ANALISIS KEKUATAN PUNTIRAN LONGITUDINAL KAPAL YANG ...

i

ANALISIS KEKUATAN PUNTIRAN LONGITUDINAL KAPAL

YANG DIMODIFIKASI DARI GENERAL CARGO KE

KONTAINER

Skripsi

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh

Gelar Sarjana Teknik Pada Jurusan Perkapalan

Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin

Disusun Oleh:

IRWAN

D31113017

PROGRAM STUDI TEKNIK PERKAPALAN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS HASANUDDIN

2017

iii

ABSTRAK

Irwan. 2017. “Analisis Kekuatan Puntiran Longitudinal Kapal yang Dimodifikasi

Dari General Cargo ke Kontainer” (dibimbing oleh Ganding Sitepu dan Hamzah)

Bukaan geladak Kapal Kontainer berpengaruh terhadap kekuatan longitudinal

kapal akibat puntiran. Dalam kondisi operasionalnya Kapal Kontainer tidak hanya

mengalami tegangan bending akibat kondisi hogging dan sagging tetapi juga

mengalami puntiran akibat terjadinya pergeseran muatan maupun akibat

gelombang dari samping (quartering seas) yang mengenai kapal tersebut.

Penelitian ini bertujuan mengetahui respon struktur kapal hasil modifikasi dari

General Cargo ke Kontainer akibat beban momen puntir. Analisa dilakukan dengan

menggunakan metode elemen hingga dengan memodelkan ruang muat Kapal

Kontainer, perhitungan dilakukan dengan bantuan software AnsysTM. Untuk itu

dimodelkan ruang muat kapal dimana semua elemen menggunakan tipe shell 281.

Beban puntir disimulasi dengan gaya kopel pada sekat-sekat yang membatasi ruang

muat. Besarnya beban dihitung menggunakan rules BKI 2014. Hasil penelitian

menunjukkan bahwa tegangan geser yang terjadi akibat momen puntir yang

disebabkan oleh ombak (MWT) lebih besar (𝜏𝑥𝑦 = -22,9221 N/mm2 dan 𝜏𝑥𝑧 = -

15,6004 N/mm2) dibanding tegangan geser yang terjadi akibat momen puntir statis

(MST) (𝜏𝑥𝑦 = -18,8739 N/mm2 dan (𝜏𝑥𝑧 = -12,8453 N/mm2). Untuk respon struktur

kapal, pertambahan beban secara konstan menyebabkan pertambahan displacement

dan tegangan geser yang cenderung linear. Akibat adanya puntiran menyebabkan

terjadinya warping pada model kapal, hal ini terjadi karena displacement yang

terjadi terhadap arah sumbu x, y dan z. Stress ratio terhadap tegangan geser bidang

xy dan xz baik untuk beban momen puntir statis maupun beban momen puntir

akibat ombak tidak melebihi 1 (< 1) atau dengan kata lain tegangan kerja lebih

kecil daripada tegangan izin berdasarkan rules BKI.

Kata Kunci : Kapal Kontainer; Puntiran; Kekuatan Longitudinal; Tegangan

Geser; Warping;

iv

ABSTRACT

Irwan. 2017. "Analysis of Longitudinal Torsional Strength of Ships Modified from

General Cargo to Container" (guided by Ganding Sitepu and Hamzah)

Deck opening of Container Ship affects the longitudinal forces of ship due to

torsion. In operational condition, Container Ships not only experience bending

stress due to hogging and sagging conditions but also experience torsion due to the

shifting of cargo as well as the result of the quartering seas on the vessel. This

research aims to find out the response of ship structure modified from General

Cargo to Container due to torsional moment load. The analysis is done by finite

element method by modeling cargo hold of Container Ship, the calculation is done

by using AnsysTM software. For this reason, cargo hold of vessel is modeled in

which all elements are using by shell type 281. Torsional force is simulated by

coupling force in bulkheads that restrict cargo hold. The amount of load is

calculated using the BKI 2014 rules. The results of research showed that the shear

stress that occurs due to torsional moments (MWT) is larger (τxy = -22,9221 N / mm2

and τxz = -15,6004 N / mm2) than the shear stresses that occur due to static torsional

moment (MST) (τxy = -18,8739 N / mm2 and (τxz = -12,8453 N / mm2). For the ship's

structure response, constant load increases cause displacement and shear stresses

that tend to be linear. As a result of the torsion causing warping on the ship model,

this occurs because of the displacement that occurs with the direction of the x, y

and z axes. Stress ratio to shear stresses of xy and xz fields for both static torsional

moment and torsional moments loads not exceeding 1 (<1) or working stresses is

smaller than permissible stresses based on BKI rules.

Keywords : Container Ship; Torsional; Longitudinal Strength; Shear Stress;

Warping;

v

KATA PENGANTAR

Assalamua’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh

Puji syukur kehadirat Allah SWT berkat Rahmat, Hidayah dan Karunia-Nya

sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul “Analisis

Kekuatan Puntiran Longitudinal Kapal yang Dimodifikasi dari General Cargo

ke Kontainer” dengan baik. Salam serta shalawat semoga senantiasa selalu

tercurah kepada junjungan kita Nabiullah Muhammad SAW beserta keluarga dan

para sahabatnya hingga akhir zaman.

Penulisan Tugas Akhir ini diajukan sebagai salah satu syarat kelulusan pada

jenjang perkuliahan Strata I Universitas Hasanuddin Makassar. Dalam penulisan

Tugas Akhir ini tidak lepas dari berbagai hambatan dan kesulitan namun berkat

bimbingan, bantuan, nasihat dan saran dari berbagai pihak, khususnya pembimbing

segala hambatan tersebut akhirnya dapat diatasi dengan baik.

Dalam penulisan Tugas Akhir ini tentunya tidak lepas dari berbagai

kekurangan, baik dari aspek kualitas maupun kuantitasnya dari materi penelitian

yang disajikan. Semua ini berdasarkan keterbatasan yang dimiliki penulis.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini jauh dari sempurna sehingga

penulis membutuhkan kritik dan saran yang bersifat membangun untuk kemajuan

pendidikan dimasa yang akan datang. Selanjutnya dalam penulisan Tugas Akhir ini

penulis banyak menerima bantuan dari berbagai pihak.

Dalam kesempataan ini penulis dengan setulus hati mengucapkan terima kasih

yang sebesar-besarnya kepada :

1. Kedua orang tua tercinta H. Suriadi dan Hj. Indo Wero yang senantiasa

mencurahkan segala kasih sayang serta doanya, semoga Allah SWT

senantiasa meridhoi hidup penulis sehingga bisa membanggakan mereka.

2. Bapak Dr. Ir. Ganding Sitepu, Dipl. Ing dan Bapak Hamzah, ST., MT selaku

pembimbing I dan pembimbing II yang senantiasa membimbing dan

mengarahkan dengan penuh kesabaran dan keikhlasan dalam penyelesaian

Tugas Akhir ini.

vi

3. Ibu Ir. Hj. Rosmani, MT, Bapak Wahyuddin, ST., MT dan Ibu Dr. A. Sitti

Chairunnisa M., ST., MT, selaku dosen penguji yang telah memberikan

kritik dan saran yang terbaik guna kesempurnaan Tugas Akhir ini.

4. Ibu Dr. Ir. Misliah Idrus, MS.Tr selaku penasehat akademik penulis yang

senantiasa memberikan arahan serta motivasi selama menjalani perkuliahan

di Departemen Perkapalan Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin.

5. Bapak Dr. Eng. Suandar Baso, ST., MT selaku Ketua Departemen

Perkapalan Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin.

6. Bapak dan Ibu dosen Program Studi Teknik Perkapalan Fakultas Teknik

Universitas Hasanuddin atas ilmu dan pengetahuan yang telah diberikan.

7. Seluruh staf pegawai Program Studi Teknik Perkapalan Fakultas Teknik

Universitas Hasanuddin yang selalu membantu.

8. Teman seperjuangan Labo Struktur yang selalu ada dalam suka dan duka.

9. Teman-teman angkatan 2013 yang telah memberikan semangat dalam

pengerjaan Tugas Akhir ini.

10. Senior Labo Struktur atas kesediaannya berdiskusi kak Ichsan Suryansyah,

kak Fuad Muhammad Mabrur dan kak Irwan Kala.

11. Teman-teman KKN Tematik DSM Bantaeng Gelombang 94 Desa Bonto

Maccini yang selalu memberi motivasi.

Semoga pihak-pihak yang telah membantu dalam penulisan Tugas Akhir ini

mendapatkan pahala disisi Allah SWT. Akhir kata semoga Tugas Akhir ini bisa

bermanfaat bagi semua pihak yang berkenan membaca dan mempelajarinya.

Gowa, 4 Agustus 2017

Penulis

vii

DAFTAR ISI

Halaman Judul ............................................................................................... i

Lembar Pengesahan ....................................................................................... ii

Abstrak ........................................................................................................... iii

Abstract .......................................................................................................... iv

Kata Pengantar .............................................................................................. v

Daftar Isi ........................................................................................................ vii

Daftar Tabel ................................................................................................... x

Daftar Gambar ............................................................................................... xi

Daftar Notasi .................................................................................................. xiv

Daftar Lampiran ............................................................................................ xv

BAB I PENDAHULUAN

1. 1. Latar Belakang ............................................................................... 1

1. 2. Rumusan Masalah .......................................................................... 2

1. 3. Batasan Masalah............................................................................. 2

1. 4. Tujuan Penelitian ........................................................................... 3

1. 5. Manfaat Penelitian ......................................................................... 3

1. 6. Sistematika Penulisan .................................................................... 3

BAB II LANDASAN TEORI

2. 1. Perancangan Kapal ......................................................................... 5

2. 2. Sistem Konstruksi Kapal ................................................................ 9

2. 2. 1. Sistem Konstruksi Melintang

(Transverse Framing System) ................................................ 9

2. 2. 2. Sistem Konstruksi Memanjang

(Longitudinal Framing System) ............................................. 10

2. 2. 3. Sistem Konstruksi Kombinasi

(Mixed Framing System) ........................................................ 11

2. 2. 4. Struktur Kapal Kontainer ....................................................... 12

2. 3. Komponen Kekuatan Struktur Kapal ............................................. 17

2. 4. Puntiran .......................................................................................... 19

viii

2. 4. 1. Tegangan dan Regangan Akibat Momen Puntir .................... 19

2. 4. 2. Puntiran pada Kapal Kontainer .............................................. 19

2. 5. Pembebanan pada Konstruksi Kapal .............................................. 23

2. 6. Modulus Penampang dan Momen Inersia ...................................... 26

2. 6. 1. Modulus Penampang Tengah Kapal Minimum ..................... 26

2. 6. 2. Momen Inersia Penampang Tengah Kapal ............................ 27

2. 6. 3. Perhitungan Modulus Penampang.......................................... 27

2. 7. Tegangan Rancang ......................................................................... 28

2. 7. 1. Umum ..................................................................................... 28

2. 7. 2. Tegangan Normal akibat Momen Lengkung ......................... 28

2. 7. 3. Tegangan Geser ...................................................................... 30

