Abstrak — Umur  kelelahan  ( fatigue  life )  dari  struktur  kapal tanker  dapat  dianalisis  dengan  menggunakan  pendekatan- pendekatan  standar  pada Common  Structural  Rules  for  Double Hull  Oil  Tanker .  Analisis  dilakukan  dengan  metode  elemen hingga  yang  difokuskan  pada  konstruksi bracket kapal  tanker 17500  LTDW.  Konstruksi bracket merupakan  salah  satu penopang  yang  esensial  pada  kapal  sehingga  perlu  diketahui letak bracket dengan  tegangan  paling  besar  untuk  dihitung  nilai umur kelelahannya. Kapal ini dimodelkan dengan menggunakan finite  element  software .  Bagian  yang  dimodelkan  adalah  tiga ruang  muat  di midship . Fatigue  life yang  dianalisa  merupakan pengaruh  dari  beban sloshing muatan  tangki  (beban  internal). Kondisi  pembebanan  dilakukan  pada  4  macam  tinggi  pengisian muatan yaitu ketinggian 0.3h, 0.6h, 0.7h, dan 0.95h, dan masing- masing  kondisi  mempunyai  variasi  dari roll  angle  motion yang dihitung  sesuai  persamaan-persamaan  dalam CSR. Tegangan pada bracket diambil dari salah satu web frame yang mempunyai tegangan  terbesar  di  setiap  kondisi  pembebanannya  untuk dianalisa fatigue  life nya.  Hasil  menunjukkan  bahwa bracket dengan  tegangan  paling  besar  terjadi  pada  sambungan bracket pada web  frame nomor  4  pada  ruang  muat  belakang.  Umur kelelahan  pada  masing-masing  kondisi  adalah  450  tahun  pada Kondisi 1 (0.3h), 84 tahun  pada Kondisi 2 (0.6h), 76 tahun pada Kondisi  3  (0.7h),  dan  137  tahun  pada  Kondisi  4  (0.95h).  Umur kelelahan  paling  rendah  terdapat  pada  kondisi  pembebanan  3 dengan tinggi muatan 0.7h yaitu sebesar 76 tahun.
Kata Kunci — CSR, bracket, analisa tegangan, fatigue  life .

## I. PENDAHULUAN
EKNOLOGI  eksplorasi  dan  eksploitasi  minyak  semakin meningkat  seiring  dengan  meningkatnya  kebutuhan minyak  yang  berdampak  pada  semakin  pesatnya  pencarian sumber  minyak  di  laut  dalam.  Oleh  karena  itu  dibutuhkan kapal  –  kapal  pengangkut  minyak  baik  mentah  maupun produk  dari drilling  site atau extraction  point ke  tempat penyulingan  atau  daratan.  Salah  satunya,  yakni  dengan menggunakan oil tanker.
Agar dapat bertahan selama masa operasinya, suatu struktur konstruksi  didesain  untuk  mampu  bertahan  dari  berbagai beban  kerja  yang  dialaminya.  Secara  prinsip,  selama  beban kerja  yang  dialami  tidak  melewati  batas  maksimum  yang ditentukan maka kegagalan struktur tidak akan terjadi. Namun apabila  beban  tersebut  diberikan  berulang-ulang  secara  terus- menerus,  walaupun  beban  yang  diberikan  berada  di  bawah batas  maksimum  desain,  maka  perhatian  khusus  perlu diberikan.
Untuk  menghindari  kegagalan  akibat  kelelahan  selama masa  pengoperasian  suatu  struktur  maka  perlu  dilakukan
analisa  kelelahan  ( fatigue ).  Pada  studi  ini,  fokus  analisis dilakukan  pada  konstruksi bracket karena bracket dianggap sebagai  salah  satu  penopang  yang  esensial.  Oleh  karena  itu, perlu  diketahui  letak bracket dengan  tegangan  paling  besar dan  besar fatigue  life nya.  Nilai  tegangan  akan  diperoleh berdasarkan  analisa  tegangan  yang  dilakukan  dengan  metode numerik elemen hingga.
Regulasi  yang akan dipakai sebagai acuan adalah Common Structural Rules for Double Hull Oil Tanker (2014). Pada CSR dijabarkan  cukup  jelas  dan  lengkap  mengenai  aturan-aturan tentang perhitungan fatigue .

