Analisis Lebar efektif plat kapal tanker

1. JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-5 1
Lebar efektif pelat (effective width of plate) dari struktur
geladak kapal tanker dianalisis dengan menggunakan standar
pada Biro Klasifikasi Indonesia dan menggunakan teori balok
sederhana yang terdapat pada buku kekuatan dan teori yang
diberikan oleh Friedrich Bleich. Pada tugas akhir ini, analisis
dilakukan pada balok geladak dan pembujur dengan variasi
jarak yang berbeda. Struktur geladak tersebut dimodelkan
menggunakan software MSC Pastran sebagai pre-processor dan
MSC Nastran sebagai processor. Bagian geladak dari kapal yang
dimodelkan adalah sepanjang 3 ruang muat pada midship. Ruang
muat pada bagian tengah dari ketiga ruang muat tersebut adalah
ruang muat yang paling besar. Lebar efektif yang dianalisa
merupakan pengaruh dari beban eksternal (beban geladak) dan
beban gelombang (sagging). Variasi dalam perhitungan diambil
sebesar satu kali jarak balok geladak dan dua kali jarak balok
geladak. Tegangan yang dipakai dalam perhitungan didapat dari
pemodelan yang sebelumnya tegangan pada setiap pembujur
pada balok geladak dicari rata-ratanya dan diambil yang
terbesar untuk analisis lebar efektif. Untuk tegangan rata-rata
didapat dari rata-rata dari seluruh tegangan yang terjadi pada
pelat geladak. Hasil dari perhitungan menunjukkan bahwa baik
dalam perhitungan manual melalui pemodelan dan perhitungan
menggunakan standar Biro Klasifikasi Indonesia yaitu hampir
sama. Pada variasi jarak balok geladak dengan a sebesar 3600
mm dan b sebesar 900 mm menghasilkan lebar efektif 583.7485
mm, sedangkan perhitungan dari model didapatkan lebar efektif
sebesar 556.8493 mm.
Kata kunci: Lebar efektif pelat (effective width of plate),
I. PENDAHULUAN
ALAM bidang kekuatan kapal, perlu memperhitungkan
kekuatan memanjang suatu konstruksi kapal. Distribusi
beban yang tidak merata dan gelombang air laut yang
tidak beraturan pada kapal yang berlayar menyebabkan
struktur kapal terjadi tegangan dan regangan.
Kapal Tanker merupakan kapal full displacement dengan
muatan cair sehingga perlu adanya perhatian khusus dalam
analisa tegangan maksimum yang salah satunya mengacu pada
lebar efektif pada pelat geladak. Setiap regulasi atau class
memiliki standart lebar efektif pada pelat geladak yang tidak
boleh dilampaui, begitu juga dengan class BKI (Biro
Klasifikasi Indonesia). Dengan hal ini batasan ijin lebar efektif
pada pelat geladak maupun tegangan maksimum yang
digunakan adalah batasan ijin berdasarkan klasifikasi BKI.
Didalam perhitungan lebar efektif pada pelat geladak ini
akan dilakukan perhitungan lebar efektif pelat dengan metode
perhitungan manual dan metode elemen hingga. Perhitungan
secara manual dilakukan dengan menggunakan teori balok
sederhana yang terdapat pada buku kekuatan kapal.
Perhitungan dengan metode elemen hingga dilakukan dengan
menggunakan permodelan pada MSC Nastran 2010.
Permodelan dilakukan berdasarkan regulasi BKI 2008,
jika terdapat kekurangan petunjuk dalam melakukan
pemodelan akan dilakukan pengadopsian dari rule lain seperti
Common structural Rules “CSR for Double Hull Oil Tanker”.
Permodelan merupakan suatu cara yang sangat bagus dalam
mendapatkan hasil tegangan maksimum yang cukup akurat dan
klasifikasi juga merekomendasikan perhitungan tegangan
dengan menggunakan pemodelan.
