m) Combination 19 0,0371 COMBO ,0335 COMBO ,03298 COMBO ,03298 COMBO ,03259 COMBO.1 Keterangan Load Case COMBO.1: Beban Mati, Gaya Gelombang x+, Gaya Arus x+, Mooring x+ SpL Hasil pengecekan defleksi arah sumbu-y pada Gambar 9 dan Tabel 5 menunjukkan bahwa modul struktur perpanjangan Dermaga B memenuhi keamanan karena besarnya defleksi tertinggi tidak lebih daripada defleksi izin yang diberikan oleh SNI berikut. Analisis struktur dermaga tahap kedua adalah pengecekan besarnya defleksi yang terjadi pada ujung tiang pancang baja. Hasil pengecekan defleksi arah sumbu-x pada Gambar 8 dan Tabel menunjukkan bahwa modul struktur perpanjangan Dermaga B memenuhi keamanan karena besarnya defleksi tertinggi tidak lebih daripada defleksi izin yang diberikan oleh SNI berikut. Gambar 9 Peta Defleksi Arah Sumbu-y

5 Tabel 5 Rangkuman Hasil Pengecekan Defleksi Ekstrim Arah Sumbu-y Joint Defleksi (m) Combination 17-0,08903 COMBO , COMBO , COMBO , COMBO , COMBO3.9 Keterangan Load Case COMBO3.9: Beban Mati, Gaya Gelombang y-, Gaya Arus y-, Berthing 3 Tahap analisis yang selanjutnya dilakukan adalah pengecekan kelangsingan tiang pancang. Syarat kelangsingan yang harus dipenuhi adalah pancang, maka nilai. Dengan mengetahui properti tiang ( ) ( ) dapat diketahui sebesar Selanjutnya, pengambilan output berupa reaksi perletakan dan gaya dalam dilakukan sebagai bahan input untuk perencanaan tulangan dan pengecekan punching shear komponen beton. Output berupa reaksi perletakan digunakan untuk mengetahui gaya-gaya yang terjadi pada perletakan jepit di ujung bawah tiang pancang. Gaya reaksi perletakan dalam arah sumbu-z (dalam perangkat lunak SAP2000 dinotasikan dengan F3) selanjutnya digunakan untuk mengecek punching shear pada pile cap. Output berupa gaya dalam pada balok ditinjau untuk menentukan desain tulangan lentur dan sengkang. Tabel 6 Ringkasan Hasil Pengecekan Reaksi Perletakan Ekstrim Arah Sumbu-z Rekasi Joint Perletakan Combination F3 (N) ,3 COMBO ,5 COMBO ,93 COMBO ,9 COMBO ,28 COMBO3.7 Keterangan Load Case COMBO3.3: Beban Mati, Gaya Gelombang x+, Gaya Arus x+, Berthing 3 COMBO3.7: Beban Mati, Gaya Gelombang y-, Gaya Arus y-, Berthing 1 COMBO3.9: Beban Mati, Gaya Gelombang y-, Gaya Arus y-, Berthing 3 Tabel 7 Rangkuman Hasil Gaya Dalam Ekstrim pada Komponen Jenis Melintang Memanjang Berthing Kantilever Jenis Gaya Dalam Nilai Satuan Kombinasi V ,73 N COMBO2 V ,73 N COMBO2 M ,00 N- COMBO3.8 M ,00 N- COMBO3.8 M ,00 N- COMBO3.9 M ,00 N- COMBO3.9 V ,75 N COMBO2 V ,75 N COMBO2 M ,00 N- COMBO3.7 M ,00 N- COMBO3.7 M ,00 N- COMBO.1 M ,00 N- COMBO.1 V ,11 N COMBO3.9 V ,10 N COMBO. M ,00 N- COMBO3.8 M ,00 N- COMBO3.8 M ,00 N- COMBO3.9 M ,00 N- COMBO3.9 V ,31 N COMBO2 V ,31 N COMBO2 M ,00 N- COMBO8.1 M ,00 N- COMBO8.1 M ,37 N- COMBO3.9 M ,00 N- COMBO2 Tabel 8 Rangkuman Hasil Gaya Dalam Ekstrim pada Komponen Plat Jenis Plat Plat Tengah Plat Tepi Memanjang Plat Tepi Melintang Plat Sudut Jenis Gaya Nilai Satuan Kombinasi M ,83 N-/ COMBO3.9 M ,65 N-/ COMBO3.9 M , N-/ COMBO.1 M ,51 N-/ COMBO2 M ,95 N-/ COMBO5.7 M , N-/ COMBO3.9 M ,28 N-/ COMBO2 M ,1 N-/ COMBO2 Dengan menggunakan gaya dalam yang terdapat pada Tabel 7 dan Tabel 8, maka penulangan komponen balok, plat, dan pile cap dapat dihitung dengan merujung pada SNI dan SNI Gaya-gaya dalam tersebut 5

