Desain Pelabuhan 1 (18DPL1101)

Minggu-5: 20 Oktober 2020

Dosen: Maria A. N
 Silabus Kuliah
• Minggu-1 : Fungsi pelabuhan, jenis-jenis kargo dan kapal
• Minggu-2 : Metodologi perencanaan pelabuhan
• Minggu-3 : Perencanaan area perairan pelabuhan
• Minggu-4 : Perencanaan struktur dermaga
• Minggu-5 : Beban sandar kapal terhadap stuktur dermaga
• Minggu-6 : Beban tarik kapal terhadap stuktur dermaga
• Minggu-7 : Beban-beban lain yang bekerja dan desain material pada struktur dermaga
• Minggu-8 : UTS
• Minggu-9 : Perencanaan terminal pelabuhan
• Minggu-10 : Perencanaan terminal container
• Minggu-11 : Perencanaan terminal general cargo dan multipurpose
• Minggu-12 : Perencanaan terminal curah cair (liquid bulk terminal)
• Minggu-13 : Perencanaan terminal curah kering (dry bulk terminal)
• Minggu-14 : Perencanaan terminal Ro/Ro, ferry dan pelabuhan perikanan
• Minggu-15 : metode konstruksi struktur dermaga
• Minggu-16 : UAS
Pengetahuan Dasar Pembebanan
 Standard/Code
Standard Indonesia:
• SNI-1726-2010 : Standar Perencanaan Ketahanan Gempa untuk Struktur Bangunan Gedung.
• SNI 03-2847-2019 : Tata Cara Perhitungan Struktur Beton untuk Bangunan Gedung.

Standard International:
• BS 5400 : Steel, concrete and composite bridge
• BS 5950 : Structural use of steel work in building
• BS 6349-1-2000 : Maritime Structures: Code of Practice for General Criteria
• BS 6349-2-2010 : Maritime Structures: Code of Practice for the design of quay walls, jetties and dolphins
• BS 6349-4-1994 : Maritime Structures: Code of Practice for the design of fendering and mooring system
• BS-8002 : Code of Practice for Earth Retaining Wall
• BS-8004 : Code of Practice for Foundation
• BS-8110 : Structural use of concrete
• BS EN-1998 : Design of Structures for Earthquake Resistance
• JIS A 5335 : Pretensioned Spun Concrete Pile
• JIS A 5373 : Precast Prestressed Concrete Product
• ACI 543R-00 : Design, Manufacture, and Installation of Concrete Piles

International Guideline:
• PIANC WG33 : Guidelines for the Design of Fender System (2002)
• PIANC WG34 : Seismic Design Guidelines for Port Structures (2001)
• OCIMF (Oil Companies International Marine Forum) Guidelines for Mooring Equipments
• EAU 2004 : Recommendations of the committee for waterfront structures, harbours, and waterways, 2004
• ISPS : International Ship and Port Facility Security Code
• Imperial College ICP, Design methods for driven piles in sand and clays
 Perhitungan Pembebanan
❑ Pembebanan
➢ Beban Mati (Dead Load)
➢ Beban Mati Tambahan (Superimposed Load)
➢ Beban Hidup (Live Load)
➢ Beban Sandar Kapal (Berthing Load)
➢ Beban Tambat Kapal (Mooring Load)
➢ Beban Arus dan gelombang pada Tiang
➢ Beban Gelombang pada tepi dermaga
➢ Beban Gempa
 Perhitungan Pembebanan
❑ Beban Mati (Dead Load)
Beban mati adalah berat sendiri dari elemen struktur ditambah dengan berat material dan peralatan lainnya yang melekat
secara permanen kepada struktur tersebut (superimposed dead load) sebagai berikut:
➢ Beban beton bertulang, 24 kN/m3
➢ Baja structural, 77.3 kN/m3
➢ Beban fixed equipment (cth: conveyor, unloader, hopper) → diperoleh dari data manufaktur
➢ Superimposed dead load (lapisan aspal, fender, bollard, pipe rack, cable tray, dll)

❑ Beban Hidup (Live Load)

Beban hidup merupakan beban yang disebabkan oleh penggunaan atau operasional sehari-hari pada dermaga sesuai
dengan fungsi masing-masing komponen struktur sebagai berikut:
➢ Uniform load low conveyor
➢ Uniform load high conveyor
➢ Distributed uniform load on the unloading platform
➢ Mobile crane axle load
➢ Crane load
 Perhitungan Pembebanan
❑ Contoh penerapan pembebanan untuk struktur unloading platform dengan fixed crane

