Jenis Pembebanan Yang Bekerja Pada Kapal (Ship Stresses)

Jenis Pembebanan Yang Bekerja Pada Kapal (Ship Stresses) - Kapal sebagai alat transportasi yang bergerak di laut terdapat hambatan dan pembebanan yang terjadi padanya. Tidak sedikit kapal yang mengalami kerusakan atau deformasi ketika berlayar karena faktor gelombang laut yang bekerja padanya. Sehingga kapal harus di design sedemikian rupa agar mempunyai kekutan dan ketahanan terhadap beban dan gaya yang bekerja padanya. Gaya atau pembebanan yang terjadi pada kapal dapat terjadi pada seluruh bagian kapal atau terjadi pada lokasi/ bagian-bagian tertentu saja pada kapal (local stress). Secara umum gaya yang bekerja pada kapal dapat dibagi menjadi 2 yaitu:

1. Gaya Statis: Terdapat 2 gaya yang bekerja pada gaya statis ini yaitu Gaya Internal (Internal Force) dan Gaya Eksternal (Eksternal Force). Gaya internal disebabkan dari berat struktur kapal itu sendiri, kargo serta berat dari mesin & peralatan kapal. sedangkan gaya eksternal berasal dari tekanan hidrostatik dari air terhadap kapal.
2. Gaya Dinamis: Disebabkan oleh pergerakan kapal di laut, angin, gelombang dan efek pengoperasian permesinan (getaran).

Jenis Pembebanan (Stresses) yang terjadi pada Kapal

1. Hogging dan Sagging

Ketika kapal berlayar di laut maka terdapat gelombang laut yang menghasilkan gerakan naik turun berupa puncak (crest) dan lembah (trough) gelombang. Gerakan gelombang laut ini akan menyebabkan bending moment, vertical shear forces, dan tegangan pada kapal. Pembebanan yang terjadi pada kapal tersebut akan bergantung pada pendistribusi berat yang dilakukan di atas kapal terhadap kondisi bouyancy yang terjadi akibat gelombang laut. Terdapat 2 jenis pembebanan yang terjadi yaitu:

• Hogging : Pembebanan/ Tegangan yang terjadi ketika kapal tersebut memiliki berat yang berlebih di ujung-ujung kapal dan terjadi gaya keatas (bouyancy) akibat gelombang laut pada bagian tengah kapal (midship) sehingga kapal akan terjadi bending pada bagian tengah kapal. Ketika Hogging maka bagian deck kapal akan mengalami tegangan (tension) dan plat bottom kapal akan mengalami compression. [Puncak Gelombang berada ditengah kapal dan kedua ujung kapal lebih rendah dari midship]
• Sagging :Pembebanan/ Tegangan yang terjadi ketika bagian tengah kapal (midship) memiliki beban berlebih dan terjadi gaya keatas (bouyancy) akibat gelombang laut pada bagian ujung-ujung kapal sehingga kapal akan terjadi bending pada bagian ujung-ujung kapal. Ketika Sagging maka bagian deck kapal akan mengalami compression dan plat bottom kapal akan mengalami tegangan (tension). [Puncak Gelombang berada di ujung-ujung kapal dan bagian midship kapal lebih rendah dari ujung-ujung kapal]

2. Racking

Ketika kapal mengalami rolling di laut, maka akan menghasilkan gaya yang bekerja pada struktur kapal yang cendurung untuk memutarbalikan (Distortion) pada transversal kapal dan dapat menyebabkan deformasi pada bagian samping dan ujung kapal. Dek kapal juga akan bergerak ke samping relatif dengan struktur bagian bawah lambung kapal dan sisi plat samping yang bergerak secara vertical ke bagian sisi lainnya. Tipe pembebanan ini dapat membuat deformasi yang dinamakan Racking.

Efek pembebanan ini sangat terasa pada saat kapal berada pada kondisi tidak ada kargo atau ballast condition. Racking ini mempengaruhi atau berdampak pada ujung bagian kapal sebagai contoh adalah tank side brackets dan beem kness. Dimana struktur bagian kapal yang terpengaruh pada racking harus di design sedemikian rupa untuk dapat menahan tegangan/ pembebanan tersebut secara berulang-ulang. Transverse Bulkhead, frame dan web frame harus dapat menahan racking stresses yang dialami oleh kapal.

3. Panting

Jenis pembebanan yang terjadi pada bagian ujung kapal (bow & stem) karena variasi pada water pressure (tekanan air) pada plat kapal ketika kapal mengalami gerakan pitching di laut. Efek ini secara jelas terasa pada bagian haluan kapal ketika kapal bergerak maju di air. 