## II. TINJAUAN PUSTAKA

## A. Analisis Kelelahan
Kelelahan (fatigue) sangat  mempengaruhi  retak (crack) yang  terjadi  pada  struktur  detail  sambungan  [1].  kelelahan (fatigue) telah  menjadi  hal  yang  dipertimbangkan  dalam kekuatan  kapal  yang  sudah  beroperasi  lama  maupun  kapal yang  baru  beroperasi.  Dalam  penelitian  sebelumnya, Kurnianto  [2]  telah  melakukan  penelitian  tentang  perkiraan umur  konstruksi  FPSO  konversi  dari  tanker  dengan  analisis fatigue dengan dua metode yaitu deterministic dan simplified . Hasil  menunjukkan  bahwa  metode simplified lebih  akurat. Metode simplified adalah  metode  perhitungan fatigue dengan mempertimbangkan  probabilitas  dari  kejadian  gelombang yang  terdistribusi  secara  acak,  dengan  adanya  faktor Weibull Shape Parameter . Faktor weibull digunakan dalam perhitungan fatigue menurut CSR .
Septiana [3] telah melakukan perhitungan perkiraan fatigue life dari bracket kapal tanker berdasarkan Common Structural Rules for  Double Hull Oil Tanker. Kapal tersebut  merupakan kapal  tanker single  hull yang  dihitung  umur  kelelahan bracket nya  mengguanakan  beban  statis  dan  dinamis  akibat muatan  tangki  dan  gelombang.  Oleh  karena  itu,  dalam penelitian  ini  digunakan  beban  yang  berbeda  yaitu  beban sloshing tangki  dengan  persamaan  pendekatan  berdasarkan Common Structural Rules for Double Hull Oil Tanker (2014) . Anwar  [4]  telah  melakukan  analisa sloshing pada  tangki LNG  akibat  pengaruh  gerakan heaving dan pitching kapal pada gelombang reguler. Analisa dilakukan dengan menggukanan frekuensi sloshing yang sama dengan frekuensi gerakan  kapal  pada  kondisi heaving dan pitching secara bersamaan  ( coupled ).  Sehingga  dapat  ditentukan  lokasi tekanan  terbesar  yang  terjadi  dalam  dinding  tangki  membran

## Analisis Fatigue Life pada Bracket Oil Tanker dengan Beban Sloshing
Muhamad Gifari Rusdi, M. Nurul Misbah, dan Totok Yulianto Departemen Teknik Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
e-mail : mnmisbah@na.its.ac.id
T
kapal LNG pada ketinggian cairan 30%, 50%, dan 80% tinggi tangki.  Oleh karena itu, pada penelitian ini digunakan asumsi frekuensi sloshing adalah  sama  dengan  frekuensi  gerakan kapal tanpa melibatkan beban dinamis gelombang.

## B. Faktor Korosi
Tebal  pelat  yang  ada  pada  struktur  harus  ditambahkan faktor  korosi.  Penambahan  faktor  korosi  berbeda  pada  tiap- tiap  bagian  karena  beban  yang  diterima  berbeda.  Perhitungan menggunakan tebal aktual ditambahkan
-0.5t corr .
Gambar 1. Corrossion Addition ( CSR , 2014)

## C. Pembebanan
Menurut CSR [5],  beban  dibagi  menjadi  4  macam,  yaitu beban  statis,  beban  dinamis,  beban sloshing ,  dan  beban impact .  Namun  dalam  penelitian  ini  hanya  menggunakan beban sloshing muatan  dengan  variasi  tinggi  muatan  dan pengaruh  akibat  gerak rolling kapal  tanpa  melibatkan  beban dinamis gelombang air laut.
1) Beban Sloshing
(1) P slh-t adalah beban sloshing tangki dalam kN/m 2