2. 8. Beban Air Tenang yang Diizinkan ................................................. 31

2. 9. Kapal dengan Bukaan Geladak Besar ............................................ 32

2. 10. Metode Elemen Hingga................................................................ 33

2. 10. 1. Karakteristik Metode Elemen Hingga .................................. 33

2. 10. 2. Prosedur Metode Elemen Hingga ........................................ 33

2. 11. Tegangan, Regangan dan Elastisitas ............................................ 37

2. 11. 1. Tegangan (Stress) ................................................................. 37

2. 11. 2. Regangan (Strain) ................................................................ 39

2. 11. 3. Elastisitas ............................................................................. 39

2. 11. 4. Hubungan Antara Tegangan dan Regangan ......................... 41

2. 12. Stress Ratio .................................................................................. 42

2. 13. Ansys ............................................................................................ 42

BAB III METODE PENELITIAN

3. 1. Waktu dan Tempat Penelitian ........................................................ 44

3. 2. Teknik Pengumpulan Sumber Data ............................................... 44

3. 2. 1. Teknik Pengambilan Data ...................................................... 44

3. 2. 2. Jenis Data dan Sumber Data .................................................. 44

3. 2. 3. Teknik Analisa Data ............................................................... 45

3. 2. 4. Alur Pikir Penyelesaian Penelitian dan Definisi

Operasional ............................................................................ 46

ix

BAB IV PEMBAHASAN

4. 1. Penyajian Data ............................................................................... 48

4. 2. Pemodelan Struktur ........................................................................ 48

4. 3. Pengujian Geometri Model ............................................................ 51

4. 4. Perhitungan Beban ......................................................................... 52

4. 5. Perhitungan Distribusi Gaya .......................................................... 58

4. 5. 1. Momen Puntir Statis ............................................................... 59

4. 5. 2. Momen Puntir akibat Ombak ................................................. 60

4. 6. Pengujian Pembebanan pada Model .............................................. 60

4. 7. Analisa Struktur Kapal ................................................................... 61

4. 7. 1. Displacement (∆𝑢𝑥) ................................................................ 62

4. 7. 2. Rotasi (𝑅0𝑡𝑥) .......................................................................... 64

4. 7. 3. Tegangan Geser (𝜏) ................................................................ 66

4. 7. 4. Warping ................................................................................. 71

4. 8. Respon Struktur akibat Variasi Beban ........................................... 74

4. 8. 1. Displacement (∆𝑢𝑥) ................................................................ 75

4. 8. 2. Tegangan Geser (𝜏) ................................................................ 78

4. 9. Stress Ratio .................................................................................... 84

BAB V PENUTUP

5. 1. Kesimpulan .................................................................................... 85

5. 2. Saran ............................................................................................... 86

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

x

DAFTAR TABEL

Tabel 2. 1. Kombinasi Kasus Beban dan Tegangan....................................... 31

Tabel 4. 1. Nilai momen puntir statis (MST) pada setiap x

L (0 – 1) ................. 53

Tabel 4. 2. Nilai momen puntir akibat ombak (MWT) pada setiap x

L (0 – 1) ... 57

Tabel 4. 3. Nilai displacement (∆𝑢𝑥) yang terjadi pada model akibat beban

momen puntir statis dan beban momen puntir akibat ombak ...... 64

Tabel 4. 4. Nilai rotasi (𝑅0𝑡𝑥) yang terjadi pada model akibat beban

momen puntir statis dan beban momen puntir akibat ombak ...... 66

Tabel 4. 5. Nilai tegangan geser terhadap bidang xy (𝜏𝑥𝑦) yang terjadi

pada model akibat beban momen puntir statis dan beban

momen puntir akibat ombak ........................................................ 68

Tabel 4. 6. Nilai tegangan geser terhadap bidang xz (𝜏𝑥𝑧) yang terjadi

pada model akibat beban momen puntir statis dan beban

momen puntir akibat ombak ........................................................ 70

Tabel 4. 7. Nilai warping yang terjadi pada model akibat beban momen

puntir statis dan beban momen puntir akibat ombak ................... 72

Tabel 4. 8. Nilai variasi beban momen puntir ................................................ 74

Tabel 4. 9. Nilai displacement (∆𝑢𝑥) pada setiap variasi pembebanan .......... 76

Tabel 4. 10. Selisih sudut elevasi kurva displacement (∆𝑢𝑥) - beban ............ 77

Tabel 4. 11. Nilai tegangan geser xy (𝜏𝑥𝑦) pada setiap variasi

pembebanan................................................................................ 79

Tabel 4. 12. Selisih sudut elevasi kurva tegangan geser xy (𝜏𝑥𝑦) - beban ..... 80

Tabel 4. 13. Nilai tegangan geser xz (𝜏𝑥𝑧) pada setiap variasi

pembebanan................................................................................ 82

Tabel 4. 14. Selisih sudut elevasi kurva tegangan geser xz (𝜏𝑥𝑧) - beban ..... 83

Tabel 4. 15. Nilai stress ratio tegangan geser xy dan xz (𝜏𝑥𝑦 dan 𝜏𝑥𝑧)

akibat beban momen puntir statis maupun beban momen

puntir akibat ombak.................................................................... 84

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1. Kapal Kontainer ....................................................................... 5

Gambar 2. 2. Bagian khas dari Kapal Kontainer ........................................... 6

Gambar 2. 3. Kapal Kontainer ukuran kecil .................................................. 6

Gambar 2. 4. Kapal Kontainer dengan muatan yang ditempatkan di bawah

geladak dan pada geladak......................................................... 7

Gambar 2. 5. Struktur double side hull pada Kapal Kontainer ...................... 7

Gambar 2. 6. Kotak puntir (torsion boxes) dipasang pada struktur doubel

side hull .................................................................................... 8

Gambar 2. 7. Kapal Kontainer ukuran besar tanpa alat bongkar muat .......... 8

Gambar 2. 8. Kapal Kontainer ukuran kecil yang dilengkapi dengan crane

sendiri ....................................................................................... 9

Gambar 2. 9. Sistem konstruksi memanjang .................................................. 11

Gambar 2. 10. Sistem konstruksi kombinasi .................................................. 12

Gambar 2. 11. Daerah yang perlu mendapat perhatian pada perancangan

struktur Kapal Konatiner ........................................................ 13

Gambar 2. 12. Penampang midship Kapal Kontainer .................................... 14

Gambar 2. 13. Tipe sudut palka dengan deck insert radius 300 mm ............. 15

Gambar 2. 14. Tipe desain elips dengan radius 900 mm ............................... 16

Gambar 2. 15. Desain tipe keyhole untuk sudut dengan tegangan sangat

tinggi ...................................................................................... 16

Gambar 2. 16. Tipe penampang pada Kapal Kontainer ................................. 20

Gambar 2. 17. Penampang Kapal Kontainer dengan dan tanpa penutup

palka ....................................................................................... 21

Gambar 2. 18. Kapal Kontainer dengan geladak terbuka mengalami

puntiran .................................................................................. 21

Gambar 2. 19. Kapal bergerak pada arah gelombang yang miring ................ 22

Gambar 2. 20. Beban puntir yang dihasilkan dari pengaruh gaya

gelombang, beban muatan dan keseimbangan letak pusat

geser ....................................................................................... 23

Gambar 2. 21. Lambung kapal mengalami beban puntir pada beberapa

xii

bagian panjangnya saat bergerak pada arah datang

gelombang yang miring.......................................................... 23

Gambar 2. 22. Pembebabnan asimetri pada penampang kapal ...................... 24

Gambar 2. 23. Distribusi pembebanan puntir sepanjang badan kapal ........... 24

Gambar 2. 24. Faktor distribusi cT1 dan cT2 untuk momen puntir .................. 25

Gambar 2. 25. Faktor distribusi cWT ............................................................... 27

Gambar 2. 26. Faktor koreksi fr dan faktor distribusi cu ................................ 30

Gambar 2. 27. Konsep dasar metode elemen hingga ..................................... 33

Gambar 2. 28. Model elemen hingga pada Kapal Kontainer 9200 TEU ....... 34

Gambar 2. 29. Prosedur untuk mendapatkan persamaan kekakuan ............... 34

Gambar 2. 30. Rangkaian perhitungan metode elemen hingga ..................... 35

Gambar 2. 31. Prosedur analisis metode elemen hingga ............................... 35

Gambar 2. 32. Elemen satu dimensi............................................................... 36

Gambar 2. 33. Elemen segitiga, segiempat dan quadrilateral ........................ 36

Gambar 2. 34. Elemen tiga dimensi hexahedron dan tetrahedron ................ 37

Gambar 2. 35. Diagram tegangan-regangan untuk material lentur ................ 41

Gambar 3. 1. Alur pikir penelitian ................................................................. 47

Gambar 4. 1. Konstruksi membujur (profile) Kapal Kontainer ..................... 49

Gambar 4. 2. Konstruksi melintang (midship) Kapal Kontainer ................... 49

Gambar 4. 3. Penempatan koordinat pada model struktur kapal ................... 51

Gambar 4. 4. Kurva faktor distribusi CT1 dan CT2 untuk momen puntir

statis ......................................................................................... 53

Gambar 4. 5. Kurva momen puntir sepanjang kapal ...................................... 54

Gambar 4. 6. Kurva faktor distribusi CWT ...................................................... 56

Gambar 4. 7. Kurva momen puntir akibat ombak sepanjang kapal ............... 57

Gambar 4. 8. Peletakan beban dan tumpuan .................................................. 59

Gambar 4. 9. Reaksi tumpuan akibat momen puntir statis ............................ 60

Gambar 4. 10. Reaksi tumpuan momen puntir akibat ombak ........................ 61

Gambar 4. 11. Titik tinjau terhadap displacement (∆𝑢𝑥), rotasi (𝑅𝑜𝑡𝑥),

tegangan geser (𝜏𝑥𝑦 dan 𝜏𝑥𝑧𝑦) pada struktur kapal ................ 62

Gambar 4. 12. Displacement (∆𝑢𝑥) akibat beban momen puntir statis .......... 63

Gambar 4. 13. Displacement (∆𝑢𝑥) akibat beban momen puntir akibat

xiii

ombak ..................................................................................... 63

Gambar 4. 14. Rotasi (𝑅0𝑡𝑥) akibat beban momen puntir statis .................... 65

Gambar 4. 15. Rotasi (𝑅0𝑡𝑥) akibat beban momen puntir akibat ombak ....... 65

Gambar 4. 16. Posisi tegangan geser maksimum dan minimum terhadap

bidang xy akibat beban momen puntir statis .......................... 67


bidang xy akibat beban momen puntir akibat ombak ............ 68


bidang xz akibat beban momen puntir statis .......................... 70


bidang xz akibat beban momen puntir akibat ombak............. 70

Gambar 4. 20. Titik tinjau pada saat kapal mengalami warping akibat

beban momen puntir .............................................................. 72

Gambar 4. 21. Warping yang terjadi akibat beban momen puntir statis ........ 73

Gambar 4. 22. Warping yang terjadi akibat beban momen puntir akibat

ombak .................................................................................... 73

