Pembebanan vertikal pada struktur dermaga dapat dikategorikan dalam beban mati dan beban hidup.
Beban Mati
Berat sendiri material yang diperhitungkan dalam perencanaan struktur adalah sebagai berikut:
- Air laut 1025 ton/m3
- Beton bertulang 2400 ton/m3
- Beton bertulang basah 2500 ton/m3
- Beton prestressed 2450 ton/m3
- Baja 7850 ton/m3
- Kayu 1000 ton/m3
- Pasir 2000 ton/m3
- Aspal 2000 ton/m3
Berat-berat ini diperhitungkan sebagai beban mati ataupun beban superimposed dead load (SDL). Beban hidup perencanaan struktur ini adalah merupakan beban uniformly distributed load (UDL), beban roda kendaraan T45 dan beban fasilitas loading / unloading sebagaimana yang diuraikan berikut.
Beban UDL
Beban UDL diperhitungkan sebesar 4,0 ton/m2. Ini mengacu kepada perhitungan berat beban hidup terhadap luasan distribusi pengaruh beban tersebut.
Sketsa dua kontainer dua tumpuk
Berat container 2 tumpuk (stack)
W1 = Wc = 30,48 ton
W2 = W x DF = 30,48 x 1,25 = 33,10 ton
Wtotal = W1 + W2 =30,48 + 33,10 = 68,58 ton
Area
distribusi adalah :
A
= (6,10 + 2 x 0,2) x (2,4 + 2 x 0,2) =
6,50 x 2,84 = 18,46 m2
Sehingga beban terdistribusi adalah:
UDL = Q/A = 68,58/18,46 = 3,715 ton/m2 ~ 4,0 ton/m2
Beban Truk T45 (RSNI T-02-2005 Standar Pembebanan untuk Jembatan)
Sketsa truk yang dijadikan asumsi beban hidup
W = 45 ton
A = 2,75 x 9,0 = 15,75 m2
Sehingga beban terdistribusi adalah:
UDL = Q/A = 45/15,75 = 2,857 ton/m2
Mobile Crane
W = 79,56 ton
A = 5,79 x 5,79 = 33,52 m2
Sehingga beban terdistribusi adalah:
UDL = Q/A = 79,56/33,52 = 2,373 ton/m2
Berdasarkan
uraian di atas uniformly distributed live load ditetapkan sebesar 4,0 t/m2.
Untuk memperhitungkan terjadi konsentrasi beban UDL maka diperhitngkan superposisi
antara beban UDL dengan beban roda lainnya dengan reduksi 35% hingga
50%.
Beban Kendaraan
Beban kendaraan pada struktur dermaga ini adalah beban container truck T45 dengan beban kendaraan adalah sebagai berikut: (RSNI T-02-2005 Standar Pembebanan untuk Jembatan).
Beban Roda Kendaaran
Beban Horisontal
Pembebanan horizontal pada struktur dermaga dapat dikategorikan sebagai berikut :
Beban Gelombang
Secara umum persamaan gaya gelombang yang diperhitungkan pada perencanaan dermaga ini terbagi atas dua bagian, yaitu:
Beban Gelombang Pada Struktur Tiang
Dalam perhitungan gaya gelombang pada tiang vertikal dengan kondisi gelombang tidak pecah (non-breaking waves) digunakan persamaan Morison (1950) yang terdapat dalam Buku Structural Dynamics (Theory and Applications), McDougal. Total gaya horizontal yang terjadi pada struktur tiang adalah:
Fx = Fd max| cos ωt | cos ωt - Fi max sin ωt
Dimana:
Fd max = (1/16) x ρ x g x Cd x D x H2 x [{sin h x (2 x k x h) + 2 x k x h} / {sin h x (2 x k x h)}]
Fi max = (π/8) x ρ x g Cm x D2 x H x tan h x (k x h)
Fx = gaya total pada arah x (N)
Beban Gelombang Pada Tepi Dermaga
Pada saat tertentu ada kemungkinan tinggi gelombang mencapai elevasi derrnaga, oleh karena itu perlu diperhitungkan gaya gelornbang terhadap tepi dermaga. Diasumsikan puncak gelombang berada pada sisi atas tepi dermaga. Gaya gelombang pada tepi dermaga:
