Proposal Pi 1.docx

BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Pembangun pada saat ini memfokuskan pada pemerataan pembangunan di daerah-daerah, sehingga, kelancaran distribusi material sebagai bahan bangunan menjadi hal yang penting. Negara Indonesia yang merupakan negara kepulauan mempunyai wilayah yang didominasi oleh laut, maka transportasi laut menjadi pilihan yang tepat sebagai alat untuk membantu dalam memperlancar distribusi barang. Dengan alasan tersebut maka perlu ditingkatkan jasa layanan transportasi laut. Jasa layanan transportasi laut itu sendiri meliputi pelayanan perkapalan dan pelayanan pelabuhan. Pada pelabuhan ini, pelu tersedianya ruang untuk perencanaan dermaga. Dermaga adalah suatu bangunan pelabuhan yang digunakan untuk merapat dan menambatkan kapal yang akan melakukan bongkar muat barang dan menaik-turunkan penumpang. Dermaga terdiri dari dua struktur utama yaitu struktur atas berupa balok dan plat lantai dan struktur bawah berupa tiang pancang yang berfungsi sebagai penahan supaya plat tetap pada lokasinya. Dermaga dapat dibedakan menjadi dua tipe yaitu wharf atau quai dan jetty atau pier. Wharf adalah dermaga yang parallel dengan pantai dan biasanya berimpit dengan garis pantai. Sedangkan jetty atau pier adalah dermaga yang menjorok ke laut. Setiap struktur dermaga yang dibangun tentunya didesain agar tidak akan mengalami kegagalan struktur maupun dapat menahan beban berulang-ulang berupa beban gelombang. Dengan mempertimbangkan karakteristik struktur yang demikian serta dengan berdasarkan perilaku beban gelombang maka salah satu scenario kagagalan struktur dermaga ini yang perlu diperhatikan adalah fatigue. Fatigue dapat dartikan sebagai kelelehan suatu struktur setelah menerima beban yang berulang-ulang (cyclic loading). Analisis fatigue merupakan suatu cara yang dapat dilakukan untuk memperkirakan resiko terjadinya kerusakan yang diakibatkan oleh beban berulang dan usia dari suatu bangunan dalam menghadapi berbagai macam beban. Pada penelitian ini dipilih dermaga yang terletak di Gresik yaitu pada Dermaga C dengan panjang sekitar 432 meter dan dan lebar 27 meter. Perluasan dermaga dilengkapi dengan penambahan satu unit alat bongkar bahan baku curah yang diharapkan dapat 1

digunakan untuk kegiatan bongkar material bulk yang tidak korosif dari kapal. Dermaga ini diperuntukkan bagi kapal perintik ukuran 30.000 DWT. Dengan melakukan analisa fatigue, resiko timbulnya kerusakan fatal pada dermaga ini dapat diperkecil dan suatu bangunan dapat memenuhi target desain yang telah ditetapkan, termasuk disini adalah bawah struktur tidak akan mengalami kegagalan dalam berbagai kondisi kerja. Secara umum kegagalan fatigue dapat ditentukan dengan dua metode yaitu Metode S-N Curve dan Metode Fracture Mechanics (FM). Pada penelitian ini yang menjadi pokok bahasan utama adalah analisa fatigue pada konstruksi pancang di Dermaga C Petrokimia berdasarkan Metode S-N Curve.

B. Rumusan Masalah Adapun rumusan masalah yang penulis ambil dalam pembahasan laporan kerja praktek industri yaitu : 1. Bagaimana pengaruh gelombang terhadap umur tiang pancang Dermaga C Petrokimia Gresik.

C. Tujuaan Penelitian Adapun tujuan dari kerja praktek industry yang peneliti lakukan adalah : 1. Untuk mengetahui pengaruh kelelahan struktur pada pondasi tiang pancang baja konstruksi dermaga. 2. Untuk menghitung usia struktur dari dermaga dengan menggunakan metode S-N Curve.

