ISSN: 1907-9931 (print), 2476-9991 (online)

## ANALISIS FATIGUE PADA STRUKTUR KAPAL PENANGKAP IKAN 30 GT
STRUCTURE ANALYSIS OF FATIGUE IN 30 GT FISHING VESSEL
Budianto*
Teknik Desain dan Konstruksi Kapal, Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya, Indonesia *Corresponding author e-mail: budianto.structure@gmail.com
Submitted: 28 Juni 2016 / Revised: 5 Oktober 2016 / Accepted: 29 Oktober 2016
DOI: http://dx.doi.org/10.21107/jk.v9i2.1590

## ABSTRACT
Indonesian  society  living  as  fishermen,  need  adequate  fishing  vessels  and  equipment.  It  is necessary for the development of the technology on board fishing vessels that are cheap, powerful and modern. Thus developed fishing vessels with capacities of 30 GT with fiberglass. Fiberglass material which has facilities in the process of forming the hull and the process of joining the parts of  fishing  vessels  be  developed.  At  this  time  of  fiberglass  boats  that  have  been  produced  or developed in Indonesia has many deficiencies, including leakage in the join and easily broken due to the high waves. Consequences caused by the burdens of the work, will form a bending moment to be able to be accepted by the structure of the 30 GT fishing vessel. Where modulus structure of the 30 GT fishing vessel will be designed, it should able to withstand tension due to bending moment and shall not exceed the limit allowable tension. Subsequently obtained the fatigue life of the FRP vessels, calculated on the principle stress of MEH to get the value of SCF and plotted into the S-N curve. So we found the age of the ship strength more than 10 years. It is seen from the results of the damage ratio also produces a fairly good value.
Keywords : Loading, Strength, Stress, Fatigue

## ABSTRAK
Masyarakat Indonesia yang mata pencaharian sebagai nelayan, memerlukan kapal dan peralatan penangkap ikan yang cukup memadai.  Untuk itu perlu dilakukan pengembangan teknologi pada kapal penangkap ikan yang murah, kuat dan modern. Sehingga dikembangkan kapal penangkap ikan  dengan  kapsitas  30  GT  dengan  bahan  fiberglass.  Yang  mana  bahan  fiberglass  memiliki kemudahan dalam proses pembentukan lambung dan proses penyambungan bagian-bagian kapal penangkap  ikan  yang  akan  dikembangkan  tersebut.  Pada  saat  ini  kapal  fiberglass  yang  telah banyak  dibuat  atau  dikembangkan  di  Indonesia  memiliki  banyak  kekurangan,  diantaranya kebocoran disambungan dan mudah pecah akibat besarnya ombak yang menimpa. Akibat yang ditimbulkan oleh beban-beban yang bekerja tersebut, akan membentuk sebuah bending moment yang harus mampu diterima oleh struktur kapal penangkap ikan 30 GT tersebut. Dimana modulus struktur kapal penangkap ikan 30 GT tersebut yang akan dirancang, harus memiliki tegangan yang terjadi mampu menahan akibat bending moment dan tidak boleh melebihi dari batas tegangan yang diijinkan. Selanjutnya didapatkan umur kelelahan kapal FRP tersebut, dihitung dari principle stress dari MEH untuk mendapatkan nilai SCF dan diplotkan kedalam kurva S-N. Maka didapatkan umur kekuatan kapal lebih dari 10 tahun. Hal ini dilihat dari hasil damage ratio juga menghasilkan nilai yang cukup baik.
Kata Kunci : Pembebanan, Kekuatan, Tegangan, Kelelahan

