05 BAB 5 Pemodelan Dermaga Dengan SAP

(1)

Laporan Tugas Akhir

BAB 5

PEMODELAN DERMAGA DENGAN

SAP 2000

Dalam mendesain struktur dermaga, analisis kekuatan struktur dan dilanjutkan dengan menentukan jumlah maupun jenis tulangan yang akan digunakan. Dalam melakukan analisis kekuatan struktur akan menggunakan software pemodelan struktur SAP2000 v.15. Adapun proses pemodelan dermaga dapat dilihat pada Gambar 5-1.

Start

Define

Material Define Frame

Define Area Section Geometri Struktur Pembebanan Run Analysis

Defleksi Gaya Dalam Reaksi

Perletakan

End

(2)

Laporan Tugas Akhir

Desain Dermaga Terminal Peti Kemas di Sungai Muan, Kalimantan Timur

5-2

5.1 Input Pemodelan

Tahapan pemodelan dermaga dengan menggunakan SAP2000 memerlukan input pemodelan dan akan mengeluarkan output pemodelan. Input pemodelan adalah proses pemasukan atau pendefinisian desain dermaga yang telah dibuat ke dalam program SAP2000. Input pemodelan terdiri atas pendefinisian (define) material yang digunakan pada perencanaan struktur dermaga, pendefinisian (define) rangka (frame) atau komponen penyusun struktur, pendefinisian (define) komponen struktur yang berupa suatu area (area section) dimana untuk pemodelan dermaga ini merupakan area pelat lantai dermaga, penggambaran geometri struktur decara rinci pada program SAP 2000, serta penggambaran beban-beban yang bekerja pada struktur dermaga.

Define material

Define material atau pendefinisian material merupakan tahap untuk mendefinisikan material yang digunakan pada pemodelan struktur. Selain material yang telah terdapat pada SAP2000. user juga dapat menambahkan jenis material yang akan digunakan. Secara umum ada 6 jenis material yang dapat dipilih untuk digunakan. yaitu steel, concrete, coldformed, aluminum, rebar dan tendon. Langkah define material di dalam SAP2000 adalah klik define  materials  define material box (klik material yang akan digunakan)  modify/ show material yang dapat dilihat pada Gambar 5-2 dan Gambar 5-3.

(3)

Laporan Tugas Akhir

Gambar 5-2 Tata Cara Define Material

(4)

Laporan Tugas Akhir

5-4

Define frame

Struktur dermaga pada umumnya terdiri atas tiang pancang (pile), kepala tiang (pile cap), rangka balok, serta pelat lantai. Dalam pemodelan yang akan dilakukan di dalam SAP2000, komponen dari struktur dermaga yang akan dimodelkan hanya berupa berupa tiang pancang, rangka balok, serta pelat lantai sedangkan untuk kepala tiang (pile cap) akan dimodelkan berupa beban mati pada arah vertikal.

Pada pemodelan SAP2000, komponen berupa frame yaitu tiang pancang dan rangka balok sedangkan untuk pelat lantai akan didefinisikan sebagai area (area section). Langkah define frame di dalam SAP2000 adalah klik dari menu bar Define

Section Properties

Frame

Section Frame Properties. Dialogue box frame properties akan terlihat seperti Gambar 5-5. Kemudian dari menu Frame Properties dilakukan penambahan definisi frame baru dengan memilih pilihan Add New Property.

Untuk mendefinisikan frame yang berupa elemen struktur beton bertulang atau balok, maka Frame Section Property Type dipilih untuk tipe material yang digunakan yaitu beton (Concrete). Setelah menentukan Frame Section Property Type yang digunakan. kemudian pilih bentuk frame yaitu Rectangular. Setelah itu akan keluar dialogue box Rectangular

(5)

Laporan Tugas Akhir

Section seperti Gambar 5-5. Pada Rectangular Section diisikan nama frame balok, jenis material balok yang telah didefinisikan, dimensi balok dan warna untuk frame balok.