D. Manfaat Penelitian Selain penulis memiliki tujuan penelitian, penulis juga memiliki manfaat yang hendak dirasakan baik bagi penulis maupun pembaca, adapun manfaat penelitian kerja praktek industry adalah : 1. Agar mengetahui gaya gelombang pada tiang pancang dermaga 2. Agar mengetahui kelelahan struktur tiang pancang akibat gaya gelombang 3. Agar mengetahui usia struktur tiang pancang dermaga dengan metode S-N Curve 2

BAB II KAJIAN PUSTAKA A. Pengertian Gelombang Gelombang laut adalah salah satu fenomena alam yang selalu terjadi dilaut. Pada umumnya gelombang laut disebabkan oleh tiupan angin baik langsung maupun tidak langsung. Peristiwa ini merupakan peristiwa pemindahan energy angin menjadi energy gelombang dipermukaan laut dan gelombang itu sendiri meneruskan energinya kepada gerakan molekul air. Untuk menganalisa gaya gelombng yang terjadi pada pondasi, terdapat beberapa teori dasar gelombang yang berhubungan dengan penentuan gaya gelombang tersebut salah satunya yaitu teori Airy. Selanjutnya, perhitungan besarnya gaya gelombang yang terjadi dilakukan dengan metode Morisson yang akan dijelaskan kemudian. Adapun karakteristik gelombang diantaranya adalah sebagai berikut : 1. Panjang gelombang (λ) : terukur dalam satuan jarak secara horizontal arah jalaran dari puncak gelombang ke puncak gelombang lainnya. 2. Periode gelombang (T) : terukur dalam satuan waktu, berupa waktu yang diperlukan partikel fluida cair untuk berada pada kedudukan serupa dalam rangkaian pergerakan gelombang. 3. Tinggi gelombang (H) : terukur dalam satuan jarak secara vertical Z dari puncak tertinggi sampai lembah terdalam pfofil gelombang yang terjadi dalam rangkaian pergerakan gelombang. 4. Sedangkan parameter yang digunakan dalam menganalisa gelombang adalah karakteristik gelombang, kedalaman laut, serta parameter lainnya seperti percepatan lainnya seperti percepatan dan kecepatan gelombang yang diperoleh dari persamaan teori gelombang.

3

Gambar 2.1. Profil Gelombang B. Penentuan Teori Gelobang Yang Sesuai Teori gelombang yang digunakan untuk menyelesaikan masalah-masalah hidrodinamika, terutama dalam menganalisa struktur. Bangunan lepas pantai adalah teori gelombang Airy, Stokes, Cappelear, Strem Fuction, Celerity Potential, Solition dan Cnoidal. Salah satu parameter yang digunakan untuk mengetahui teori gelombang yang sesuai dalam perhitungan adalah nilai perbandingan kedalaman perairan dengan panjang gelombang h/λ, grafik hubungan antara H/λ dengan h/λ, serta grafik hubungan antara H/T2 dengan h/T2 sebagai berikut :

Gambar 2.2. Grafik hubungan H/λ dengan h/λ (Sumber : Triatmojo, 1999) 4

Selain grafik hubungan tersebut, terdapat kondisi yang disyaratkan dalam penggunaan teori gelombang. Kondisi tersebut dinyatakan dalam table 2.1. Tabel 2.1. Hubungan h/λ dengan Parameter Ursell Teori Gelombang

Kondisi Yang Disyaratkan

Conidal

h/λ < 0,1

Hλ2/h3 > 15

Solitary

h/λ < 0,02

Hλ2/h3 > 15

Stokes

h/λ > 0,1

Airy

h/λ < 0,05 (air dangkal)

Hλ2/h3 < 15

h/λ > 0,5 (air dalam) (Sumber : Dawson, 1981) 1. Teori Gelombang Airy Adapun rumus-rumus yang digunakan dalam teori Gelombang Airy adalah sebagai berikut : a. Elevasi gelombang permukaan 𝐻 𝐶𝑜𝑠 (𝑘𝑥 − 𝜔𝑡) 2 b. Kecepatan gelombang horizontal dan vertical 𝜂=