P = [{ρ x g x H} / {2 x k cos h x k x h}] x [{sin h x k x (h + s + t) - sin h x k x (h + s)}]
Dimana:
P = gaya gelombang pada tepi lantai dermaga (N/m)
Drag forces
FD = (1/2) x CD x ρ0 x A x U2
Lift forces
FL = (1/2) x CL x ρ0 x A x U2
Dimana:
FD = gaya drag akibat arus(kN)
FL = gaya angkat akibat arus(kN)
A = luas penampang yang kena arus (m2)
U = kecepatan arus (m/s2)
ρ = berat jenis air laut (= 1.03 kg/m3)
CD = koefisien Drag (Cd = 1 untuk tiang pancang silinder)
CL = koefisien Lift ( CL = 2 untuk tiang pancang silinder )
s = bagian yang free
Beban Gempa
Negara Indonesia merupakan wilayah dengan tingkat resiko gempa yang cukup tinggi. Hal ini disebabkan karena wilayah Indonesia berada diantara empat sistem tektonik yang cukup aktif, yaitu: tapal batas lempeng Eurasia, lempeng Filipina, lempeng Pasifik, dan lempeng Indo-Australia.
Sesuai ”SNI 03-1726-2003 Tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk bangunan gedung" gaya geser dasar nominal sebagai respons ragam yag pertama terhadap pengaruh Gempa Rencana menurut persamaan:
V = (Ci x I) / (R x Wt)
Dimana:
V = Gaya geser nominal total (N)
Ci = Faktor respons gempa
I = Faktor keutamaan
R = Faktor daktalitas
Wt = Berat total struktur
Faktor-faktor yang perlu diketahui untuk perhitungan gaya gempa adalah:
Ci (Faktor respons gempa)
Nilai C diperhitungkan berdasarkan periode getar struktur:
T = 0,0853/4
Dimana :
H = tinggi bangunan di atas seabed (kedalaman air + elevasi atas dermaga = 18,8 m)
T = waktu getar (detik) = 0,767 detik
Contoh: Wilayah Selat Makasar ini berdasarkan SNI 03-1726-2003 Tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk bangunan gedung adalah berada pada zona gempa 2, dengan asumsi tanah sedang.
Sehingga didapat nilai C = 0,29
Beban Tumbukan Kapal dan Pemilihan Fender
Untuk menentukan jenis dermaga dan mendesain struktur dermaga, maka diperlukan data-data mengenai gaya tumbukan kapal (berthing) dan gaya reaksi dari fender yang digunakan. Analisa dilakukan terhadap kapal terbesar yang akan dilayani dermaga.
Beban Tumbukan Kapal/Berthing
Gaya berthing adalah gaya yang diterima dermaga saat kapal sedang bersandar pada dermaga. Gaya maksimum yang diterima dermaga adalah saat kapal merapat ke derrnaga dan membentur dermaga pada sudut 10° terhadap sisi depan dermaga. Gaya benturan diterima dermaga dan energinya diserap oleh fender pada dermaga.
Gaya benturan kapal yang harus ditahan dermaga tergantung pada energi benturan yang diserap oleh sistem fender yang dipasang pada dermaga. Gaya benturan bekerja secara horizontal dan dapat dihitung berdasarkan energi benturan pada tipe fender yang digunakan. Besar energi tersebut dihitung dengan menggunakan persamaan:
Ef = ((Ms x V2)/2] x Ce x Cm x Cs x Cc
Dimana:
Ef = energi berthing (kNm)
Ms = massa air yang dipindahkan saat kapal berlabuh (ton)
V = kecepatan kapal saat membentur dermaga (m/s)
Ce = koefisien eksentrisitas
Cm = koefisien massa semu
Cs = koefisien kekerasan
Cc = koefisien konfigurasi penambatan
Koefisien Eksentrisitas (Ce)
Koefisien eksentrisitas adalah koefisien yang mereduksi energi yang disalurkan ke fender.
