analisis kekuatan struktur davit (dewi-dewi) dan

PROSIDING 2012©
Arsitektur
Elektro
Geologi
Mesin
HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK
Perkapalan
Sipil
ANALISIS KEKUATAN STRUKTUR DAVIT (DEWI-DEWI)
DAN PENUNJANGNYA
Ganding Sitepu, Sunarto & Anggiat Panjaitan
Jurusan Perkapalan Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin
Jl. Perintis Kemerdekaan Km. 10 Tamalanrea – Makassar, 90245
Telp./Fax: (0411) 585637
e-mail: [email protected]
Abstrak
Penelitian ini dilatarbelakangi oleh kondisi perkiraan kondisi konstruksi penunjang dewidewi atau davit yaitu alat menurunkan dan menaikkan sekoci penolong pada kapal. Tujuan
utama penelitian adalah menemukenali beban-beban struktur yang terjadi, momen dan gaya
lintang yang terjadi pada struktur, termasuk balok geladak pendukung pondasi davit dan
kekakuan struktur penunjang tersebut pada berbagai kondisi saat penurunan sekoci penolong
dalam keadaan kapal miring. Penelitian dilakukan dengan menyusun diagram benda bebas
untuk memastikan sistem gaya yang bekerja, dan selanjutnya perhitungan momen dan gaya
lintang menggunakan Program Ansys®. Program Ansys® dapat memberikan keluaran
berupa distribusi tegangan lentur, tegangan geser dan torsi yang terjadi pada elemen
struktur. Hasil perhitungan menunjukkan bahwa dimensi struktur penunjang dewi-dewi sudah
memadai dan tegangan yang terjadi saat peluncuran masih jauh lebih kecil dari tegangan
yang diijinkan oleh BKI.
Kata Kunci: dewi-dewi, sekoci, tegangan
PENDAHULUAN
Regulasi International Maritime Organization (IMO) yaitu SOLAS-74 pada tahun 2006 diamandemen dengan
tambahan ketentuan tentang kewajiban menempatkan awak kapal pada sekoci penolong pada saat latihan
penurunan sekoci. Amandemen ini sangat berpotensi menjadi keadaan yang benar-benar darurat saat
latihan/simulasi penurunan sekoci. Penolong kalau rancangan konstruksi dan daya motor penggerak naik-turun
sekoci tidak akurat. Akurasi penetapan beban dan gaya atau momen yang bekerja harus benar-benar
merepresentasikan kondisi ril sekoci dan mekanisme penempatan dan penurunannya.
Peraturan Umum IMO tentang Sekoci Penolong antara lain yang penting adalah konstruksi, kapasitas, akses,
keapungan, stabilitas, propulsi dan penempatan. Konstruksi sekoci harus cukup kuat menahan muatan, saat
diluncurkan dan dinaikkan, tidak terjadi defleksi yang dapat mengganggu proses peluncuran. Kapasitas sekoci
dipersyaratkan tidak boleh lebih dari 150 orang dan asumsi massa penumpang rata-rata 75 kg. Sekoci penolong
harus mudah diakses oleh seluruh penumpang dan orang yang ada di kapal. Pada kapal barang, seluruh awak
kapal harus dapat naik ke sekoci penolong dalam waktu tidak lebih dari tiga menit. Sekoci penolong harus
dirancang dapat dicapai oleh orang tanpa bantuan baik dari laut maupun dengan memanjat. Semua sekoci
penolong harus dilengkapi dengan peralatan peluncuran kecuali sekoci yang letaknya kurang dari 4,5m dari
permukaan air dan beratnya tidak lebih 185 kg.
Kapal sebagai sarana transportasi moda laut telah berperan sebagai urat nadi perdagangan antar-pulau antar-benua
sejak dari dahulu hingga sekarang. Sebagai sarana transportasi kapal senantiasa mempunyai resiko kecelakaan.
Telah banyak upaya dilakukan untuk pencegahan kecelakaan, akan tetapi nampaknya kecelakaan tidak dapat
dicegah secara absolut.