Untuk mendefinisikan frame tiang pancang maka Frame Section Property Type dipilih untuk tipe material tiang pancang yang digunakan. umumnya merupakan beton (Concrete) atau baja (Steel). Setelah menentukan Frame Section Property Type yang digunakan kemudian pilih bentuk frame yaitu Pipe. Setelah itu akan keluar dialogue box Pipe Section seperti Gambar 5-7 Pada Pipe Section diisikan nama frame tiang, jenis material tiang pancang yang

Gambar 5-6 Tata cara define frame balok Gambar 5-5 Tata cara define frame

(6)

Laporan Tugas Akhir

5-6

sebelumnya telah didefinisikan, dimensi tiang pancang, dan warna untuk frame tiang pancang.

Define area section

Area section merupakan elemen struktur yang dimodelkan dengan suatu area. Pada khasus ini, yang merupakan area section berupa pelat pada dermaga. Langkah dalam mendefinisikan area section yaitu klik Define

Section Properties

Area Sections.

Dialogue box area section akan terlihat seperti Gambar 5-8

(7)

Laporan Tugas Akhir

Kemudia pilih Add New Section untuk mendefinisikan area section pelat. Setelah itu akan muncul dialogue box Shell Selection Data seperti Gambar 5-8 yang berfungsi untuk memasukkan karakteristik data pelat yang berupa ketebalan pelat (Thickness), tipe pelat (Type) dan material pelat (Material).

Gambar 5-9 Tata cara define area section pelat Gambar 5-8 Tata cara define area

(8)

Laporan Tugas Akhir

5-8

Geometri struktur

Setelah mendefinisikan frame dan area section, maka langkah selanjutnya yaitu menggambarkan pemodelan struktur pada software SAP2000. Komponen dermaga yang akan dimodelkan pada software SAP2000 berupa pile, balok, dan plat. Untuk menggambarkan komponen tersebut dibagi menjai 4 (empat) tahap. Berikut tahap-tahap penggambaran model struktur.

1) Penggambaran joint

Joint yang pertama digambarkan merupakan joint acuan. Langkah penggabaran joint acuan adalah Draw  Draw Special Joint, lalu tempatkan joint pada layer. Setelah menggambarkan joint acuan, kita dapat menggambarkan joint baru lainnya dengan cara menduplikasi joint acuan untuk mempermudah pekerjaan. Langkah menduplikasi joint acuan adalah klik joint acuan  Edit  Replicate. Setelah itu masukka nilai jarak joint acuan dari masing-masing sumbu.

2) Penggambaran frame

Diperlukan 2 (dua) buah joint untuk menggambarkan sebuah frame. Langkah-langkah penggambaran frame adalah Draw  Draw Frame/Cable/Tendon, setelah itu klik joint pertama kemudian tarik ke joint kedua lalu klik joint kedua.

3) Penggambaran area

Area yang digambarkan berbentuk persegi yang memiliki 4 titik sudut, namun untuk menggambarkan area berbentuk persegi hanya membutuhkan 2 titik joint. Langkah-langkah penggambaran area adalah Draw  Draw Rectangular Area, setelah itu klik joint pertama dan tarik kearah diagonal atau ke joint ke dua lalu klik joint ke dua. 4) Pemasangan tumpuan

Untuk memasang tumpuan joint, perlu dipilih terlebih dahulu joint yang akan dipasang tumpuan. Langkah-langkah pemasangan tumpuan adalah Assign  Joint  Restraints lalu pilih restraints yang diinginkan. Dan untuk joint ujung atas pipa baja pilih Assign  Joint  Constraint lalu pilih constraint yang diinginkan.

Berikut hasil penggambaran geometri struktur dermaga pada SAP2000 yang ditampilkan pada Gambar 5-10.

(9)

Laporan Tugas Akhir

Gambar 5-10 Hasil penggambaran geometri struktur dermaga

Pembebanan pada struktur

Pembebanan yang terjadi pada dermaga terbagi atas beban horizontal dan beban vertikal. Untuk beban horizontal terdiri dai beban berthing, beban mooring, beban arus, dan beban gempa. Sedangkan untuk beban vertikal terdiri dari beban mati (dead load) yang terdiri dari berat sendiri komponen struktur seperti pelat lantai, balok, pile cap, serta pile. Beban mati juga terdiri dari berat struktur pendukung yang letaknya tetap pada suatu titik tertentu pada dermaga seperti bollard dan fender. Beban hidup (live load) seperti beban crane, dan beban truk dan beban manusia juga termasuk kedalam beban vertikal.