Untuk fixed ship unloader, beban momen akan sangat mempengaruhi konfigurasi dan jumlah tiang pancang. Jika
karakteristik tanah di lokasi dermaga mengindikasikan kedalaman lapisan tanah keras berada pada kedalaman dangkal,
maka kapasitas pull-out dan lateral tiang harus sangat diperhatikan. Ada kalanya lapisan keras (NSPT>50) akan sulit untuk
ditembus oleh tiang pancang baja sekalipun sehingga preboring perlu dipertimbangkan untuk mendapatkan kapasitas
uplift yang diperlukan.
 Perhitungan Pembebanan
❑ Contoh penerapan pembebanan untuk struktur unloading platform dengan rail mounted crane
 Perhitungan Pembebanan
❑ Contoh penerapan pembebanan crane pada struktur unloading platform
 Perhitungan Pembebanan
❑ Beban Sandar Kapal (Berthing Load)
Beban berthing terhadap struktur berthing dolphin disebabkan oleh reaksi fender ketika meredam energi berthing pada
saat kapal bersandar. Untuk perencanaan energi berthing, digunakan kecepatan sandar desain berdasarkan kriteria
berikut:
 Perhitungan Pembebanan
❑ Beban Tambat Kapal (Mooring Load)
Mooring merupakan sistem penambatan kapal dengan tali, rantai atau kabel yang diikatkan pada bollard. Pengikatan kapal
dengan sistem mooring ini bertujuan mencegah gerakan-gerakan pada kapal yang berlebihan (heave, yaw, pitch, sway, roll,
dan surge) karena gerakan kapal ini sangat berbahaya dan dapat menimbulkan benturan maupun gesekan yang cukup
besar.
Gaya mooring adalah gaya reaksi dari kapal yang bertambat. Pada prinsipnya gaya mooring merupakan gaya-gaya
horisontal yang disebabkan oleh angin dan arus. Sistem mooring ini dianalisa agar mampu mengatasi gaya-gaya akibat
kombinasi angin dan arus.
 Perhitungan Pembebanan
❑ Beban Arus pada Tiang
Gaya arus pada tiang pancang dihitung dengan persamaan Morrison
FD = 0.5CD vct 2 A
di mana :
FD = gaya drag akibat arus
CD = koefisien drag (CD = 1 untuk tiang pancang silinder)
ρ = rapat massa air laut (1025 kg/m3)
vct = kecepatan partikel air akibat arus
A = luas penampang bidang kontak tiang pancang

Di dalam SPM 1984 terdapat ketentuan nilai CM yang bergantung pada besarnya bilangan Reynolds, adapun ketentuannya sebagai berikut:
➢ Nilai CM = 2,0 jika Re < 2,5 х 105
U D
➢ Nilai CM = 2,5 jika 2,5 х 105< Re < 5 х 105 Re = max
➢ Nilai CM = 1,5 jika Re > 5 х 105 

Ketentuan nilai CD sebagai berikut:

➢ Nilai CD relatif konstan jika Re < 2 х 105
➢ Nilai CD relatif bervariasi jika 2 х 105 < Re < 5 х 105
➢ Nilai CD relatif konstan jika Re > 5 х 105
 Perhitungan Pembebanan
❑ Beban Gelombang pada Tiang
Gaya gelombang total merupakan jumlah dari gaya drag dan gaya
inersia, melalui persamaan Morrison dapat dituliskan:

F = dFd + dFi Syarat penggunaan persamaan Morison

D
 0,05
L
 Perhitungan Pembebanan
❑ Beban Gelombang pada Tepi Dermaga
Persamaan Tekanan Dinamis

  g  h cosh k (h + z )
p(x, z ) = cos(kx − t )
2 cosh kh

dimana
P = gaya tekan pada tepi
Gaya tekan pada tepi dermaga lantai dermaga (N/m)
s = jarak sisi bawah terhadap
l    g  H  cos(kx − t )
− S + l3 − S + l3 muka air (m)
P =  l 2  p( x, z , t )dz = 2  cosh k (h + z )dz l2 = panjang dermaga (m)
−S
2 cosh kh −S l3 = tinggi tepi dermaga (m)
l2    g  H  cos(kx − t )  1
d = kedalaman (m)