Sebagai upaya mengurangi korban, terutama korban manusia dalam setiap kecelakaan kapal maka IMO, sebuah
badan di bawah PBB mengeluarkan konvensi SOLAS. Dalam SOLAS tersebut diatur bahwa kapal harus
dilengkapi dengan sekoci penolong dengan kapasitas yang ditentukan berdasarkan jumlah orang di atas kapal dan
jarak pelayaran.
Sekoci penolong diturunkan dengan davit atau dikenal juga dengan dewi-dewi. Umumnya dewi-dewi dengan
sistem gravitasi. Davit dipasang di atas geladak sekoci dan harus dapat menahan beban saat sekoci diturunkan
Volume 6 : Desember 2012
Group Teknik Perkapalan
TP5 - 1
ISBN : 978-979-127255-0-6
Analisis Kekuatan Struktur Davit…
Arsitektur
Elektro
Geologi
Ganding Sitepu, Sunarto & Anggiat Panjaitan
Mesin
Perkapalan
Sipil
dan telah bermuatan penuh. Permasalahannya adalah mengingat dudukan davit pada geladak sekoci berpeluang
adanya kelemahan atau ketidakkakuan struktur penunjangnya. Struktur penunjang itu adalah balok geladak dan
penegar dinding bangunan atas. Ketidakkakuan struktur penunjang davit dapat mengakibatkan terganggunya
kerja davit dalam menurunkan sekoci dan berakibat fatal pada usaha penyelamatan jika terjadi kecelakaan kapal.
Beban struktur penunjang akan semakin besar bila kapal dalam keadaan oleng. Hal tersebut merupakan motivasi
utama mendorong pentingnya penelitian ini.
Tujuan penelitian ini adalah membuat model mekanika konstruksi dewi-dewi dan struktur pendukungnya;
menghitung beban yang terjadi pada saat penurunan sekoci penolong pada kondisi beban penuh, baik saat kapal
tegak maupun kapal dalam keadaan oleng; menganalisis tegangan dan deformasi konstruksi dewi-dewi dan
struktur pendukungnya.
Hasil penelitian ini bermanfaat sebagai salah metode dalam menganalisis struktur kapal khususnya komponen
yang mendapat konsentrasi beban; pendekatan penyelesaian tugas mahasiswa dalam percepatan pemahaman
karakteristik struktur dan aplikasi program komputer; dan dipakai untuk menilai kekuatan dan kekakuan struktur
dewi-dewi dan konstruksi pendukungnya.
TINJAUAN PUSTAKA
Menurut Taggart (1980), davit berfungsi sebagai alat untuk menurunkan dan menaikkan sekoci penolong pada
kapal. Keberadaan sekoci penolong ini sesuai dengan peraturan yang ditetapkan dalam Konvensi keselamatan
Jiwa di Laut (SOLAS) oleh International maritime Organization. Sekoci penolong berguna untuk
menyelamatkan penumpang atau awak kapal dalam hal kapal dalam keadaan bahaya sehingga harus ditinggalkan.
Davit yang paling banyak dan lazim digunakan pada kapal niaga adalah davit atau dewi-dewi yang bekerja
berdasarkan gaya gravitasi bumi ketika menurunkan sekoci penolong. Pada saat menaikkan sekoci dewi-dewi ini
menggunakan winch yang berpenggerak listrik.
Dewi-dewi dan sekoci penolong ditempatkan di geladak sekoci. Dengan demikian posisi pondasi dan penopang
dewi-dewi tidak langsung bertumpu pada balok geladak utama atau gading kapal. Geladak sekoci berada pada
bangunan atas atau rumah geladak. Penempatanya diatur sedemikian rupa sehingga proses evakuasi penumpang
atau awak kapal bila kapal dalam keadaan bahaya bisa berlangsung cepat.
Struktur penunjang dewi-dewi harus cukup kuat dan kaku sehingga dalam kondisi ekstrim, saat kapal oleng dan
bergerak dinamis seharusnya proses penurunan sekoci tidak boleh terganggu oleh lenturan atau perubahan bentuk
dewi-dewi. Dalam menahan beban yaitu berat sekoci penolong beserta penumpangnya, dewi-dewi harus tetap
stabil (Lehmann, 2005).