Pada saat proses penggambaran beban pada struktur terdapat 2 (dua) tipe. Tipe pertama, penginputan data ataupun penggambarannya harus dilakukan secara manual oleh pengguna (user) serta beban yang didefinisikan langsung oleh SAP2000.

Langkah yang dilakukan untuk mendefinisikan beban adalah klik Define Load Patterns  isi Load Pattern Name dengan nama jenis beban yang akan dimodelkan. tipe beban pada Type. Self Weight Multiplier dengan 0 atau 1. dan Auto Lateral Load Pattern apabila jenis beban tersebut akan dihitung dengan ketentuan yang berlaku yang sudah terintegrasi dalam

(10)

Laporan Tugas Akhir

5-10

SAP2000 Add New Load Pattern. Untuk beban mati (dead load) pada kolom Self Weight Multiplier masukkan angka 1 dan untuk selain beban mati masukkan angka 0. dimana angka 1 menandakan bahwa beban tersebut merupakan input yang didefinisikan oleh SAP2000 sedangkan angka 0 menandakan bahwa beban tersebut merupakan hasil perhitungan oleh user dan input secara manual. Berikut dialogue box Define Load Patter yang dapat dilihat pada Gambar 5-11.

Gambar 5-11 Dialogue box Define Load Pattern

Secara umum penggambaran pemodelan beban pada struktur dermaga pada SAP2000 terbagi menjadi 3 jenis yaitu :

1) Beban yang dimodelkan sebagai beban joint.

Beban yang dimodelkan sebagai beban joint pada pemodelan dermaga di SAP2000 berupa beban point yang dibebankan kepada joint yang ada. Langkah-langkah yang dilakukan untuk menggambarkan beban yang dimodelkan pada joint adalah klik joint yang akan dibebani  Assign  Joint Load  Forces  Joint Forces dialogue box  masukkan nominal beban beserta arah bebannya sesuai dengan jenis Load Pattern  Ok. Berikut dialogue box Joint Forces yang dapat dilihat pada Gambar 5-12 dan pembebanan berupa joint yang dilakukan pada pemodelan dapat dilihat pada tabel Tabel 5. 1

(11)

Laporan Tugas Akhir

Gambar 5-12 Tata cara input beban joint

Tabel 5. 1 Daftar beban yang tergolong joint load

Nama Pembebanan Satuan

Nilai

Arah

Pile cap

(1)

kN

108 Z (-)

Pile cap

(2)

kN

67.5 Z (-)

Pile cap (3)

kN

288 kN

Z (-)

Fender

kN

12.7 kN

Z (-)

Bollard

kN

2.91 kN

Z (-)

Berthing

kN

769 Y (+)

2) Beban yang dimodelkan sebagai beban

frame

.

Beban yang dimodelkan sebagai beban frame pada pemodelan dermaga di SAP2000 dapat berupa beban point serta beban terdistribusi (distributed) yang dibebankan kepada frame yang ada. Untuk menggambarkan beban point pada frame. langkah yang dilakukan untuk adalah klik frame yang akan dibebani  Assign  Frame Loads  Distributed  dialogue box Frame Distributed Loads  masukkan nominal beban, perletakan posisi beban pada frame, beserta arah bebannya. Berikut dialogue box Frame Distributed Load yang dapat dilihat pada Gambar 5-13.

(12)

Laporan Tugas Akhir

5-12

Gambar 5-13 Dialogue box Frame Distributed Load

Beban pada frame yang terdistribusi didefinisikan dengan bentuk distribusi seragam (Uniform Load) atau distribusi yang berbentuk trapezoidal (Trapezoidal Loads). Untuk pilihan distribusi beban yang berbentuk trapezoidal. dapat dimodelkan dengan input lokasi beban relatif terhadap panjang frame (relative distance from end-I) atau lokasi beban berjarak sejauh tertentu dari titik ujung frame (absolute distance from end-I). Sedangkan untuk memodelkan beban yang terdistribusi seragam. cukup dengan mengisi nominal beban pada kolom Uniform Load. Berikut pembebanan berupa frame yang dilakukan pada pemodelan dapat dilihat pada tabel Tabel 5. 2

Tabel 5. 2 Daftar beban yang tergolong

frame load.