𝑢=

𝜔𝐻 𝐶𝑜𝑠ℎ 𝑘𝑦 𝐶𝑜𝑠 (𝑘𝑥 − 𝜔𝑡) 2 sinh 𝑘𝑦

𝑣=

𝜔𝐻 sinh 𝑘𝑦 𝐶𝑜𝑠 (𝑘𝑥 − 𝜔𝑡) 2 sinh 𝑘𝑦

Catatan : y = h + z c. Bilangan gelombang dan frekuensi gelombang dan dispersi 𝑘=

2𝜋 2𝜋 ; 𝜔= 𝜆 𝑇

𝜔² = 𝑔𝑘 tanh 𝑘ℎ d. Kecepatan gelombang 𝑐=

𝜔 𝜆 = 𝑘 𝑇 1

𝑔 2 𝑐 = ( tanh 𝑘ℎ ) 𝑘

5

e. Percepatan gelombang horizontal dan vertical 𝑎ₓ =

𝜔²𝐻 𝐶𝑜𝑠ℎ 𝑘𝑦 𝑆𝑖𝑛 (𝑘𝑥 − 𝜔𝑡) 2 sinh 𝑘ℎ

𝑎𝑧 =

𝜔²𝐻 𝑆𝑖𝑛ℎ 𝑘𝑦 𝐶𝑜𝑠 (𝑘𝑥 − 𝜔𝑡) 2 sinh 𝑘ℎ

f. Tekanan gelombang dan Hidrostatik 𝑃 = 𝜌𝑔

𝐻 𝐶𝑜𝑠ℎ 𝑘𝑦 𝐶𝑜𝑠 (𝑘𝑥 − 𝜔𝑡) + 𝜌𝑔 (ℎ − 𝑦) 2 𝑆𝑖𝑛ℎ 𝑘ℎ

2. Teori Gaya Gelombang Gaya gelombang yang berpengaruh pada struktur bangunan lepas pantai dapat dihitung dengan menggunakan persamaan Morisson, teori Froude-Krillof dan teori difraksi. Dalam analisa gaya gelombang menurut persamaan Morisson, pertamatama struktur dibagi kedalam dua bagian yaitu struktur atas dan struktur bawah yaitu pondasi struktur tersebut. Persamaan Morisson dapat

digunakan bila

perbandingan diameter elemen struktur terhadap panjang gelombang yang terjadi adalah kecil atau D/λ < 0,2. Ini dimasudkan bahwa gaya gelombang yang terjadi diasumsikan tidak dipengaruhi oleh keberadaan struktur itu sendiri. Persamaan ini menyatakan gaya yang timbul per satun panjang pada suatu elemen dari tiang yang terletak / terendam pada suatu aliran fluida yang bergerak. Jika f menunjukkan gaya gelombang per unit panjang yang bekerja pada sebuah tiang vertical berdiameter D, maka persamaan Morissonnya, yang sekarang banyak diterapkan ddalam perhitungan-perhitungan keteknikan, adalah (Dawson T H, 1983) : 𝑓=

1 𝜋𝑑² . 𝜌 . 𝐶𝐷 . 𝐷 . |𝑢|. 𝑢 . + 𝜌 . 𝐶𝐼 . 𝑎ᵪ 2 4 Sebagaimana telah dijelaskan pada subbab sebelumnya, persamaan

Morisson adalah penjumlahan dari komponen gaya gelombang. Pertama adalah gaya seret (drag force), yaitu gaya yang disebabkan oleh kecepatan air yang lewat pada struktur. Kedua gaya inersia, yaitu gaya disebabkan oleh keberadaan struktur terhadap percepatan gelombang yang terjadi.