## 2) Roll Motion
(2)
U roll adalah natural roll period dalam detik ( secs )
(3) θ adalah  sudut  dari natural  roll  period dengan  satuan radian (rad).
Beban sloshing akibat  gerakan  muatan  searah  melintang merupakan  nilai  yang  konstan  untuk  tiap  tinggi  pengisian muatan  dimulai  dari  0.05  hmax  sampai  0.95  hmax  dengan kenaikan  setiap  0.05  hmax.  Dalam  studi  ini  variasi  kondisi tinggi  pengisian  muatan  yang  digunakan  dibagi  menjadi  4 kondisi  pembebanan  yaitu,  0.3h,  0.6h,  0.7h,  dan  0.95h. Sedangkan  untuk  sudut roll θ ( roll  angle )  dari natural  roll period kapal yang digunakan adalah 30°.

## D. Kurva S-N
Hubungan  antara  rentang  tegangan  dan  jumlah  kejadian ( cycle ) untuk mengalami kegagalan struktur adalah fungsi dari tipe  sambungan,  lingkungan,  dan  ketebalan  pelat.  Untuk analisis  kelelahan  berdasarkan  pendekatan  tegangan  nominal, sambungan  las  dibagi  menjadi  beberapa  klas.  Tiap  klas memiliki  desain  kurva  S-N  yang  berbeda.  Pada  struktur sambungan  las,  S-N  diagram  merupakan  cara  paling  umum yang  digunakan  dalam  menentukan  kapasitas  kelelahan.  S-N diagram  menunjukan  hubungan  antara  rentang  tegangan  (S) dari  tegangan  nominal  terhadap  jumlah  siklus  yang  dialami untuk  mecapai  kegagalannya  (N).  Jumlah  siklus  kegagalan diperoleh  berdasarkan  pengujian  beban  amplitudo  konstan terhadap material yang diujikan hingga terjadi kegagalan [6].
Kekuatan  sambungan  las  dengan  kekuatan  kelelahan dicirikan  dengan  kurva  S-N  yang  memberikan  hubungan rentang  tegangan  yang  terjadi  pada  suatu  detil  struktur  dan jumlah siklus beban amplitudo konstan untuk kegagalan.
Gambar 1. Kurva S-N Sambungan Las

## III. METEDOLOGI PENELITIAN

## A. Pengumpulan Data
Pengumpulan data bertujuan untuk memperoleh data primer dan/atau  data  sekunder  yang  berkaitan  dengan  kasus  yang akan  dikaji  dalam  studi  ini.  Kapal  yang  digunakan  sebagai kajian  dalam  studi  ini  adalah  kapal  Tanker Double  Hull 17.500 LTDW. Data ukuran utama kapal tersebut ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Ukuran Utama Kapal Tanker 17500 LTDW Description Quantity Displacement (Δ) 17500  Ton Length Overall (L OA ) 157.50  m Length Perpendicular (L PP ) 149.50  m Breadth Moulded (B) 27.70    m Depth (D) 12.00    m Draft (T) 7.00      m Service Speed (V S ) 13.0 Knots

## B. Pemodelan
Pada penelitian ini dilakukan pemodelan pada 3 ruang muat di  daerah  midship  dengan  menggunakan finite  element software .  Setelah  dibuat  3  ruang  muat,  material  properties
dimasukkan  pada  model  (tebal  pelat,  ukuran  profil,  modulus elastisitas, jenis baja). Kemudian dilakukan pembuatan model yang meliputi:
1) Keypoint 2) Line 3) Area 4) Meshing
5) Kondisi batas
Setelah  model  selesai,  kemudian  dilakukan  perhitungan tegangan akibat beban yang diinputkan pada model.