## PENDAHULUAN
Negara Kesatuan Republik Indonesia (NKRI) merupakan  negara  kepulauan,  yang  mana memiliki  dua  pertiga  wilayahnya  adalah lautan, disamping itu letak negara Indonesia
yang  sangat  strategis,  terletak  diantara  dua samudera,  yaitu  Samudera    Hindia  dan Samudera  Pasifik  yang  sangat  strategis. Kondisi  tersebut  menjadikan  alam  lautan Indonesia  yang  kaya  akan  hasil  laut,  baik perikanan maupun
pertambangan.
Masyarakat  Indonesia  yang  sebagian  besar
mata pencaharian sebagai nelayan, memerlukan kapal dan peralatan penangkap ikan  yang  cukup  memadai.  Pada  saat  ini, proses  menangkap  ikan,  oleh  para  nelayan Indonesia  sangat  tradisional  sekali,  dimana melakukan penangkapan ikan hanya dengan mengunakan sampan kecil yang terbuat dari kayu,  dan  menggunakan    alat  penangkap ikan dengan menggunakan pancing ataupun jala  sederhana.  Sehingga  hasil  tangkapan ikan  dilautan  tidak  maksimal.  Apalagi  kalau musim  cuaca  kurang  begitu  bagus,  dimana adanya  gelombang  tinggi  atau  pun  terjadi hujan  angin  tinggi.  Para  nelayan  Indonesia memilih  menghentikan  aktivitasnya  mencari ikan dilautan untuk menghindari kapal pecah terkena sapuan ombak, ataupun terjadi kapal karam. Sehingga pendapatan nelayan menjadi menurun  akibat  tidak melaut. Biaya untuk pembuatan kapal penangkap ikan saat ini relatif mahal. Bahan dari kayu, yang mana proses  pengerjaan  kapal  cukup  lama  dan sulit  mencari  bahan  baku  kayu  yang  bagus untuk  pembuatan  kapal  penenagkap  ikan tersebut  akan  menjadi  tambahan  kendala yang  lebih  serius,  ditenggah  himpitan ekonomi keluarga nelayan.
Banyak terjadi pencurian ikan diperairan laut Indonesia  yang  dilakukan  oleh  kapal-kapal asing penangkap ikan dengan menggunakan jaring  trawl  ataupun  Purseine.  Peralatan penangkap  ikan  yang  cukup  modern  akan menghasilkan  hasil  tangkap  yang  optimum. Jenis ikan ikan tertentu, misalnya ikan Tuna, Ikan  Kakap  Merah  yang  memiliki  nilai  jual tinggi,  dalam  proses  penangkapan  ikan tersebut,  memerlukan  peralatan  teknologi yang cukup canggih, dimana memperhatikan daya  jelajah  kedalam,  jangkauan  peralatan penangkap ikan serta kemampuan kecepatan  kapal  penangkap  ikan.  Dengan kecepatan  olah  gerak  kapal  yang  cukup tinggi mampu memberikan dukungan terhadap  penyebaran  jaring  ikan  ataupun penaburan mata pancing dalam jumlah yang banyak,  seperti  kapal  ikan  Tuna  Long  Line. Untuk  itu  perlu  dilakukan  pengembangan teknologi  pada  kapal  penangkap  ikan  yang murah, kuat dan modern.
Untuk  mengembangkan  teknologi  dibidang perkapalan khususnya pembuatan kapal ikan 30 GT perlu dibuatkan kajian yang mendalam tentang  beban-beban  yang  bekerja  pada kapal penangkap ikan. Hal ini perlu dilakukan penelitian yang lebih mengenai beban-beban yang  bekerja  pada  kapal  penangkap  ikan, supaya  mampu  menerima  beban  statis  dan
dinamis termasuk kondisi impact dan slaming akibat operasional kapal penangkap ikan 30 GT  tersebut.  Oleh  sebab  itu,  akibat  yang ditimbulkan  oleh  beban-beban  yang  bekerja tersebut,  akan  membentuk  sebuah  bending moment  yang  harus  mampu  diterima  oleh struktur  kapal  penangkap  ikan  30  GT tersebut.  Disamping  itu  beberapa  aturan pembebanan  yang  diberikan  oleh Klasifikasi akan menjadi pertimbangan dalam menciptakan  teknologi  dalam  pembuatan kapal  penangkap  ikan  30  GT.  Analisis kekuatan pada struktur kapal penangkap ikan 30  GT  diterapkan  pada  struktur  konstruksi penyususn  serta  mampu  menerima  beban akibat bending moment kapal, baik pembebanan internal maupun eksternal pada kapal penangkap ikan 30 GT tersebut, hal itu akan pengaruh terhadap faktor keselamatan kapal  penangkap  ikan  30  GT  dalam operasional  baik  dalam  keadaan  hogging maupun sagging. Oleh sebab itu, untuk perlu dilakukan penelitian terhadap kekuatan pada struktur  kapal  penangkap  ikan  30  GT  yang timbul  akibat  adanya  operasional  tersebut baik secara global memanjang kapal maupun struktur lokal di dudukan M/E. Untuk struktur lokal  di  dudukan  mesin  dimana  mampu menerima  beban  statis  dari  M/E  maupun beban  dinamis  yang  ditimbulkan  akibat pergerakan  kapal  penangkap  ikan  30  GT secara yawing, rolling dan picthing.
Mengembangkan teknologi kapal penangkap ikan  dengan  kapsitas  30  GT  dengan  bahan fiberglass.  Yang  mana  bahan  fiberglass memiliki kemudahan dalam proses pembentukan lambung dan proses penyambungan bagian-bagian kapal penangkap  ikan  yang  akan  dikembangkan tersebut. Pada saat ini kapal fiberglass yang telah  banyak  dibuat  atau  dikembangkan  di Indonesia  akan  tetapi  memiliki  banyak kekurangan, diantaranya kebocoran disambungan  dan  mudah  pecah  akibat besarnya  ombak  yang  menimpa.  Material fiberglass  atau  yang  biasa  disebut  FRP (Fiber  Reinforcement  Plastic)  merupakan penyusun  utama  kekuatan  struktur  kapal. Dimana  modulus  struktur  kapal  penangkap ikan 30 GT tersebut yang akan diteliti, harus memiliki  tegangan  yang  terjadi  akibat bending  moment  terpenuhi  dan  tidak  boleh melebihi  dari  batas  tegangan  yang  diijinkan sehingga  struktur  kapal  cukup  aman  dalam kondisi operasional.
Dalam perkembangan ilmu teknologi rekayasa untuk menganalisa struktur banyak yang menggunakan  Metode  Elemen  Hingga diantaranya  dengan  melakukan  simulasi struktur  dudukan  mesin  M/E  kemudian didiskritisi  kedalam  bentuk-bentuk  elemen yang  terhubung  dalam  beberapa  nodal. Metode  Elemen  Hingga  digunakan  untuk mengetahui  berapa  tegangan  maksimum yang  terjadi,  baik  tegangan  geser  maupun tegangan  lentur  struktur  kapal  dengan memperhatikan batas tegangan pada struktur  dengan  memasukan  nilai  faktor keamanan,  dengan  hasil  tegangan  yang terjadi  tidak  boleh  melebihi  batas  yang diijinkan.  Sebagai  upaya  teknis  untuk memastikan analisa kekuatan dalam perancangan, bahwa kondisi-kondisi struktur kapal  penangkap  ikan  30  GT  berbahan fiberglass  dalam  tahap  ship  design  cukup aman  dari  adanya  resiko  yang  ditimbulkan oleh  beban  statis  maupun  dinamis  yang menimbulkan  bending  moment  pada  kapal. Dimana dapat dilakukan dengan memberikan perhitungan di berbagai
kondisi
pembebanan, diantaranya pembebanan dasar, pembebanan sisi, pembebanan geladak, pembebanan akibat adanya muatan dan lain-lain.