6

Dengan : 𝜌

= massa jenis air laut (kg/mm3)

CD

= koefisien gesek (Menurut API, 1980 = 0,6 ̴ 1,0)

CI

= koesifien inersia (Menurut API, 1980 = 1,5 ̴ 2,0)

U

= kecepatan horizontal partikel air (mm/s)

ax

= percepatan horizontal partikel air (mm/s2) Menurut rekomendasi API RP2A (1980), nilai C D berkisar antara 0,6 sampai 1,0

dan nilai C1 berkisar antara 1,5 sampai 2,0 (Offshore Struktural engineering Page 114, 1981) dan menurut API RP2A (1977) untuk perhitungan dengan teori gelombang stoke derajat lima CD berkisar antara 0,6 sampai 1,0 dan Ci bekisar antara 1,5 samapi 2,0. Dalam perhitungann ini karena yang akan ditentukan adalah beban rancang maksimum maka nilai yang akan digunakan adalah CD = 1,0 dan Ci = 2,0. Dengan demikian dapat diperoleh model distribusi gaya gelombang yang bekerja pada pile sebagai berikut :

Gambar 2.3. Distribusi Gaya Gelombang (Sumber : Dawson, 1983) Beban gelombang pada tiang vetikal dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut : F = FD + F1 Nilai FD dan F1 menyatakan gaya gesek dan gaya inersia yang bekerja pada silinder yang masing-masing mempunyai persamaan :

7

𝜌𝐶𝐷 𝑠𝑖𝑛ℎ2 𝑘𝑦 2 𝑘𝑦 2 (𝜔𝐻) ( 𝐹𝐷 = + ) | cos 𝜔𝑡| cos 𝜔𝑡 2𝑘 𝑠𝑖𝑛ℎ2 𝑘𝑦 𝑠𝑖𝑛ℎ2 𝑘𝑦 𝜌𝐶1 𝜋𝐷2 2 sinh 𝑘𝑦 𝐹1 = 𝜔 𝐻 sin 𝜔𝑡 2𝑘 4 sinh 𝑘ℎ Total gaya horizontal yang bekerja sepanjang elemen vertical tersebut dapat ditentukan dengan mengintegrasikan gaya yang terjadi tiap satuan panjang elemen yang dalah sebagai berikut : 𝑦

𝐹 = ∫ 𝑓(𝑦)𝑑𝑦 0

C. Pondasi Tiang Pada keadaan tanah dibawah kedalaman dimana pondasi telapak dan plat akan didirikan terlalu lemah atau terlalu kompresibel untuk menyediakan daya dukung yang cukup, beban perlu dipindahkan ke material yang lebih kuat ditanah yang lebih dalam misalnya dengan menggunakan tiang (pile).

D. Daya Dukung Akibat Beban Aksial Bila suatu beban aksial yang diaplikasikan pada pondasi tiang pancang, maka dengan adanya interaksi antara tiang dan tanah akan terjadi gaya perlawanan yang dapat mengimbangi besarnya beban luar tersebut. Gaya perlawanan in iakan dianalisa berdasarkan metode pendekatan statis. Kapasitas daya dukung tiang dibedakan oleh gaya dukung ujung dan daya dukung gesek, dan apabila kedua daya dukung tersebut dimobilisasi maka akan didapat dengan rumus : 𝑄𝑢 = 𝑄𝑝 + 𝑄𝑠 𝑄𝑎𝑙𝑙 =