Nama Pembebanan Satuan Nilai

Crane kN/m 300

(13)

Laporan Tugas Akhir

3) Beban yang dimodelkan sebagai beban area pelat.

Beban yang dimodelkan sebagai beban area pada pemodelan dermaga di SAP2000 biasanya berupa beban live load dan berupa beban merata (uniform). Langkah yang dilakukan untuk menggambarkan beban yang dimodelkan pada area adalah klik area yang akan dibebani  Assign  Area Load  Uniform to Frame (Shell)  Area Uniform Loads to Frames dialogue box  masukkan nominal beban merata beserta arah bebannya. Berikut dialogue box Frame Area Uniform Loads yang dapat dilihat pada Gambar 5-14 dan pembebanan berupa area yang dilakukan pada pemodelan dapat dilihat pada Tabel

5.3.

Gambar 5-14 Dialogue box Frame Area Uniform Loads

Tabel 5. 3 Daftar beban yang tergolong area load

Nama Pembebanan Satuan

Nilai

Human

kN/m

2

₅

Truck T-45

kN/m

2

28,6

Dalam proses input data pembebanan terdapat 3 pilihan pada Options yakni Add to Existing Loads (menjumlahkan beban yang telah digambarkan sebelumnya dengan tambahan beban baru). Replace Existing Loads (mengganti beban yang telah digambarkan sebelumnya dengan beban yang baru), serta Delete Existing Loads (menghapus beban yang ada).

(14)

Laporan Tugas Akhir

5-14

Berikut adalah beban-beban yang diinput oleh user :

1) Beban mati vertikal pile cap

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, beban pile cap dimodelkan sebagai joint load. Berikut Gambar 5-15, Gambar 5-16, Gambar 5-17 menggambarkan beban pile cap pada dermaga.

(15)

Laporan Tugas Akhir

Gambar 5-16 Penggambaran beban pile cap 2 pada dermaga

(16)

Laporan Tugas Akhir

5-16

2) Beban mati vertikal fender

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, beban fender dimodelkan sebagai joint load sebesar 12.7 kN. Gambar 5-18 berikut menggambarkan beban fender pada dermaga.

Gambar 5-18 Penggambaran beban fender pada dermaga

3) Beban mati vertikal bollard

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, beban fender dimodelkan sebagai joint load sebesar 2.91 kN. Gambar 5-19 berikut menggambarkan beban bollard pada dermaga.

(17)

Laporan Tugas Akhir

Gambar 5-19 Penggambaran beban bollard pada dermaga 4) Beban hidup vertikal

Beban hidup vertikal pada dermaga disebabkan oleh crane, truk T-45 dan manusia. Untuk beban crane, beban crane 1 adalah saat crane berada di ujung dermaga dan beban crane 2 adalah saat crane berada di tengah dermaga. Gambar 5-20

,

Gambar 5-21

,

Gambar 5-22

,

Gambar 5-23 menunjukan ilustrasi pembebanan hidup vertikal yang diinput ke SAP2000.

(18)

Laporan Tugas Akhir

5-18

Gambar 5-20 Penggambaran beban crane 1 pada dermaga

(19)

Laporan Tugas Akhir

Gambar 5-22 Penggambaran beban manusia pada dermaga

(20)

Laporan Tugas Akhir

5-20

5) Beban Arus

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, beban arus dimodelkan sebagai frame load sebesar 0.345 kN, dengan asumsi tidak ada arus arah transversal. Gambar 5-24dan Gambar 5-25 berikut menggambarkan beban arus pada dermaga

Gambar 5-24 Penggambaran beban arus arah x positif

(21)

Laporan Tugas Akhir 6) Beban Gempa

Beban Gempa dimodelkan secara otomatis pada struktur dermaga. Pemodelan beban gempa dimodelkan dengan memasukan parameter-parameter gempa yang dibuthkan seperti yang tercantum dalal SNI. Berikut tampilan response spectrum function dari gempa yang telah diinput kedalam SAP2000.