Gambar 4. 23. Titik pada displacement (∆𝑢𝑥) terbesar .................................. 75

Gambar 4. 24. Kurva kecenderungan respon struktur kapal terhadap

displacement (∆𝑢𝑥) pada setiap variasi pembebanan ............. 76

Gambar 4. 25. Titik pada tegangan geser xy (𝜏𝑥𝑦) terbesar ........................... 79


tegangan geser xy (𝜏𝑥𝑦) pada setiap variasi pembebanan ...... 80

Gambar 4. 27. Titik pada tegangan geser xz (𝜏𝑥𝑧) terbesar ........................... 82


tegangan geser xz (𝜏𝑥𝑧) pada setiap variasi pembebanan ...... 82

xiv

DAFTAR NOTASI

A = Luas penampang (mm2)

E = Modulus Elastisitas (Modulus Young) (N/mm2)

𝜎 = Tegangan (N/mm2)

𝜏 = Tegangan geser (N/mm2)

𝜀 = Regangan normal

𝛾 = Regangan geser

𝜀0 = Regangan awal

υ = Poisson ratio

∆ = Ubah bentukan aksial total (mm)

L = panjang batang (mm)

{ } = Vektor kolom

[ ] = Matriks

| | = Nilai mutlak

𝛴 = Penjumlahan

𝜏𝑥𝑦 = Tegangan geser yang bekerja pada bidang xy (N/mm2)

𝜏𝑥𝑧 = Tegangan geser yang bekerja pada bidang xz (N/mm2)

∆𝑢𝑥 = Displacement atau pergeseran titik terhadap arah sumbu x (mm)

𝑅0𝑡𝑥 = Rotasi titik terhadap sumbu x (rad)

xv

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN A : PERHITUNGAN NEUTRAL AXIS MODEL

LAMPIRAN B : GAMBAR KONSTRUKSI MIDSHIP

LAMPIRAN C : GAMBAR KONSTRUKSI PROFILE

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kapal adalah sarana transportasi laut yang mempunyai peranan sangat

penting dalam menunjang perekonomian suatu wilayah. Fungsi kapal sebagai

sarana transportasi utamanya untuk mengangkut barang, masih sangat dibutuhkan

karena selain dapat mengangkut muatan dalam jumlah besar juga biayanya lebih

murah dibanding moda transportasi lain. Kebutuhan akan adanya kapal sebagai

sarana transportasi sangat diperlukan tergantung dari jumlah maupun jenis kapal

yang sesuai dengan kebutuhan wilayah tersebut. Jenis kapal sangat penting karena

fungsi kapal untuk mengangkut harus sesuai dengan potensi wilayah pelayarannya.

Dalam perkembangannya struktur suatu kapal dapat diubah atau

dimodifikasi apabila tidak sesuai lagi dengan fungsinya, dengan demikian maka

muncullah persoalan baru apakah desain kapal tersebut masih memenuhi faktor

teknisnya atau tidak?

Dalam kondisi operasionalnya, kapal akan mengalami berbagai kondisi

yang mempengaruhi kekuatan struktur kapal baik diakibatkan oleh faktor internal

seperti pengesaran muatan maupun faktor eksternal seperti pengaruh gelombang.

Desain suatu kapal juga berpengaruh terhadap respon daripada struktur kapal

tersebut apabila mengalami gaya, baik yang disebabkan oleh faktor internal maupun

eksternal. Adapun tolak ukur yang dijadikan patokan struktur suatu kapal dikatakan

memenuhi faktor teknis yaitu apabila tegangan maksimum yang terjadi pada

struktur kapal pada saat beroperasi pada kondisi kritis masih lebih kecil daripada

tegangan maksimum material yang digunakan sebagai komponen penyusun

konstruksi kapal tersebut.

Dalam operasinya di laut, kapal akan menghadapi kondisi laut yang

bergelombang sehingga akan mengalami kondisi hogging maupun sagging, namun

untuk kapal dengan bukaan geladak yang besar seperti Kapal Kontainer tidak hanya

mengalami tegangan bending akibat hogging dan sagging tetapi juga mengalami

puntiran baik akibat pergesaran muatan maupun akibat gelombang dari samping

(quartering seas), sehingga sangatlah diperlukan untuk menganalisis kekuatan

2

konstruksi memanjang kapal akibat puntiran utamanya kapal dengan bukaan

geladak yang besar seperti Kapal Kontainer, dimana besarnya tegangan yang terjadi

harus lebih kecil daripada tegangan maksimum struktur.

KM. Sejahtera 27 merupakan kapal hasil modifikasi dari Kapal General

Cargo menjadi Kapal Kontainer sesuai permintaan pemilik kapal. Perubahan jenis

kapal dari Kapal General Cargo menjadi Kapal Kontainer secara otomatis

membuat konstruksi kapal berubah sehingga secara teoritis akan mempengaruhi

kekuatan memanjang kapal khususnya kekuatan puntirnya. Sehingga untuk

mengetahui apakah konstruksi kapal masih memenuhi persyaratan dan untuk

mengantisipasi kegagalan struktur kapal akibat dari berubahnya konstruksi kapal

yang disebabkan oleh perubahan fungsinya maka diajukanlah penelitian dengan

judul “Analisis Kekuatan Puntiran Longitudinal Kapal yang Dimodifikasi dari

General Cargo ke Kontainer”.

1. 2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan diatas, maka dapat disusun

rumusan masalah, sebagai berikut:

a. Bagaimana perubahan beban struktur yang bekerja pada kapal setelah

modifikasi dari Kapal General Cargo menjadi Kapal Kontainer?

b. Bagaimana respon struktur kapal setelah dimodifikasi apabila mengalami

puntiran?

c. Bagaimana kecenderungan respon struktur kapal setelah dimodifikasi

apabila mengalami puntiran dengan beban yang bervariasi?

d. Bagaimana stress ratio dari struktur kapal setelah modifikasi yang

mengacu pada Rules BKI?

1. 3 Batasan Masalah

Untuk menghindari pembahasan yang terlalu luas dan keluar dari substansi

judul, maka dibuat beberapa batasan masalah, yaitu:

a. Dalam menganalisis, tegangan yang dijadikan acuan sebagai standar

kelayakan struktur kapal adalah tegangan izin puntiran berdasarkan rules

BKI setelah kapal dimodifikasi.

b. Beban diasumsikan quasi statis.

3

c. Analisa struktur hanya dilakukan sepanjang ruang muat kapal atau yang

mengalami perubahan konstruksi.

d. Analisa kekuatan puntiran longitudinal kapal dilakukan setelah kapal

dimodifikasi.

e. Konstruksi yang dianalisis yaitu sepanjang ruang muat kapal atau mulai

sekat kamar mesin sampai sekat ceruk haluan dan tanpa memperhitungkan

konstruksi yang mengikat di belakang sekat kamar mesin dan di depan sekat

ceruk haluan.

f. Tegangan yang dianalisa hanya tegangan puntir.

1. 4 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini, yaitu:

a. Mengetahui perubahan beban struktur memanjang kapal sebagai akibat dari

hasil modifikasi kapal.

b. Mengetahui respon struktur kapal hasil modifikasi apabila mengalami

puntiran.

c. Mengetahui kecenderungan respon struktur kapal hasil modifikasi apabila

mengalami puntiran dengan beban yang bervariasi.

d. Mengetahui stress ratio dari struktur Kapal Kontainer setelah kapal

dimodifikasi yang mengacu pada rules BKI.

1. 5 Manfaat Penelitian

Setelah mengetahui latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah dan

tujuan penelitian maka dapat dijelaskan manfaat daripada penelitian ini, yaitu:

a. Sebagai acuan kelayakan struktur kapal setelah dilakukan modifikasi.

b. Sebagai referensi untuk penelitian selanjutnya yang mempunyai hubungan

yang relevan dengan judul penelitian ini.

c. Sebagai salah satu syarat yang harus dipenuhi untuk kelulusan pada jenjang

sarjana.

1. 6 Sistematika Penulisan

Adapun sistematika penulisan yang digunakan dalam penelitian ini sebagai

berikut :

4

Bab I Pendahuluan, pada bab ini diuraikan tentang latar belakang pelitian, rumusan

masalah, batasan masalah, tujuan, manfaat dan sistematika penulisan.

Bab II Landasan Teori, pada bab ini dibahas mengenai teori yang berhubungan

dengan judul penelitian, gambaran umum kapal General Cargo, Kapal Kontainer,

perubahan konstruksi kapal setelah modifikasi dari kapal General Cargo menjadi

Kapal Kontainer, beban struktur kapal, tegangan (tegangan puntir), regangan dan

ansys.

Bab III Metode Penelitian, bab ini diberikan gambaran tentang teori yang

digunakan untuk mendapatkan data penelitian dan cara menganalisa data.

Bab IV Hasil Dan Pembahasan, bab ini disajikan hasil penelitian dari pengolahan

data serta pembahasannya yaitu perhitungan kekuatan memanjang struktur kapal

dalam hal ini perhitungan tegangan puntir yang terjadi akibat beban momen puntir

statis (MST) dan momen puntir akibat ombak (MWT).

Bab V Penutup, bab ini diuraikan simpulan dan penutup.

.

5

BAB II

LANDASAN TEORI

2. 1 Perancangan Kapal

Kapal Kontainer

Kapal Kontainer adalah kapal kargo yang dirancang untuk mengangkut

muatan dalam wadah (kontainer). Kamar mesin dan ruang akomodasi biasanya

terletak di belakang agar panjang maksimum badan kapal dapat digunakan untuk

penyimpanan kontainer, lihat Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Kapal Kontainer

(Sumber : Shama, 2013)

Kontainer adalah sebuah kotak yang dapat digunakan kembali yang

memiliki panjang 6055,9125 dan 12190 mm. Kebanyakan kontainer yang

digunakan saat ini mempunyai ukuran panjang 40 feet. Kontainer digunakan untuk

mengangkut barang yang umum termasuk barang yang didinginkan.

Bagian kapal yang membawa muatan dibagi menjadi beberapa bagian.

Bagian kapal meliputi perencanaan tangki sayap (wing tank) untuk memberikan

tambahan kekuatan longitudinal pada lambung kapal dan ruang untuk tambahan

kapasitas ballast, lihat Gambar 2. 2. Penanganan kontainer hanya terdiri dari

gerakan vertikal muatan di dalam palka.

Bukaan geladak diambil lebar penuh bagian dalam dan panjang ruang muat.

Dasar ganda (double bottom) adalah komponen struktur utama yang memberikan

kekuatan longitudinal dan juga diperlukan untuk tambahan tempat ballast. Tangki-

tangki sayap (wing tanks) dapat digunakan untuk tempat air ballast dan juga dapat

diatur untuk mencegah kemiringan kapal (stabilitas) pada saat pemuatan. Kapal

Kontainer ukuran kecil dirancang dengan struktur single hull, lihat Gambar 2. 3.

6

Gambar 2. 2 Bagian khas dari Kapal Kontainer


Gambar 2. 3 Kapal Kontainer ukuran kecil


Kapasitas muatan kapal diukur dengan Twenty Equivalent Unit (TEU),

ukuran standar kontainer 20 feet mempunyai ukuran 20 x 8,0 x 8,5 feet (6,1 x 2,4 x

2,6 m).