## C. Perhitungan Kelelahan
Perhitungan fatigue dari  struktur  kapal  tanker  ini berdasarkan  penerapan  aturan Palmgren-Miner  Cumulative Damage dimana  ketika fatigue  damage  ratio ,  DM  memiliki nilai  lebih  dari  1  maka  dapat  dipastikan  bahwa  struktur tersebut tidak diterima atau mengalami kegagalan. Perhitungan cumulative  fatigue  damage dilakukan  untuk mengetahui  besar  akumulasi  kerusakan  kelelahan  akibat masing-masing kondisi pembebanan.
Dihitung  DM i untuk  tiap  kondisi  pembebanan  baik  tanpa rolling maupun  dengan rolling .  Setelah  itu  menjumlahkan keseluruhan cumulative  fatigue  damage DM  yang  timbul. Kemudian  umur  kelelahan  dari  suatu  struktur  sambungan lasan pada bracket dapat dihitung nilainya.

## IV. ANALISIS DAN PEMBAHASAN

## A. Kondisi Pembebanan 1
Kondisi  Pembebanan  1  adalah  input  beban  pada  model dengan  tinggi  pengisian  muatan  0.3h  serta  variasi  sudut roll 30°  kiri  dan  kanan.  Hasil  tegangan  kondisi  pembebanan  1 ditunjukkan pada Tabel 2.
Tabel 2. Hasil Tegangan Kondisi Pembebanan 1 Kondisi muatan Sambungan Frame σ MAX (N/mm 2 ) tanpa roll angle bracket dengan web frame 4 35.1 roll angle θ 30° kiri bracket dengan web frame 4 33.7 roll angle θ 30° kanan bracket dengan web frame 4 33.3

## B. Kondisi Pembebanan 2
Kondisi  Pembebanan  2  adalah  input  beban  pada  model dengan  tinggi  pengisian  muatan  0.6h  serta  variasi  sudut roll 30°  kiri  dan  kanan.  Hasil  tegangan  kondisi  pembebanan  2 ditunjukkan pada Tabel 3.
Tabel 3. Hasil Tegangan Kondisi Pembebanan 2 Kondisi muatan Sambungan Frame σ MAX (N/mm 2 )
tanpa roll angle bracket dengan web frame 4 50 roll angle θ 30° kiri bracket dengan web frame 4 49.8 roll angle θ 30° kanan bracket dengan web frame 4 50.5

## C. Kondisi Pembebanan 3
Kondisi  Pembebanan  3  adalah  input  beban  pada  model dengan  tinggi  pengisian  muatan  0.7h  serta  variasi  sudut roll 30°  kiri  dan  kanan.  Hasil  tegangan  kondisi  pembebanan  3 ditunjukkan pada Tabel 4.
Tabel 4. Hasil Tegangan Kondisi Pembebanan 3 Kondisi muatan Sambungan Frame σ MAX (N/mm 2 ) tanpa roll angle bracket dengan web frame 4 50.8 roll angle θ 30° kiri bracket dengan web frame 4 51.4 roll angle θ 30° kanan bracket dengan web frame 4 52

## D. Kondisi Pembebanan 4
Kondisi  Pembebanan  4  adalah  input  beban  pada  model dengan  tinggi  pengisian  muatan  0.95h  serta  variasi  sudut roll 30°  kiri  dan  kanan.  Hasil  tegangan  kondisi  pembebanan  4 ditunjukkan pada Tabel 5.
Tabel 5.
Hasil Tegangan Kondisi Pembebanan 4 Kondisi muatan Sambungan Frame σ MAX (N/mm 2 ) tanpa roll angle bracket dengan web frame 4 44.3 roll angle θ 30° kiri bracket dengan web frame 4 45.2 roll angle θ 30° kanan bracket dengan web frame 4 44.4

## E. Faktor Konsentrasi Tegangan
Faktor  konsentrasi  tegangan  terjadi  pada  detil  struktur akibat  adanya  diskontinuitas  seperti  lubang  atau  retakan. Semua  faktor  konsentrasi  tegangan  yang  berpengaruh  pada kondisi  sambungan  harus  diperhatikan  dan  dimasukkan  ke dalam perhitungan. Faktor-faktor konsentrasi tegangan seperti K gl ,  K gh ,  K df ,  serta  K dA harus  diperhitungkan  untuk menentukan nilai faktor konsentrasi tegangan total K.
Untuk  mendapatkan  rentang  tegangan  yang  digunakan dalam menghitung cumulative fatigue damage , maka tegangan maksimum pada sambungan pada semua kondisi pembebanan harus  dikalikan  dengan  faktor  konsentrasi  tegangan  K  sesuai dengan  Tabel  6.  sehingga  akan  didapatkan  rentang  tegangan S Ri .
Tabel 6. Faktor Konsentrasi Tegangan
Tipe Sambungan Class SCF K gl K gh K dF K F2 1.05 1.05 1.1 1.21275

