BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI
2.6. ULTIMATE STRENGTH
RAO merupakan fungsi respon gerakan dinamis struktur yang disebabkan akibat gelombang dengan rentang frekuensi tertentu. RAO merupakan alat untuk mentransfer gaya gelombang menjadi respon gerakan dinamis struktur. Menurut Chakrabarti (2005), persamaan RAO dapat dicari dengan rumus sebagai berikut:
ω η ω X ω RAO p (2.16) dengan:
p X = amplitudo struktur
= amplitudo gelombang2.6. ULTIMATE STRENGTH
Hughes(1983) menyatakan kondisi limit state adalah di mana struktur atau bagian dari struktur mengalami ketidaktepatan dalam menjalankan fungsinya akibat beban atau efek beban. Ada dua jenis limit state, yaitu ultimate limit states dan serviceability limit states. Ultimate limit states sering dijadikan acuan sebagai eltimate strength dari struktur. Pada dasarnya ada tiga tipe kegagalan struktur; plastic deformation, instability, dan fracture. Untuk struktur baja tiga tipe dasar kegagalan struktur adalah:
1. Large local plasticity 2. Instability a. Bifurcation b. Nonbifurfaction 3. Fracture a. Direct b. Fatigue c. Brittle
Pada prakteknya kegagalan struktur individu, dipengaruhi oleh kombinasi kegagalan pertama dan kedua yaitu large local plasticity dan instability. Salah satu penyebab terjadinya ultimate strength failure pada suatu struktur kapal umumnya adalah disebabkan oleh beban ekstrem dan/atau kurangnya daya tahan struktur terhadap degradasi material. misalnya, korosi yang terjadi secara menerus akan mengurangi dimensi scantling, sehingga girder penopang pada lambung
27 kapal akan rawan mengalami buckling ataupun retak ketika ditimpa beban ekstrem. Untuk itu, perlu suatu pertimbangan jangka panjang untuk mengantisipasi adanya degradasi material ketika mendesain sebuah struktur. (Ayyub, 2001)
Pada beberapa dekade terakhir desain ultimate strength merupakan pendekatan yang dapat diandalkan untuk analisa struktur baru maupun dugaan untuk struktur yang telah ada. (Rosati et all, 2007). Faktor keamanan merupakan hal yang sangat penting pada suatu bangunan apung dalam melakukan operasi. Chakrabarti (2005) menyatakan bahwa keamanan merupakan ketidakanaan dari kegagalan dan kerusakan serta menjamin dalam memenuhi ketentuan untuk stabilitas keseluruhan dan ultimate strength serta kegagalan fatigue akibat beban yang berulang untuk menghindari kegagalan puncak seperti fatalitas, kerusakan lingkungan atau kerusakan properti.
Pada dasar mekanika bahan, dipelajari struktur yang dikenai pembebanan aksial, momen bending, dan gaya torsi. Formula sederhana untuk tegangan dan defleksi dari struktur telah dikembangkan (Gere, 2001).
Gambar 2.7 Struktur Dikenai Beban Aksial (Boresi&Schmidt, 2003)
Pada pembebanan aksial seperti ditunjukkan pada Gambar 2.7 memiliki batasan – batasan sebagai berikut:
1. Struktur harus bersifat prismatik. 2. Material struktur harus homogen.
3. Beban P harus searah arah aksial pada pusat aksis dari struktur. 4. Tegangan dan regangan pada daerah elastis.
28
Gambar 2.8 Struktur Terkena Torsi (Boresi&Schmidt, 2003)
Pada pembebanan torsi seperti Gambar 2.8 juga memiliki beberapa batasan: 1. Struktur harus bersifat prismatik.
2. Material struktur harus homogen.
3. Torsi terjadi pada ujung batang dan tidak ada torsi tambahan pada titik A dan B.
4. Sudut puntir pada penampang melintang adalah kecil.
Brockenbrough&Merritt (1999) menyatakan bahwa balok yang diberi beban lateral (Gambar 2.9 )akan meneyebabkan bending. Balok yang terbebani tersebut menghasilkan gaya internal dan momen serta menyebabkan deformasi.
Gambar 2.9 Beban Merata Pada Balok Tumpuan Sederhana (Brockenbrough&Merritt,1999)
Gambar 2.10 Kurva Strees-Strain Untuk Spesimen Tarik dari Structural Steel (Boresi&Schmidt, 2003)
Seperti ditunjukkan pada Gambar 2.10, hubungan antara tegangan dan regangan dari sebuah spesimen tarik. Jika material diberi beban sampai batas plastis maka material baja tersebut akan kembali ke bentuk semula. Akan tetapi jika material
29 baja diberi beban melebihi batas elastis maka tidak bisa kembali ke bentuknya semula, dengan kata lain material baja mengalami deformasi plastis.
Gambar 2.11 Necking Pada Spesimen Uji Tarik (Boresi&Schmidt, 2003)
Secara fisik, setelah mencapai tegangan ultimate, muncul necking pada spesimen Gambar 2.11. Hal ini mengakibatkan pengurangan luas penampang melintang dari specimen secara drastis di mana timbul kegagalan puncak.