Kontainer ditempatkan di bawah geladak pada ruang muat kapal dan juga

dapat ditumpuk di atas geladak dengan kepadatan yang rendah, lihat Gambar 2. 4.

Struktur double side hull pada Kapal Kontainer selain untuk menambah

kekuatan lambung kapal juga dibagi menjadi kompartemen kedap air yang dapat

digunakan sebagai tangki ballast, lihat Gambar 2. 5. Kapal Kontainer memiliki

bukaan geladak yang besar, lihat Gambar 2. 5. Bukaan geladak yang besar ini

7

memiliki efek yang dapat merusak lambung kapal apabila mengalami puntiran.

Apabila kekakuan puntir tidak kuat dapat menyebabkan warping yang besar

sehingga perlu sudut pada bukaan geladak perlu diperkuat. Untuk menambah

kekakuan puntir maka pada struktur double side hull diberikan kotak puntir (torsion

boxes), lihat Gambar 2. 6.

Gambar 2. 4 Kapal Kontainer dengan muatan yang ditempatkan di bawah

geladak dan pada geladak


Gambar 2. 5 Struktur double side hull pada Kapal Kontainer


Kapal Kontainer ukuran besar tidak membawa alat angkat sendiri, lihat

Gambar 2. 7. Bongkar muat Kapal Kontainer ukuran besar hanya dapat dilakukan

di pelabuhan yang memiliki crane yang memadai.

Kapal yang lebih kecil dengan kapasitas hingga 3.000 TEU sering

dilengkapi dengan crane sendiri, lihat Gambar 2. 8.

8

Gambar 2. 6 Kotak puntir (torsion boxes) dipasang pada struktur double

side hull


Gambar 2. 7 Kapal Kontainer ukuran besar tanpa alat bongkar muat


Untuk menghindari muatan yang berada di atas palka bergerak ataupun

jatuh kelaut pada saat pelayaran, maka muatan yang berada di atas palka diikat ke

kapal sehingga walaupun kapal melalui badai dengan gelombang yang tinggi

selama pelayaran muatan tetap pada tempatnya dan tidak terjatuh ke laut.

Ada 3 cara yang biasa digunakan untuk mengikat kontainer yaitu:

Sistem lashing ke badan kapal dengan menggunakan kabel baja, batang

pengikat atau rantai yang dapat dikencangkan.

Sistem kunci yang biasa disebut twist lock yang mengunci 2 kontainer yang

berdampingan atau yang berada di atasnya.

Sistem butress, biasanya digunakan di Kapal Kontainer yang besar, yang

merupakan perangkat penyangga yang menghalangi kontainer bergeser

pada saat berlayar, penyangga dipasang sebelum berlayar, setelah semua

kontainer selesai dimuat (Wikipedia, 2017).

9

Gambar 2. 8 Kapal Kontainer ukuran kecil yang dilengkapi dengan crane

sendiri


2. 2 Sistem Konstruksi Kapal

Konstruksi kapal merupakan proses pembangunan kapal di galangan kapal

yang didahului oleh desain dan dilanjutkan dengan pembangunan konstruksi yang

diawali dengan peletakan lunas, dilanjutkan dengan konstruksi rangka/gading-

gading, geladak, anjungan dan kulit kapal.

2. 2. 1 Sistem Konstruksi Melintang (Transverse Framing System)

Dalam sistem ini gading-gading(frame) dipasang vertikal (mengikuti

bentuk body plan) dengan jarak antara (spacing), ke arah memanjang kapal, satu

sama lain yang rapat. Pada geladak, baik geladak kekuatan maupun geladak-

geladak lainnya, dipasang balok-balok geladak (deck beam) dengan jarak antara

yang sama seperti jarak antara gading-gading. Ujung-ujung masing-masing balok

geladak ditumpu oleh gading-gading yang terletak pada vertikal yang sama. Pada

alas dipasang wrang-wrang dengan jarak yang sama pula denga jarak antara gading-

gading sedemikian rupa sehingga masing-masing wrang, gading-gading dan balok

geladak membentuk sebuah rangkaian yang saling berhubungan dan terletak pada

satu bidang vertikal sesuai dengan penampang melintang kapal pada tempat yang

bersangkutan. Jadi, sepanjang kapal berdiri rangkaian-rangkaian (frame ring) ini

dengan jarak antara yang rapat sebagaimana disebutkan di atas. Rangkaian ini

hanya ditiadakan apabila pada tempat yang sama telah dipasang sekat melintang

atau rangkaian lain, yaitu gading-gading besar.

Gading-gading besar (web frame) adalah gading-gading yang mempunyai

bilah (web) yang sangat besar (dibandingkan bilah gading-gading utama). Gading-

gading besar ini dihubungkan pula ujung-ujungnya dengan balok geladak yang

10

mempunyai bilah yang juga besar (web beam). Gading-gading besar ini umumnya

hanya ditempatkan pada ruangan-ruangan tertentu (misalnya kamar mesin), tetapi

juga di dalam ruang muat bila memang diperlukan sebagai tambahan penguatan

melintang.

Sekat-sekat melintang, gading-gading (utama maupun besar), balok-balok

geladak (utama maupun besar) merupakan unsur-unsur penguatan melintang badan

kapal.

Elemen-elemen yang dipasang membujur dalam sistem melintang ini hanyalah :

Pada alas : penumpu tengah (center girder) dan penumpu samping (side

girder)

Pada sisi : senta sisi (side stringer)

Pada geladak : penumpu geladak (deck girder atau carling)

2. 2. 2 Sistem Konstruksi Memanjang (Longitudinal Framing System)

Dalam sistem ini gading-gading utama dipasang vertikal, tetapi dipasang

membujur pada sisi kapal dengan jarak antara, diukur ke arah vertikal. Gading-

gading ini (pada sisi) dinamakan pembujur sisi (side longitudinal). Pada setiap jarak

tertentu dipasang gading besar, sebagaimana gading besar pada sistem melintang,

yang disebut pelintang sisi (side transverse).

Pada alas dan alas dalam juga dipasang pembujur-pembujur seperti

pembujur-pembujur sisi tersebut di atas dengan jarak antara yang sama pula seperti

jarak antara pembujur-pembujur sisi. Pembujur-pembujur ini dinamakan pembujur-

pembujur alas (bottom longitudinal) dan pada alas dalam, pembujur alas dalam

(inner bottom longitudinal). Pada alas juga dipasang wrang-wrang dan

dihubungkan pada pelintang-pelintang sisi. Tetapi pada umumnya tidak pada tiap

pelintang sisi. Wrang-wrang pada sistem membujur juga dinamakan pelintang alas

(bottom transverse). Penumpu tengah dan penumpu samping sama halnya seperti

pada sistem melintang.

Pada geladak juga dipasang pembujur-pembujur seperti halnya pembujur-

pembujur yang lain tersebut di atas, pembujur-pembujur ini dinamakan pembujr

geladak (deck longitudinal). Balok-balok geladak dengan bilah yang besar dipasang

pada setiap pelintang sisi dan disebut pelintang geladak (deck transverse).

11

Konstruksi lainnya (penumpu geladak, sekat dan sebagainya) sama seperti

halnya pada sistem melintang.

Dengan demikian terlihat bahwa dalam sistem membujur elemen-elemen

kerangka yang dipasang membujur jauh lebih banyak jumlahnya daripada yang

merupakan penguatan melintang, lihat Gambar 2. 9.

Gambar 2. 9 Sistem konstruksi memanjang

(Sumber : Eyres, 2001)

2. 2. 3 Sistem Konstruksi Kombinasi (Mixed Framing System)

Sistem kombinasi ini diartikan bahwa sistem melintang dan siste membujur

dipakai bersama-sama dalam badan kapal. Dalam sistem ini geladak dan alas dibuat

menurut sistem membujur sedangkan sisinya menurut sistem melintang. Jadi, sisi-

sisinya diperkuat dengan gading-gading melintang dengan jarak antara yang rapat

seperti halnya dalam gading melintang, sedangkan alas dan geladaknya diperkuat

dengan pembujur-pembujur. Dengan demikian maka dalam mengikuti peraturan

klasifikasi (rules) sisi-sisi kapal tunduk pada ketentuan yang berlaku untuk sistem

melintang, sedangkan alas dan geladaknya mengikuti ketentuan yang berlaku untuk

sistem membujur, untuk hal-hal yang memang diperlukan secara terpisah, lihat

Gambar 2. 10.

12

2. 2. 4 Struktur Kapal Kontainer

Struktur Kapal Kontainer dirancang untuk mampu menahan beban muatan

kontainer yang berdimensi tetap dan untuk menyediakan fitur-fitur khusus yang

memfasilitasi penyimpanan muatan seperti bukaan geladak yang besar. Beberapa

komponen struktur perlu dirancang dengan teliti untuk menghindari masalah dalam

pengoperasiannya. Gambar 2. 11 menunjukkan beberapa pontesi masalah pada

struktur Kapal Kontainer.

Gambar 2. 10 Sistem konstruksi kombinasi

(Sumber : Eyres, 2001)

1) Penampang midship

Tipikal Kapal Kontainer modern memiliki struktur double hull di

daerah midship. Gambar 2. 12 menunjukkan penampang midship pada

Kapal Kontainer Panamax. Tempat yang dibatasi oleh sekat memanjang di

bawah geladak digunakan sebagai tempat penyimpanan kontainer dan

merupakan batas bukaan geladak. Besarnya bukaaan gekadak yang ada

menyebabkan berkurangnya kekakuan puntir pada Kapal Kontainer.

Pada double bottom, jarak longitudinal side girder sejajar dengan

jarak kontainer di atasnya yang terletak di dalam ruang muat. Sehingga

13

kontainer ditempatkan ditempat yang terdapat penumpu di bawahnya. Side

girder dan wrang membentuk sebuah struktur yang berfungsi untuk

menahan beban muatan kontainer dan gaya hidrostatik dari luar antar sekat-

sekat. Demikian pula dengan web frame dan stringers pada struktur sisi

berfungsi untuk menahan beban dari sisi kapal antar sekat-sekat.

Gambar. 2. 11 Daerah yang perlu mendapat perhatian pada perancangan

struktur Kapal Kontainer

(Sumber : Lamb, 2003)

2) Longitudinal box girder

Kekuatan memanjang didukung oleh box girder yang menerus

sepanjang bukaan geladak dan dibuat menggunakan pelat tebal.

Longitudinal box girder ditempatkan pada bukaan geladak, sheer strake,

upper strake pada sekat memanjang dan second deck. Jumlah baja tegangan

tinggi yang digunakan pada penampang midship bervariasi. Biasanya baja

tegangan tinggi digunakan pada struktur longitudinal box girder.

3) Longitudinal hatch coamings

Longitudinal hatch coamings mengalami tegangan dan defleksi

yang besar karena jaraknya dari sumbu netral. Coaming yang menerus akan

memberikan pengaruh terhadap kekuatan memanjang dan memungkinkan

14

pengurangan terhadap ketebalan pelat main deck. Sehingga desain kapal

modern sekaran menggunakan longitudinal hatch coaming yang menerus.