Balok pendukung dewi-dewi pada bangunan atas terdiri dari balok geladak sekoci, sekat penegar dan gading atau
penegar dinding bangunan atas (Fricke, 2003). Dalam hal struktur atau konstruksi tersebut kurang kuat maka
perlu ditambahkan interkostal atau penguat tambahan lain yang dapat menyalurkan beban yang bekerja ke
struktur utama kapal seperti geladak kekuatan, sekat dan bahkan ke konstruksi dasar ganda kapal (Fricke, 2004
dan Lehmannn, 2005).
Tegangan yang terjadi pada struktur konstruksi pendukung dewi-dewi dan dewi-dewi itu sendiri menurut BKI
(2006) tidak boleh lebih dari 150 N/mm2. Selanjutnya dinyatakan bahwa konstruksi dewi-dewi dan
pendukungnya harus cukup kaku sehingga tidak menimbulkan hambatan dalam operasi penurunan dan penaikan
sekoci penolong dalam keadaan bermuatan penuh.
Perhitungan kekuatan struktur dapat didekati dengan beberapa metode (Hughes, 1988). Metode analitis banyak
dilakukan pada struktur sederhana karena perhitungan ini sangat membutuhkan tenaga dan waktu (Toogood,
2001). Metode yang banyak dilakukan saat ini adalah metode elemen hingga. Dalam hal ini konstruksi yang akan
dihitung dielementasi. Secara prinsip metode ini menggunakan pendekatan teori elastisitas (Schlüter, 1999).
Masing-masing elemen harus memenuhi syarat kompatibilitas sehingga peralihan antar elemen tidak terjadi
diskontinuitas ubah bentukan yang bertentangan atau menyimpang jauh dari kondisi nyata.
Perhitungan konstruksi dengan metode elemen hingga sudah berkembang sangat jauh dan saat ini sudah tersedia
berbagai program komputer untuk memudahkan dan mempercepat proses perhitungan (Zanic, 2012). Menurut
ISBN : 978-979-127255-0-6
Group Teknik Perkapalan
TP5 - 2
Volume 6 : Desember 2012
PROSIDING 2012©
Arsitektur
Elektro
Geologi
Mesin
HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK
Perkapalan
Sipil
Delpero (2010) Ansys® adalah salah satu program perhitungan kekuatan struktur dengan metode elemen hingga
yang bersifat interaktif dan objek oriented. Dengan program ini bisa dihitung struktur yang dimodelkan sebagai
elemen pelat, cangkang, balok atau batang.
Program Ansys® juga dapat menghitung baik kondisi statis maupun dinamis, dengan tipe beban titik,
terdistribusi, puntiran, periodik atau aperiodik dan sebagainya. Output program ini berupa tegangan, pergeseran,
regangan dan geseran puntir (Delpero, 2010).
Menurut Paul (2012) tahapan dalam penggunaan Ansys®, sebagaimana program perhitungan struktur (statik,
elastostatik, dan dinamik) lainnya dalam terdiri dari 3 tahap. Tahap pertama adalah pemodelan. Struktur
konstruksi yang akan dihitung harus dimodelkan dengan memperhatikan bentuk, dimensi, properti bahan,
penampang, dan beban yang bekerja. Tahap kedua adalah processing. Tahap ini program bekerja melakukan
iterasi hingga konvergens dan menghasilkan output sesuai dengan permintaan. Tahap ketiga adalah penampilan
output. Output program harus diinterpretasi untuk mengambil simpulan tentang struktur yang dianalisis.
METODE PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan dengan pendekatan kuantitatif, kalkulasi dilakukan dengan bantuan Program Ansys®,
yaitu sebuah program komputer untuk perhitungan struktur dengan metode elemen hingga. Prosedur kerja
program dimulai dengan pemodelan struktur, prosesing perhitungan dan selanjutnya adalah interpretasi output.
Struktur davit dan pondasinya serta balok geladak sebagai penunjangnya dimodelkan sebagai elemen frame
kombinasi dengan elemen pelat. Dalam hal memungkinkan akan dimodelkan dengan tipe elemen pelat. Output
Ansys® berupa tegangan lentur, tegangan geser dan puntiran pada tiap nodal sehingga dapat diinterpretasikan
dan dianalisis.