## MATERI DAN METODE

## Kapal FRP
Struktur  bangunan  kapal  fiberglass  harus menerima berbagai macam beban diantaranya menerima beban secara vertical dan lateral. Beban vertikal berupa beban dari deck  serta  peralatan  yang  ada  di  atasnya, sedangkan  beban  lateral  berupa  beban gelombang, arus laut dan angin. Gelombang merupakan  beban  lateral  paling  dominan yang  bekerja  pada  kapal.  Dimana  beban gelombang  ini  bekerja  terus  menerus  dan berubah  baik  arah  maupun  besarnya sehingga  beban  yang  sifatnya  berulang- ulang  (periodic)  itu  dapat  menyebabkan kelelahan  pada  struktur  kapal  yang  pada akhirnya akan mengakibatkan struktur kolaps.  Oleh  karena  itu  perlu  dilakukan analisa  kelelahan  untuk  mengetahui  umur kelelahan dari struktur serta letak sambungan sturktur  lokal  yang  umur kelelahannya minimum. (James E Brady)

## Material FRP
FRP  (Fiberglass  Reinforced  Plastic)  yang merupakan  penggabungan  antara  serat gelas dan resin. Serat gelas sebagai penguat
dalam  komposit  sedangkan  resin  sebagai matrik yang berfungsi melindungi serat gelas. Untuk  mengetahui  kekuatan  tarik  dari  FRP maka  dilakukan  pengujian  tarik  menurut standar  ASTM  D  638.  Pengujian  dilakukan pada  temperatur  dan  kelembaban  ruangan (30oC  dan  80%)  serta  temperatur  dan kelembaban  standar.  Setelah  dilakukan pengujian,  kekuatan  tarik  pada  temperatur dan  kelembaban  ruangan  lebih  tinggi  yaitu 98.7 MPa untuk V-5M dan 107.45 MPa untuk V-3M-WR-M.  Sedangkan  untuk  temperatur dan kelembaban standar 84.7325 Mpa untuk V-5M  dan  88.67  MPa  untuk  V-3M-WR-M. Regangan pada temperatur dan kelembaban ruangan  adalah  5.5613%  untuk  V-5M  dan 6.057% untuk V-3M-WR-M. Regangan untuk temperatur  dan  kelembaban  standar  adalah 4.8433%  untuk  V-5M  dan  5.129%  untuk  V- 3M-WR-M. Dari pengujian dua pengkondisian  ini  dapat  dikatakan  kondisi ruangan lebih baik daripada kondisi standar

