OPTIMASI KONSTRUKSI GELADAK PENUMPANG
KAPAL FERRY RO-RO 200 GT
Hamzah, Lukman Bochary, M. Rusydi Alwi, A. Ardianti & Fitra Lukita Minra Jurusan Perkapalan Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin
Jl. Perintis Kemerdekaan Km. 10 Tamalanrea € Makassar, 90245 Telp./Fax: (0411) 585637
e-mail: anca_naval99@yahoo.com
Abstrak
Dalam pembangunan kapal tentunya menggunakan aturan-aturan dari Biro Klasifikasi Indonesia sehingga memenuhi syarat kelas. Dimana dalam aturan-aturan tersebut terdapat peraturan teknik yang harus dipenuhi pada pembangunan Kapal Ferry Ro-Ro 200 GT ini, salah satunya tentang ukuran (scantling) elemen-elemen konstruksi kapal. Ukuran yang dipakai harus memenuhi kriteria kekuatan yang dikeluarkan oleh BKI sehingga konstruksinya dapat dikatakan layak dengan tetap memikirkan aspek ekonomisnya. Penelitian ini sangat penting karena sangat mendukung upaya membangun struktur kapal yang ramah lingkungan dengan penggunaan material yang sekecil mungkin sehingga pencemaran lingkungan dapat diminimalisir. Tujuan dari penelitian ini yaitu mendapatkan ukuran sistem konstruksi geladak penumpang Kapal Ferry Ro-Ro 200 GT yang optimum. Untuk memperoleh sistem konstruksi yang optimal, dilakukan analisis pada berbagai variasi yaitu dengan variasi jarak dan ukuran profil. Sistem struktur yang optimal dipilih berdasarkan nilai Interaction Ratio (IR) lebih kecil dari1 (satu) dengan berat total minimum. Perhitungan IR menggunakan metode elemen hingga. Hasil penelitian menunjukkan sistem konstruksi yang optimal adalah sistem konstruksi dengan jarak profil melintang 1500 mm. Ukuran profil melintang untuk web frame (T) (160 x 200 x 8) mm dan main frame (L) (20 x 20 x 6) mm dan ukuran profil memanjang (T) (80 x 75 x 8) mm sebanyak 7 buah. Interaction ratio (IR) 0.928 dengan berat konstruksi 17.773 KN.
Kata Kunci: konstruksi geladak penumpang, struktur, ekonomis, optimal
PENDAHULUAN
Kapal ferry merupakan salah satu jenis kapal yang berlayar pada jarak dekat atau kapal yang berlayar dari pulau satu ke pulau yang lain, sehingga dikenal juga sebagai kapal penyeberangan. Kapal ferry yang dirancang dengan memiliki dua pintu ramp doors yaitu pintu depan dan pintu belakang adalah kapal ferry jenis Ro-Ro atau singkatan dari roll-on/roll-off. Jika berlayar dari satu pelabuhan ke pelabuhan lain kapal jenis ini sandar menggunakan pintu belakang untuk mengangkut kendaraan dan ketika sampai di pelabuhan tujuannya kapal ini menggunakan pintu depan untuk sandar, ini memudahkan keluar masuk kendaraan sehingga kapal tidak perlu bermanuver lagi.
Permintaan dari pelayaran ini cukup tinggi saat ini untuk itu PT. Daya Radar Utama sebagai sebuah galangan kapal menjadi salah satu galangan kapal yang aktif membangun berbagai jenis kapal terutama kapal ferry Ro-Ro. Adapun beberapa jenis produksi Kapal PT. Daya Radar Utama Shipyard adalah kapal ferry jenis Ro-Ro 200 GT.