Ce = 1 / [1 + (l / r)2]
Dimana :
Ce = koefisien eksentrisitas
l = jarak sepanjang permukaan air dermaga dari pusat berat kapal sampai titik sandar kapal seperti terlihat dalam gambar (m)
r = jari-jari putaran di sekeliling pusat berat kapal pada permukaan air, dan diberikan oleh gambar (m)
Koefisien Masa Semu (Cm)
Koefisien massa tergantung pada gerakan air di sekeliling kapal, yang dapat dihitung dengan persamaan berikut:
Cm = 1 + (2π / 2 x Cb) x (d / B)
Cb = Ñ / Lpp x B x d
Dimana:
Cb = block coefficient
Ñ = volume air yang dipindahkan kapal (m3)
Lpp = panjang garis air (m)
B = lebar kapal (m)
d = bagian kapal yang tengelam (m)
Koefisien Softness (Cs)
Koefisien softness merupakan koefisien yang mempengaruhi energi bentur yang diserap
oleh lambung kapal. Nilai koefisien softness diambil sebesar 1.
Koefisien Konfigurasi penambatan (Cc)
Koefisien konfigurasi penambatan merupakan koefisien yang diambil dari efek massa air
yang terperangkap antara lambung kapal dan sisi dermaga.
Cc = 1 untuk jenis struktur dermaga dengan pondasi tiang.
F Berthing = (Ms x V) / Dt
Dimana:
Dt = waktu kapal membentur dermaga (detik)
Ms = massa air yang dipindahkan saat kapal berlabuh (ton)
V = kecepatan kapal saat membentur dermaga (m/s) = sekitar 0,05 m/s
Pemilihan Fender
Fender merupakan alat penyangga yang berfungsi sebagai sistem penyerap energi yang diakibatkan benturan kapal yang akan berlayar dan berlabuh dari dan menuju dermaga. Selain untuk melindungi dermaga, fender juga bisa dipasang pada dolphin. Perputaran kapal, angin, arus, mooring ropes, kapal tunda, dan tekanan air dapat mempengaruhi besar kecilnya reaksi pada fender yang tergantung pada arah dan lokasi titik temu antara kapal dengan dermaga (center of percussion) Sesuai dengan fungsinya fender dapat digolongkan kedalam dua kelompok, yaitu:
Pembebanan horizontal pada struktur dermaga dapat dikategorikan sebagai berikut :
Beban Gelombang
Secara umum persamaan gaya gelombang yang diperhitungkan pada perencanaan dermaga ini terbagi atas dua bagian, yaitu:
Beban Gelombang Pada Struktur Tiang
Dalam perhitungan gaya gelombang pada tiang vertikal dengan kondisi gelombang tidak pecah (non-breaking waves) digunakan persamaan Morison (1950) yang terdapat dalam Buku Structural Dynamics (Theory and Applications), McDougal. Total gaya horizontal yang terjadi pada struktur tiang adalah:
Fx = Fd max| cos ωt | cos ωt - Fi max sin ωt
Dimana:
Fi max = (π/8) x ρ x g Cm x D2 x H x tan h x (k x h)
Fx = gaya total pada arah x (N)
F
dmax = gaya drag maksimum
(N)
F
imax = gaya inersia
maksimum (N)
ρ =
berat jenis air laut (=1025 kg/m3)
g =
percepatan gravitasi (m/s2)
D =
diameter tiang pancang (m)
H =
tinggi gelombang (m)
h =
tinggi muka air (m)
k =
bilangan gelombang (2π/L)
L =
panjang gelombang (m)
CD =
koefisien drag (CD=1)
CM =
koefisien inersia (CM=1,7)
ω =
frekuensi gelombang (2π/L) (Hz)
T =
periode gelombang (detik)
t =
waktu (detik)
Sketsa definisi parameter gaya pada tiang
Sketsa definisi parameter gaya gelombang tepi