6 merupakan beban ultimate yang selanjutnya dibandingkan terhadap beban nominal dari masing-masing penampang komponen beton. Rangkuman hasil perencanaan penulangan adalah sebagai berikut. a. - memanjang tulangan lentur atas: baja ulir φ25, 2 tulangan lentur bawah: baja ulir φ25, 5 tulangan geser: baja polos φ19, spasi melintang tulangan lentur atas: baja ulir φ25, 2 tulangan lentur bawah: baja ulir φ25, tulangan geser: baja polos φ19, spasi berthing tulangan lentur atas: baja ulir φ36, 3 tulangan lentur bawah: baja ulir φ36, tulangan lentur samping: baja ulir φ36, tulangan geser: baja polos φ12, spasi 00 - kantilever tulangan lentur atas: baja ulir φ22, tulangan lentur bawah: baja ulir φ22, 2 tulangan geser: baja polos φ6, spasi 300 b. Plat - Plat tengah tulangan arah panjang: baja ulir φ22, 7, spasi 616 tulangan arah lebar: baja ulir φ22, 11, spasi Plat tepi memanjang tulangan arah panjang: baja ulir φ16, 16, spasi 00 tulangan arah lebar: baja ulir φ22, 11, spasi Plat tepi melintang tulangan arah panjang: baja ulir φ22, 7, spasi 616 tulangan arah lebar: baja ulir φ16, 3, spasi 00 - Plat sudut tulangan arah panjang: baja ulir φ16, 3, spasi 00 tulangan arah lebar: baja ulir φ16, 3, spasi 00 c. Pile cap - Pile cap 1 dimensi: tulangan arah panjang: baja ulir φ29, 12 tulangan arah lebar: baja ulir φ29, 12 - Pile cap 2 dimensi: tulangan arah panjang: baja ulir φ29, 15 tulangan arah lebar: baja ulir φ29, 15 - Pile cap 3 dimensi: 35 tulangan arah panjang: baja ulir φ36, 2 6

7 tulangan arah lebar: baja ulir φ36, 2 tulangan praktis: baja polos φ32, 32 KESIMPULAN 1. Perpanjangan Dermaga B Pelindo I di Pelabuhan Dumai merupakan dermaga yang melayani bongkar muat curah cair komoditas CPO (crude palm oil), dengan kapal rencana berupa tanker DWT. 2. Perpanjangan Dermaga B Pelindo I di Pelabuhan Dumai berukuran panjang 200 meter dan lebar 18 meter. Struktur perpanjangan Dermaga B terdiri dari modul dengan jarak dilatasi antar modul sebesar 5 centimeter. Geometri masing-masing modul adalah sebagai berikut. - panjang: 50 m; - lebar: 18 m; - elevasi lantai:,5 m (LLWL); - kedalaman fixity point: -19,71 m (LLWL). 3. Struktur perpanjangan Dermaga B dirancang untuk dapat menahan kombinasi-kombinasi pembebanan yang bekerja, yang terdiri dari beban-beban berikut. - beban mati (berat sendiri struktur, berat pile cap, berat loading arm, berat sistem fender, berat bollard, berat pipe rack, berat pipa); - beban hidup (beban hidup tipikal, beban mobile crane, berat aliran minyak); - gaya berthing, yaitu gaya yang bekerja pada dermaga saat kapal menumbuk dermaga ketika berlabuh; - gaya mooring, yaitu gaya yang bekerja pada dermaga akibat tarikan kapal saat bertambat; - beban lingkungan (gelombang, arus, gempa).. Pengecekan nilai UCR ekstrim menunjukkan bahwa UCR terbesar adalah sebesar 0,6702 pada kombinasi pembebanan berthing. 