Dalam pembangunan kapal ini tentunya menggunakan aturan-aturan dari Biro Klasifikasi Indonesia sehingga memenuhi syarat kelas. Dimana dalam aturan-aturan tersebut terdapat peraturan teknik yang harus dipenuhi pada pembangunan Kapal Ferry Ro-Ro 200 GT ini, salah satunya tentang ukuran (scantling) elemen-elemen konstruksi kapal. Ukuran yang dipakai harus memenuhi kriteria kekuatan yang dikeluarkan oleh BKI sehingga konstruksinya dapat dikatakan layak dengan tetap memikirkan aspek ekonomisnya.
Oleh Karena itu perlu melakukan analisa untuk mengetahui nilai minimum scantling pada konstruksi namun masih memenuhi kriteria kekuatan dengan scantling konstruksi yang lebih kecil yang tentunya lebih ekonomis. Karena apabila ukuran profil-profil pada konstruksi geladak penumpang semakin kecil maka berat akan
semakin kecil dan juga akan menambah muatan kapal tersebut, tapi tetap memenuhi kriteria kekuatan yang layak sehingga tetap dapat diklasifikasi oleh BKI.
Penelitian ini sangat penting karena sangat mendukung upaya membangun struktur kapal yang ramah lingkungan dengan penggunaan material yang sekecil mungkin sehingga pencemaran lingkungan dapat diminimalisir.
Konsep Perencanaan Struktur
Desain struktur harus memenuhi kriteria kekuatan (strength), kemampuan layan (serviceability) dan ekonomis (economy). Kekuatan berkaitan dengan kemampuan umum dan keselamatan struktur pada kondisi pembebanan yang ekstrem. Struktur diharapkan mampu bertahan meskipun terkadang mendapat beban yang berlebihan tanpa mengalami kerusakan dan kondisi yang membahayakan selama waktu pemakaian struktur tersebut. Kemampuan layan mengacu pada fungsi struktur yang sesuai, berhubungan dengan tampilan, stabilitas dan daya tahan, mengatasi pembebanan, defleksi, vibrasi, deformasi permanen, retakan dan korosi, dan persyaratan-persyaratan desain lainnya. Ekonomis mengutamakan pada keseluruhan persyaratan-persyaratan biaya material, pelaksanaan konstruksi dan tenaga kerja, mulai tahapan perencanaan, pabrikasi, pendirian dan pemeliharaan struktur.
Tahap-Tahap Perencanaan Struktur Kapal
Perencanaan struktur adalah pemilihan tata letak dan ukuran elemen struktur sehingga beban kerja dapat dipikul dengan aman. Secara garis besar prosedur perencanaan struktur kapal adalah sebagai berikut:
- Penentuan beban yang harus dipikul. Beban berupa beban statis dan dinamis, yang berasal dari tekanan kapal, berat zat cair dan pergerakan kapal. Beban adalah fungsi dari bentuk badan kapal dan distribusi muatan.
- Penentuan ukuran elemen struktur.
- Analisa struktur untuk menentukan aman atau tidaknya batang yang dipilih. Analisa ini menghitung pengaruh beban atas struktur kapal secara keseluruhan seperti momen lentur, defleksi, tegangan dan lain-lain.
- Evaluasi hasil analisis. Apabila hasil evaluasi menunjukkan belum tercapainya syarat kekuatan dan ekonomi, maka dilakukan penentuan ulang ukuran elemen struktur.
- Dalam perencanaan struktur kapal, perencana harus dapat mengurut dan menentukan tujuan yang ingin dicapai antara lain struktur yang ringan. Dalam perhitungan struktur kapal dengan menggunakan formula-formula yang ada hanyalah merupakan pendekatan.
Konstruksi Geladak
Secara umum konstruksi geladak adalah suatu bentuk permukaan datar atau hampir mendatar yang menutupi sisi atas ruangan-ruangan di kapal. Dilihat dari segi konstruksi, geladak adalah kumpulan komponen-komponen konstruksi mendatar yang terdiri atas balok geladak, pembujur geladak, penumpu geladak dan pelat geladak yang dibatasi oleh lambung di sekelilingnya.
