4 - 1 Bab 4 4 Analisis Struktur Dermaga Eksisting Penanganan Kerusakan Dermaga Studi Kasus Dermaga A – I Pelabuhan Palembang 4.1 Umum Analsis struktur dermaga eksisting dengan menggunakan perangkat lunak Structural Analysis Program (SAP) 2000. Untuk mengetahui kehandalan struktur dermaga eksisting terhadap beban-beban operasional. Elemen struktur yang rusak tentunya mengalami pengurangan kekuatan. Perlu dilakukan estimasi seberapa besar pengurangan kekuatan yang terjadi dengan mengacu pada standar yang berlaku (jika ada) atau dengan melakukan judgment dikaitkan dengan seberapa parah kerusakan yang terjadi. SAP2000 memiliki kemampuan untuk memodelkan struktur portal 2 dimensi maupun 3 dimensi berdasarkan metode analisis linear dan non linear pada kondisi beban statis dan dinamis. Selain itu SAP2000 memiliki antarmuka pengguna grafis (Graphical User Interface/GUI) yang memungkinkan penyusunan model lebih interaktif. Analisis struktur Dermaga A - I Pelabuhan Palembang dilakukan dalam 2 tahap: 1. Tahap pertama adalah analisis struktur untuk kondisi yang ada (eksisting), tujuannya adalah untuk mencari gaya-gaya dalam yang bekerja sebagai akibat adanya gaya-gaya operasional dan gaya lingkungan yang bekerja. 2. Tahap kedua adalah pengecekan kapasitas penampang berdasarkan data properti mekanik yang diperoleh dari survei material & struktur dermaga. Input yang diperlukan berupa geometri struktur eksisting dan properti mekanik dari struktur dermaga eksisting diperoleh dari hasil survei kondisi alinyemen dermaga dan survei material & struktur dermaga. 4.2 Model Struktur Dermaga A – I Langkah awal melakukan analisis struktur dengan SAP2000 adalah membuat model struktur. Model struktur untuk Dermaga A - I dibagi menjadi 3 bagian yaitu : 1. Bagian 1, sepanjang 280 meter : Dermaga A-G. 2. Bagian 2, sepanjang 100 meter : Dermaga H. 3. Bagian 3, sepanjang 100 meter : Dermaga I. Sketsa layout Dermaga A - I Pelabuhan Palembang dapat dilihat pada Gambar 4.1.
28
Embed
Penanganan Kerusakan Dermaga Studi Kasus … dan membentur dermaga pada sudut 10 terhadap sisi depan dermaga (The Overseas Coastal Area Development Institute of Japan, 2002). Gaya
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
4 - 1
Bab
4
4 Analisis Struktur Dermaga Eksisting
Penanganan Kerusakan Dermaga Studi Kasus Dermaga A – I Pelabuhan Palembang
4.1 Umum
Analsis struktur dermaga eksisting dengan menggunakan perangkat lunak Structural Analysis Program (SAP) 2000. Untuk mengetahui kehandalan struktur dermaga eksisting terhadap beban-beban operasional. Elemen struktur yang rusak tentunya mengalami pengurangan kekuatan. Perlu dilakukan estimasi seberapa besar pengurangan kekuatan yang terjadi dengan mengacu pada standar yang berlaku (jika ada) atau dengan melakukan judgment dikaitkan dengan seberapa parah kerusakan yang terjadi.
SAP2000 memiliki kemampuan untuk memodelkan struktur portal 2 dimensi maupun 3 dimensi berdasarkan metode analisis linear dan non linear pada kondisi beban statis dan dinamis. Selain itu SAP2000 memiliki antarmuka pengguna grafis (Graphical User Interface/GUI) yang memungkinkan penyusunan model lebih interaktif.
Analisis struktur Dermaga A - I Pelabuhan Palembang dilakukan dalam 2 tahap:
1. Tahap pertama adalah analisis struktur untuk kondisi yang ada (eksisting), tujuannya adalah untuk mencari gaya-gaya dalam yang bekerja sebagai akibat adanya gaya-gaya operasional dan gaya lingkungan yang bekerja.
2. Tahap kedua adalah pengecekan kapasitas penampang berdasarkan data properti mekanik yang diperoleh dari survei material & struktur dermaga.