HASIL DAN BAHASAN
Untuk penelitian ini dipilih satu dewi-dewi gravitasi yang umum dipakai sebagai sarana peluncuran sekoci
penolong seperti Gambar 1. Dewi-dewi ini berfungsi menurunkan sekoci ke geladak embarkasi, tempat
penumpang atau orang di atas kapal berkumpul dan naik ke sekoci penolong dalam hal kapal dalam keadaan
bahaya dan diperintahkan meninggalkan kapal.
Secara gravitasi sekoci penolong akan turun, dan kecepatan turunnya harus dapat dikendalikan, agar sekoci tidak
rusak ketika sampai di permukaan air. Sistem pendukung sekoci atau struktur dan konstruksi dewi-dewi terutama
lengan dewi-dewi yang secara langsung memikul beban berat sekoci dan penumpang di dalamnya harus cukup
kuat dan stabil.
Gambar 1. Dewi-Dewi Gravitasi saat Peluncuran Sekoci
Volume 6 : Desember 2012
Group Teknik Perkapalan
TP5 - 3
ISBN : 978-979-127255-0-6
Analisis Kekuatan Struktur Davit…
Arsitektur
Elektro
Geologi
Ganding Sitepu, Sunarto & Anggiat Panjaitan
Mesin
Perkapalan
Sipil
Ukuran dewi-dewi yang dijadikan sampel dalam penelitian ini adalah seperti ditunjukkan pada Gambar 2. Model
ini secara geometris relatif kecil tetapi sebagai bahan kajian sudah memadai untuk selanjutnya dapat diaplikasikan
pada dimensi dewi-dewi yang lebih besar.
Gambar 2. Dimensi Penumpu Dewi-Dewi
Pemodelan dewi-dewi yang selanjutnya dapat digunakan sebagai dasar perhitungan kekuatan (tegangan) pada
lengan atau boom sekoci dapat dilihat pada Gambar 3. Beban yang bekerja adalah 300 N (di simulasi sebagai
berat sekoci dan penumpang di atasnya). Lengan atau bom sekoci adalah terbuat dari profil baja perpenampang
persegi berongga. Boom ini akan berputar pada sumbu yang merupakan pangkal boom dengan letakan yang
tertumpu pada geladak. Gerakan boom ditumpukan pada penumpu yang juga letakannya di geladak.
Fokus perhitungan kekuatan dalam penelitian adalah kekuatan lengan. Dengan demikian yang akan dihitung
adalah momen yang bekerja sepanjang lengan, dan tegangan yang terjadi pada lengan. Untuk mendapatkan
tegangan maka harus terlebih dahulu dihitung momen inersia penampang dan modulus penampang lengan matau
boom.
Gambar 3. Struktur Lengan Dewi-Dewi dan Diagram Benda Bebas
Diagram benda bebas pada Gambar 3 memperlihatkan posisi adanya reaksi tumpuan, yakni pada sendi engsel di
pangkal boom ( RAV dan RAH). Reaksi tumpuan lainnya adalah tumpuan dari penumpu lengan di tekukan lengan
ISBN : 978-979-127255-0-6
Group Teknik Perkapalan
TP5 - 4
Volume 6 : Desember 2012
PROSIDING 2012©
Arsitektur
Elektro
Geologi
Mesin
HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK
Perkapalan
Sipil
(D) yaitu RD. Dengan prinsip elastostatika, maka perhitungan dan tegangan yang terjadi dapat dihitung sebagai
berikut,
Perhitungan Momen yang Bekerja pada Boom Sekoci
𝛴𝑀𝐴 = 0
300 × 28 − (300 cos 30°) × 103 + (300 sin 30°) × 20 − 𝑅𝐷 × 45 = 0
𝑅𝐷 = −314,67 𝑁
𝛴𝑀𝐶 = 0
(𝑅𝐴𝑉 × 28) − (𝑅𝐴𝐻 × 103) + (𝑅𝐷 × 58) = 0
(𝑅𝐴𝑉 × 28) − (𝑅𝐴𝐻 × 103) = 18,2507 𝑁𝑐𝑚
𝛴𝑀𝐷 = 0
(300 × 28) + (300 sin 30° × 28) − (300 cos 30° × 58) − (𝑅𝐴𝐻 × 45) = 0
Diperoleh, RAH = -54,86 N dan RAv = -45,01 N
Selanjutnya dipandang elemen dewi-dewi BC (Gambar 3), titik B dijadikan acuan perhitungan:
𝑀 = 300 𝑋 − 300 cos 30° 𝑌
𝑌 = 0,86 𝑃
𝑋 = 0,5 𝑃
𝑀 = 150 𝑃 259,8 𝑃
Dengan mensubstitusi P = 54, diperoleh momen di B
𝑀𝐵 = −5.959,6 𝑁𝑐𝑚
Bidang momen atau distribusi momen sepanjang lengan sekoci ditunjukkan pada Gambar 4. Momen maksimal
terjadi ditekukan lengan yaitu di titik B.