Fungsi geladak adalah untuk: - Menjaga kekedapan kapal
- Menempatkan dan melindungi barang atau kargo - Sebagai tempat anak buah kapal dan penumpang - Menambah kekuatan memanjang dan melintang.
Susunan konstruksi geladak adalah: balok geladak ditempatkan secara melintang kapal, dengan penumpu geladak dipasang searah dengan panjang kapal, sedangkan balok geladak dan gading dihubungkan dengan lutut.
Macam-Macam Geladak
- Geladak utama, yaitu geladak menerus yang dipasang paling penting sebagai komponen konstruksi pada kapal-kapal yang mempunyai lebih dari satu geladak.
- Geladak kedua, ketiga dan seterusnya, yaitu geladak yang terletak di bawah geladak utama secara berurutan. Geladak menurut Biro Klasifikasi Indonesia didefinisikan sebagai berikut:
- Geladak teratas yang menerus sepanjang kapal yang merupakan lingkar kerangka bujur pokok. - Geladak bangunan atas memanjang di dalam daerah 0,4 L tengah kapal dan lebih panjang dari 0,15 L. - Geladak bangunan atas yang panjangnya di bawah 12 m, tidak dianggap sebagai geladak kekuatan.
- Geladak penggal atau geladak bangunan atas yang diturunkan, memanjang ke dalam daerah 0,4 L tengah kapal.
- Dari bentuk susunan geladak yang sering dipakai di kapal, ada beberapa macam geladak yaitu sebagai berikut.
- Geladak kayu dan pelat baja, yaitu geladak yang dibuat dari bahan kayu dengan beberapa pelat lajur geladak.
- Geladak pelat, yaitu geladak yang seluruhnya dibuat dari bahan-bahan pelat baja. Pemasangan geladak pelat tersebut akan memenuhi kekuatan kapal serta mengurangi biaya pembuatan dan perawatan.
- Geladak pelat dengan lapisan, yaitu geladak yang dibuat dari bahan pelat baja dan di atasnya diberi lapisan kayu atau bahan-bahan lainnya.
Dilihat dari segi konstruksi, ketiga macam geladak di atas disangga oleh balok-balok geladak yang membentang dari lambung kiri sampai kanan. Balok geladak tersebut dihubungkan ke gading-gading bagian atas dengan memakai lutut. Diperlihatkan pada Gambar 1.
Pembebanan Struktur Beban Mati
Beban mati adalah beban kerja akibat gravitasi yang tetap posisinya, disebut demikian karena bekerja terus menerus dengan arah ke bumi. Adapun beban mati berupa LWT kapal.
Beban Hidup
Beban hidup adalah beban tidak tetap yang berupa DWT kapal. Contoh beban hidup adalah manusia, perlengkapan yang bergerak dan kendaraan. Beberapa beban hidup secara praktis bisa permanen, sedang yang lainnya hanya bekerja sementara.