Gambar 5-26 Penggambaran response spectrum function dari gempa 7) Beban Mooring

Untuk beban mooring, terdapat 3 kondisi beban mooring yang utama, yakni: 1. Mooring arah transversal tertahan breast line

2. Mooring arah longitudinal ke kanan tertahan spring line dan stern line 3. Mooring arah longitudinal ke kiri tertahan spring line dan stern line

(22)

Laporan Tugas Akhir

5-22

Gambar 5-27 Ilustrasi pembebanan mooring pada dermaga

Pembebanan mooring sendiri dibagi menjadi 3 kondisi yaitu :

 Kondisi 1

Kapal sedang bertambat dan gaya bekerja pada arah longitudinal arah x positif. (Gambar 5-28)

 Kondisi 2

Kapal sedang bertambat dan gaya bekerja pada arah longitudinal arah x negatif. (Gambar 5-29)

 Kondisi 3

Kapal sedang bertambat dan gaya bekerja pada arah transfersal. (Gambar 5-30)

(23)

Laporan Tugas Akhir

Gambar 5-28 Penggambaran beban mooring kondisi 1

(24)

Laporan Tugas Akhir

5-24

Gambar 5-30 Penggambaran beban mooring kondisi 3

8) Beban Berthing

Beban berting dimodelkan sebagi beban horizontal pada joint. Berdasarkan

perhitungan sebelumnya, beban berting yang akan diaplikasikan yaitu sebesar 769 kN. Gambar 5-31, Gambar 5-32, Gambar 5-33menunjukan beban berthing pada berbagai kondisi.

(25)

Laporan Tugas Akhir

(26)

Laporan Tugas Akhir

5-26

Gambar 5-32 Penggambaran beban berthing pada tengah dermaga

(27)

Laporan Tugas Akhir

Setelah selesai menginput pembebanan, dilakukan skenario pembebanan yang akan terjadi pada struktur dermaga. Kombinasi pembebanan mengacu pada Standar Nasional Indonesia (SNI) 03-2847-2002, Tata Cara Perencanaan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung. Dimana kombinasi beban terdiri dari DL (beban mati), LL (beban hidup), CR1 (beban crane ketika berada di pinggir dermaga), CR2 (beban crane ketika berada di tengah dermaga), CB (beban conveyor), E (beban gempa), A (beban Arus), W (beban Angin), B (beban berthing), dan M (beban mooring). Berikut kombinasi pembebanan yang dilakukan pada struktur dermaga yang dapat dilihat pada Tabel 5.4 dan Tabel 5.5.

(28)

Laporan Tugas Akhir

5-28

(29)

Laporan Tugas Akhir

Tabel 5.5 Kombinasi beban

Run analysis

Setelah semua pemodelan baik struktur dan pemodelan sudah selesai dimodelkan, langkah berikutnya yaitu melakukan run analysis. Langkah yang dilakukan adalah klik Analyze  Run Analysis (F5)  Set Load Cases to Run dialogue box. Pada dialogue box Set Load Cases to Run dapat dipilih jenis beban yang akan disertakan atau tidak disertakan pada

(30)

Laporan Tugas Akhir

5-30

proses run analysis. Jika sudah menentukan jenis beban yang disertakan pada proses run analysis, maka klik Run Now. Setelah proses run analysis selesai, maka secara otomatis SAP2000 akan menampilkan SAP Analysis Monitor.

5.2 Output Pemodelan

Output pemodelan adalah hasil keluaran dari pengolahan data-data input pemodelan setelah dilakukan proses running oleh SAP2000. Output pemodelan dijadikan bahan untuk menganalisa kekuatan dan kelayakan struktur dermaga yang direncanakan sebelumnya terhadap beban-beban yang bekerja pada struktur.

Unity check ratio (UCR)

Merupakan perbandingan antara tegangan yang terjadi akibat pembebanan terhadap struktur dengan kapasitas tegangan pada material yang dipakai. Struktur masih dalam batas aman apabila UCR yang dihasilkan pada output pemodelan < 1. Pengecekan terhadap UCR dilakukan terhadap material baja (tiang pancang) dengan menggunakan kombinasi pembebanan pada saat ultimate condition.