Gambar 4. Diagram Bidang Momen
Volume 6 : Desember 2012
Group Teknik Perkapalan
TP5 - 5
ISBN : 978-979-127255-0-6
Analisis Kekuatan Struktur Davit…
Arsitektur
Elektro
Geologi
Ganding Sitepu, Sunarto & Anggiat Panjaitan
Mesin
Perkapalan
Sipil
Selanjutnya dihitung tegangan yang bekerja pada lengan dewi-dewi saat meluncurkan sekoci. Penampang lengan
adalah berbentuk balon berongga dengan tebal pelat 2,5 mm. Tegangan yang diduga kritis adalah di 3 titik seperti
yang diperlihatkan pada Gambar 5.
Gambar 5. Tempat atau Potongan pada Lengan Dewi-Dewi yang Tegangannya Tinggi
Pada Pot 1 (Gambar 5), di sini P = 12 cm sehingga:
𝑀 = 150 × 12 − 259,8 × 12 = −1.316,6 𝑁𝑐𝑚
Tinggi penampang pada pot ini h = 50 mm, tebal pelat 2,5 mm, Modulus penampang W = 7,1645 cm3 dan
Tegangan  = 183,9 N/cm2.
Bila digunakan baja normal (BKI) dengan tegangan mulur 235 N/mm2, dan dengan tegangan ijin 80 N/mm2,
maka tegangan yang terjadi masih jauh di bawah tegangan ijin sehingga dapat disimpulkan struktur dewi-dewi di
pot 1 sangat kuat.
Potongan 2 (Gambar 5), di sini P = 54 cm, Besarnya momen M = 5.926,6 Ncm, Tinggi penampang pada potongan
ini h = 90 mm, tebal tetap 2,5 mm, Modulus penampang lengan boom dewi-dewi: W = 16,32 cm3, Tegangan yang
terjadi  = 3,63 N/mm2.
Dengan batasan tegangan yang ijinkan 80 N/mm2, dapat disimpulkan bahwa tegangan pada potongan-2 lengan
dewi-dewi sangat memenuhi syarat kekuatan.
Potongan 2 (Gambar 5), di sini P = 15 cm, Besarnya momen 822,9 Ncm, Tingggi penampang pada potongan ini
adalah 60 mm, dan tebal penampang 2,5 mm, Modulus penampang W = 9,2 cm3, Tegangan yang diperoleh s =
0,89 N/mm2.
Dengan batasan tegangan yang ijinkan 80 N/mm2, dapat disimpulkan bahwa tegangan pada potongan-2 lengan
dewi-dewi sangat memenuhi syarat kekuatan.
SIMPULAN
Dari analisis yang dilakukan terhadap dimensi dan beban yang bekerja pada struktur penunjang dewi-dewi yang
bekerja saat peluncuran sekoci penolong dapat disimpulkan bahwa:
1.
2.
Kekuatan struktur penunjang dewi-dewi sangat baik
Penampang lengan berbentuk persegi berongga memperkuat dan baik dalam menahan beban pada berbagai
arah, karena dalam hal sekoci mengalami ayunan saat peluncuran atau penaikan maka kekuatan lengan akan
memadai untuk menahan beban.
