perencanaan fender

PERENCANAAN FASILITAS SANDAR KAPAL PADA DERMAGA

Disusun oleh: Julfikhsan Ahmad Mukhti

Sumber Gambar: http://treadwellrollo.files.wordpress.com/2011/03/ships-at-dock.jpg, diunduh 11 November 2013

Daftar Isi

1 Pendahuluan

2 Perhitungan Beban Sandar

3 Penentuan Jenis Fender

4 Aplikasi Beban Pada Struktur

5 Contoh Perhitungan

Bab 1

Pendahuluan

Pendahuluan Tentang Sandar Kapal

Beban sandar (berthing) merupakan beban yang diterima dermaga saat kapal bersandar pada dermaga. Beban berupa gaya benturan dari kapal ini diserap sebagian oleh fender. Beban sandar pada dermaga dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain karakteristik kapal dan perairan.

Ilustrasi sandar kapal jenis side berthing (atas) dan dolphin berthing (bawah)

Sumber: Katalog Fentek Marine Systems, hal. 75

1

Pendahuluan Standar yang digunakan

Standar yang digunakan dalam perencanaan fasilitas sandar antara lain: PIANC (2002). Guidelines for the Design of Fender Systems. BS6349 Part 4 (1994). Code of Practice for Design of Fendering and Mooring Systems. OCDI (2002). Technical Standards and Commentaries for Port and Harbour Facilities in Japan.

1

Pendahuluan Diagram Perhitungan Beban Sandar

Identifikasi Jenis Kapal dan Kondisi

Perairan

Perhitungan Kecepatan Sandar dan Koefisien

Beban Sandar

Penentuan faktor

keamanan untuk sandar

abnormal

Penentuan jenis fender

Aplikasi beban pada struktur

dermaga

1

Bab 2

Perhitungan Beban Sandar

Karakteristik Kapal

Salah satu penentu beban sandar pada dermaga adalah karakteristik kapal yang direncanakan untuk bersandar pada dermaga. Properti pada kapal umumnya antara lain terdiri dari: 1. DWT (Deadweight Tonnage) atau GT (Gross

Tonnage) 2. Displacement (Massa air yang dipindahkan

saat kapal terapung di atas air) 3. LOA (Length overall, panjang keseluruhan

kapal) 4. LBP (Length between perpendiculars,

panjang kapal pada permukaan air) 5. Beam, B (lebar kapal) 6. Freeboard, F (tinggi bagian kapal yang

berada di atas permukaan air 7. Draft, D (tinggi bagian kapal yang berada di

bawah permukaan air)

Ilustrasi dimensi pada kapal (Sumber: Gaythwaite, JW, 2004. Design of

Marine Facilities for the Berthing, Mooring, and Repair of Vessel halaman 18)

Perhitungan Beban Sandar 2

Perhitungan Koefisien Sandar

Beban sandar kapal, baik dari British Standard (BS6349-4 hal. 4) maupun OCDI 2002 (hal. 16), dihitung dengan persamaan sebagai berikut:

𝐸𝑁 = 0,5𝑀𝐷𝑉𝐵2𝐶𝐸𝐶𝑀𝐶𝑆𝐶𝐶

Keterangan: 𝐸𝑁 = Energi berthing (kNm) 𝑀𝐷 = Massa air yang dipindahkan (ton) 𝑉𝐵 = Kecepatan kapal saat menumbuk dermaga (m/s) 𝐶𝐸 = Koefisien eksentrisitas 𝐶𝑀 = Koefisien massa semu 𝐶𝑆 = Koefisien kekerasan 𝐶𝐶 = Koefieisn konfigurasi penambatan

Perhitungan Beban Sandar 2


Untuk beberapa kondisi, nilai Displacement dari kapal tidak diketahui besarnya. Dalam kondisi tersebut rumus pada OCDI (2002) halaman 17 sebagai berikut:

Keterangan: DWT = Deadweight Tonnage GT = Gross Tonnage DT = Displacement Tonnage

Displacement Berthing Vel. Eccentricty Coef. Virtual Mass Coef. Softness Coef. Configuration Coef.



Kecepatan sandar kapal dipengaruhi oleh nilai Displacement serta kondisi lingkungan tempat kapal akan bersandar antara sheltered (terlindung) atau exposed (terbuka).


Kecepatan sandar kapal berdasarkan Displacement dan kondisi lingkungan (Sumber: Katalog Fentek Marine Fendering Systems (2002), halaman 76)

Umumnya, kecepatan sandar kapal yang dipakai adalah 10 cm/s.