Untuk mengatasi hal ini maka konstruksi bagian haluan kapal diperkuat sepanjang 0,15 L aft Fore Peak (FP). Panting Stringer dipasangkan dengan jarak tidak lebih dari 2,0m per tiap bagiannya. Stringer dipasang pada shell frame dan panting beam dipasang sebagai frame dibawah setiap panting stringer. Pillar dipasang pada bagian tengah bulkhead yang mengikat pada panting beam. Deep plate floor dipasang pada setiap frame pada setiap ujungnya. Antara collision bulkhead (sekat tubrukan) dan 15%L aft Fore Peak (FP), maka dipasang intercostal stringers sejajar dengan panting stringer.

4. Slamming / Pounding

Slamming/ Pounding terjadi ketika kapal sedang mengalami heaving dan pitching, dimana haluan kapal terangkat keluar dan turun masuk kembali ke dalam air sehingga terjadi Slamming Effect. Efek pembebanan ini terjadi pada bagian bottom shell aft dari collision bulkhead. Slamming/ Pounding terjadi pada rentang 10-25% panjang kapal dari bagian haluan (bow) kapal.

Kapal muatan yang sedikit lebih rentan mengalami slamming/ pounding ini dan mungkin harus mengurangi kecepatan hingga 40%. Untuk mengatasi ini maka bagian bawah kapal lebih 30% dari haluan harus harus diperkuat dengan penegar dan penguat terlebih untuk kapal dengan panjang lebih dari 65 meter dan forward draught kurang dari 0,045L. Plate floor dipasang pada setiap frame (transverse framing) atau sebagai alternatifnya maka intercoastal side girder tidak boleh lebih dari 2,2 meter. Fore strake pada shell plating harus dipertebal di daerah terjadi slamming/ pounding ini.

5. Torsional Stresses

Torsional Stress terjadi jika sebuah kapal dikenai pitching dan rolling pada saat yang sama yaitu menerima gelombang pada salah satu haluan, kapal cenderung untuk memutar secara longitudinal. Kapal yang bergerak miring kesamping yang dikenal oleh gaya maka akan terjadi righting moment (momen pembalik) yang berlawanan arah sehingga hal tersebut yang membuat twisting (puntiran) pada kapal. Spesific Girder Box dipasang sepanjang hatch side pada kapal beserta continous hatch coaming dan bullwark untuk menahan pembebanan ini. 

6. Pembebanan Lokal pada muatan (Localized Loading)

Muatan yang berat seperti peralatan dan mesin kapal di ruang mesin termasuk kargo, dapat meningkatkan stress (pembebanan) lokal sehingga menyebabkan distorsi pada transverse section. Fitting dan penegar pada transverse bulkhead, deep plate floor dan web frame dapat mengurangi stress yang terjadi pada kapal. 

7. Pembebanan pada sambungan

Pembebanan dapat terjadi pada area tertentu dalam struktur kapal dimana stress akan meningkat lebih besar daripada bagian lainnya. Hal ini terjadi pada sambungan-sambungan seperti hasil pengelasan, rolling dan bending. Contoh dari pembebanan ini adalah

• Sambungan pada ujung-ujung shipstructure yang dapat meningkatkan localized stress sehingga menyebabkan crack pada plat
• Holes cut pada plat deck yang membuat local stress meningkat akibat adanya sambungan yang dibuat untuk bukaan
• Stress yang tinggi pada ujung hatch (bukaan) yang dapat menyebabkan crack

8. Water Pressure

Tekanan air (water pressure) pada setiap kedalaman air terjadi karena berat air pada suatu titik. Tekanan air dapat berbeda-beda tergantung kedalaman air dan berat jenis air (densitas). 

P = w x A x h

dimana,

• w = berat jenis air (ton/m3)
• h = kedalaman air (m)
• A = luasan (m2)

Tekanan air akan meningkat sejalan dengan kedalaman air dan pastinya pada plat dibawah air. Transverse section pada kapal dikenai tekanan statik dari air dengan tambahan pembebanan yang dihasilkan dari berat muatan dan struktur kapal itu sendiri. Pembebanan ini dapat diatasi dengan adanya frames, bulkhead, floor, dan girder.

9. Liquid Pressure pada Struktur Tangki

Bentuk, ukuran, lokasi dan kegunaan tangki pada kapal sangat dibutuhkan untuk menyimpan muatan cair. Sehingga tangki tersebut harus dibuat sedemikian rupa untuk menahan tekanan cairan yang bekerja padanya. Tangki harus dibuat sedemikian rupa sesuai dengan regulasi IMO dan Klasifikasi untuk dapat menahan adanya tekanan yang bekerja pada struktur tangki selama adanya loading dan discharging, ballasting dan deballasting selama pengoperasian kapal. Tekanan pada titik dalam tangki tergantung pada kedalamannya dibawah permukaan cairan bebas.

Share :