## F. Kurva S-N
Berdasarkan  kurva  S-N  yang  terdapat  dalam Common Structural  Rules  for  Double  Hull  Oil  Tanker ,  nilai  K 2 bergantung  pada class sambungan  struktur  yang  digunakan. Perhitungan  menggunakan  pendekatan  kurva  S-N  dilakukan untuk  mendapatkan  nilai  K 2 yang  digunakan  sebagai  input untuk menghitung nilai cumulative fatigue damage DM i . Nilai K 2 berdasarkan kurva S-N pada CSR ditunjukkan seperti pada Tabel 7.
Tabel 7. Data Class Sambungan Kurva S-N pada CSR Class m K 2 S q B 4 1.01E+15 100.2 C 3.5 4.23E+13 78.2 D 3 1.50E+12 53.2 E 3 1.04E+12 47.0 F 3 6.30E+11 39.8 F2 3 4.30E+11 35.0 G 3 2.50E+11 29.2 W 3 1.60E+11 25.2
Sambungan  yang  dianalisis  dalam  penelitian  ini  termasuk kedalam class F2,  maka  nilai  K 2 yang  digunakan  adalah 4.3x10 11

## G. Cumulative Fatigue Damage
Setelah  melakukan  analisis  tegangan  dan  kemudian mengalikan  tegangan  maksimum  dengan  faktor  konsentrasi tegangan  K,  maka  selanjutnya  dilakukan  perhitungan akumulasi  kerusakan  akibat  kelelahan  ( cumulative  fatigue damage ).  Tegangan  yang  digunakan  adalah  nilai  tegangan maksimum  pada  tiap  kondisi  pembebanan  karena  pada  nilai tegangan  yang  paling  tinggi  sangat  rawan  terjadinya  retak awal yang dapat berakibat pada retak menjalar.
(4)
Dimana:
N L = jumlah cycle pada umumnya memiliki nilai 0.6x10 8 dan 0.8x10 8 cycles untuk design life 25 tahun f 0 = 0.85, faktor yang diambil dari perhitungan non sailing time for operations seperti saat loading dan unloading , perbaikan, dan lain-lain U = 0.788x10 9 , design life dalam detik untuk design life 25 tahun
L = panjang konstruksi dalam meter
m = parameter kurva S-N K 2 = parameter kurva S-N α 1 = 0.5 untuk kondisi full load α 2 = 0.5 untuk kondisi normal ballast S R i = stress range pada probabilitas level of 10 -4 dalam N/mm 2 N R = 10000, jumlah cycle berdasarkan level of 10 -4 ξ  = weibull probability distribution parameter
Γ  = gamma function μ i = koefisien diambil dari kurva S-N
(5)
v i = (6)
S q = nilai tegangan pada intersection kurva S-N dalam N/mm 2 Δm = 2, slope dari kurva S-N ϒ (a,x) = incomplete gamma function
Tabel 8. Cumulative Fatigue Damage
Kondisi Pembebanan Sambungan DM i Kondisi 1 Bracket dengan webframe 0.055500961 Kondisi 2 Bracket dengan webframe 0.296959750 Kondisi 3 Bracket dengan webframe 0.329873761 Kondisi 4 Bracket dengan webframe 0.183145353