Input yang diperlukan berupa geometri struktur eksisting dan properti mekanik dari struktur dermaga eksisting diperoleh dari hasil survei kondisi alinyemen dermaga dan survei material & struktur dermaga.
4.2 Model Struktur Dermaga A – I
Langkah awal melakukan analisis struktur dengan SAP2000 adalah membuat model struktur. Model struktur untuk Dermaga A - I dibagi menjadi 3 bagian yaitu :
1. Bagian 1, sepanjang 280 meter : Dermaga A-G.
2. Bagian 2, sepanjang 100 meter : Dermaga H.
3. Bagian 3, sepanjang 100 meter : Dermaga I.
Sketsa layout Dermaga A - I Pelabuhan Palembang dapat dilihat pada Gambar 4.1.
4 - 2
Gam
bar
4.1
P
embag
ian m
odel
str
ukt
ur
Der
mag
a A –
I.
4 - 3
Komponen struktur yang dimodelkan dalam SAP2000 adalah balok, dan tiang pancang. Komponen struktur yang letaknya paling atas adalah pelat lantai. Pelat lantai ditopang oleh balok melintang dan memanjang, sedangkan balok melintang dan memanjang ditopang oleh tiang pancang. Komponen struktur poer (pile cap) tidak dapat dimodelkan dalam peragkat lunak SAP2000.
Asumsi penjepitan diperoleh dari kebiasan yang biasa digunakan yaitu panjang tiang pancang di atas mudline ditambah 4 meter.
Adapun kriteria kapal yang dilayani adalah sebagai berikut :
• Ukuran kapal yang dilayani : 10.000 DWT
• Draft maksimum kapal : -7,00 m LWS
• Length Over All : 137 m
• Overall Width : 19,9 m
4.3 Beban Operasiona & Beban Lingkungan
4.3.1 Beban Hidup
Beban hidup yang biasa bekerja pada dermaga sehari-hari adalah 2,5 ton/m2. Beban ini merupakan beban merata diseluruh lantai dermaga. Beban merata pada lantai dermaga didistribusikan ke balok melintang dan memanjang seperti pada Gambar 4.2.
Gambar 4.2 Distribusi beban hidup pada balok.
Selain beban merata, struktur juga menerima beban terpusat akibat truck dan crane. Truck yang digunakan merupakan truck dengan berat 26 ton ketika kondisi penuh. Sementara mobile crane yang digunakan memiliki bobot 50 ton.
Gambar 4.3 Truck 26 ton.
4 - 4
Gambar 4.4 Crane 50 ton.
Beban truck sebesar 26 ton dibagi kedalam 4 titik roda, sehingga masing-masing roda menanggung beban sebesar 6,53 ton. Beban mobile crane sebesar 50 ton dibagi kedalam 6 titik roda, sehingga masing-masing roda menanggung beban sebesar 8,26 ton.
4.3.2 Beban Berthing
A. Prosedur Perhitungan
Gaya berthing adalah gaya yang diterima dermaga saat kapal sedang bersandar pada dermaga. Gaya maksimum yang diterima dermaga adalah saat kapal merapat ke dermaga dan membentur dermaga pada sudut 10° terhadap sisi depan dermaga (The Overseas Coastal Area Development Institute of Japan, 2002). Gaya benturan diterima dermaga dan energinya diserap oleh fender pada dermaga. Besar energi tersebut dapat dihitung sesuai dengan ketentuan The Overseas Coastal Area Development Institute of Japan (OCDI), 2002 sebagai berikut:
Koefisien softness merupakan koefisien yang mempengaruhi energi bentur yang diserap oleh lambung kapal. Nilai koefisien softness diambil sebesar 1 (OCDI, 2002).
4 - 7
• Koefisien Konfigurasi penambatan (Cc)
Koefisien konfigurasi penambatan merupakan koefisien yang diambil dari efek massa air yang terperangkap antara lambung kapal dan sisi dermaga. Nilai koefisien konfigurasi penambatan bergantung pada jenis struktur derrnaga, adapun besar CC sebagai berikut (OCDI, 2002):
a) Cc = 1 untuk jenis struktur dermaga dengan pondasi tiang.
b) 0,8 < Cc < 1 untuk jenis struktur dermaga dengan dinding penahan.