Untuk melihat hasil UCR pada SAP2000. model harus dalam keadaan Run Analysis. Langkahnya adalah klik toolbar Start Steel Design/Check of Structure  akan muncul hasil UCR untuk tiap-tiap tiang pancang yang ditunjukkan dengan diagram warna. Sedangkan untuk melakukan pengecekan UCR terhadap elemen struktur dengan beton bertulang langkahnya adalah Start Concrete Design/Check of Structure  akan muncul hasil UCR untuk tiap-tiap balok yang ditunjukkan dengan diagram warna. Berikut hasil UCR pada strucktur dermaga yang dapat dilihat pada Gambar 5-34 dengan hasil UCR sebesar 0.610 pada kombinasi beban 1,2DL + 1,6LL + 1,6CR1 + 1,2Ax(-) + 0,3Ay + 1,2 Wx(-) + 0,3 Wy +1,2 B1

(31)

Laporan Tugas Akhir

Gambar 5-34 Hasil UCR pemodelan SAP2000

Defleksi

Merupakan perubahan posisi yang terjadi pada struktur akibat beban-beban yang bekerja pada struktur dermaga. Defleksi struktur dapat terjadi dalam arah sumbu-x. sumbu-y. maupun arah sumbu-z. Langkah-langkah untuk melihat hasil defleksi struktur ialah dengan klik Display  Show Deformed Shape  Deformed Shape dialogue box  pilih defleksi struktur yang terjadi akibat pembebanan tertentu atau kombinasi pembebanan tertentu. Berikut Tabel 5. 4 menunjukkan besaran defleksi yang dialami oleh titik tinjau dari struktur dermaga yang dianalisis dengan defleksi ijin yang ditentukan sesuai Standar Nasional Indonesia (SNI) 03-1729-2002 yang dapat dilihat pada tabel, Tata Cara Perencanaan Struktur Baja untuk Bangunan Gedung halaman 15 yang ditampilkan pada persamaan berikut ini.

(32)

Laporan Tugas Akhir

5-32

Tabel 5.6 Defleksi maksimum berdasarkan SNI

𝐷 =

𝐻

200

5.1

Keterangan :

𝐷

: defleksi arah lateral (m);

H

: panjang tiang yang dimodelkan (m).

Berdasarkan persamaan berikut maka defleksi ijin maksimum adalah 0.074 m

Tabel 5. 4 hasil defleksi pada pemodelan SAP2000

Gaya Dalam

Hasil keluaran program SAP2000 yang berupa penjabaran dari gaya-gaya dalam yang terjadi pada struktur dermaga yang dimodelkan. Gaya dalam struktur digunakan untuk analisa optimasi penampang struktur yang digunakan. Selain itu gaya dalam struktur juga digunakan sebagai bahan pada kegiatan desain perencanaan penulangan struktur.

Langkah yang dilakukan untuk melihat gaya-gaya dalam yang dihasilkan adalah klik Display  Show Tables (Ctrl+T)  Choose Tables for Display  checklist Analysis Results checklist Element Output  checklist Frame Output  checklist Table: Element Forces – Frames (untuk mengecek gaya dalam pada frame) Ok.

(33)

Laporan Tugas Akhir

Gaya dalam yang dikeluarkan oleh program SAP2000 terdiri dari : a. Gaya aksial sejajar frame yang dinotasikan sebagai P (kN).

b. Gaya geser pada arah sumbu 1-2 yang dinotasikan sebagai V2 (kN). c. Gaya geser pada arah sumbu 1-3 yang dinotasikan sebagai V3 (kN). d. Torsi aksial dalam arah sumbu 1 yang dinotasikan sebagai T (kN.m). e. Bending moment pada sumbu 1-3 (dalam arah sumbu 2) yang dinotasikan

sebagai M2 (kN.m).

f. Bending moment pada sumbu 1-2 (dalam arah sumbu 3) yang dinotasikan sebagai M3 (kN.m).