II. TINJAUAN PUSTAKA
Perhitungan balok atau girder dengan pelat hadap yang
amat lebar, seperti misalnya pelat yang berpenegar, tidak dapat
lagi dilaksanakan berdasar pada teori lenturan balok, karena
teori ini didasarkan pada anggapan bahwa tegangan yang
terjadi tersebar merata pada seluruh penampangnya, sedang
dalam penyelesaian persoalan diatas anggapan tersebut tidak
dapat dipakai lagi. Dalam kenyataan pada pelat hadap yang
lebar, tegangan amat mengecil pada bagian tepi hadap
tersebut. Untuk dapat menghitung girder dengan pelat hadap
lebar dengan teori balok yang sederhana, diperkenalkan
pengertian lebar bilah hadap yang ikut menyangga atau lebar
pelat efektif. Tegangan yang semula tersebar, tidak merata
selebar pelat hadap b, diganti dengan tegangan yang tersebar
merata selebar lebar efektif bm , sedang besarnya sama dengan
tegangan pada pelat bilahnya (tegangan maximumnya).
ANALISA LEBAR EFEKTIF PELAT
PADA STRUKTUR GELADAK
KAPAL TANKER
Udah Ifah dan Budie Santosa
Jurusan Teknik Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111
E-mail: Budies@na.its.ac.id
D

2. JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-5 2
A.Faktor Korosi
Perhitungan tebal pelat yang ada pada struktur harus
ditambahkan faktor korosi. Penambahan faktor korosi berbeda
pada tiap-tiap tempat karena beban yang diterima berbeda.
Perhitungan t corrosion untuk sebuah struktur sebagai berikut
: [Section 6.3.2 of Common Structural Rules for Double Hull
Oil Tanker, 2010].
Perhitungan pada tegangan penumpu lambung dengan
menggunakan tebal aktual ditambahkan -0,25tcorr. Namun,
untuk bagian struktur lainnya, seperti penegar dan pelat,
perhitungan tegangan menggunakan tebal actual ditambahkan -
0,5tcorr.
Gambar. 1. Faktor korosi
B.Kondisi Pembebanan
Struktur bangunan apung mendapat beban yang beragam
selama masa operasinya. Beban-beban tersebut diantaranya
adalah functional loads, dead loads, live loads, environmental
loads, sea loads (gelombang dan arus), wind loads, seismic
loads dan Accidental loads. Semua beban tadi yang besar dan
arahnya beragam akan menyebabkan timbulnya tegangan yang
bervariasi pada struktur, yang akan mengarah pada kerusakan
karena kelelahan. Beban kelelahan adalah salah satu parameter
kunci dalam analisis fatigue. Hal yang dimaksud adalah beban
jangka panjang selama proses kerusakan akibat kelelahan
terjadi.
III. METODOLOGI
Pada tugas akhir ini dilakukan pemodelan pada struktur
geladak kapal di daerah midship dengan menggunakan MSC
Patran dan Nastran. Setelah dibuat struktur geladak, material
properties dimasukkan pada model (tebal pelat), Kemudian
dilakukan perhitungan beban yang akan diinputkan pada
model.
A.Pembebanan
Pembebanan yang dimasukkan pada model FE berdasarkan
pada perhitungan beban BKI section 4. Untuk perhitungan
beban yang bekerja pada struktur berupa beban statis dan
beban dinamis. Beban dinamis gelombang yaitu terkena
gelombang sagging.
Beban-beban yang terjadi pada kapal menurut CSR terdiri
dari 2 macam beban. Beban tersebut antara lain beban
gelombang (eksternal) statis / static wave pressure, beban
gelombang (eksternal) dinamis / dynamic wave pressure.
Beban gelombang (eksternal) merupakan beban pada kapal
yang ditimbulkan dari gelombang air laut.
1) Beban Statis
Untuk geladak kekuatan yang diperlukan sebagai geladak
cuaca dan geladak akil, maka besar beban tidak boleh kurang
dari dua nilai perhitungan di bawah ini :
dengan z adalah jarak vertikal pusat beban konstruksi di atas
garis dasar [m], P0= 2,1 * ( CB + 0,7 )* C0 * CL * f *CRW beban
luar dasar dinamis [kN/m2
], T sarat pada kapal [m], H tinggi
kapal [m].