B. Perhitungan Gaya Berthing Dermaga A - I
Perhitungan gaya berthing Dermaga A – I dapat dilihat pada Tabel 4.1.
Tabel 4.1 Perhitungan Gaya Berthing
Parameter Nilai Satuan Ukuran Kapal 10.000 DWT Length Overall (Loa) 137 m Molded Breadth (B) 19,9 m Full load draft (d) 8,2 m Length Perpendicular (Lpp) 128 Massa Kapal (Ms) 13996 Ton Sudut Kapal- Dermaga (θ) 10 derajat Kecepatan Berthing (V) 0,075 m/s Volume (∇ ) 13655 m3 Cm 1,99 Cb 0,65 r 30 k 0,50 α 0,5 e 0,03 l2 2 l1 29,5 Ce 0,99 Cs 1 Cc 1 E 77,9 kNm
Dari perhitungan di atas dapat disimpulkan bahwa energi kinetik akibat berthing kapal adalah sebesar 77,9 kNm atau setara dengan 8 tonm. Hasil pengamatan di lapangan vender yang digunakan adalah vender berbentuk “V” dengan tinggi 0,4 m dan panjang 2 m. Untuk mengetahui reaction force yang dihasilkan perhatikan katalog fender di bawah ini.
4 - 8
Tabel 4.2 Persentase Defleksi, Energi, dan Gaya Reaksi pada Fender
Dari katalog tersebut dapat dilihat bahwa yang mampu menahan energi sebesar 8 tonm adalah vender 400 x 2000 dengan grade V2. Kolom disebelah kiri menunjukan bahwa saat terjadi defleksi sebesar 45 % akan dihasilkan gaya reaksi sebesar 60 ton.
Sketsa fender yang dimaksud dapat dilihat pada Gambar 4.7.
Deflection Perfor mance
Rubber Grade
Length m
4 - 9
Gam
bar
4.7
G
ambar
fen
der
.
4 - 10
4.3.3 Gaya Mooring
Mengacu pada OCDI, gaya tarik yang dialami oleh bollard ke semua arah dapat diperoleh dari Tabel 4.3 di bawah.
Kapal yang dilayani Dermaga A – I, adalah kapal dengan ukuran 10.000 DWT. Untuk mengkonversi satuan DWT menjadi DT bisa digunakan persamaan berikut ini :
Hasil perhitungan diperoleh bahwa 10.000 DWT setara dengan 5.000 GT, sehingga gaya tarik bollard adalah sebesar 500 kN.
4.3.4 Gaya Arus
A. Prosedur Perhitungan
Untuk mengestimasi gaya arus digunakan persamaan gaya gesek pada persamaan Morison sebagai berikut :
20
12D DF C AU= ρ ....................................................................................(4.13)
Dimana :
FD = Gaya gesek (kN).
CD = Koefisien gesek.
0ρ = Masa jenis air (t/m3).
A = Luas proyeksi objek dalam arah arus (m2).
U = Kecepatan arus (m/s).
Gaya arus bekerja pada tiang pancang yang berada di bawah permukaan air.
Nilai koefisien gesek (CD) sesuai dengan OCDI dapat dilihat pada Tabel 4.4.
4 - 11
Tabel 4.4 Nilai Koefisien Gesek
B. Perhitungan Gaya Arus Dermaga A – I
Pada Dermaga A – I terdapat tiga jenis tiang pancang, antara lain : tiang pancang diameter 0,3 m (persegi), tiang pancang diameter 0,4 m (persegi) dan tiang pancang 0,5 m (bulat). Perhitungan gaya arus untuk ketiga macam tiang pancang dapat dilihat pada Tabel 4.5.
Tabel 4.5 Perhitungan Gaya Arus Dermaga A - I
Jenis Tiang Pancang CD 0ρ A (m2)
U (m/s)
FD (kN/m)
Persegi 0,4 m 2 1025 0,4 2 1,39 Persegi 0,3 m 2 1025 0,3 2 1,04 Bulat 0,5 m 1 1025 0,5 2 0,87
Gaya arus dikenakan pada tiang pancang merata sepanjang tiang pancang tersebut. Kondisi sebenarnya gaya gesek akibat arus berubah terhadap kedalaman karena besar kecepatan arus berubah terhadap kedalaman. Dalam permodelan diasumsikan bahwa arus seragam terhadap kedalaman, diambil arus maksimum pada permukaan yaitu sebesar 2 m/s.