## Metode Elemen Hingga
Dalam  Metode  Elemen  Hingga  digunakan untuk kebutuhan untuk  menyelesaikan permasalahan  kompleks  dibidang  Teknik Sipil  dan  Teknik  Aeronautika  terutama  pada permasalahan elastisitas dan analisis struktur. Pendekatan yang dilakukan dengan mempopulerkan  satu  nilai  yang  esensial, yaitu:  Diskretisasi  Jaringan/  Pembagian Jaringan  pada  sebuah  bidang  pengaruh (domain)  yang  menerus  menjadi  kumpulan sub-domain  yang  berbeda.  Metode  Elemen Hingga  menyediakan  secara  keseluruhan intuisi  dan  basis  fisik  yang  dapat  menjadi bahan  pertimbangan  yang  baik  bagi  para insinyur struktur untuk melakukan analisis.
Metode Elemen Hingga ini merupakan salah satu metode yang sangat popular pada saat ini  pengunanya  cukup  intensif  dibidang rekayasa.  Metode  ini  bersifat  computer driven  artinya  semakin  berdaya  guna  tinggi seiring dengan perkembangan laju teknologi digital komputer, dalam kondisi dewasa ini.

## Analisis Kelelahan Struktur
SCF  digunakan  untuk  menggambarkan perbandingan  antara  tegangan  sembarang titik  di  interseksi  dengan  tegangan  nominal pada brace. SCFc dan SCFb masing-masing juga  merupakan  fungsi  dari  tegangan nominal  brace.  Lokasi  di  tubular  joints dimana  terjadi  tegangan  tarik  atau  tekan maksimum disebut Hot Spot Stress. Ada tiga
tipe  tegangan  dasar  yang  menyebabkan munculnya hot spot stress, yaitu:
Tipe  A,  disebabkan  oleh  gaya-gaya  aksial dan  momen-momen  yang  merupakan  hasil dari kombinasi aksi frame dan truss jacket.
Tipe  B,  yang  disebabkan  detail-detail sambungan struktur seperti geometri sambungan yang kurang memadai (poor), lift up  yang  kurang  memadai, variasi  kekakuan yang bervariasi di joints dan lain-lain.
Tipe  C,  disebabkan  faktor  metalurgi  yang dihasilkan dari kesalahan pengelasan seperti undercut, porosity dan lain-lain.
Nilai SCF dapat ditentukan dengan pengukuran langsung yaitu dengan
eksperimen yang menggunakan strain gauge.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Tahap Persiapan
Berikut dilakukan perhitungan bending moment pada kapal penangkap ikan 25 GT, adalah sebagai berikut: Shipyard PT. F1 perkasa Project  Kapal Penangkap Ikan 25 GT Hull number P021 Type Fishing Ship Classification Non Klass Remarks Scantling Gambar 1. kapal FRP Penangkap ikan

## Perhitungan bending moment
Diperlukan  untuk  mengetahui  beban  yang bekerja  pada  kapal.  Dimana  merupakan perwujudan  dari  bebsarnya  gaya-gaya  yang bekerja terhadap panjang object benda yang dikenakan  beban  tersebut.  Gaya-gaya  yang bekerja  merupakan  beban-beban  yang bekerja pada kapal seperti beban gelombang, muatan dan pembebanan
peralatan  yang  diangkut  oleh  struktur.  oleh sebab  itu  besarnya  bending  moment  akan mempengaruhi  nilai  modulus  penampang struktur  kapal  tersebut.  Dimana  bending moment akan menghasilkan modulus penampang kapal yang dibutuhkan, tergantung  dengan  material  yang  dipilih sehingga didapatkan struktur konstruksi. Nilai bending moment seperti Gambar 2.
Perhitungan SCF ( Stress Concentration Factor ) Faktor konsentrasi tegangan (SCF)
merupakan  perbandingan  antara  tegangan hot  spot  stress dan  tegangan  nominal  pada brace ( Mcclelland ,  1986),  yang  secara matematis dinyatakan dengan :
n maks SCF    …….. (1)
SCF merupakan parameter terhadap
kekuatan  sambungan  yang  nilainya  akan berbeda  untuk  tiap  sambungan,  tergantung
pada  geometrinya..  Konsentrasi  tegangan menggambarkan suatu kondisi dimana telah terjadi tegangan lokal yang tinggi akibat dari geometri  sambungan  tersebut,  sehingga dibutuhkan  keakuratan  yang  tinggi  dalam penentuan nilai tegangan hot spot stress atau nilai  SCF  untuk  jenis  sambungan  yang berbeda. Berikut nilai tegangan yang muncul akibat  pembebanan  yang  terjadi,  ditunjukan nilai tegangan axial, tegangan bending y dan z.
Gambar 3. Hubungan sambungan struktur Pemodelan mengunakan MSC PATRAN 2005 S/N P3V2005R2ZZWINMDCD. Lot 1794b