1. Pembujur geladak 2. Pelintang
3. Pelat geladak 4. Lajur sisi atas
5. Gading 6. Lutut 7. Penegar
8. Dinding kedap air Gambar 1. Susunan Konstruksi Geladak dengan Penyangganya
(Sumber: Sofi•I, 2008)
Dalam analisis tegangan yang terjadi pada geladak kendaraan pembebanan diasumsikan akibat beban merata dan ditentukan berdasarkan persamaan berikut (BKI, 2006):
Beban Geladak Cuaca
= (10 + − )20 × (kN/m2) (1)
dimana:
Po = 2,1 (Cb + 0,7) Co. Cl. F (kN/m2)
Cb = Koefisien Blok Kapal
Co =
4
,
1
25
L
: Untuk Lbp < 90 m Cl =))
90
/
(
2
(
1
L
: Untuk Lbp < 90 m F = Probability factor1,0 (untuk beban pada deck cuaca dan pelat kulit) 0,5 (untuk gading, penegar, dan pelat pembujur) Lbp = Panjang kapal (m)
T = Sarat kapal (m) H = Tinggi kapal (m) CD, CF= Faktor distribusi beban
1,2 € x/L Jika beban pada buritan
1,0 Untuk pembebanan di daerah midship 1,0 +c/3 (X/L € 0,7) Jika beban pada haluan
PD = Beban yang bekerja pada bidang (kN/m2)
Analisis Struktur
Output Gaya-Gaya Dalam
Gaya-gaya dalam pada elemen frame merupakan gaya dan momen yang dihasilkan dari penjumlahan tegangan pada potongan penampang elemen. Gaya-gaya dalam tersebut antara lain:
- P, gaya aksial
- V2, gaya geser pada bidang 1-2 - V3, gaya geser pada bidang 1-3 - T, momen torsi aksial
- M2, momen pada bidang 1-3 (momen terhadap sumbu -2) - M3, momen pada bidang 1-2 (momen terhadap sumbu -3)
Tegangan Kerja pada Struktur Tegangan Aksial
= (2)
Tegangan Geser
= (3)
Tegangan lentur (bending stress)
= (4)
Tegangan Izin
- Tegangan izin aksial (allowable axial compressive stress)
= 0,6 (5)
- Tegangan izin lentur (allowable bending stress)
= 0,75 (6)
- Tegangan izin geser (allowable shear stress)
= 0,4 (7)
Interaction Ratio
= + ((1 − / )+ ) , ≤ 1 (8)
Teori Optimasi
Suatu perencanaan terdiri atas empat langkah yaitu:
- Perumusan syarat-syarat fungsional, yaitu mencari dan merumuskan syarat-syarat fungsional yang dalam beberapa kasus tidak terlihat secara nyata.
- Perencanaan dasar, misalnya pemilihan topologi, tipe struktur dan material.
- Proses optimasi, yaitu untuk memperoleh kemungkinan perencanaan terbaik dengan kriteria, pertimbangan dan batas-batas yang ada.
- Pendetailan, setelah seluruh penyajian optimasi, hasil yang didapat harus diperiksa dan dimodifikasi jika perlu.
Secara umum masalah optimasi ada tiga jenis, yaitu: - Optimasi bentuk
Optimasi bentuk adalah masalah optimasi untuk mendapatkan bentuk dan ukuran serta tata letak penampang.
- Optimasi topologi
Optimasi topologi adalah masalah optimasi yang bersangkutan dengan tata ruang yang tidak berubah dalam deformasi dwikontinu (yaitu ruang yang dapat ditekuk, dilipat, disusut, direntangkan, dan dipilin tetapi tidak diperkenankan untuk dipotong, dirobek, ditusuk atau dilekatkan).
- Optimasi geometri
Dalam metode optimasi terdapat tiga besaran utama, yaitu: - Variabel desain.
- Fungsi kendala. - Fungsi sasaran
Penyelesaian masalah optimasi dapat dipakai dua cara yaitu: 1. Metode analisis
Metoda ini menggunakan dasar teori matematika yang dibuat oleh Maxwell pada tahun 1890 dan Michell tahun pada 1904 dan memberikan hasil eksak namun hanya dapat digunakan untuk masalah optimasi yang sederhana saja karena pada beberapa masalah yang lebih kompleks pengolahan matematikanya sangat tidak sederhana.
2. Metoda Numerik
Metoda optimasi numerik berkembang sejak ditemukannya komputer sebagai alat bantu hitung. Dynamic programming, integer programming, stepest descent, sequential unconstraint minimization technique, gradient projection, dan penalty function merupakan metoda optimasi numerik yang sering dipakai untuk menyelesaikan masalah optimasi di bidang sipil. Dalam metoda ini nilai yang akan dicari didekati dengan cara iterasi dan proses iterasi dihentikan apabila nilai yang dicari sudah cukup dekat dengan titik optimal yang sesungguhnya (Kirsch, 1981).
