ISSN  : 1978-1105 E-ISSN : 2722-5445

## ANALISIS BATAS KEAMANAN STRUKTUR KAMAR MESIN KAPAL KATAMARAN AKIBAT PENAMBAHAN BEBAN DI ATASNYA MENGGUNAKAN SIMULASI
Debby R. Lekatompessy* Program Studi Teknik Perkapalan, Universitas Pattimura, Kota Ambon, Indonesia
*E-mail korespondensi: de.lekatompessy@gmail.com

## ABSTRAK
Modifikasi  pada  suatu  struktur  yang  telah  jadi  kerapkali  meninggalkan  masalah,  di  mana penguatan tambahan diabaikan. Pada objek penelitian ini muatan ditambah pada daerah di atas kamar  mesin  kapal  katamaran  bermaterial  aluminium  alloy.  Penelitian  ini  bertujuan merekomendasikan  batas  berat  yang  dapat  diterima  struktur  dalam  batas  aman  struktur. Kecelakaan dapat dihindari dengan mengetahui kapasitas ruang yang dapat digunakan. Metode simulasi masih lebih efisien dan banyak digunakan karena hemat biaya, waktu dan tenaga dengan hasil yang valid. Simulasi digunakan pada penelitian ini untuk memperoleh nilai tegangan kerja yang terjadi akibat pembebanan yang diberikan. Hasil menunjukkan bahwa muatan yang dapat berada di atas deck kamar mesin sebesar 3.000 kN atau setara dengan 305,91 ton di mana  kerja 210,51  MPa  <    310  MPa  ijin .  Jika  ingin  menambahkan  muatan  lebih  dari  batas  aman  maka kekakuan struktur di daerah ini harus ditambah dengan menambah besar modulus penampang.
Kata  Kunci:  batas  aman,  kamar  mesin,  struktur  alluminium,  beban  maksimal,  tegangan  ijin, tegangan maksimal.

## ABSTRACT
Modifications  to  a  finished  structure  often  leave  problems,  where  additional  reinforcement  is neglected.  In  this  research  object,  the  load  is  added  to  the  area  above  the  engine  room  of  an aluminum alloy catamaran. This research aims to recommend a weight limit that can be accepted by the structure within the safe limits of the structure. Accidents can be avoided by knowing the usable space capacity. The simulation method is still more efficient and widely used because it saves money, time and energy with valid results. Simulation is used in this research to obtain the working stress values that occur due to the applied loading. The results show that the load that can  be  on  the  engine  room  deck  is  3,000  kN  or  the  equivalent  of  305.91  tons  where  work  is 210.51 MPa < 310 MPa  permit. If you want to add more load than the safe limit, the stiffness of the structure in this area must be increased by increasing the cross-sectional modulus.
Keywords:  safety  limit,  engine  room,  aluminum  structure,  maximum  load,  allowable  stress, maximum stress.

## 1. PENDAHULUAN
Kapal  dalam  menjalankan  fungsinya  harus  memperhatikan  3  faktor  utama  yaitu kenyamanan,  keamanan  dan  komersil.  Pada  penelitian  ini  menggunakan  kapal  KM.  Penguin Redeem  sebagai  objek  yang  adalah  kapal  katamaran  berbahan  dasar  aluminium  alloy. Pembebanan yang terlalu dipaksakan akan mengakibatkan struktur mengalami fatique yang lebih cepat  (Magoga  et  al.,  2023).  Banyak  penelitian  mengenai  material  ini.  Material  aluminium
menjadi salah satu material yang terkenal dan banyak digunakan pada bidang kelautan, terutama untuk kapal-kapal berkecepatan tinggi. Kekuatan tertinggi untuk desain struktur dan optimalisasi kapal aluminium semakin mendapat perhatian (Hosseinabadi & Khedmati, 2021).
Berbagai  upaya  untuk  menghasilkan  material  yang  lebih  unggul  dilakukan  dengan memperhatikan juga sambungan struktur (Bölükbaşı et al., 2023) . Modifikasi pada bagian-bagian struktur  kapal  banyak  dilakukan  dengan  tujuan  memperkuat,  lebih  menguntungkan  dan kenyamanan (Cheng et al., 2018; Choi, 2015).
Kapal  ini  mengalami  modifikasi  pada  bagian  buritannya,  tepat  di  atasnya  dengan penambahan ruang untuk penumpang. Akibatnya beban bertambah karena adanya modifikasi ini. Ini akan mempercepat fatique material (Feng et al., 2020). Penelitian ini bertujuan menganalisis batas  aman  dari  struktur  akibat  penambahan  beban  di  atas,  khususnya  di  daerah  sekitar kamar mesin kapal ini. Secara teoritis penambahan beban pada struktur harus disertai dengan penguatan struktur  dimana  luas  penampang  ditambah  agar  kekuatan  tetap  berada  pada  kemampuannya dengan  batas  aman  struktur (Cuenca  &  Sarzosa,  2020;  Takeuchi  et  al.,  2023;  Woloszyk  et  al., 2024).
Penelitian ini merekomendasikan batas beban yang bisa diletakkan di atas deck kamar mesin kapal katamaran. Syarat umum kekuatan struktur harus dipenuhi di mana  kerja <  ijin .