4 - 12
4.3.5 Gaya Angin
A. Prosedur Perhitungan
Perhitungan gaya angin mengacu pada SNI 1727-1989 : “Tata Cara Perencanaan Pembebanan untuk Rumah dan Gedung”. Untuk menghitung gaya akibat angin dapat digunakan persamaan sebagai berikut :
212
P AV= ρ ....................................................................................(4.14)
Dimana :
P = Gaya akibat angin (kN/m).
ρ = Masa jenis udara (t/m3).
A = Luas proyeksi objek dalam arah arus (m2).
V = Kecepatan angin (m/s).
B. Perhitungan Gaya Angin Dermaga
Gaya angin yang diperoleh merupakan beban merata yang dikenakan pada balok memanjang sepanjang dermaga. Perhitungan gaya angin adalah sebagai berikut :
Beban gempa dasar diperhitungkan berdasarkan Peraturan Perencanaan Tahan Gempa Indonesia untuk Gedung, Departemen Pekerjaan Umum, 1981. Pendekatan yang dilakukan merupakan analisa beban statik ekivalen.
Gaya gempa struktur dermaga dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :
C1 = Koefisien gempa dasar yang merupakan fungsi lokasi dan jenis tanah.
I = Faktor kepentingan struktur.
R = Faktor reduksi.
Wt = Berat total struktur.
4 - 13
Gam
bar
4.8
D
aera
h g
empa
Indones
ia.
4 - 14
B. Perhitungan Gaya Gempa
Lokasi studi berada di kota Palembang yang merupakan zona gempa dua. Langkah pertama yang dilakukan adalah mencari perioda getar alamiah dari struktur, perioda getar alamiah struktur dapat dilihat pada Tabel 4.6. Perioda getar diperoleh dengan melakukan analisis struktur dengan SAP2000.
Tabel 4.6 Perioda Alami Struktur
Struktur T (detik) Dermaga A-G (bagian 1) 3,9 Dermaga H (bagian 2) 2,0 Dermaga I (bagian 3) 2,7
Penentuan jenis tanah sesuai dapat dilihat pada Tabel 4.7.
Tabel 4.7 Jenis-jenis Tanah
Jenis tanah
Kecepatan rambat gelombang geser rata-
rata, sv (m/det)
Nilai hasil Test Penetrasi Standar
rata-rata
N
Kuat geser niralir rata-rata
uS (kPa)
Tanah Keras
sv > 350 N > 50 uS > 100
Tanah Sedang 175 < sv < 350 15 < N < 50 50 < uS < 100
sv < 175 N < 15 uS < 50
Tanah Lunak atau, setiap profil dengan tanah lunak yang tebal total lebih dari 3 m dengan PI > 20, wn > 40 % dan Su < 25 kPa
Tanah Khusus Diperlukan evaluasi khusus di setiap lokasi.
Diketahui bahwa rata-rata nilai SPT di lokasi kajian adalah sebesar 37, mengacu pada Tabel 4.7 dapat disimpulkan bahwa tanah di lokasi kajian termasuk kedalam jenis tanah sedang. Untuk tanah sedang waktu getar alami sudut (Tc) adalah sebesar 0,6 detik. Dari Tabel 4.6 diketahui bahwa waktu getar alami struktur (T) lebih besar dari pada waktu getar alami sudut (Tc). Sehingga C1 dapat dirumuskan sebagai berikut :
C1 = Koefisien gempa dasar yang merupakan fungsi lokasi dan jenis tanah.
Ar = Pembilang dalam persamaan hiperbola Faktor Respons Gempa C pada Spektrum Respons Gempa Rencana.
T = Perioda alamaiah struktur.
Nilai dari Ar dapat dilihat pada Tabel 4.8.
4 - 15
Tabel 4.8 Spektrum Respons Gempa Rencana
Tanah Keras
Tc = 0,5 det.
Tanah Sedang
Tc = 0,6 det.
Tanah Lunak
Tc = 1,0 det.