Variabel Desain
Dalam metode optimasi, variable desain untuk satu struktur yang dimaksud ialah ukuran dan jarak profil. Constrain Optimization
Adapun yang termasuk dalam constrain desain dalam penulisan ini adalah: - Nilai Interaction Ratio (IR)
- Ukuran profil - Jarak profil
METODOLOGI PENELITIAN
Data PenelitianDalam penelitian ini yang dijadikan sebagai objek penelitian adalah Kapal Ferry Ro-Ro 200 GT yang dibangun di Galangan PT. Daya Radar Utama Shipyard, Jakarta. Data kapal tersebut:
Tipe Kapal : Ferry
LOA (Length Over All) : 30,87 m LBP (Length Between Perpendicular) : 24,18 m
B (Breadth) : 9,00 m
H (Depth) : 2,70 m
T (Draught) : 1,90 m
V (Velocity) : 10 Knot
GT (Gross Tonnage) : 200 GT Metode Analisis Data
Adapun langkah langkah-langkah yang akan dilakukan pada penelitian ini adalah: - Menghitung beban konstruksi geladak
- Memodelkan struktur dengan metode elemen hingga.
- Memodelkan struktur dengan beberapa variasi ukuran dan jarak elemen konstruksi geladak - Memasukkan data beban pada konstruksi geladak
- Menganalisis struktur sampai menghasilkan IR<1 (IR mendekati satu) dengan variasi yang telah ditentukan - Menarik kesimpulan dengan merujuk kepada tujuan bahwa struktur terpilih adalah struktur paling ringan
HASIL DAN BAHASAN
Pemodelan StrukturKonstruksi geladak penumpang yang dianalisis pada frame 17 sampai 29. Pemodelan struktur dengan menggunakan elemen hingga dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Pemodelan Struktur Frame 17-29
Beban Geladak Penumpang
Beban geladak yang bekerja pada struktur sebesar 250.88 ton yang terdistribusi pada setiap kaki. Lay out pembebanan pada geladak penumpang dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 5. Pemodelan Beban
Perhitungan Optimasi Struktur
Analisa optimasi struktur dilakukan terhadap sistem kontruksi dengan membuat 5 variasi. Ukuran profil pada 5 variasi tersebut dapat dilihat pada Tabel 1. Hasil analisa optimasi terhadap 5 variasi tersebut dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 1. Variasi Struktur Geladak Penumpang
Variasi No
Profil Melintang Profil Memanjang
Jarak (mm)
Web Frame (T)
(mm)
Main Frame (L)
(mm) Jumlah Web Frame (T)
1 a 375 110 x 200 x 8 60 x 60 x 6 7 30 x 75 x 8 b 375 110 x 200 x 8 50 x 50 x 6 7 30 x 75 x 8 c 375 110 x 200 x 8 40 x 40 x 6 7 30 x 75 x 8 d 375 110 x 200 x 8 30 x 30 x 6 7 30 x 75 x 8 e 375 110 x 200 x 8 20 x 20 x 6 7 30 x 75 x 8 2 a 500 130 x 200 x 8 60 x 60 x 6 7 50 x 75 x 8 b 500 130 x 200 x 8 50 x 50 x 6 7 50 x 75 x 8 c 500 130 x 200 x 8 40 x 40 x 6 7 50 x 75 x 8 d 500 130 x 200 x 8 30 x 30 x 6 7 50 x 75 x 8 e 500 130 x 200 x 8 20 x 20 x 6 7 50 x 75 x 8 3 a 750 130 x 200 x 8 60 x 60 