Koefisien eksentrisitas merupakan koefisien yang mereduksi energi yang disalurkan ke fender. Koefisien eksentrisitas dihitung dengan persamaan sebagai berikut:


𝐶𝐸 =1

1 +𝑙𝐾

2

𝐶𝐸 =𝐾2 + 𝑅2𝑐𝑜𝑠2(𝛾)

𝐾2 + 𝑅2

BS (1994) 6349-4 hal. 6:

OCDI (2002) hal. 16:

Keterangan: 𝐾 = Radius girasi pada kapal = (0,19𝐶𝑏 + 0,11)𝐿𝐵𝑃 𝐶𝑏 = Koefisien blok = volum kapal yang terpindahkan oleh kapal / (𝐿𝐵𝑃 x B x D) 𝑙 = jarak dari titik dimana kapal menyentuh fasilitas mooring ke pusat gravitasi kapal diukur dari sisi depan dermaga (lihat Gambar 2) 𝑅 = Jarak dari titik kontak ke pusat massa kapal 𝛾 = sudut antara garis yang menghubungkan titk kontak terhadap pusat massa dan vektor kecepatan (lihat Gambar 1)

Gambar 1 (untuk BS 1994)

𝛾

Gambar 2 (untuk OCDI 2002)

𝑙



Saat kapal mengenai fasilitas berthing dan pergerakannya langsung terhenti oleh fender yang ada, massa air yang bergerak memberikan energi besarnya dipengaruhi oleh besar kapal. Faktor ini disebut koefisien massa semu (virtual mass coefficient). Rumus untuk menghitung koefisien massa semu ini adalah:


𝐶𝑀 = 1 +𝜋

2𝐶𝑏

𝐷

𝐵

Keterangan: 𝐶𝑏 = koefisien blok 𝐷 = draft kapal maksimum (saat full loaded) 𝐵 = lebar kapal/molded breadth.

𝐶𝑀 = 1 +2𝐷

𝐵

BS (1994) 6349-4 hal. 5: OCDI (2002) hal. 21:



Koefisien kelembutan (softness coefficient) adalah rasio sisa energi sandar kapal yang merapat setelah energi sandar tersebut terserap akibat deformasi lambung kapal dengan energi sandar awal. Umumnya pada penentuan koefisien kelembutan diasumsikan tidak ada energi sandar kapal yang diserap dengan cara ini sehingga diambil nilai Cs = 1 (BS 6349-4 hal. 6, OCDI 2002 hal. 17)




Ketika kapal berlabuh, massa air antara kapal dengan fasilitas tambat menahan gerakan keluar dan bertindak seperti ada bantalan yang ditempatkan diantaranya. Energi sandar yang harus diserap fender pun menjadi berkurang. Efek ini diperhitungkan saat menghitung koefisien konfigurasi penambatan (Cc) yang dipengaruhi oleh banyak hal seperti sudut merapat kapal, bentuk lambung kapal dll. Nilai dari Cc yang biasa digunakan untuk dermaga terbuka (dengan pile) adalah 1,0, sedangkan untuk dermaga tertutup (dengan sheet pile atau caisson) digunakan Cc antara 0,8 hingga 1,0.



Perhitungan Beban Sandar Faktor Keamanan

Menurut PIANC (2002), energi sandar kapal harus dikalikan dengan angka faktor keamanan untuk mengantisipasi terjadinya abnormal impact, sehingga besarnya beban adalah sebagai berikut:

𝐸𝐴 = 𝐸𝑁 𝑥 𝑆𝐹

Keterangan: 𝐸𝐴 = energi berthing abnormal 𝐸𝑁 = energi berthing normal 𝑆𝐹 = faktor keamanan

Faktor keamanan untuk abnormal berthing (Sumber: Katalog Fentek Marine Fendering Systems (2002), hal. 80)

2

Bab 3

Penentuan Jenis Fender


Fender dipilih berdasarkan kapasitas energi sandar kapal dan kemampuan memfasilitasi kapal terbesar hingga kapal terkecil yang akan dilayani oleh dermaga. Kapasitas energi sandar yang mencukupi akan menjamin fender tetap kuat selama masa layan yang diinginkan, sedangkan ukuran fender memastikan seluruh jenis kapal yang akan bersandar dapat dilayani (tidak ada yang melewati bagian bawah fender saat bersandar)

