ANALISIS DAN DESAIN STRUKTUR BAGIAN BAWAH DERMAGA PONTON DI BABO PAPUA BARAT
Ilman Kurniadi
1dan Muslim Muin
2Program Studi Teknik Kelautan
Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Teknologi Bandung, Jl Ganesha 10 Bandung 40132
1
ilman_kurni_adi@yahoo.com dan
2m_muin@ocean.itb.ac.id
Abstrak
Dermaga ponton merupakan dermaga yang dapat mengakomodir fenomena pasang dan surut yang terjadi di laut karena ponton hanya bergerak ke atas dan ke bawah (heaving) sehingga posisi dermaga dengan kapal selalu sama.
Dermaga ponton cocok dibangun pada lokasi dengan tinggi gelombang rencana yang tidak terlalu tinggi dan kapal rencana yang akan bersandar berukuran kecil. Lokasi studi kasus pada karya tulis ini berada di Distrik Babo, Teluk Bintuni, Papua Barat. Dermaga ponton terdiri dari dua struktur utama: struktur atas berupa ponton dan struktur bawah berupa tiang pancang yang berfungsi sebagai penahan supaya ponton tetap pada lokasinya. Adalah penting untuk dilakukan evaluasi ketahanan struktur bawah dari dermaga ponton akibat beban lingkungan dan beban dinamik agar dermaga ponton aman untuk digunakan. Dalam studi ini, analisis untuk mengevaluasi ketahanan struktur dilakukan dengan dua metode, yaitu dengan cara manual dan pemodelan menggunakan bantuan program SAP2000. Dari data lingkungan yang tersedia, langkah awal dari analisis kekuatan struktur bawah dermaga ponton adalah menemukan tinggi gelombang pada lokasi tinjau dengan metode hindcasting. Kemudian dilakukan perhitungan kekuatan struktur bawah dermaga ponton akibat beban lingkungan (arus, angin, gelombang, berthing, dan seismik) dan beban dinamik yang terjadi pada ponton. Nilai dari unity check range atau evaluasi kekuatan struktur tiang pancang hasil perhitungan manual dan pemodelan pada SAP2000 dibandingkan untuk menentukan faktor apa saja yang menyebabkan adanya perbedaan hasil evaluasi dari dua metode tersebut. Hasil analisis menunjukan bahwa struktur tiang pancang dermaga dengan diameter luar 24 inch dan ketebalan 1 inch memenuhi syarat ketahanan struktur dan aman untuk dibangun.
Kata kunci: dermaga, ponton, hindcasting, analisis, sap2000
PENDAHULUAN
LNG Tangguh adalah mega proyek yang membangun kilang LNG di Teluk Bintuni, Papua Barat, untuk menampung gas alam yang berasal dari beberapa Blok di sekitar Teluk Bintuni, seperti Blok Berau, Blok Wiriagar dan Blok Muturi. Tentu saja ada banyak sekali tenaga kerja yang terlibat di dalam proyek LNG Tangguh ini. Untuk itu diperlukan sebuah fasilitas sandar bagi pada tenaga kerja (crew) sehingga memudahkan pada crew dalam mobilitasnya dari moda angkutan laut ke moda angkutan darat.
Pemilihan digunakannya dermaga ponton untuk keperluan sandar crew boat atau kapal kru dimaksudkan untuk mengantisipasi air pasang surut laut setinggi 4.2 meter, sehingga posisi kapal dengan dermaga selalu sama; dermaga ponton cocok untuk lokasi dengan tinggi gelombang rencana yang tidak terlalu tinggi; dan kapal rencana yang akan sandar berukuran kecil. Kemudian antara ponton dengan dermaga dihubungkan dengan suatu landasan/jembatan yang flexibel ke darat yang bisa mengakomodasi pasang surut laut.
Tujuan dalam penulisan karya ilmiah ini adalah untuk menganalisa dan mendesain
ketahanan struktur bawah dengan diameter 610 mm akibat beban lateral. Selain itu laporan tugas
akhir ini juga bertujuan untuk membandingkan hasil perhitungan manual dengan pemodelan yang dilakukan dengan bantuan software SAP2000.
Analisis evaluasi kekuatan struktur bawah dermaga ponton akan dilakukan dengan cara melakukan perhitungan manual dan dengan menggunakan bantuan program SAP2000. Hasil yang didapatkan dari perhitungan manual dan pemodelan dengan bantuan SAP2000 akan dibandingkan dan dianalisis untuk mengetahui faktor apa saja yang menyebabkan adanya perbedaan hasil evaluasi kekuatan struktur tiang pancang hasil pendekatan dengan kedua metode tersebut.
Gambar 1 Contoh dermaga ponton LNG Tangguh (sumber : www.panoramio.com)
TEORI DASAR
Hindcasting gelombang dilakukan dengan menggunakan parameter jonswap untuk mendapatkan nilai tinggi gelombang pada lokasi studi kasus
Untuk kondisi fetch limited atau time limited, nilai t dan F bisa dihitung dari persamaan dibawah ini
U t gt
eff(1)
3 /
)
2( 8 , 68 F
t (2)
Kemudian nilai Hmo dan Tp didapatkan dari persamaan berikut
2 /
)
1( 016 ,
0 F
H
mo
(3)
3 /
)
1( 286 ,
0 F
T
p
(4)
Untuk kondisi fully developed sea, formula yang digunakan adalah 24
2.
0 U
gH
mo
(5) gT
p
13
.