Hal ini penting untuk merancang coaming dengan kontinuitas yang

baik, sudut radius untuk menghindari retak. Tegangan material yang

digunakan harus setara atau lebih tinggi daripada tegangan material yang

digunakan pada main deck.

Gambar 2. 12 Penampang midship Kapal Kontainer


4) Longitudinal hatch girder

Kapal Kontainer biasanya memiliki dua atau tiga penutup palka

yang mencakup seluruh bukaan geladak. Ini diperlukan satu atau dua

longitudinal hatch girder untuk menopang sisi kapal.

Girder yang menerus harus dirancang dengan perhatian khusus yang

digunakan sebagai koneksi antar sekat melintang karena kecenderungan

untuk retak pada daerah ini cukup besar. Girder yang tidak menerus

digunakan untuk menghindari potensi keretakan ini, tetapi menimbulkan

masalah desain terhadap sambungan.

5) Hatch corner

Defleksi sudut besar pada bukaan geladak disebabkan oleh momen

puntir yang bekerja pada bagian bukaan pada Kapal Kontainer sehingga

15

menyebabkan regangan yang besar pada sudut lubang palka pada main deck.

Sehingga desain struktur ini merupakan salah satu yang paling penting

dalam perancangan Kapal Kontainer.

Contoh desain sudut palka yang umum digunakan, lihat Gambar 2. 13, 2. 14

dan 2. 15.

6) Transverse bulkhead design

Transverse bulkhead pada ruang muat dirancang untuk membatasi

antar ruang muat pada kapal selain itu juga sebagai penguat pada struktur

double bottom dan sisi. Pada Kapal Kontainer tidak setiap transverse

bulkhead harus kedap air. Transverse bulkhead sering dirancang dengan

pelat datar dan diberi stiffener sebagai penegar dengan elemen struktur

utama diatur sesuai untuk penyimpanan kontainer di bawah geladak.

Gambar 2. 13 Tipe sudut palka dengan deck insert radius 300 mm


7) Stepped hold structure at vessel end

Ruang pada bagian ujung kapal, terutama bagian depan, memiliki

bentuk yang berbeda. Perbedaan ukuran yaitu pada tempat penyimpanan

kontainer yang disebabkan oleh banyaknya struktur pelat datar, stringer,

transverse web dan intermittent longitudinal bulkhead. Untuk menghindari

kegagalan struktur akibat diskontinuitas struktur, stringer dan pelat datar

harus dipasang sejauh mungkin. Struktur ini harus sejajar dengan struktur

16

pelat datar dan stringer pada konstruksi bow dan midship. Pada setiap sudut

harus dipasang bracket.

Gambar 2. 14 Tipe desain elips dengan radius 900 mm


Gambar 2. 15 Desain tipe keyhole untuk sudut dengan tegangan sangat

tinggi


17

8) Structural transitions

Defleksi yang besar pada lambung kapal akibat pembebanan yang

tinggi dan berulang serta kapal dengan kecepatan yang tinggi, sehingga

untuk meminimalisir berat nadan kapal digunakan baja tegangan tinggi

sebagai akibatnya desain struktur transisi harus baik. Adapun struktur

transisi yang perlu mendapat perhatian yang baik, yaitu :

Ujung longitudinal box girder

Sambungan longitudinal hatch girder dengan bulkhead

Ujung double bottom longitudinal side girders

Longitudinal coaming transitions and terminations

Transisi dari gading memanjang ke gading melintang

Ujung geladak, flats, stringers dan longitudinal bulkhead pada

stepped holds.

2. 3 Komponen Kekuatan Struktur Kapal

Salah satu aspek terpenting dalam mendesain suatu kapal adalah kekuatan

kapal. kekuatan kapal berhubungan dengan kemampuan struktur kapal untuk dapat

bertahan oleh beban yang bekerja pada kapal, baik beban internal dari kapal itu

sendiri maupun beban eksternal. Salah satu parameter kekuatan yang paling penting

adalah kekuatan memanjang (longitudinal strength) pada kapal. kekuatan

memanjang ini dipengaruhi oleh tekanan membujur yang terjadi pada badan kapal.

Kekuatan memanjang (longitudinal strength) pada kapal adalah

perhitungan kekuatan kapal secara membujur untuk menopang beban muatan dan

beban kapal itu sendiri ketika berlayar pada kondisi air tenang maupun air

bergelombang. Kekuatan memanjang (longitudinal strength) menjadi salah satu

persyaratan klasifikasi untuk kapal-kapal dengan panjang lebih dari 65 m.

Perhitungan kekuatan memanjang tergantung pada ukuran kapal dan ukuran profil

maupun pelat (scantling) yang digunakan pada kapal. Ukuran profil dan pelat

(scantling) inilah yang selanjutnya dihitung inersianya untuk mendapatkan

besarnya tegangan dan momen yang dialami kapal karena beban muatan dan

gelombang. Besarnya inersia dihitung berdasarkan penampang melintang (terhadap

sumbu y kapal) pada scantling section/ frame yang dianalisa.

18

Adapun komponen struktur yang berpengaruh dalam perhitungan kuatan

memanjang kapal, yaitu :

1) Penumpu tengah (centre girder)

Penumpu tengah (centre girder) adalah pelat yang dipasang vertikal

arah membujur kapal tepat pada bidang paruh (centre line) kapal. Dalam

alas ganda, tinggi penumpu tengah ini merupakan tinggi alas ganda. Dalam

alas tunggal, penumpu alas ini dinamakan lunas dalam (keelson). Penumpu

alas ini memotong wrang-wrang tepat pada bidang paruh (centre line).

2) Penumpu samping (side girder)

Penumpu samping (side girder) adalah pelat yang dipasang vertikal

arah membujur kapal disebelah kanan dan kiri penumpu tengah pada kapal.

Suatu kapal dapat memiliki satu atau lebih penumpu sampung, tergantung

lebarnya, pada setiap sisi penumpu tengah kapal dapat juga tidak memiliki

penumpu samping.

3) Senta sisi (side stringer)

Senta sisi (side stringer) pada umumnya dipasang pada tempat-

tempat tertentu seperti di dalam ruang muat, tergantung kebutuhan

setempat. Jarak antar senta sisi demikian tergantung kebutuhan, terkecuali

untuk ruang kamar mesin, ceruk haluan dan ceruk buritan dibatasi minimum

2,6 m (Rules Biro Klasifikasi Indonesia).

4) Penumpu geladak (deck girder)

Penumpu geladak (deck girder) dipasang tepat pada bidang paruh

(centre line) kapal dan atau menerus dengan penumpu mebujur lubang palka

yaitu penumpu-penumpu yang tepat berada di bawah ambang palka secara

membujur.

5) Pelat

Merupakan pelat yang dipasang sepanjang arah membujur kapal

pada keel, bottom, bilga, sisi dan geladak yang berfungsi sebagai salah satu

komponen kekuatan memanjang kapal.

19

2. 4 Puntiran

Puntiran atau torsi adalah suatu kondisi yang dialami oleh suatu benda yang

terjadi sebagai akibat adanya gaya yang bekerja berlawanan arah terhadap kedua

ujung ujugnya.

Kopel-kopel yang menghasilkan pemuntiran terhadap sebuah benda disebut

momen putar (torque) atau momen puntir (twisting moment). Momen sebuah kopel

sama dengan hasil kali salah satu gaya dari pasangan gaya ini dengan jarak antara

garis kerja dari masing-masing gaya.

2. 4. 1 Tegangan dan Regangan Akibat Momen Puntir

1) Tegangan geser

Tegangan geser adalah intesitas gaya yang bekerja sejajar dengan

bidang dari luas permukaan. Persamaan umum tegangan geser pada

sebatang titik dengan jarak r dari pusat penampang adalah :

𝜏𝑚𝑎𝑘𝑠 = 𝑇𝑟

𝐽 ............................................................................(2-1)

2) Regangan geser

Regangan geser adalah perbandingan tegangan geser yang terjadi

dengan modulus elastisitasnya.

𝛾 = 𝜏

𝐺 ........................................................................................(2-2)

Dimana :

G = Modulus elastisitas geser

τ = Tegangan geser

2. 4. 2 Puntiran pada Kapal Kontainer

1) Pembebanan puntir pada kapal

Lambung kapal yang mengalami beban geser, momen lentur,

momen puntir, beban lintang dan lokal. Distribusi momen puntir sepanjang

badan kapal tergantung dari distribusi beban muatan di atas kapal. Besarnya

distribusi momen puntir juga tergantung dari arah datangnya gelombang

terhadap badan kapal.

Momen puntir pada umumnya terdiri dari St. Venant momen puntir

Ts dan momen warping Tω. Kedua momen tersebut merupakan

20

pembebanan puntir yang bekerja pada sebuah lambung kapal. Sehingga

pembebanan puntir dapat ditulis:

T = Ts + Tω..................................................................................(2-3)

Dalam banyak kasus, pengaruh dari satu komponen dapat diabaikan.

Puntiran warping biasanya diabaikan pada elemen yang ramping dan

padat, kedap atau berongga.

Aspek mekanik struktur di analisis apakah Ts atau Tω terjadi secara

terpisah atau bersama-sama. Kedua teori lentur dan puntiran warping

diasumsikan bahwa penampang tidak berubah bentuk.

Pembebanan puntir pada lambung kapal pada Kapal Kontainer

menunjukkan pembebanan pada elemen utama terutama bila

dikombinasikan dengan tegangan geser dan lentur pada lambung kapal.

2) Pembebanan puntir pada kapal dengan geladak terbuka

Kapal Kontainer mempunyai karakteristik yaitu bukaan geladak

yang sangat besar, lihat Gambar 2. 16 dan 2. 17. Kapal Kontainer sering

juga disebut sebagai kapal geladak terbuka. Penggunaan lubang palka yang

lebar memiliki efek siginifikan terhadap kekuatan puntiran dan kekakuan

pada lambung kapal.

Gambar 2. 16 Tipe penampang pada Kapal Kontainer


21

Kekuatan puntir dan kekakuan dari kapal dengan geladak terbuka

sangat tergantung pada perencanaan struktur pada daerah parallel middle

body di ruang muat, constrains disebabkan oleh perencanaan struktur pada

kedua ujung kapal dan juga distribusi puntir di sepanjang badan kapal.

Semua kapal yang mengalami momen puntir cenderung memutar

lambung kapal sepanjang panjangnya (panjang kapal), lihat Gambar 2. 18.

Biasanya, kekakuan puntir lebih dari cukup untuk mencegah terjadinya

distorsi yang tidak semestinya pada struktur. Pembebanan puntir

menyebabkan tegangan tambahan, biasanya disebut tegangan warping,

dekat sudut palka.