P=  k (sinh k (h − s + l3 ) − sinh k (h − s ))
H = tinggi gelombang di tepi
2 cosh kh dermaga (m)
 Perhitungan Pembebanan
❑ Beban Gempa
➢ Penentuan zona gempa mengikuti SNI-1726-2012 (atau SNI keluaran terakhir). Beban gempa
sebesar 100% pada satu arah horizontal dan 30% pada arah horizontal lain yang tegak lurus
diaplikasikan secara simultan pada setiap kombinasi pembebanan yang melibatkan beban
gempa.
➢ Beban gempa yang menjadi input data dalam pemodelan struktur dengan menggunakan
perangkat lunak SAP2000ataupun STAAD Pro merupakan respons spektrum gempa.
➢ Untuk dapat mengeluarkan respons spektrum gempa, maka diperlukan nilai percepatan gempa
0,2 detik (Ss) dan 1,0 detik (S1) untuk probabilitas yang disyaratkan.
➢ Nilai Ss dan S1 serta respons spektrum gempa dapat diperoleh dari
http://puskim.pu.go.id/Aplikasi/desain_spektra_indonesia_2011/
 Perhitungan Pembebanan
Peta Percepatan Puncak (PGA) di batuan dasar (SB) untuk probabilitas 2% dalam 50 tahun
 Perhitungan Pembebanan
Peta respon spektra percepatan 0.2 detik (Ss) di batuan dasar untuk probabilitas terlampau 2% dalam 50 tahun
 Perhitungan Pembebanan
Peta respon spektra percepatan 1.0 detik (S1) di batuan dasar untuk probabilitas terlampau 2% dalam 50 tahun
 Perhitungan Pembebanan
❑ Beban Gempa
 Perhitungan Pembebanan
❑ Kombinasi Pembebanan (Berdasarkan BS6349-2-2010)
 Perhitungan Pembebanan
❑ Contoh Penerapan Kombinasi Pembebanan (Berdasarkan BS6349-2-2010)
 Perhitungan Pembebanan
❑ Contoh Penerapan Kombinasi Pembebanan (Berdasarkan BS6349-2-2010)
 Perhitungan Pembebanan
❑ Contoh Penerapan Kombinasi Pembebanan (Berdasarkan BS6349-2-2010)
Beban Sandar dan Tambat
(Berthing & Mooring Load)
 Beban Sandar dan Tambat
Super cone fender Unit Element fender
❑ Fender
Jenis fender yang umum dipergunakan:
➢ High Performance Fender
a. Super cone fender
MV fender
b. Arch fender
c. Unit element fender Shear fender
V fender Cylindrical fender
➢ Modular Fender
a. MV element fender
b. V fender
➢ Multi-purposes Fender
a. Cylindrical fender
b. Shear fender
Pneumatic fender Roller fender Donut fender Seaguard fender
c. Composite fender
➢ Pneumatic and Rolling Fender
a. Pneumatic fender
b. Roller fender
➢ Foam Fender
a. Sea guard fender
b. Donut fender
Sumber gambar: Trelleborg fender system
 Beban Sandar dan Tambat
Unit Element fender
❑ Bollard
Jenis bollard yang umum dipergunakan:
➢ Tee bollard
➢ Horn bollard
➢ Kidney bollard

Tee Bollard Horn Bollard Kidney Bollard

Sumber gambar: Trelleborg mooring system

 Beban Sandar dan Tambat
❑ Beban Sandar Kapal (Berthing Load)
Beban berthing terhadap struktur berthing dolphin disebabkan oleh reaksi fender ketika meredam energi berthing pada saat kapal
bersandar. Untuk perencanaan energi berthing, digunakan kecepatan sandar desain sebesar 0.15 m/detik. Energi yang diberikan
oleh kapal terhadap struktur pada saat sandar dihitung dengan:
1 K 2 + R 2 cos 2   MD K2
EN = M D vB2 Ce Cm Cs Cc Ce = Cb = = Ce = 2
2 K 2 + R2 LBD LBD  sw K + R2
D
K = ( 0.19Cb + 0.11) L Cm = 1 +
2Cb B
dimana
EN : energi berthing dalam kondisi normal
MD : massa kapal (displacement tonnage)
vB : komponen kecepatan kapal saat berthing dalam arah tegak lurus dermaga.
Ce : koefisien eksentrisitas
Cm : koefisien massa hidrodinamik Catatan:
Cs : koefisien softness
Cc : koefisien konfigurasi berthing Penjelasan detail untuk penentuan nilai
K : jari-jari girasi kapal setiap koefisien dapat dilihat pada katalog
R : jarak dari lokasi kontak saat berthing terhadap pusat massa kapal
fender yang telah diupload di e-learning
ϒ : sudut kontak pada saat berthing
D : draft kapal
B : lebar kapal
 Beban Sandar dan Tambat
❑ Beban Tambat Kapal (Mooring Load)
Sistem Mooring Line terdiri dari:
➢ Stern Line
➢ After Breast Line
➢ Spring Line
➢ Head Line

Karakteristik Mooring Line tersebut dapat diuraikan sebagai berikut:

➢ Stern/Head Line dan Spring Line akan menahan beban angin/arus yang datang dari
depan maupun belakang kapal.
➢ Breast Line akan menahan beban angin/arus yang datangnya dari samping kapal.