Contoh fender jenis cone. Jenis ini memiliki panel yang berfungsi agar kapal yang kecil tetap dapat menumbuk fender (Sumber: Katalog Fentek Marine Fendering Systems

(2002), hal. 6)

3


Pilih jenis fender dengan nilai Energy Rated berada diatas energi sandar kapal abnormal (EA)

Beban yang diaplikasikan pada struktur dermaga rencana adalah Reaction Rated dikalikan dengan

3

Contoh tabel tipe fender dan performanya (Sumber: Katalog Fentek Marine Fendering Systems (2002), hal. 6)


Rea

ctio

n (

% R

ated

)

Deflection (%)

Energy (%

)

Energi sandar pada struktur perlu dikalikan dengan persentase Rated Reaction.

Untuk desain, defleksi yang digunakan dapat diambil yang menghasilkan Rated Reaction maksimum (100%) agar lebih konservatif

Contoh pengambilan Rated Reaction maksimum dari kurva performa fender.

(Sumber: Katalog Fentek Marine Fendering Systems (2002), hal. 7)

3

Bab 4

Aplikasi Beban Pada Struktur

Aplikasi Beban Pada Struktur

Dalam analisis struktur dermaga, beban sandar kapal hendaknya diaplikasikan pada struktur dalam berbagai skenario.

Skenario yang umum adalah beban diaplikasikan pada bagian tengah dan ujung dermaga pada satu titik sebesar EA.

Berdasarkan BS 6349-4 halaman 7, hendaknya beban sandar juga diaplikasikan secara vertikal dan horizontal (arah sumbu X dan Z) akibat efek angular berthing.

Z

Y

X

Skenario

A Skenario

B Skenario

C

Contoh aplikasi beban sandar pada model dermaga dengan program SACS. Terlihat tiga skenario pembebanan yaitu A, B, dan C

4

EA

EA

EA

Bab 5

Contoh Perhitungan

Contoh Perhitungan

Pada contoh perhitungan ini, kapal yang akan bersandar memiliki spesifikasi seperti pada tabel dengan kondisi sandar Sheltered. Code yang digunakan adalah OCDI 2002.

5

Properti Nilai

DWT 165.000 ton

LOA 400 meter

LBP 380 meter

Beam (B) 59 meter

Height 73 meter

Draft (maximum) 14,5 meter

Kapal Maersk Triple E (Sumber: logisticsweek.com) Sumber: http://www.worldslargestship.com/about/faq/

Contoh Perhitungan 5

217.401

26.61

mm/s

Grafik kecepatan tambat Sumber: Katalog Fentek Marine Fendering Systems

(2002), halaman 76

Koefisien untuk perhitungan beban tambat ditentukan berdasarkan OCDI (2002). Penentuan kecepatan kapal saat berthing diasumsikan untuk keadaan easy berthing, sheltered. Agar konservatif diambil nilai kecepatan kapal saat tambat 10 cm/s. Perhitungan displacement (DT atau MD) kapal peti kemas menggunakan persamaan pada OCDI (2002) halaman 17 sebagai berikut:

log 𝐷𝑇 = 0,365 + 0,953 log(𝐷𝑊𝑇)

DWT = Deadweight Tonnage

Perhitungan Kecepatan Sandar

log 𝐷𝑇 = 0,365 + 0,953 log(165000)

𝐷𝑇 = 217.401 𝑡𝑜𝑛

Contoh Perhitungan 5

DWT = Deadweight Tonnage

Perhitungan Ce

𝐶𝑒 =1

1 +𝑙𝑟

2

Dimana: L1 = jarak dari titik kontak ke pusat gravitasi kapal yang diukur paralel terhadap dermaga ketika kapal mengenai fender F1 L2 = jarak dari titik kontak ke pusat gravitasi kapal yang diukur paralel terhadap dermaga ketika kapal mengenai fender F2 θ = sudut berthing (dipakai 10o) e = rasio jarak antar fender terhadap panjang kapal keseluruhan (dipakai 5 m) α = rasio panjang sisi paralel kapal pada ketinggian titik kontak dengan fender terhadap LBP (dipakai 0,5) k = parameter yang menyatakan lokasi relatif terdekat kapal ke sebuah titik diantara fender. k umumnya berada pada rentang 1/3 hingga ½ (dipakai ½)

Nilai dari l didapatkan dari dua persamaan dibawah ini. Persamaan yang menghasilkan nilai lebih besar akan ditetapkan sebagai nilai l.