Gambar 2. 17 Penampang Kapal Kontainer dengan dan tanpa penutup palka


Gambar 2. 18 Kapal Kontainer dengan geladak terbuka mengalami puntiran


Pembebanan puntir terjadi akibat kapal bergerak pada arah yang

miring terhadap arah datangnya gelombang, lihat Gambar 2. 19. Ketika

kapal berlayar pada arah gelombang yang miring (dibandingkan arah

gelombang dari depan) maka momen lentur vertikal akan berkurang, tetapi

22

momen lentur horizontal dan momen puntir akan meningkat. Di laut,

momen puntir dipengaruhi oleh gaya hidrostatik dan hidrodinamik termasuk

slamming dan gaya percepatan massa sebagai akibat dari gerakan kapal.

Gambar 2. 19 Kapal bergerak pada arah gelombang yang miring


Semua gaya luar yang bekerja pada lambung kapal dan yang tidak

tepat melalui pusat sumbu geser akan menghasilkan puntiran. Kapal dengan

geladak terbuka juga dikenai pembebanan puntir tambahan yang disebabkan

oleh komponen gaya geser horizontal. Pengaruh pada jarak dari pusat

sumbu geser dari penampang kapal dapat dilihat pada Gambar 2. 20, 2. 21

dan 2. 22.

Distribusi yang tidak merata pada pemuatan barang dan bahan bakar

juga menyebabkan puntiran pada kondisi air tenang. Momen torsi pada air

tenang dapat dilihat diaturan badan klasifikasi.

Rumus perkiraan nilai puntiran pada kondisi air tenang, yaitu:

Ts = k . B . WT kN . m..............................................................(2-4)

Dimana k = 0,004; B = lebar kapal (m); WT = total maksimum berat

kontainer

Distribusi pembebanan puntir sepanjang badan kapal dan sejauh

bagian kapal yang tertutup dan struktur bukaan geladak ditunjukkan pada

Gambar 2. 23.

23

Gambar 2. 20 Beban puntir yang dihasilkan dari pengaruh gaya gelombang,

beban muatan dan keseimbangan letak pusat geser


Gambar 2. 21 Lambung kapal mengalami beban puntir pada beberapa

bagian panjangnya saat bergerak pada arah datang

gelombang yang miring


2. 5 Pembebanan pada Konstruksi Kapal

Metode pembebanan yang digunakan dalam penelitian ini yaitu akibat

beban tekanan air maupun akibat dari peletakan beban yang tidak simetris terhadap

bidang centre line (bidang diametral) kapal. Beban yang diakibatkan oleh peletakan

beban yang tidak simetris terhadap bidang centre line kapal biasanya memiliki

24

pengaruh yang sangat kecil terhadap kekuatan kapal (ukuran bagian-bagian struktur

penampang kapal), tetapi untuk kapal yang memiliki bukaan geladak yang besar

perlu dilakukan pemeriksaan kekuatan penampang kapal (daerah bukaan) akibat

momen puntir yang timbul pada kapal ketika kapal pada posisi serong terhadap

gelombang (quartering seas).

Gambar 2. 22 Pembebanan asimetri pada penampang kapal


Gambar 2. 23 Distribusi pembebanan puntir sepanjang badan kapal


Beban pada Lambung Kapal

1) Beban air tenang

Momen puntir statis (MST)

Momen puntir statis maksimum dapat ditentukan dengan (BKI, 2014) :

25

MSTmax = ± 20 . B . √CC [kNm].......................................(2-5)

CC = kapasitas muatan maksimum kapal yang diizinkan [t]

= n . G ........................................................................................(2-6)

n = jumlah maksimum kontainer 20 feet (TEU) dengan berat G yang

dapat diangkut kapal

G = berat rata-rata dari satu kontainer 20’ [t]

Untuk tujuan perhitungan langsung harus digunakan kurva lengkung dari

momen puntir statis sepanjang kapal berikut:

MST = 0,568 . MSTmax (|CT1| + CT2) [kNm] ..................(2-7)

CT1, CT2 = faktor distribusi, lihat Gambar 2. 24

CT1 = sin0,5 (2 π x

L) untuk 0 ≤

x

L < 0,25 .................................(2-8)

= sin (2 π x

L) untuk 0,25 ≤

x

L < 1,0 .................................(2-9)

CT2 = sin (π x

L) untuk 0 ≤

x

L < 0,5 ........................................(2-10)

= sin2 ( π x

L) untuk 0,5 ≤

x

L ≤ 1,0 ...................................(2-11)

Gambar 2. 24 Faktor distribusi CT1 dan CT2 untuk momen puntir

(BKI, 2014)

2) Beban akibat ombak

Momen puntir akibat ombak (MWT)

Momen puntir ombak maksimum ditentukan sebagai berikut (BKI, 2014) :

MWTmax = ± L . B2 . CB . c0 . cL . [0,11 + √a2 + 0,012] [kNm].....(2-12)

a = √T

L .

cN .zQ

B

26

amin = 0,1

𝑐𝑁 = 1 + 0,15 𝐿

𝐵

𝑐𝑁𝑚𝑖𝑛 = 2

𝑧𝑄 = jarak antara pusat geser dan ketinggian pada 0,2 . 𝐵 . 𝐻

𝑇 diatas

dasar [m]

Bila dilakukan perhitungan langsung untuk momen puntir ombak, maka

harus diambil kurva lengkung berikut:

MWTmax = ± L . B2 . CB . c0 . cL . CWT [kNm] ..........................(2-13)

CWT = faktor distribusi, lihat Gambar 2. 25

= [ a . |CT1| + 0,22 . CT2 ] . (0,9 + 0,08 . a) ................................(2-14)

CT1, CT2 = lihat 1)

2. 6 Modulus Penampang dan Momen Inersia

2. 6. 1 Modulus penampang tengah kapal minimum

Modulus penampang terhadap geladak dan alas tidak boleh kurang dari nilai

minimum berikut (BKI, 2014) :

𝑊𝑚𝑖𝑛 = 𝑘 . 𝑐0 . 𝐿2 . 𝐵 (𝐶𝐵 + 0,7)10−6 [𝑚3] ......................................(2-15)

𝑐𝑜 = koefisien gelombang

= [𝐿

25+ 4,1] 𝑐𝑅𝑊 untuk L < 90 m

= [10,75 − [300−𝐿

100]

1,5

] 𝑐𝑅𝑊 untuk 90 ≤ L ≤ 300 m

= 10,75 . 𝑐𝑅𝑊 untuk L > 300 m

k = faktor material

= 0,78

27

Gambar 2. 25 Faktor distribusi cWT

(BKI, 2014)

Catatan

Lengkungan dapat diperkirakan dengan penggabungan kedua distribusi menurut

Gambar 2. 24.

2. 6. 2 Momen inersia penampang tengah kapal

Momen inersia terhadap sumbu horizontal tidak boleh kurang dari (BKI, 2014) :

𝐼𝑦 = 3 . 10−2 . 𝑊 .𝐿

𝑘 [𝑚4].............................................................(2-16)

W = sesuai dengan 2. 6. 1

2. 6. 3 Perhitungan modulus penampang

Modulus penampang alas 𝑊𝐵 dan modulus penampang geladak 𝑊𝐷

ditentukan dengan rumus berikut (BKI, 2014) :

𝑊𝐵 = 𝐼𝑦

𝑒𝐵 [𝑚3]........................................................................(2-17)

𝑊𝐷 = 𝐼𝑦

𝑒𝐷 [𝑚3].......................................................................(2-18)

Dimana :

𝑊𝐵 = modulus penampang alas (𝑚3)

𝑊𝐷 = modulus penampang geladak (𝑚3)

𝐼𝑦 = momen inersia (𝑚4)

𝑒𝐷 = jarak dari neutral axis ke geladak (m)

𝑒𝐵 = jarak dari neutral axis ke alas (m)

28

Bagian konstruksi menerus di atas 𝑒𝐷 dapat diperhitungkan ketika

menentukan modulus penampang, dengan syarat bahwa bagian-bagian konstruksi

tersebut memiliki hubungan geser dengan lambung dan ditumpu secara efektif oleh

sekat memanjang atau oleh penumpu memanjang atau penumpu melintang besar

yang kokoh.

2. 7 Tegangan Rancang

2. 7. 1 Umum

1) Tegangan yang diizinkan

Tegangan yang mengakibatkan suatu konstruksi mengalami deformasi yang

besar, dimana diformasi yang terjadi tersebut merupakan batas konstruksi masih

aman dalam mengatasi beban yang terjadi atau yang bekerja disebut tegangan

izin. Kriteria konstruksi disebut masih aman yaitu apabila tegangan maksimum

yang terjadi pada konstruksi tersebut masih lebih kecil dari tegangan izin yang

telah ditentukan oleh Badan Klasifikasi Indonesia (BKI).

Tegangan ekuivalen dari 𝜎𝐿 dan 𝜏𝐿 tidak melebihi nilai berikut (BKI, 2014) :

𝜎𝑉 = √𝜎𝐿2 + 3 . 𝜏𝐿

2 ≤ 190

𝑘 [𝑁/𝑚𝑚2].................................(2-19)

Baja struktur lambung kapal adalah baja yang mempunyai nominal nilai

luluh atas minimal (yield point) REH 235 N/m2 dan kekuatan tarik (tensile

strength) Rm = 400 – 520 N/m2.

2. 7. 2 Tegangan normal akibat momen lengkung

1) Tegangan normal dari puntiran lambung kapal

Ketika menilai besaran penampang melintang, pengaruh lebar lajur

geladak antara lubang-lubang palka yang menahan puntiran dapat

dipertimbangkan, misalnya dengan pelat ekuivalen pada ketinggian geladak

yang mempunyai deformasi geser yang sama seperti lajur geladak yang

relevan.

a. Statis dari MSTmax

Untuk distribusi momen puntir statis sesuai 2. 5, tegangan

dapat dihitung sebagai berikut (BKI, 2014) :

29

𝜎𝑆𝑇 = 0,65 .𝐶𝑇𝑜𝑟 .𝑀𝑆𝑇𝑚𝑎𝑥 . 𝜔1

𝜆 .𝐼𝜔 . 103 . (1 − 2

𝑒𝑎+ 1) [N/mm2].....(2-20)

MSTmax = momen puntir statis sesuai 2. 5

CTor, Iω, ω1, λ, e, a, ℓc, Cc, xA lihat b

Untuk distribusi tegangan lain harus ditentukan melalui perhitungan

langsung.

b. Dinamis dari MWTmax

Untuk distribusi momen puntir sesuai 2. 5, tegangan dapat

dihitung sebagai berikut (BKI, 2014) :

𝜎𝑊𝑇 = 𝐶𝑇𝑜𝑟 . 𝑀𝑊𝑇𝑚𝑎𝑥 . 𝜔1

𝜆 . 𝐼𝜔 . 103 . (1 − 2

𝑒𝑎+ 1) [N/mm2]........(2-21)

MWTmax = momen puntir akibat ombak sesuai 2. 5

CTor = 4 . (√𝐶𝐵 − 0,1) . 𝑥

𝐿 untuk 0 ≤

𝑥

𝐿 < 0,25

= √𝐶𝐵 – 0,1 untuk 0,25 ≤ 𝑥

𝐿 ≤ 0,65

= √𝐶𝐵 – 0,1

0,35 . (1 −

𝑥

𝐿) untuk 0,65 ≤

𝑥

𝐿 ≤ 1

Iω = momen inersia sektoral [m6] dari penampang melintang

kapal pada posisi x/L

ωi = koordinat sektoral [m2] dari konstruksi yang ditinjau

λ = nilai lipat

= √𝐼𝑇

2,6 . 𝐼𝜔 [l/m]

IT = momen inersia puntir [m4] dari penampang melintang

kapal pada posisi x/L

e = angka Euler (e = 2,718...)

a = λ . ℓc

ℓc = panjang karakteristik puntir [m]

= 2 . CB . [1 − (1 − 0,5

𝐶𝐵) . (

𝐿

𝐵 −1

4,284)

2

] . L . Cc untuk 𝐿

𝐵 < 5,284

= 257 . (𝐵

𝐿)

2,333

. 𝐵 . Cc untuk 𝐿

𝐵 ≥ 5,28

CTor = 0,8 - 𝑥𝐴

𝐿 . (0,5 + 2,5 .