Saat sebuah struktur dikenai beban, struktur tersebut memiliki respon yang tidak hanya bergantung pada tipe material akan tetapi juga kondisi lingkungan dan pembebanan pada struktur. (Boresi&Schmidt, 2003).
Secara terperinci moda kegagalan dari sebuah struktur adalah: 1. Kegagalan akibat defleksi berlebih
a. Defleksi elastis
b. Defleksi akibat rayapan
2. Kegagalan akibat tegangan yield (deformasi plastis) 3. Kegagalan akibat kepecahan
a. Kepecahan tiba-tiba dari material bersifat getas b. Kepecahan dari crack atau cacat
c. Kepecahan progresip (fatigue)
30
2.6.1. Local Plastic Deformation
Pertama kita memperhatikan struktur yang mudah terkena ketidakstabilan, salah satunya semua beban kompresi aksial dianggap kecil serta struktur sangat kokoh lengkap dengan brace dan penyangga. Deformasi plastis muncul secara progresif pada daerah kurva elasto-plastis, kemudian menurun secara perlahan pada kurva plastis. Beban kegagalan (atau beban collapse atau ultimate strength) diambil pada beban saat permulaan dari kurva plastis.
2.6.2. Bifurcation Buckling
Ketidakstabilan atau buckling, dapat muncul pada member atau bagian dari member yang dikenai beban aksial atau beban in-plane compressive. Ada dua jenis buckling; bifurcation dan nonbifurcation. Contoh bifurcation buckling adalah buckling pada kolom sederhana. Sebuah kolom diberi beban aksial secara menerus maka akan mengakibatkan kolom mengalami defleksi lateral. Pada pembebanan low level, efek beban diabaikan. Akan tetapi saat beban dinaikkan, defleksi lateral meningkat dengan signifikan mengakibatkan terjadinya bending. Hasilnya kekakuan kolom hilang secara cepat. Jika beban tidak turun, kekakuan kolom menjadi nol. Defleksi meningkat ke nilai yang sangat besar, mengakibatkan kolom mengalami collapse.
2.6.3. Fracture Statis
Istilah brile fracture mengacu pada fakta bahwa dibawah kondisi temperature tertentu nilai ultimate tensile strength dari baja menurun drastis. Nilai transisi dari temperature ini dipengaruhi oleh kandungan komposisi kimia baja dan proses metalurgi saat baja dibuat. Untuk bangunan kapal baja kualitas terbaik sangat dibutuhkan untuk menghindari brittle fracture. Pada kajian tugas akhir ini tidak dilakukan analisa kegagalan struktur pada akibat fracture.
2.6.4. Analisa Ultimate Strength (ABS, 2004)
ABS Buckling and Ultimate Strength Assesment for Offshore Structure (2004) menyediakan beberapa kriteria yang bisa digunakan untuk menghitung ultimate strength, kriteria tersebut adalah:
31 a. Individual structural member.
b. Plates, stiffened panels and corrugated panels. c. Stiffened cylindrical shells.
d. Tubular joints
Pada ABS juga terdapat tambahan pertimbangan untuk meninjau ulang analisa menggunakan metode elemen hingga untuk menetapkan kapasitas buckling. Pada tugas akhir ini digunakan kriteria individual structural member untuk menganalisa ultimate strength pada module support. Sedangkan analisa ultimate strength pada geladak yang menyangga serta penguat di bawah geladak digunakan kriteria plates, stiffened panels and corrugated panels.
Moda kegagalan pada kriteria structural member menurut ABS (2004) adalah: 1. Flexural buckling. Bending pada daerah aksis pada resistan akhir.
2. Torsional buckling. Puntir pada lugitudinal aksis
3. Lateral-torsional buckling. Bersamaan bending dan puntir (twisting)
4. Local buckling. Buckling pada plat atau elemen shell pada daerah lokal struktur.
Kriteria kekuatan buckling untuk plat dan stiffened berdasarkan pada asumsi dan batas yang diijinkan dari desain stiffened, dimana ABS (2004) memberikan ketetapan:
1. Kekuatan buckling setiap stiffeners umumnya lebih besar dari plat pada supports.
2. Stiffeners dengan plat yang efektif harus mempunyai momen inersia tidak kurang dari io
3. Plat dan flange dari girders dan stiffeners yang berpotongan sebaiknya dihindari.
4. Webs dari girders dan stiffeners yang berpotongan sebaiknya didindari. Gambar 2.12 menunjukkan moda kegagalan pada kriteria plates, stiffened panels and corrugated panels yaitu:
32
1. Plate level.
2. Stiffened panel level.
3. Deep supporting member level.
Gambar 2.12 Moda Kegagalan Stiffened Pada Geladak (ABS, 2004)
Das dan Parmentier (2006) menyatakan bahwa pada papan stiffened plat, stiffeners memanjang mempunyai fungsi utama untuk mendukung plat geladak agar mampu menahan sesuai kekuatannya. Untuk mencapai tujuan ini, stiffeners harus cukup kuat dan jarak antar stiffeners harus dipilih sesuai dengan karakteristik dari plat geladak, ketebalan dan tegangan yield-nya. Kerampingan dari plat harus di desain sesuai tegangan ultimate mendekati tegangan yield sebisa mungkin.