5. Pengecekan defleksi arah sumbu-x menunjukkan bahwa defleksi terbesar adalah sebesar 0,0371 pada kombinasi pembebanan mooring. 6. Pengecekan defleksi arah sumbu-y menunjukkan bahwa defleksi terbesar adalah sebesar 0,08903 pada kombinasi pembebanan berthing. 7. Pengecekan perletakan arah sumbu-z menunjukkan bahwa perletakan terbesar pada fixity point terjadi sebesar 1998 kn pada kombinasi pembebanan berthing. SARAN Perihal yang lebih dapat diteliti lebih lanjut dalam penelitian ini: 1. Perlu dilakukan analisis terhadap daya dukung tanah agar mendapatkan hasil desain yang lebih akurat. 2. Perlu dilakukan analisis dan perhitungan dimensi penampang balok, tebal plat, panjang bentang balok, dan jumlah tiang pancang yang sesuai agar desain struktur lebih optimal. DAFTAR PUSTAKA AISC Steel Construction Manual, 1 th Edition ASCE Standard , Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures (ASCE 7-10) British Standard, Maritime Structures Part 1: Code of Practice for General Criteria (BS ) British Standard, Maritime Structures Part : Code of Practice for Design of Fendering and Mooring Systems (BS ) Direktorat Penyelidikan Masalah Bangunan Peraturan Pembebanan Indonesia untuk Gedung, Bandung: Direktorat Penyelidikan Masalah Bangunan. Fentek Marine Systems Fentek Marine Fendering Systems Catalogue. Hamburg: Fentek. 7

8 Goda, Yoshimi Random Seas and Design of Maritime Structures, 3 rd Edition. Singapore: World Scientific Publishing. Keputusan Menteri No. 39 Tahun 2006 tentang Rencana Induk Pelabuhan Dumai Kristensen, Hans Otto Determination of Regression Formulas for Main Dimensions of Tankers and Bulk Carriers based on IHS Fairplay Data. : Technical University of Denmark. McCormac, Jack C. dan Russel H. Brown Design of Reinforced Concrete, Ninth Edition. USA: John Wiley & Sons, Inc. OCDI Technical Standards and Coentaries for Port and Harbour Facilities in Japan. Japan: OCDI. PT Pelabuhan Indonesia I (Persero) Adendum Analisis Dampak Lingkungan Hidup (ANDAL) Pelabuhan Dumai. Medan: PT Pelabuhan Indonesia I (Persero). Standar Nasional Indonesia, Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung (SNI ) Thoresen, Carl A Port Designer s Handbook, Third Edition. London: ICE Publishing. Tomlison, Michael, et al Pile Design and Construction Practice, 5 th Edition. London dan New York: Taylor & Francis. Trelleborg Safe Berthing and Mooring, Trelleborg Marine Systems. : Trelleborg. Triatmodjo, Bambang Perencanaan Pelabuhan. Yogyakarta: Beta Offset. World Meteorogical Organization Manual on Codes, Volume I.1, Part A Alphanumeric Codes (WMO-No. 306). Geneva: WMO. 8