𝑥𝐴

𝐿) .

𝑥

𝐿

30

untuk 0 ≤ 𝑥

𝐿 < 0,4 dan 0 ≤

𝑥𝐴

𝐿 ≤ 0,4

= 1 untuk 0,4 ≤ 𝑥

𝐿 ≤ 0,55

= 1 - 1

0,45 . (

𝑥

𝐿− 0,55) untuk 0,55 <

𝑥

𝐿 ≤ 1

xA = 0 untuk kapal tanpa palka muatan

= jarak [m] antara ujung belakang panjang L dan tepi

belakang palka di depan sekat depan kamar mesin pada

kapal dengan palka muatan, lihat Gambar 2. 26

Gambar 2. 26 Faktor koreksi fr dan faktor distribusi cu

(BKI, 2014)

2. 7. 3 Tegangan geser

1) Tegangan geser akibat momen puntir

Statis dari MStmax :

Untuk distribusi momen puntir sesuai dengan 2. 5, tegangan dapat dihitung

sebagai berikut (BKI, 2014) :

𝜏𝑆𝑇 = 0,65 . 𝐶𝑇𝑜𝑟 . 𝑀𝑆𝑇𝑚𝑎𝑥 .𝑆𝜔𝑖

𝐼𝜔 . 𝑡𝑖 [N/mm2].............................(2-22)

CTor = sesuai dengan 2. 7. 2

MSTmax = sesuai dengan 2. 5

MWTmax= sesuai dengan 2. 5

Iω = sesuai dengan 2. 7. 2

31

Sωi = momen sektor statis [m4] dari konstruksi yang ditinjau

ti = tebal [mm] dari pelat yang ditinjau

Untuk distribusi lainnya tegangan harus ditentukan dengan perhitungan

langsung dinamis dari MWtmax :

𝜏𝑊𝑇 = 𝐶𝑇𝑜𝑟 . 𝑀𝑊𝑇𝑚𝑎𝑥 .𝑆𝜔𝑖

𝐼𝜔 . 𝑡𝑖 [N/mm2]....................................(2-23)

2. 8 Beban Air Tenang yang Diizinkan

Momen puntir statis

Momen puntir statis yang diizinkan ditentukan sesuai dengan Tabel 2.1

bersama dengan formula 2. 5.

Tabel 2. 1 Kombinasi kasus beban dan tegangan

(Sumber : BKI, 2014)

1) Untuk kapal dengan momen puntir sesuai dengan 2. 5 harus

dibuktikan dengan komputer pemuatan bahwa nilai maksimum yang

diizinkan tidak dilampaui pada lokasi manapun. Nilai yang melebihi

diizinkan, jika momen puntir aktual pada titik perhitungan yang

berdekatan kurang dari nilai yang diizinkan.

32

2) Kecuali jika ditunjukkan dengan pembuktian khusus, maka pada

waktu bongkar muat momen puntir statis tidak boleh lebih tinggi

dari 75% momen puntir ombak sesuai 2. 5.

2. 9 Kapal dengan Bukaan Geladak Besar

Sebuah kapal dianggap sebagai kapal dengan bukaan geladak besar jika salah

satu dari kondisi berikut berlaku untuk satu atau lebih bukaan palka (BKI, 2014) :

1) 𝑏𝐿

𝐵𝑀> 0,6

2) 𝑙𝐿

𝑙𝑀> 0,7

𝑏𝐿 = lebar lubang palka, dala kasus lubang palka banyak, 𝑏𝐿 adalah

jumlah dari masing-masing lebar lubang palka

𝑙𝐿 = panjang lubang palka

𝐵𝑀 = lebar geladak diukur pada pertengahan panjang lubang palka

𝑙𝑀 = jarak antara pusat-pusat bidang geladak melintang pada setiap

ujung lubang palka. Bila tidak ada lubang palka berikutnya diluar lubang

palka yang ditinjau, maka 𝑙𝑀 akan dipertimbangkan secara khusus.

Nilai pedoman untuk perpindahan penumpu atas kapal

Pada umumnya perpindahan relatif ∆𝑢 diantara sisi-sisi kapal ditentukan dengan

perhitungan langsung. Untuk penentuan bantalan dan paking tutup palka, nilai

berikut dapat digunakan untuk perpindahan (BKI, 2014) :

∆𝑢 = 6 . 10-5 (MSTmax + MWTmax) . (1 −𝐿

450) . [4 + 0,1 (

𝐿

𝐵)

2

] . cu + 20 [mm]..(2-24)

MSTmax, MWTmax berdasarkan 2. 5.

cu = faktor distribusi sesuai Gambar 2. 26

cA = nilai untuk cu pada bagian belakang daerah terbuka, lihat juga Gambar

2. 26

= (1,25 −𝐿

400) . (1,6 −

3 . 𝑋𝐴

𝐿) ≤ 1,0 ...................................................(2-25)

XA = menurut 2. 7. 2; untuk XA tidak boleh diambil nilai yang lebih kecil

daripada 0,15 L dan lebih besar daripada 0,3 L

33

2. 10 Metode Elemen Hingga

2. 10. 1 Karakteristik metode elemen hingga

Metode elemen hingga (finite element method) merupakan suatu metode

yang sangat penting untuk memecahkan persoalan struktur tidak hanya dibidang

pembuatan kapal, tetapi juga dalam desain dari produk-produk industri dan bahkan

dibidang non-struktur. Metode elemen hingga dapat digunakan untuk pemecahan

masalah mekanika padat liner dan nonlinear, dinamika dan masalah stabilitas

struktur kapal sesuai dengan perkembangan teknologi komputer.

Metode konvensional yang digunakan untuk memecahkan masalah

tegangan dan deformasi yaitu menggunakan teori balok, teori kolom, pelat dan lain-

lain. Sehingga penerapannya dibatasi untuk sebagian struktur dan beban sederhana.

Disisi lain metode elemen hingga, menerapkan:

1) Membagi sebuah struktur menjadi elemen-elemen kecil.

2) Mengubah setiap elemen menjadi model matematika.

3) Menggabungkan elemen-elemen kemudian memecahkannya secara

keseluruhan.

Contoh penerapan metode elemen hingga pada model struktur sederhana,lihat

Gambar 2. 27 dan struktur Kapal Kontainer, lihat Gambar 2. 28.

Gambar 2. 27 Konsep dasar metode elemen hingga

(Sumber : Okumoto, dkk; 2009)

2. 10. 2 Prosedur metode elemen hingga

Prosedur perhitungan tegangan menggunakan komputer membutuhkan

solusi linier, umumnya sebgai berikut:

1) Menghitung [B] matriks menggunakan geometri sebuah elemen dan untuk

menghitung [D} matriks menggunakan sifat material (material properties).

2) Menghitung matriks [K] dari elemen

34

1) dan 2) diulang untuk semua elemen.

3) Menggabungkan semua matriks kekakuan

4) Menghitung displasment dari setiap node pada kondisi dibebani dan

ditumpu dengan menggunakan persamaan kekakuan

5) Menghitung regangan (strain) setiap elemen

6) Menghitung tegangan (stress) setiap elemen

7) Menghitung tegangan utama, tegangan ekuivalen dan lain-lain.

Gambar 2. 28 Model elemen hingga pada Kapal Kontainer 9200 TEU

(Sumber : Hughes, Owen F., dkk; 2010)

Gambar 2. 29 menunjukkan proses dari 1) sampai 4) dan gambar 2. 30

menunjukkan diagram aliran dari metode elemen hingga.

Gambar 2. 29 Prosedur untuk mendapatkan persamaan kekakuan


35

Gambar 2. 30 Rangkaian perhitungan metode elemen hingga


Gambar 2. 31 Prosedur analisis metode elemen hingga


Model elemen untuk struktur secara umum disesuaikan dengan kasus-kasus

maupun problem fisik yang ditemui. Model elemen dibagi menjadi tiga yaitu :

36

1) Elemen garis (elemen satu dimensi)

Elemen ini hanya memiliki dimensi panjang. Biasanya digunakan untuk

memodelkan benda yang mempunyai panjang jauh lebih besar daripada

lebar dan tinggi seperti batang pipa, balok dan lain-lain, lihat Gambar 2. 32.

Berdasarkan kemampuan menahan beban, elemen satu dimensi dibagi

menjadi dua jenis yaitu :

a. Bar : elemen yang hanya mampu menahan beban pada panjangnya

saja.

b. Beam : elemen yang dapat menahan beban tegak lurus pada bidang

potongannya.

Gambar 2. 32 Elemen satu dimensi

(Sumber : Daryanto, Ari; 2007)

2) Elemen dua dimensi

Elemen ini digunakan untuk memodelkan benda yang mempunyai satu

dimensi jauh lebih kecil dari dua dimensi lainnya dan benda tiga dimensi

yang memiliki sifat seragam pada panjangnya, lihat Gambar 2. 33. Elemen

pada dua dimensi dibagi menjadi dua yaitu :

Gambar 2. 33 Elemen segitiga, segiempat dan quadrilateral


a. Membran : hanya dapat menahan beban yang sejajar pada

bidangnya.

b. Plate : selain sejajar pada bidangnya juga dapat menahan beban

tegak lurus terhadap bidangnya.

3) Elemen tiga dimensi

Elemen ini digunakan untuk memodelkan struktur secara utuh.

Elemen tiga dimensi terdiri dari elemen hexahedron dan tetrahedron, Lihat

Gambar 2. 34.

37

Adapun elemen yang digunakan dalam penelitian ini adalah elemen

hexahedron(balok).

Gambar 2. 34 Elemen tiga dimensi hexahedron dan tetrahedron


2. 11 Tegangan, Regangan dan Elastistas

2. 11. 1 Tegangan (stress)

Tegangan (stress) didefinisikan sebagai perubahan gaya terhadap luas

penampang daerah yang dikenai gaya tersebut (Van Vlack, 1991 dalam Nugraheni

dkk, 2014). Tegangan diukur dalam bentuk per satuan luas. Tegangan normal

adalah tegangan yang tegak lurus terhadap permukaan dimana tegangan tersebut

diterapkan. Tegangan normal berupa tarikan atau tekanan. Satuan SI untuk

tegangan normal adalah Newton per meter kuadrat (N/m2) atau Pascal (Pa).