## 2. BAHAN DAN METODE
Bahan  yang  digunakan  pada  penelitian  ini  aluminium  alloy  yang  merupakan  material isotropik dengan properties Young’s Modulus 71.000 MPa;  Poisson’s Ratio 0,33; Tensile Yield Strenght 280 MPa; Density 2.770 kgm -3 dan Tensile Ultimate Strenght 310 MPa. Model kamar mesin menggunakan model penelitian Lekatompessy (2021). Dalam mengalisis kekuatan struktur besar metode yang paling banyak digunakan adalah simulasi. Keefisienan dan hasilnya yang valid menjadi  ciri  keunggulan  dari  metode  ini  (Lekatompessy,  2021). Kekakuan  struktur  berbagai material  dan  sifatnya  dapat  juga  diketahui  menggunakan  simulasi  (Lekatompessy  &  Zubaydi, 2019). Analisis  menggunakan  analisis  static  structural,  walaupun  dapat  juga  melalui  analisis getaran seperti dilakukan oleh beberapa peneliti (Imron, 2014; Wang et al., 2021).
Gambar 1. Simulasi Kamar Mesin Kapal Katamaran (Lekatompessy, 2021)
Gambar 2. A, B Gaya Mesin; C Beban muatan; D,E Fixed Support Struktur
Pada gambar terlihat ada 2 beban yang bekerja, yaitu beban akibat kerja mesin dan beban akibat  penambahan  ruang  penumpang  di  atas  kamar  mesin.  Simulasi  digunakan  untuk menyelesaikan tujuan dari penelitian ini dengan bantuan software yang sesuai.
Beban  kerja  mesin  dikondisikan  pada  beban kerja  maksimal.  Sedangkan  beban  muatan  di atasnya  0  hingga  5.000  kN.  Hasil  akan  menunjukkan  pada  beban berapa  struktur  sudah dalam kondisi kritis. Di mana batas aman sudah terlampaui. Tegangan kerja  kerja (MPa) pada masing- masing beban muatan diperoleh dengan menjadikan tegangan ijin  ijin sebagai batas aman yang diperbolehkan.  Pengurangan  kekuatan  terlihat  dengan  nilai  tegangan  kerja  yang  meningkat seiring  bertambahnya  beban  yang  bekerja.  Beban  maksimum  yang  dapat  diterima  struktur diketahui  ketika  tegangan  kerja  sudah  berpotongan  pada  titik  tegangan  yang  diijinkan  yang menjadi batas aman struktur ini.
Beban ijin (juga disebut beban yang diperbolehkan atau beban aman) sama dengan tegangan ijin dikalikan dengan luas di mana beban tersebut bekerja: Beban ijin = (Tegangan ijin) (Luas)
P ijin =  ijin A (N) (1)
Di  mana P ijin adalah  beban  ijin,  ijin tegangan  ijin  dan  A  adalah  luas  penampang.  Hasil ditampilkan  dalam  bentuk  tabel,  grafik  dan gambar  untuk  memudahkan  dalam  proses  analisis. Pengaruh  penambahan  beban  terhadap  nilai  tegangan  yang  bekerja  dibandingkan  dengan tegangan  ijin  yang  menjadi  batas  aman  struktur  menjadi  tujuan  akhir  dari  penelitian  ini. Perpotongan  antara  batas  ijin  dan  tegangan  kerja  untuk  setiap  beban  adalah  batas  beban  yang dapat diterima struktur.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  dapat  dilihat  pada  Tabel  1.  Yang  menggambarkan  besar  nilai  tegangan  kerja  yang terjadi pada setiap penambahan beban. Batas beban maksimal yang masih dalam batas aman dapat diketahui dengan membandingkannya dengan batas ijin tegangan struktur yaitu 310 MPa. Nilai di bawah batas ijin dikategorikan masih dalam batas aman, sedangkan yang berada di atas nilai ini struktur dikategorikan gagal (Tamimi et al., 2023). Batas aman ini dapat terlihat pada Gambar 1.