Berdasarkan BS 6349, part 4, dapat ditentukan posisi titik tambat kapal (Bollard) sebagai
berikut:
➢ Stern Line dan Head Line membentuk sudut 45° terhadap axis memanjang dermaga.
➢ Spring Line membentuk sudut maksimum 15° terhadap axis memanjang dermaga.
➢ After dan Forward Breast Line membentuk sudut tegak lurus terhadap axis memanjang
dermaga.
 Beban Sandar dan Tambat
❑ Beban Tambat Kapal (Mooring Load)
Beban mooring dihitung mengikuti prosedur yang diberikan oleh British Standard BS6349-1, di mana gaya mooring
disebabkan oleh gaya angin dan arus yang dianggap bekerja bersamaan pada badan kapal yang sedang tambat.
Acuan ukuran bollard yang dapat digunakan apabila tidak cukup data yang memadai untuk menghitung gaya pada
masing-masing bollard berdasarkan BS6349-4.

Note:
Perhitungan beban tambat diperhitungkan terhadap kondisi ballast dan
full loaded barge/kapal
 Beban Sandar dan Tambat
❑ Beban Tambat Kapal (Mooring Load)
Gaya Mooring Pada Titik Tambat
Tali pengikat kapal untuk tiap-tiap gaya yang bekerja, diasumsikan
mempunyai karakteristik yang sama dan analisisnya harus
memperhitungkan pengaruh panjang tali dan sudut-sudut yang
dibentuk.

Fm. max
Rmooring =
cos  v  cos  h

Fm.max = gaya mooring maksimum (kg)

Rmooring = gaya mooring pada titik tambat (kg)
βv = sudut vertikal tali
βh = sudut horizontal tali
Beban Sandar dan Tambat
2
𝐹𝑇𝑊 = 𝐶𝑇𝑊 𝜌𝑎 𝐴𝐿 𝑣𝑊
Gaya angin pada badan kapal: 2
𝐹𝐿𝑊 = 𝐶𝐿𝑊 𝜌𝑎 𝐴𝐿 𝑣𝑊
di mana
FTW : gaya angin arah melintang kapal dalam kN
FLW : gaya angin arah memanjang kapal dalam kN
CTW : koefisien gaya angin melintang kapal
CLW : koefisien gaya angin memanjang kapal
ρa : rapat massa udara dalam kg/m3.
AL : luas proyeksi badan kapal yang berada di atas permukaan air
dalam arah memanjang, dalam m2.
AT : luas proyeksi badan kapal yang berada di atas permukaan air
dalam arah melintang, dalam m2.
vw : kecepatan angin dalam m/detik
Beban Sandar dan Tambat
Gaya arus pada badan kapal:
FTC = CTC CCT  Lbp d m vc2  10−4
FLC = CLC CCL  Lbp d m vc2  10−4

FTC : gaya arus arah melintang kapal dalam kN

FLC : gaya arus arah memanjang kapal dalam kN
CTC : koefisien gaya arus melintang kapal
CLC : koefisien gaya arus memanjang kapal
CCT : faktor koreksi kedalaman untuk gaya arus melintang kapal
CCL : faktor koreksi kedalaman untuk gaya arus memanjang kapal
ρ : rapat massa air atau air laut dalam kg/m3.
Lbp : length between perpendicular, dalam m.
dm : draft kapal rata-rata dalam m.
vc : kecepatan arus dalam m/detik.

Gaya angin dan arus pada arah longitudinal ditahan oleh spring line
mooring. Untuk gaya transversal, masing-asing bollard dianggap menerima
setengah gaya transversal (jika menggunakan 4 titik mooring), atau
sepertiga gaya transversal (jika menggunakan 6 titik mooring).
 Exercise
Energi & Pemilihan Fender
 Perhitungan Energi Sandar Kapal
Diketahui kapal bulk carrier dengan data sebagai berikut:
➢ DWT kapal : 30.000 ton
➢ Displacement kapal : 36.700
➢ Length Over All (LOA) : 176 m
➢ Length Between Perpendicular (LBP) : 167 m
➢ Beam : 26.1 m
➢ Full Loaded Draft : 10.3 m
➢ Kedalaman kolam di area sandar pada saat LWS : 11.5 m

Kapal akan bersandar di pelabuhan yang terlindung oleh breakwater dengan proses sandar dikategorikan sulit.

Tugas Anda:
➢ Hitung berthing velocity kapal. Pergunakan table pada file Katalog Fender yang telah diupoad di elearning
➢ Hitung energi sandar (berthing energy) kapal
➢ Tentukan jenis fender yang sesuai dan reaksi fender (fender reaction)