Tegangan dihasilkan dari gaya seperti tarikan, tekanan atau geseran yang menarik,

mendorong, melintir, memotong atau mengubah bentuk potongan bahan dengan

berbagai cara.

Tegangan normal dianggap positif jika menimbulkan sesuatu tarikan

(tensile) dan dianggap negatif jika menimbulkan penekanan (compression).

Tegangan normal adalah tegangan yang bekerja tegak lurus terhadap bidang luas

(Timoshenko dan Goodier, 1986 dalam Daryanto, 2007) :

𝜎 = 𝐹

𝐴 ...............................................................................(2-26)

Dimana :

𝜎 = tegangan (N/mm2)

F = gaya yang bekerja atau beban (N)

A = luas penampang (mm2)

38

Adapun persamaan tegangan normal untuk bidang tiga dimensi yaitu

sebaagai berikut :

𝜎𝑥 = 𝐸

(1+𝜈)(1−2𝜈)[𝜀𝑥(1 − 𝜈) + 𝜈(𝜀𝑦 + 𝜀𝑥)].........................................(2-27)

𝜎𝑦 = 𝐸

(1+𝜈)(1−2𝜈)[𝜀𝑦(1 − 𝜈) + 𝜈(𝜀𝑥 + 𝜀𝑧)].........................................(2-28)

𝜎𝑧 = 𝐸

(1+𝜈)(1−2𝜈)[𝜀𝑥(1 − 𝜈) + 𝜈(𝜀𝑥 + 𝜀𝑦)]........................................(2-29)

Kelebihan untuk analisis dengan menggunakan perangkat lunak elemen

hingga yaitu dapat menghasilkan nilai tegangan Von Mises atau tegangan ekuivalen,

yaitu jenis tegangan yang mengakibatkan kegagalan pada struktur material yang

diumuskan oleh penemunya yang bernama Von Mises. Penentuan tegangan Von

Mises dilakukan dengan terlebih dahulu menghitung tegangan utama yang bekerja

pada struktur dengan menggunakan persamaan (2-26) di atas, setelah tegangan-

tegangan utama sudah ditemukan maka tegangan von mises bisa didapat dengan

persamaan (2-30) (Shigley, 1996) :

𝜎 = {[𝜎1−𝜎2]2+[𝜎2−𝜎3]2+[𝜎3−𝜎1]2

2}

1

2.........................................................(2-30)

Tegangan geser yang dilambangkan dengan 𝜏, yang secara matematis

didefinisikan sebagai berikut :

𝜏 =𝑉

𝐴 ....................................................................................................(2-31)

Dimana :

𝜏 = tegangan geser (N/mm2)

V = komponen gaya yang sejajar dengan bidang elementer (N)

A = luas bidang (mm2)

Adapun persamaan tegangan geser untuk bidang tiga dimensi yaitu sebagai

berikut :

𝜏𝑥𝑦 =𝐸

2(1+𝜈)𝛾𝑥𝑦 = G . 𝛾𝑥𝑦 ..................................................................(2-32)

𝜏𝑥𝑧 =𝐸

2(1+𝜈)𝛾𝑥𝑧 = G . 𝛾𝑥𝑧 ...................................................................(2-33)

39

𝜏𝑦𝑧 =𝐸

2(1+𝜈)𝛾𝑦𝑧 = G . 𝛾𝑦𝑧....................................................................(2-34)

2. 11. 2 Regangan (strain)

Regangan (strain) didefinisikan sebagai perbandingan perubahan panjang

benda terhadap panjang mula-mula akibat suatu gaya dengan arah sejajar perubahan

panjang tersebut (Van Vlack, 1991 dalam Nugraheni dkk, 2014). Apabila suatu

spesimen struktur material ditarik, maka dapat digambarkan grafik dimana ordinat

menyatakan beban dan absis menyatakan pertambahan panjang. Regangan dapat

ditulis sebagai berikut :

𝜀 =∆𝐿

𝐿 ..................................................................................................(2-35)

Dimana :

𝜀 = regangan

∆𝐿 = pertambahan panjang (mm)

L = panjang mula – mula (mm)

Batasan sifat elastis perbandingan regangan dan tegangan akan linier akan

berakhir sampai pada titik mulur. Hubungan tegangan dan regangan tidak lagi linier

pada saat material mencapai pada batasan fase sifat plastis.

2. 11. 3 Elastisitas

Elastisitas didefinisikan sebagi kemampuan bahan untuk menerima

tegangan tanpa mengakibatkan terjadinya perubahan bentuk yang permanen setelah

tegangan dihilangkan. Peristiwa ini disebut deformasi elastis. Deformasi elastis

terjadi bila logam atau bahan padat diberi beban gaya. Bila tegangan tersebut

disebabkan oleh gaya tarik maka benda akan bertambah panjang, setelah gaya

ditiadakan benda akan kembali ke bentuk semula. Sebaliknya jika tegangan tersebut

disebabkan oleh gaya tekan maka akan mengakibatkan benda akan menjadi lebih

pendek dari keadaan semula (Van Vlack, 1991 dalam Nugraheni dkk, 2014).

Apabila regangan sebanding dengan tegangan maka hanya akan terjadi

deformasi elastis. Perbandingan antara tegangan dengan regangan elastis disebut

modulus elastisitas (modulus young).

Sebagian besar benda adalah elastis sampai ke suatu nilai gaya tekan. Hal

ini disebut batas elastis. Apabila gaya yang diberikan pada benda lebih kecil dari

40

batas elastisnya, maka benda tersebut akan terdeformasi sementara dan akan

kembali ke bentuk semula jika gaya tersebut dihilangkan. Tetapi apabila gaya yang

diberikan melampaui batas elastis, benda tersebut tidak akan kembali ke bentuk

semula, melainkan secara permanen berubah bentuk.

Modulus Young adalah perbandingan antara tegangan (stress) dan regangan

(strain). Modulus Young sering disebut juga sebagai modulus elastisitas atau

modulud perenggangan. Persamaan Modulus Young (E) dapat dituliskan :

𝐸 =𝜎

𝜀 ....................................................................................................(2-36)

Dimana :

E = elastisitas (N/mm2)

𝜎 = tegangan (N/mm2)

𝜀 = regangan

Dalam istilah teknik, regangan adalah ubah bentukan. Jika ubah bentukan

total (total deformation) yang dihasilkan suatu batang dinyatakan dengan ∆ (delta),

dan panjang batang adalah L, maka ubah bentukan persatuan panjang yang

dinyatakan dengan 𝜀 sesuai (2-27), Sehingga dapat dirumuskan suatu persamaan

untuk menetukan bentuk total ∆ suatu bahan yang mengalami beban aksial P, yaitu:

∆𝐿 = 𝜀 . L .......................................................................................(2-37)

= 𝜎

𝐸 . 𝐿

= 𝐹

𝐴 .

1

𝐸 . 𝐿

∆𝐿 = 𝐹𝐿

𝐴𝐸 ..........................................................................................(2-38)

Dimana :

∆ = ubah bentukan aksial total (mm)

F = beban aksial total (N)

L = panjang batang (mm)

A = luas penampang (mm2)

41

E = modulus elastisitas material (N/mm2)

𝜀 = ubah bentukan atau regangan

2. 11. 4 Hubungan antara tegangan dan regangan

Diagram hasil pengujian material baja lentur yang menunjukkan hubungan

antara tegangan dengan regangan untuk lebih jelasnya ditunjukkan dengan Gambar

2. 32.

Gambar 2. 35 Diagram tegangan-regangan untuk material lentur

(Sumber : Patnaik, 2003)

1) Daerah linier (elastic limit)

Bila sebuah material diberi beban sampai pada titik A, kemudian

bebannya dihilangkan, maka material tersebut akan kembali ke kondisi

semula (hampir kembali ke kondisi semula) regangan “nol” pada titik O.

Tetapi bila beban ditarik sampai melewati titik A, hukum Hooke tidak lagi

berlaku dan terdapat perubahan permanen dari material tersebut.

2) Titik luluh (batas proporsional)

Titik luluh merupakan titik dimana suatu material apabila diberi

suatu beban memasuki fase peralihan deformasi plastis. Titik luluh (batas

proporsional) yaitu titik sampai dimana penerapan hukum Hooke masih bisa

42

ditolerir. Dalam aplikasinya, batas proporsional biasanya disamakan dengan

batas elastis.

3) Deformasi platis (plastic deformation)

Deformasi platis merupakan perubahan bentuk secara permanen

yang terjadi pada material apabila diberi beban yang menyebabkannya

tertarik sampai melewati batas proporsionalnya.

4) Ultimate Tensile Strength (UTS)

Ultimate Tensile Strength (UTS) merupakan besar tegangan

maksimum yang didapatkan dalam uji tarik.

5) Titik putus (fracture)

Titik putus (fracture) merupakan besar tegangan dimana bahan yang

diuji putus atau patah.

2. 12 Stress Ratio

Perbandingan antara tegangan kerja yang diperoleh dari struktur kapal

dengan tegangan izin berdasarkan BKI yaitu 110

𝑘 [N/mm2] disebut Stress Ratio.

Nilai dari perbandingan tegangan ini tidak boleh melebihi 1 (satu) atau dapat

dituliskan dengan persamaan (2-31) sebagai berikut :

Sr = 𝜎𝑘𝑒𝑟𝑗𝑎

𝜎𝑖𝑧𝑖𝑛< 1 ...............................................................(2-39)

2. 13 AnsysTM

Menurut Stolarski. T., dkk, dalam Engineering Analysis with Ansys

Software, AnsysTM merupakan software berbasis finite element analysis (FEA)

yang bertujuan untuk memecahkan masalah-masalah mekanik. Masalah-masalah

tersebut mencakup statis/dinamis, analisis struktur (baik linear maupun nonlinear),

perpindahan panas dan masalah fluida serta masalah akustik dan elektromagnetik.

Penyelesaian elemen hingga menggunakan AnsysTM secara umum terbagi

menjadi 3 tahap, yaitu:

1) Preprocessing: pendefinisian masalah

Preprocessing terdiri dari 3 langkah umum yaitu: (i) menentukan

keypoint/lines/areas/volume, (ii) menentukan tipe elemen dan bahan yang

43

digunakan/sifat geometrik, dan (iii) mesh lines/areas/volumes sebagaimana

dibutuhkan. Jumlah detail yang diperlukan akan tergantung pada dimensi

analisis yaitu 1D, 2D, asimetri dan 3D.

2) Solution: assigning, constrains, and solving

Di tahap solution ini, ditentukan beban (titik atau tekanan),

kekangan (translasi dan rotasi) dan kemudian menyelesaikan hasil

persamaan yang telah diset.

3) Postprocessing: proses lanjutan dan hasil

Pada tahap postprocessing dapat dilihat (i) daftar displasmen nodal,

(ii) elemen gaya dan momen, (iii) defleksi bidang dan (iv) stress contour

diagrams atau temperature maps.

ANALISIS KEKUATAN PUNTIRAN LONGITUDINAL KAPAL YANG ...

Documents

Transcript of ANALISIS KEKUATAN PUNTIRAN LONGITUDINAL KAPAL YANG ...