2) Beban Dinamis Gelombang Air Laut
MWV = L2
* B * C0 * C1 * CL * CM
dengan C0 adalah koefisien gelombang air laut
C1S kondisi saat sagging = - 0,11 ( CB + 0,7 )
CL = 1,0 untuk L >= 90 m
CMS kondisi saat sagging
= cv
Setelah melakukan input pembebanan pada model, langkah
selanjutnya adalah melakukan running model menggunakan
solver MSC Nastran sehingga akan didapatkan tegangan. Hasil
tegangan pada setiap balok geladak yang didapat dari analisa
dapat mencari harga lebar efektif pelat.

3. JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-5 3
IV. ANALISA
Hasil dari pemodelan sebagai berikut:
Gambar 4.1 Hasil dari pemodelan struktur geladak
A. Variasi pada satu kali jarak balok geladak ( 3600 mm )
Tabel IV.2 Hasil Tegangan pada satu kali jarak balok
geladak
Tabel IV.3 Hasil perataan tegangan pada satu kali jarak balok
geladak
No. Rata2 Beam No. Rata2 Beam
N/mm² N/mm²
1 108.575 8 107.5
2 122.25 9 130
3 100.45 10 114
4 108.75 11 110.25
5 111 12 102.175
6 127.75 13 123.75
7 107.75 14 111.25
Grafik IV.1 Hasil perataan tegangan pada satu kali jarak
balok geladak
Tabel IV.4 Hasil luasan dari kurva tegangan untuk satu kali
jarak balok geladak
No.
Rata2
Beam Luas Grafik
N/mm²
1 108.575
103871.25
2 122.25
100215
3 100.45
94140
4 108.75
98887.5
5 111
107437.5
6 127.75
105975
7 107.75
96862.5
8 107.5
106875
9 130
109800
10 114
100912.5
11 110.25
95591.25
12 102.175
101666.25
13 123.75
105750
14 111.25
B. Variasi pada dua kali jarak balok geladak ( 7200 mm )
Tabel IV.5 Hasil Tegangan pada dua kali jarak balok geladak
No. Beam 1 Beam 2 Beam 3
N/mm² N/mm² N/mm²
1 127 118 109
2 124 126 115
3 127 106 123
4 78.1 110 86.9
5 91.9 189 80.4
6 127 81.4 119
7 109 115 101
8 386 351 115
9 105 116 111
No. Beam 4 Beam 5 Beam 6 Beam 9
N/mm² N/mm² N/mm² N/mm²
1 110 116 109 99.3
2 123 128 121 117
3 101 104 99.7 97.1
4 109 110 108 108
5 111 110 111 112
6 129 126 128 128
7 110 109 108 104
8 110 107 107 106
9 131 127 129 133
10 111 110 111 124
11 110 111 108 112
12 102 104 99.7 103
13 123 128 121 123
14 111 116 109 109

4. JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-5 4
10 134 84.3 78.4
11 86.3 188 85
12 81 113 123
13 130 106 116
14 125 128 110
15 126 117
Beam 7 Beam 8 Beam 10
N/mm² N/mm² N/mm²
105 106 135
118 109 132
99.9 118 117
112 78.3 152
186 94.5 180
78.7 114 128
126 108 165
123 106 178
79.2 114 182
186 93.7 334
112 77.6 114
100 118 117
118 110 145
105 106 163
Tabel IV.6 Hasil perataan tegangan pada dua kali jarak balok
geladak
No. Rata2 Beam No.