x 6 7 50 x 75 x 8 b 750 130 x 200 x 8 50 x 50 x 6 7 50 x 75 x 8 c 750 130 x 200 x 8 40 x 40 x 6 7 50 x 75 x 8 d 750 130 x 200 x 8 30 x 30 x 6 7 50 x 75 x 8 e 750 130 x 200 x 8 20 x 20 x 6 7 50 x 75 x 8 4 a 1500 160 x 200 x 8 60 x 60 x 6 7 80 x 75 x 8 b 1500 160 x 200 x 8 50 x 50 x 6 7 80 x 75 x 8 c 1500 160 x 200 x 8 40 x 40 x 6 7 80 x 75 x 8 d 1500 160 x 200 x 8 30 x 30 x 6 7 80 x 75 x 8 e 1500 160 x 200 x 8 20 x 20 x 6 7 80 x 75 x 8 5 a 500 200 x 200 x 8 60 x 60 x 6 7 120 x 75 x 8 b 500 200 x 200 x 8 60 x 60 x 6 5 120 x 75 x 8 c 500 200 x 200 x 8 60 x 60 x 6 3 120 x 75 x 8
Tabel 2. Hasil Analisa Optimasi
Variasi IR Berat Model
KN 1 a 0.696 30.018 b 0.854 28.485 c 0.888 27.487 d 0.907 26.489 e 0.914 25.492 2 a 0.868 29.445 b 0.894 28.697 c 0.911 27.949 d 0.920 27.201 e 0.925 26.453 3 a 0.890 20.699 b 0.911 20.2 c 0.915 19.701 d 0.914 19.202 e 0.932 18.704 4 a 0.869 18.771 b 0.857 18.522 c 0.879 18.272 d 0.903 18.023 e 0.928 17.773 5 a 0.212 32.808 b 0.497 20.249 c 0.810 36.142
Berdasarkan analisa optimasi diperoleh hasil yang optimum pada variasi 4 bagian e dengan berat konstruksi 17.773 KN.
SIMPULAN
Dari hasil penelitian terhadap konstruksi geladak penumpang Kapal Ferry Ro-Ro 200 GT diperoleh sistem konstruksi yang optimum yaitu:
- Jarak profil melintang 1500 mm
- Ukuran profil melintang untuk web frame (T) (160 x 200 x 8) mm dan main frame (L) (20 x 20 x 6) mm - Ukuran profil memanjang (T) (80 x 75 x 8) mm sebanyak 7 buah
- Interaction ratio (IR) 0.928 dengan berat konstruksi 17.773 KN
DAFTAR PUSTAKA
Biro Klasifikasi Indonesia, 2006, Rules For The Classification And Construction Of Seagoing Steel Ships, Jakarta.
Biro Klasifikasi Indonesia, 2004, Terjemahan Volume II (Ketentuan untuk Klasifikasi dan Konstruksi), Jakarta. Jensen, Alfred, and Chenoweth, 1983, ‚ Applied Strength of Material€, Edisi Keempat, Mc-Graw-Hill Book
Company, New York.
Huges O, ‚ Ship Structural Design€, The Wiley Series on Ocean Engginering
Pollard D.J., and Wilson E. H., 1976, ‚ Mekanika Fluida dan Hidraulika€, Edisi Kedua, Guildford Popov, E.P, 1996,€Mekanika Teknik€ , Penerbit Erlangga, alih bahasa Zainul A.T.
Schodek , D. L., 1991, ƒStruktur€, PT. Eresco, Bandung.
Soepartono, F.X., and Boen, T., 1987, Analisa Struktur Dengan Metode Matriks€, UI-Press, Jakarta.
Weaver, W., and Gere, J. M., Alih Bahasa: Ir. Wira, MSCE., 1986, ƒAnalisa Matriks untuk Struktur Rangka€, Edisi Kedua, Erlangga, Jakarta.
Okumoto Y, Takeda Y, Mano M, Okada T, 2009, €Design of Ship Hull Structures€ , Springer-Verlag, Berlin Heidelberg.
Sofi•i M, Djaya I K, 2008, € Teknik Konstruksi Kapal Baja Jilid 1€, Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta.