ISBN : 978-979-127255-0-6
Group Teknik Perkapalan
TP5 - 6
Volume 6 : Desember 2012
PROSIDING 2012©
Arsitektur
Elektro
Geologi
Mesin
HASIL PENELITIAN FAKULTAS TEKNIK
Perkapalan
Sipil
SARAN
Karena IMO mensyaratkan dalam latihan penurunan sekoci, sekoci harus dalam keadaan berisi maka perlu
diperhitungkan factor kelelahan lengan karena frekuensi latihan yang relative tinggi.
DAFTAR PUSTAKA
Bansal, R.,K., (1998), Engineering Mechanics And Strength of Materials-1 Edition, Laxmi publications Limited,
Golden house, Daryaganj, New Delhi110002.
Beer, F.,P., Johnston, E.,R., DeWolf, J..T., (2004), Mechanics of Materials-3Edition, Tata McGraw-Hill
Publishing company limited, West patel nagar, New Delhi-110 008.
Biro Klasifikasi Indonesia, (2006), Rules for the Classification and Construction of Seagoing Steel Ships, Volume
2, BKI, Jakarta.
Delpero, Tommaso, et.,al., (2010), Finite Element Modeling with ANSYS, Swiss Federal Institute of Technology,
Zurich.
Fricke, Wolfgang, & Lehmann, Eike, (2003), Strukturanalyse von Schiffen, Technische Universitaet Hamburg,
Hamburg.
Fricke, Wolfgang, & Lehmann, Eike, (2004), Grundlagen der Schiffskonstruktion, Technische Universitaet
Hamburg, Hamburg.
Hughes, Owen, F., (1988), Ship Structural Design, a Rationally-Based Computer-Aided Optimozation Approach,
The Society of Naval Architecture and Marine Engineers, Jercey City.
Lehmann, Eike, (2005), Grundzuge des Schiffbau, Arbeitsbereich Schiffstechnische Konstruktionen und
Berechnungen, TU Hamburg, Hamburg.
Mario, Clerici, (2001), Finite Elemente Modellierung und Simulation von Geometrisch Exakten Timoshenko
Balken, Eidgenoessischen Technischen Hochschule Zurich, Zurich.
Khurmi, R.,S., & Gupta, J.,K., (1979), A textbook of Machine Design Multicolour Edition, S. Chand and
company, Ramnagar, New Delhi-110 055.
Paul, Dufour, (2012), The Basics of the Finite Element Method: Ansys Tips, www.ansys.belcan.com, diakses 10
Januari 2012.
Punmia, B.,C., (1965), Theory of Structures-Vol.2-3 rd Edition, Laxmi Publications Limited, Golden house,
Daryaganj, New Delhi-110002.
Puri, S.,K., (1978), Survival in Lifeboat and Liferaft 6th Edition, Marine Publications of India, E-75, Kirtinagar,
New Delhi – 110 015.
Schlüter, H.,J., (1999), Finite Element Method, Institut für Schiffstechnik Duisburg, Duisburg.
Taggart, Robert, (Ed), (1980), Ship Design and Construction, The Society of Naval Architecture and Marine
Engineers. New York.
Tayal, A.,K., (1989) Engineering Mechanics Statics and Dynamics-13Edition, Umesh Publications, 5-B, Nath
Market, Nai Sarak, New Delhi-110006.
Toogood, R.,W., (2001), Finite Element Method using Pro/ENGINEER and ANSYS, University of Alberta
ANSYS Tutorials - www.mece.ualberta.ca/tutorials/ansys/AU/ProE/ProE.html, diakses 10 Oktober 2012.
Zanic, Vedran, et.,al., (2012), Case Studies in Structural Design and Optimization, Faculty of Mechanical
Engineering and Naval Architecture, University of Zagreb. Zagreb, Croatia.
Volume 6 : Desember 2012
Group Teknik Perkapalan
TP5 - 7
ISBN : 978-979-127255-0-6
Analisis Kekuatan Struktur Davit…
Arsitektur
Elektro
ISBN : 978-979-127255-0-6
Geologi
Ganding Sitepu, Sunarto & Anggiat Panjaitan
Mesin
Perkapalan
Sipil
Group Teknik Perkapalan
TP5 - 8
Volume 6 : Desember 2012