Rata2
Beam
N/mm² N/mm²
1 116.666667 8 209.83333
2 120.666667 9 117.86667
3 115.15 10 151.73333
4 102.883333 11 110.48333
5 136.966667 12 108.66667
6 108.016667 13 120.83333
7 120.666667 14 122.83333
Grafik IV.2 Hasil perataan tegangan pada dua kali jarak
pembujur
Tabel 4.7 Hasil luasan dari kurva tegangan pada dua kali jarak
balok geladak
No. Rata2 Beam
Luas Grafik
N/mm²
1 116.6666667
106800.3
2 120.6666667
106117.65
3 115.15
98114.85
4 102.8833333
107932.5
5 136.9666667
110242.8
6 108.0166667
102907.8
7 120.6666667
148725
8 209.8333333
147465
9 117.8666667
121320
10 151.7333333
117997.2
11 110.4833333
98617.5
12 108.6666667
103275
13 120.8333333
109649.7
14 122.8333333
109949.85
15 121.5
C.Lebar Efektif Pelat
Tabel 4.8 Hasil lebar efektif dari hasil pemodelan dengan satu
jarak balok geladak
Luas Grafik
e'm
e'm = n * bm
n = 3
103871.25
100215 1669.417 556.4723926
94140
98887.5 1774.966 591.6551724
107437.5
105975 1670.548 556.8493151
96862.5
106875 1895.233 631.744186
109800
100912.5 1848.355 616.1184211
95591.25
101666.25 1930.585 643.5282603
105750

5. JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-5 5
Tabel 4.9 Hasil lebar efektif dari hasil pemodelan dengan dua
jarak balok geladak
Luas Grafik e'm
e'm = n * bm
n = 3
106800.3
106117.65 1764.513398 588.1711326
98114.85
107932.5 2002.728171 667.576057
110242.8
102907.8 1973.312143 657.7707144
148725
147465 1411.548848 470.5162828
121320
117997.2 1577.22232 525.7407733
98617.5
103275 1857.906442 619.3021472
109649.7
109949.85 1787.784668 595.9282225
Berikut adalah hasil lebar efektif dengan perhitungan
menggunakan BKI :
Tabel 4.12 Hasil lebar efektif pelat e’m
a ( mm ) b ( mm ) bm ( mm ) e'm
3600 900 583.7485562 1751.246
7200 900 583.7485562 1751.246
Tabel 4.13 Hasil lebar efektif pada perhitungan rumus bleich
a ( mm )
b ( mm
)
α = a/b α² K
3600 900 4 16 4
7200 900 8 64 4
σkr ( kN/m² )
σm
σs bm ( mm )
σkr/σm
8.970775463 0.5231 17.14925533 685.395
2.242693866 0.5231 4.287313832 2.10221379
V. KESIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan hasil pembahasan, kesimpulan yang dapat
diambil adalah tegangan terbesar terletak pada pembujur no 8
dan 9. Lebar efektif pelat sebesar 631.7442 mm dan 470,5163
mm. Hal ini terdapat perbedaan sebesar 8,22 % dengan
perhitungan BKI. Untuk penelitian selanjutnya dapat
dilakukan variasi perhitungan yang terdapat pada hasil
pemodelan tidak hanya dilihat dari hasil tegangan aksial saja,
bisa juga dilihat dari hasil tegangan gesernya sehingga
didapattkan hasil lebar efektif yang bervariasi.
UCAPAN TERIMA KASIH
Para penulis mengucapkan terima kasih kepada Jurusan
Teknik Perkapalan yang telah membiayai dan memfasilitasi
dalam terselesaikannya penelitian ini terutama fasilitas
Laboratorium Konstruksi dan Kekuatan Kapal.
DAFTAR PUSTAKA
[1] American Bureau of Shipping, Guidance Notes on -
Safehull Finite Element Analysis Of Hull Structures,
American Bureau of Shipping, Houston, 2004.
[2] Bureau Classifications Indonesia, Rules for the
Classification and Construction of Seagoing steel ships,
Volume II, 2008
[3] Bleich, Friedrich, Buckling Strength of Metal Structure,
New York, 1952.
[4] International Association of Classification Societies,
Common Structural Rules for Double Hull Oil Tanker,
IACS Council, London, 2010.