𝑄𝑢 𝑆𝐹

Dimana : Qu

= kapasitas daya dukung tiang

Qp

= kapasitas dukung pada ujung tiang

Qs

= kapasitas daya dukung karena tahanan kulit

Qall

= kapasitas dukung tiang pancang yang diperkenankan

SF

= factor keamanan

8

E. Kelelahan Struktur / Fatigue 1. Pengertian Kelelahan Struktur / Fatigue Bangunan yang mengalami beban yang sifatnya berulang (cyclic) menyebabkan berkurangnya kekuatan. Fenomena ini dikenal dengan kelelahan atau fatigue. Fatigue ini dapat diartikan sebagai kelelahan suatu struktur setelah menerima beban yang berulang-ulang (cyclic loading). Analisa fatigue merupakan suatu cara yang dapat dilakukan untuk memperkirakan resiko terjadinya kerusakan pada sambungan kritis yang diakibatkan oleh beban berulang dan usia dari suatu bangunan dalam menghadapi berbagai macam beban. Batas dari fatigue (fatigue limit) didefinisikan sebagai stress (tegangan), dimana material atau sambungannya dapat menahan beban yang berulang dalam jumlah tertentu. Kekuatan fatigue (fatigue strength) pada struktur adalah tegangan maskimum yang dapat ditahan oleh struktur tanpa mengalami keruntuhan pada frekuensi pembebanan tertentu. Secara umum, kegagalan fatigue dapat ditentukan dengan dua metode yaitu Metode S-N Curve (Stress vs jumlah siklus kegagalan yang diijinkan) dan metode Fracture Mechanics (FM). 2. Parameter Analisis Fatigue Kurva S-N Kurva S-N adalah karakteristik fatigue yang umum digunakan dari suatu bahan yang mengalami tegangan berulang dengan besar yang sama. Dasar dari kurva S-N atau Wohler Curve adalah plot dari stress (S) versus jumlah Cycle (N). kurva tersebut diperoleh dari tes specimen baja yang diberi beban berulang dengan jumlah N siklus sampai terjadi kegagalan. Tingkat keyakinan akurasi penentuan kurva S-N dipengaruhi oleh parameter kemiringan

(slope)

dan

intersepsi.

Kedua

parameter

ini

mempunyai

ketidaktentuan. Kombinasi ketidaktentuan total kurv S-N, ekspresi analisa dari kurva S-N adalah : Nc (s)

= aD . S-m

Log(N(s))

= log (aD) – m log (s)

Dengan : aD = intersepsi sumbu log 9

m = kemiringan kurva S-N S = rentang tegangan (MPa) N = jumah siklus

3. Aturan Miner Kurva S-N hanya menyediakan informasi untuk pembebanan dengan amplitude konstan. Untuk pembebanan lingkungan dengan amplitude yang bervariasi, kurva S-N dilengkapi dengan peraturan yang disebut aturan Miner. Aturan ini memungkinkan perhitungan kerusakan fatigue (D) dengan beberapa pembebanan bebeda. Apabila join mengalami pembebanan dengan amplitude yang bervariasi, maka kerusakan fatigue yang tejadi adalah penjumlahan dari kerusakan fatigue dari masing-masing grup. Dengan rumus sebagai berikut : 𝑚

𝐷= ∑

𝑛𝑖 𝑛𝑖 𝑛2 𝑛3 𝑛𝑚 = + + +⋯ 𝑁𝑖 𝑁2 𝑁3 𝑁𝑚 𝑖=1 𝑁𝑖

4. Stress Concentration Factor (SCF) Pada kondisi tegangan yang kompleks, terkadang tidak begitu pasti tegangan mana yang harus digunakan untuk kurva S-N. Untuk itu, sebuah efek konsentrasi tegangan dapat digunakan pada perhitungan tegangan yang bekerja berupa SCF. Stress Concentration Factor (SCF) adalah perbandingan antara tegangan di daerah hot-spot dengan tegangan nominal pada penampang. Nilai SCF merupakan komponen penting dalam perhitungan fatigue damage karena tegangan yang terjadi pada sambungan tubular tidak menyebar secara merata. Dimana : 𝐻𝑆𝑆 = 𝑆𝐶𝐹𝑎𝑥 . 𝑓𝑎𝑥 ± 𝑆𝐶𝐹𝑖𝑝𝑏 . 𝑓𝑖𝑝𝑏 ± 𝑆𝐶𝐹𝑜𝑝𝑏 . 𝑓𝑜𝑝𝑏 Dimana : fax

= tegangan nominal

fipb

= tegangan momen dalam nominal

fopb

= tegangan momen luar nominal

SCFax, SCFipb, SCFopb = stress concertration factor

10

BAB III METODOLOGI PENELITIAN A. Diagram Alir Start

Pengumpulan data ( Data tanah, data pancang, data gelombang)

Analisa tiang pancang tunggal, dan grup

Analisa gelombang Analisa Morisson

Kontrol tegangan

Cara Deterministik

Pembebanan gelombang untuk setiap Hz, Tz

Analisa fatigue dengan metode S-N Curve

Perhitungan keusakan fatugur (D) dan penjumlahan dari beban berulang untuk setiap Hz, Tz

Umur fatigue / fatugue life

Finish

11