𝐿2 = 0,5𝛼 + 𝑒(1 − 𝑘)𝐿𝐵𝑃𝑐𝑜𝑠𝜃

𝐿1 = (0,5𝛼 − 𝑒𝑘)𝐿𝐵𝑃𝑐𝑜𝑠𝜃

𝑟 = (0,19𝐶𝑏 + 0,11)𝐿𝐵𝑃

𝐿2 = 0,5 0,5 + 5 1 − 0.5 380 cos 10 = 10,07 𝑚

𝐿1 = (0,5 0,5 − ( 5 0,5) 158 cos 10 = 𝟖𝟑, 𝟕𝟑 𝒎

Properti Nilai Keterangan

𝑘 ½ Diasumsikan

𝑒 5 Diasumsikan

𝜌 1.024 kg/m3

α 0.5 Diasumsikan

𝜃 10o Diasumsikan

𝐿𝐵𝑃 380 m Tersedia dari data kapal

Cb 0,6524 Tersedia dari data kapal

𝑟 = 0,19 0,169 + 0,11 158 = 𝟖𝟖, 𝟗𝟎 𝒎

Data untuk perhitungan Ce

𝐶𝑒 =1

1 +83,7388,90

2 = 0,530

Contoh Perhitungan 5 Penentuan CM ,CC , dan CS

𝐶𝑀 = 1 +𝜋

2𝐶𝑏

𝐷

𝐵

Keterangan: 𝐶𝑏 = koefisien blok 𝐷 = draft kapal maksimum (saat full loaded) 𝐵 = lebar kapal/molded breadth. Perhitungan nilai koefisien massa semu adalah sebagai berikut 𝐶𝑏 = 0,6524 𝐷 = 14,5 m 𝐵 = 59 m 𝐶𝑀 = 1 +

𝜋

2(0,6524)

14,5

59= 𝟏, 𝟓𝟗𝟏

Nilai dari 𝐶𝑆 diasumsikan 1

Nilai dari 𝐶𝐶 adalah 1 (untuk pondasi tiang)

Contoh Perhitungan 5 Penentuan Energi Sandar

Properti Nilai

𝐶𝑒 0,529

𝐶𝑀 1,591

𝐶𝑆 1

𝐶𝐶 1

𝑉𝐵 10 cm/s

𝑀𝐷 217.401 ton

Properti Nilai

DWT 165000 ton

LoA 400 meter

Beam (B) 59 meter

Height 73 meter

Draft (maximum) 14.5 meter

Data Kapal

Data Input Perhitungan Beban Sandar

Energi sandar EN = 916,884 𝑘𝑁

Type of Berth Impact Vessel Factor of Abnormal

Impact

Tanker and Bulk Cargo Largest 1,25

Smallest 1,75

Container Largest 1,50

Smallest 2,00

General Cargo 1,75

Ro-Ro and Ferries 2,00 or higher

Tugs, Work Boars, etc 2,0

Faktor Keamanan Sumber: Katalog Fentek Marine

Fendering Systems (2002), halaman 80

Energi sandar abnormal (terfaktor)

EN x Faktor Keamanan = 916,884 x 1,5 = 1.375,325 kN

Contoh Perhitungan 5 Penentuan Energi Sandar

Pemilihan fender berdasarkan nilai absorpsi energi dengan nilai beban berthing terfaktor. Fender yang dipilih adalah fender tipe SCN1400 E2.2. Defleksi yang dipilih adalah 35% dan menghasilkan nilai RR = 100% dan ER = 40%

Properti Nilai Keterangan

𝐸𝑟 1376 kN.m Rated energy, energi terabsorpsi

𝑅𝑟 1901 kN.m

𝐻 1,4 m Panjang fender

𝑂𝐷 2,24 m Diameter luar fender

𝑃𝑢 2,22 m Proyeksi fender dalam keadaan tidak tertekan

𝑑𝑓 0,777 m Defleksi fender

𝐶 0,21 m Jarak kebebasan fender (diasumsikan 10% dari Pu)

Berat fender 3,105 ton

Berat panel 3,105 ton

Dimensi pada fender tipe Super Cone

Spesifikasi fender SCN 1400 E2.2

Sumber: Katalog Fentek Marine Fendering Systems (2002), halaman 7 (seluruh gambar, tabel, dan grafik)

100%

40%

RR

ER

Grafik performa fender

perencanaan fender

Documents