## Kurva S-N
Kurva  S-N  digunakan  untuk  karakteristik fatigue  pada  material  yang  mengalami
pembebanan  yang  berulang  pada  kondisi konstan. Dimana N adalah jumlah cycle pada tegangan  S  yang  menyebabkan  kerusakan pada struktur.
Gambar 4. S-N curve

## Gambar 4. Lanjutan
Umur  kelelahan  dari  sebuah  sambungan yang  dilas,  bergantung  pada  banyak  faktor, antara  lain  karakteristik  material,  cacat  las retak  mikro,  bentuk  geometris  las  dan lainnya. Kerusakan kumulatif dihitung dengan  Palmgren-Miner  Rule  atau  sering juga  disingkat  dengan  Miner’s  Rule  (Miner, 1945).
D =  k i n i /N I ………. (2)
n I =   jumlah cycle kolom interval rentangan tegangan    dari  rentangan    distribusi tegangan jangka panjang.
N I =  jumlah cycle untuk  gagal  pada perhitungan  tegangan  yang  sama, didapatkan dari kurva S-N k =  total dari interval-interval rentangan tegangan
D =    Rasio kerusakan kumulatif
Formulasi Umur Kelelahan dari suatu struktur seperti pada Gambar 5 dan Tabel 1.
Umur Kelelahan = 1/D Umur Kelelahan sambungan struktur: T = 4.356E+08 detik T = 13.81  tahun
Gambar 5. Formulasi Umur Kelelahan dari suatu struktur
Tabel 1. Formulasi Umur Kelelahan dari suatu struktur

## KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan  yang  bisa  diambil  adalah sebagai berikut:
Umur kelelahan kapal FRP tersebut, dihitung dari  principle  stress  dari  Metode  Elemen Hingga  untuk  mendapatkan  nilai  SCF  dan diplotkan kedalam kurva S-N. Maka didapatkan umur kekuatan kapal lebih dari 10 tahun.  Hal  ini  dilihat  dari  hasil  damage  ratio juga menghasilkan nilai yang cukup baik.
Memberikan  perhatian  khusus  terhadap struktur sambungan struktur yang mengalami konsentrasi tegangan yang cukup tinggi perlu dilakukan

## UCAPAN TERIMA KASIH
Terima  kasih  atas  manajemen  PPNS  atas sumber hibah dari dana BOPTN PPNS yang diberikan  kepada  kami  sehingga  dapat
melaksanakan penelitian dan
pengembangan karir.

## DAFTAR PUSTAKA
Brady,  J.  E.  (1982). General  Chemistry, Principle  and  Structure .  Canada:  John Wiley & Sons, Inc.
Hayler,  W.  B.  (2003). American  Merchant Seaman's  Manual. Cornell  Maritime Press. ISBN 0-87033-549-9. International  Maritime  Organization  (2002). "International  Convention  on  Tonnage Measurement of Ships, 1969". International Maritime Organization.
Diakses pada 23 Maret 2008.
Kim,  J.  K.  (1998). Engineered  Interfaces  in Fiber Reinforced Composites . Elsevier. Lehmann  (1995), Simulation  of  main  engine exitation Force in global analyses , RINA, London. HSS FATIGUE Pi D (MPa) (N) 25.0386 89823257 0.9624334 2.27973E-09 15.8167 356347049 0.0363303 1.54473E-11 16.0613 340312302 0.0011979 4.88876E-13 16.7602 299488112 0.0000373 1.63715E-14 17.4422 265715652 0.0000011 5.35365E-16 14.8970 426503228 0.0000001 1.71212E-17 1 2.30E-09