8
U gt
FD71500
(7)
3 /
)
2( 8 , 68 F
FDt (8)
dimana,
t = durasi (detik)
t
eff= durasi efektif (detik) U = kecepatan angin (m/s) g = percepatan gravitasi (m/s
2) F = panjang fetch (m)
Hmo = tinggi gelombang signifikan (m)
Tp = periode gelombang yang menyertai Hmo (detik) F
FD= panjang fetch untuk kondisi fully developed sea t
FD= durasi untuk kondisi fully developed sea
Gaya-gaya yang bekerja pada struktur bawah dijabarkan pada gambar dibawah ini
Gambar 1 Beban yang bekerja pada struktur tiang pancang
Dalam tataran gelombang, gaya inersia dan gaya drag muncul dan berubah secara berkelanjutan terhadap waktu. Morison et al. (1950) mengajukan formula untuk menghitung gaya total akibat gelombang berupa penjumlahan dari gaya inersia dan gaya drag
h M h
D h
Dt dz Du C D
dz u Du C dF F
4 2
1
2
(9)
dimana,
= massa jenis fluida (kg/m
3) C
D= koefisien drag
D = diameter silinder (m)
u = kecepatan partikel air horizontal (m/s) C
M= koefisien inersia/massa
Dt Du
= perceptan partikel air arah horizontal (m/s
2)
Tekanan dinamis (dynamic pressure) yang disebabkan oleh gelombang akibat adanya struktur (ponton) dijabarkan dalam rumus dibawah ini
( )
( ( ))( )
( ) (10)
dimana,
p = tekanan (Pa)
g = percepatan gravitasi (m/s
2)
z = jarak vertikal suatu titik yang ditinjau terhadap muka air (m) H = tinggi gelombang (m)
k = bilangan gelombang
= frekuensi gelombang x = jarak horizontal (m) t = waktu (detik)
h = kedalaman perairan (m)
Beban angin yang bekerja pada ponton dapat ditentukan dari persamaan dibawah ini menggunakan koefisien drag
A C U
F
angin a 2 D2 1
(11) dimana,
angin
F = Gaya angin (N,kN)
a= massa jenis udara = 1.23 kg/m
3U = kecepatan angin (m/s)
C
D= koefisien drag ponton
A = luas penampang proyeksi dari ponton (m
2)
Standar yang digunakan untuk menghitung gaya arus pada struktur bawah yang terendam adalah dengan menggunakan rumus untuk menentukan gaya drag pada struktur bawah
A C U F
arus 2 D2 1
(12)
dimana,
U = kecepatan arus (m/s)
C
D= koefisien drag struktur bawah
A = luas penampang proyeksi dari tiang pacang yang terendam (m
2)
Akibat aktivitas berthing kapal ini, akan dihasilkan energi berthing yang dapat dihitung menggunakan persamaan di bawah ini:
c s m e s
N
M V C C C C
E
2
2
(13) dimana,
E
N= energi berthing (kN.m) M
s= massa kapal (ton)
V = kecepatan berthing (m/s) C
e= koefisien eksentrisitas C
m= koefisien added mass
C
s= koefisien kehalusan (softness) C
c= koefisien konfigurasi
Perhitungan gempa didasarkan pada SNI-1726-2002 dengan analisa beban statika ekivalen adalah
R W I V C
I. .
t
(14) dimana,
V = beban geser gempa statik ekivalen (kN) C
I= faktor respon gempa
W
t= berat total struktur R = faktor reduksi gempa I = faktor keutamaan bangunan
Penentuan nilai kekauan struktur untuk mencari respon dinamik ponton terhadap tiang
pancang digambarkan pada gambar dibawah ini
Gambar 2 Kekakuan untuk masing-masing tiang
Variabel-variabel yang diperlukan untuk mendapatkan respon dinamik yang bekerja pada tiap tiang pancang adalah :
1 Massa ponton
2 Added Mass atau massa tambahan 3 Kekakuan tiang pancang
4 Gaya gelombang 5 Periode gelombang 6 Rasio Damping
Nilai momen yang bekerja untuk satu struktur tiang pancangnya adalah
(15)
dimana,
M
pile= momen pada pile (kN.m)
V
pile= gaya geser maksimum pada pile (kN) L
pile= panjang pile (m)
Nilai tegangan lentur ijin berdasarkan API RP2A ditentukan dari persamaan 300
F / untuk 3000 58
. 0 72 . 0
y
F D t
Et D
F
bF
y y(16) dimana,
D = diamater tiang (m) t = ketebalan tiang (m) F
y= yield strength pipa (Mpa)
Struktur dianggap sebagai shear building dan memiliki penahan jepit-jepit di kedua ujungnya, sehingga nilai momen total yang bekerja adalah
(17)
Berdasarkan OCDI, evaluasi struktur atas momen lentur atau bending moment untuk kasus adanya gaya tekan aksial dapat dihitung dari persamaan berikut ini
1
ba bc ca
c
(18) dimana,
c= tegangan aksial desain (N/mm
2)
ca= batas tegangan aksial yang diijinkan berdasarkan momen inersia terkecil (N/mm
2)
HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari evaluasi kekuatan struktur akibat beban lingkungan dan beban dinamik hasil perhitungan manual dan pemodelan, didapatkan hasil sebagai berikut
Tabel 1 Nilai unity check range struktur dermaga ponton
Kondisi PerhitunganManual Pemodelan Selisih nilai UCR
Pasang 0.87 0.82 0.05
Surut 0.49 0.44 0.05