Pada saat tertentu ada kemungkinan tinggi gelombang mencapai elevasi derrnaga, oleh karena itu perlu diperhitungkan gaya gelornbang terhadap tepi dermaga. Diasumsikan puncak gelombang berada pada sisi atas tepi dermaga. Gaya gelombang pada tepi dermaga:
P = [{ρ x g x H} / {2 x k cos h x k x h}] x [{sin h x k x (h + s + t) - sin h x k x (h + s)}]
Dimana:
P = gaya gelombang pada tepi lantai dermaga (N/m)
ρ = berat jenis air laut (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
h = kedalaman air laut (m)
H = tinggi gelombang (m)
h = kedalaman air laut (m)
H = tinggi gelombang (m)
k = bilangan gelombang (2π/L)
L = panjang gelombang (m)
S = Elevasi – HWS – t (m)
t = tebal pelat dermaga (m)
S = Elevasi – HWS – t (m)
t = tebal pelat dermaga (m)
Beban Arus
Drag dan Lift Forces yang disebabkan oleh perilaku arus dihitung melalui persamaan:Drag forces
FD = (1/2) x CD x ρ0 x A x U2
Lift forces
FL = (1/2) x CL x ρ0 x A x U2
Dimana:
FD = gaya drag akibat arus(kN)
FL = gaya angkat akibat arus(kN)
A = luas penampang yang kena arus (m2)
U = kecepatan arus (m/s2)
ρ = berat jenis air laut (= 1.03 kg/m3)
CD = koefisien Drag (Cd = 1 untuk tiang pancang silinder)
CL = koefisien Lift ( CL = 2 untuk tiang pancang silinder )
s = bagian yang free
Beban Gempa
Negara Indonesia merupakan wilayah dengan tingkat resiko gempa yang cukup tinggi. Hal ini disebabkan karena wilayah Indonesia berada diantara empat sistem tektonik yang cukup aktif, yaitu: tapal batas lempeng Eurasia, lempeng Filipina, lempeng Pasifik, dan lempeng Indo-Australia.
Peta Lempeng Tektonik
Sesuai ”SNI 03-1726-2003 Tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk bangunan gedung" gaya geser dasar nominal sebagai respons ragam yag pertama terhadap pengaruh Gempa Rencana menurut persamaan:
V = (Ci x I) / (R x Wt)
Dimana:
V = Gaya geser nominal total (N)
Ci = Faktor respons gempa
I = Faktor keutamaan
R = Faktor daktalitas
Wt = Berat total struktur
Faktor-faktor yang perlu diketahui untuk perhitungan gaya gempa adalah:
Ci (Faktor respons gempa)
Nilai C diperhitungkan berdasarkan periode getar struktur:
T = 0,0853/4
Dimana :
H = tinggi bangunan di atas seabed (kedalaman air + elevasi atas dermaga = 18,8 m)
T = waktu getar (detik) = 0,767 detik
Contoh: Wilayah Selat Makasar ini berdasarkan SNI 03-1726-2003 Tata cara perencanaan ketahanan gempa untuk bangunan gedung adalah berada pada zona gempa 2, dengan asumsi tanah sedang.
Respons Spektrum Gelombang Rencana
Sehingga didapat nilai C = 0,29
- I (Faktor keutamaan) = 1
- R (Faktor daktalitas) = 5,6
Beban Tumbukan Kapal dan Pemilihan Fender
Untuk menentukan jenis dermaga dan mendesain struktur dermaga, maka diperlukan data-data mengenai gaya tumbukan kapal (berthing) dan gaya reaksi dari fender yang digunakan. Analisa dilakukan terhadap kapal terbesar yang akan dilayani dermaga.
Beban Tumbukan Kapal/Berthing
Gaya berthing adalah gaya yang diterima dermaga saat kapal sedang bersandar pada dermaga. Gaya maksimum yang diterima dermaga adalah saat kapal merapat ke derrnaga dan membentur dermaga pada sudut 10° terhadap sisi depan dermaga. Gaya benturan diterima dermaga dan energinya diserap oleh fender pada dermaga.