## H. Umur Kelelahan (Fatigue Life)
(7)
Umur  kelelahan  yang  didapat  harus  mendekati  atau melebihi  besar  dari design  life kapal.  Berdasarkan CSR , kriteria design  life untuk  konstruksi  kapal  adalah  25  tahun. Dengan  menggunakan persamaan tersebut  maka akan didapat umur  kelelahan  dari  setiap  sambungan  struktur  untuk  tiap kondisi pembebanannya.
Tabel 9. Fatigue Life Struktur Kondisi Pembebanan DM i Fatigue Life (Tahun) Kondisi 1 0.035969106 450 Kondisi 2 0.199522899 84 Kondisi 3 0.222369543 76 Kondisi 4 0.121330148 137
Dari perhitungan umur kelelahan pada Tabel 9. diatas dapat diketahui  bahwa  umur  konstruksi bracket yang  terendah terdapat  pada  kondisi  3  dengan  umur  kelelahan  sebesar  76 tahun.  Namun,  umur  kelelahan  tersebut  masih  memenuhi kriteria yang disyaratkan oleh CSR yaitu lebih dari 25 tahun.

## V. KESIMPULAN DAN SARAN
Setelah  dilakukan  percobaan  dan  penelitian  dari  ketiga kondisi  pembebanan  model  maka  kesimpulan  dari  Studi  ini adalah sebagai berikut:
1. Lokasi tegangan yang paling tinggi rata-rata terjadi pada sambungan bracket di webframe nomor 4;
2. Nilai  umur  kelelahan  ( fatigue  life )  pada bracket untuk masing-masing kondisi pembebanan, yaitu:
a) Pada kondisi tinggi pengisian muatan 0.3h umur kelelahannya adalah 450 tahun
b) Pada kondisi tinggi pengisian muatan 0.6h umur kelelahannya adalah 84 tahun
c) Pada kondisi tinggi pengisian muatan 0.7h umur kelelahannya adalah 76 tahun
d) Pada  kondisi  tinggi  pengisian  muatan  0.95h umur kelelahannya adalah 137 tahun
3. Umur  kelelahan  dapat  mencapai  450  tahun  dikarenakan asumsi  frekuensi  yang  digunakan  adalah  frekuensi gerakan  kapal  tanpa  adanya  frekuensi sloshing dalam tangki dan tekanan hidrostatik gelombang;
4. Fatigue life struktur yang dianalisa memenuhi persyaratan CSR yaitu lebih dari 25 tahun.
Beberapa  hal  yang  dapat  disajikan  sebagai  saran  pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Pada  penelitian  ini  digunakan  pembebanan  lokal  statis muatan.  Namun  pada  kondisi  sebenarnya  terjadi berbagai  macam  pembebanan  yang  dialami  struktur
konstruksi  kapal.  Untuk  mendapatkan  hasil  yang  lebih valid dan akurat maka penelitian ini dapat dikembangkan dengan menambah pembebanan dinamis.
2. Perlu  dilakukan  pemeriksaan  UT  ( ultrasonic )  berkala untuk  mengetahui  laju  pengurangan  pelat  pertahun sehingga  tebaal  pelat  kapal  yang  digunakan  sebagai input adalah tebal pelat kapal terbaru.

## VI. UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang terkait dengan penelitian ini.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] &  J.  M.  C.  G.E.  Horn,  Y.K.  Chen, Safehull  Fatigue  Assessment  of Ship Structural  Details .  New  York:  American Bureau  of  Shipping, 1999.
[2] P.  Kurnianto,  “Perkiraan  Umur  Konstruksi  FPSO  Konversi  dari Tanker  dengan  Analisis  Fatigue,”  Institut  Teknologi  Sepuluh Nopember, 2012.
[3] D.  Septiana,  “Perkiraan  Fatigue  Life  pada  Bracket  Kapal  Tanker Berdasarkan Common Structural Rules,” Institut Teknologi Sepuluh Nopember, 2012.
[4] M.  A.  Syaiful,  “Simulasi  Sloshing  pada  Dinding  Tanki  Tipe Membran  Kapal  LNG  Akibat  Gerakan  Heaving  dan  Pitching  di Gelombang Reguler,” Institut Teknologi Sepuluh Nopember, 2013.
[5] IACS, Common Structural Rules for Double Hull Oil Tankers . Italy: RINA, 2014.
[6] K.  P.  Owen,  F.  H.,  &  Jeom, Ship  Structural  Analysis  and  Design . New Jersey: The Society of Naval Architects and Marine Enginner, 2010.