Wilayah Gempa
Am Ar Am Ar Am Ar
1
2
3
4
5
6
0,10
0,30
0,45
0,60
0,70
0,83
0,05
0,15
0,23
0,30
0,35
0,42
0,13
0,38
0,55
0,70
0,83
0,90
0,08
0,23
0,33
0,42
0,50
0,54
0,20
0,50
0,75
0,85
0,90
0,95
0,20
0,50
0,75
0,85
0,90
0,95
Berdasarkan jenis tanah sedang dan lokasi studi berada pada zona gempa 2 maka nilai Ar adalah 0,23. Perhitungan gaya gempa untuk tiga bagian permodelan dapat dilihat pada Tabel 4.9. I diambil sebesar 1,5 (bangunan lain) sementara R diambil sebesar 3,5 (rangka pemikul momen).
Apabila 's yε ε< maka tulangan tekan telah leleh, apabila 's yε ε≥ maka tulangan
tekan telah leleh.
6. Hitung kuat tekan akibat beton (Cc).
'cC fc a b= × × ×0,85
Dimana : fc’ = Mutu beton.
7. Hitung kuat tekan akibat tulangan tekan (Cs). Perhitungan kuat tekan akibat tulangan tergantung pada kondisi tulangan tekan telah leleh atau belum leleh (poin nomor 5).
4 - 21
a. Kondisi Leleh ( 's yε ε≥ )
1s y sC f A= × .......................................................................(4.22)
Dimana : 1sA = Luas tulangan tekan.
fy = Tegangan leleh baja.
b. Kondisi Sebelum Leleh ( 's yε ε< )
1s s sC f A= × .......................................................................(4.23)
Apabila persamaan (4.27) maka kembali ke poin 3 kemudian ulangi poin 4 sampai dengan poin 9, lakukan terus iterasi nilai C sampai persamaan (4.27) terpenuhi.
10. Hitung kapasitas lentur penampang (Mn) dengan menggunakan persamaan di bawah ini.
( ) 1( )n c sM C d a C d d= × − × + −0,5 ............................................(4.28)
Apabila Mn > Mn’ maka kapasitas penampang mencukupi.
B. Perhitungan Kapasitas Geser
Berikut adalah algoritma perhitungan kapasitas geser penampang balok beton.
1. Menentukan Vu (gaya geser ultimate) baik positif maupun negatif. Vu diperoleh dari perhitungan analisis struktur berdasarkan beban kerja (applied load).
max2 '3sV fc b d= × × × .............................................................(4.33)
Apabila Vsmax < Vs maka akan terjadi concrete crushing atau kehancuran tiba-tiba. Hal seperti ini bias ditanggulangi dengan memperbesar ukuran penampang beton.
6. Menghitung kapasitas geser total.
Vn = Vs + Vc ........................................................................(4.34)
Apabila Vn > Vn’ maka kapasitas penampang mencukupi.
C. Perhitungan Kapasitas Kolom
Kolom adalah elemen struktur yang menahan kombinasi beban gaya aksial (biasanya tekan) dan momen lentur. Terdapat dua tipe keruntuhan yang terjadi pada kolom antara lain :
1. Keruntuhan tarik.
2. Keruntuhan tekan.
Berhubung ada dua tipe keruntuhan yang bergantung pada kombinasi beban aksial (Pn) dan momen (Mn) maka interaksi antara momen Pn & Mn menghasilkan diagram interaksi keruntuhan sebagai berikut :
CompressionFailur
αeb
balanced failure
TensionFailur
φMn
Po
Pnmax
Mn
(Mnb,Pnb)
tan α = Mu/Pn=e
e>eb tension failuree<eb compression failure
A B
C
D
E
φkPnmax
φk=0,7
0,1fc’Ag
Kekuatan Nominal
DesainCompressionFailur
αeb
balanced failure
TensionFailur
φMn
Po
Pnmax
Mn
(Mnb,Pnb)
tan α = Mu/Pn=e
e>eb tension failuree<eb compression failure
A B
C
D
E
φkPnmax
φk=0,7
0,1fc’Ag
Kekuatan Nominal
Desain
Gambar 4.13 Diagram interaksi.
Untuk desain kolom, selama kombinasi Pn & Mn mempunyai koordinat didalam failure surface desain dapat diterima.
4 - 23
Berikut ini adalah algoritma pengecekan kapasitas kolom dengan membuat diagram interaksi.