Gaya benturan kapal yang harus ditahan dermaga tergantung pada energi benturan yang diserap oleh sistem fender yang dipasang pada dermaga. Gaya benturan bekerja secara horizontal dan dapat dihitung berdasarkan energi benturan pada tipe fender yang digunakan. Besar energi tersebut dihitung dengan menggunakan persamaan:
Ef = ((Ms x V2)/2] x Ce x Cm x Cs x Cc
Dimana:
Ef = energi berthing (kNm)
Ms = massa air yang dipindahkan saat kapal berlabuh (ton)
V = kecepatan kapal saat membentur dermaga (m/s)
Ce = koefisien eksentrisitas
Cm = koefisien massa semu
Cs = koefisien kekerasan
Cc = koefisien konfigurasi penambatan
Koefisien Eksentrisitas (Ce)
Koefisien eksentrisitas adalah koefisien yang mereduksi energi yang disalurkan ke fender.
Ce = 1 / [1 + (l / r)2]
Dimana :
Ce = koefisien eksentrisitas
l = jarak sepanjang permukaan air dermaga dari pusat berat kapal sampai titik sandar kapal seperti terlihat dalam gambar (m)
r = jari-jari putaran di sekeliling pusat berat kapal pada permukaan air, dan diberikan oleh gambar (m)
Sudut merapat kapal
Koefisien Masa Semu (Cm)
Koefisien massa tergantung pada gerakan air di sekeliling kapal, yang dapat dihitung dengan persamaan berikut:
Cm = 1 + (2π / 2 x Cb) x (d / B)
Cb = Ñ / Lpp x B x d
Dimana:
Cb = block coefficient
Ñ = volume air yang dipindahkan kapal (m3)
Lpp = panjang garis air (m)
B = lebar kapal (m)
d = bagian kapal yang tengelam (m)
Koefisien Softness (Cs)
Koefisien softness merupakan koefisien yang mempengaruhi energi bentur yang diserap
oleh lambung kapal. Nilai koefisien softness diambil sebesar 1.
Koefisien Konfigurasi penambatan (Cc)
Koefisien konfigurasi penambatan merupakan koefisien yang diambil dari efek massa air
yang terperangkap antara lambung kapal dan sisi dermaga.
Cc = 1 untuk jenis struktur dermaga dengan pondasi tiang.
F Berthing = (Ms x V) / Dt
Dimana:
Dt = waktu kapal membentur dermaga (detik)
Ms = massa air yang dipindahkan saat kapal berlabuh (ton)
V = kecepatan kapal saat membentur dermaga (m/s) = sekitar 0,05 m/s
Kondisi berthing kapal
Pemilihan Fender
Fender merupakan alat penyangga yang berfungsi sebagai sistem penyerap energi yang diakibatkan benturan kapal yang akan berlayar dan berlabuh dari dan menuju dermaga. Selain untuk melindungi dermaga, fender juga bisa dipasang pada dolphin. Perputaran kapal, angin, arus, mooring ropes, kapal tunda, dan tekanan air dapat mempengaruhi besar kecilnya reaksi pada fender yang tergantung pada arah dan lokasi titik temu antara kapal dengan dermaga (center of percussion) Sesuai dengan fungsinya fender dapat digolongkan kedalam dua kelompok, yaitu:
- Fender pelindung, berfungsi sebagai bantalan penyerap energi tekan yang terjadi saat benturan kapal dengan dermaga.
- Fender tekan, merupakan fender yang didesain secara khusus untuk menyerap energi benturan (tekan) yang terjadi saat kapal melakukan manuver untuk berlabuh. Perencanaan fender ini dilakukan dengan kekuatan lebih daripada fender pelindung, karena kemungkinan benturan yang lebih keras akan terjadi pada saat manuver kapal.
Fender kayu gantung
Fender kayu tiang pancang
Fender kayu tiang pancang dari besi profil
Draped Fender
Tidak ada komentar:
Posting Komentar