## Tabel 1. Tegangan Kerja Maksimal dan Tegangan Ijin
Penambahan beban dimulai dari 0 kN, 100 kN, 200 kN, 500 kN, 1.000 kN, 2.000 kN, 3.000 kN,  3.500  kN,  4.000 kN,  5.000  kN).  Titik perpotongan  garis  tegangan  kerja  dan tegangan  ijin pada Gambar 3 jika di plot ke sumbu x maka akan diperoleh beban maksimal yang dapat diterima struktur.
0 107.61 310.0 100 108.13 310.0 200 108.76 310.0 500 110.23 310.0 1000 112.86 310.0 2000 123.13 310.0 3000 210.51 310.0 3500 354.25 310.0 4000 409.31 310.0 5000 782.62 310.0 Tegangan Kerja (MPa) Tegangan Ijin (MPa)
Load
(kN)
Gambar 3. Grafik hubungan Tegangan Kerja dan Tegangan Ijin Struktur
Tiga faktor utama yang mempengaruhi besar kekuatan suatu struktur adalah panjang, sifat mekanis material yang digunakan (kekakuan) dan modulus penampangnya juga besar beban yang bekerja.
Pada  kondisi  struktur  tidak  diberi  beban  di  atas  deck  hasil  simulasi  pada  Gambar  4. menunjukkan terjadinya konsentrasi tegangan pada bagian pondasi saja di mana mesin bekerja. Semakin terang menuju merah warna dari struktur menunjukkan bahwa di daerah tersebut terjadi konsentrasi tegangan yang dalam hal ini beban berasal dari kerja mesin. Pada beban ini tegangan kerja yang terjadi masih dalam batas aman struktur yaitu  kerja 107,61 MPa <  310 MPa  ijin .
Gambar 4. Simulasi Tegangan Kerja di Deck Kamar Mesin Tanpa Beban
Gambar  5.  Memperlihatkan  kondisi  struktur  diberi  beban  di  atas  deck  sebesar  3.500  kN. Tegangan  terjadi  meluas  di  struktur  rangka  di  bawah  deck  diiringi  peningkatan  nilai  tegangan kerja  yang  terjadi.  Semakin  terang  menuju  merah  warna  dari  struktur  menunjukkan  bahwa  di daerah tersebut terjadi konsentrasi tegangan yang dalam hal ini beban berasal dari beban di atas deck dan beban kerja mesin. Pada beban ini tegangan kerja yang terjadi sudah di luar batas aman struktur yaitu  kerja 354,25 MPa >  310 MPa  ijin .
Gambar 5. Simulasi Tegangan Kerja di Deck Kamar Mesin dengan Beban 3.500 kN
Gambar  6.  Memperlihatkan  kondisi  struktur  diberi  beban  di  atas  deck  sebesar  4.000  kN. Tegangan terjadi lebih luas dari yang tampak pada pembebanan 3.500 kN di Gambar 5 di struktur rangka  di  bawah  deck  diiringi  peningkatan  nilai  tegangan  kerja  yang  terjadi.  Semakin  terang menuju  merah  warna  dari  struktur  menunjukkan  bahwa  di  daerah  tersebut  terjadi  konsentrasi tegangan yang dalam hal ini beban berasal dari beban di atas deck dan beban kerja mesin. Pada
beban ini tegangan kerja yang terjadi sudah di luar batas aman struktur yaitu  kerja 409,31 MPa > 310 MPa  ijin .
Gambar 6. Simulasi Tegangan Kerja di Deck Kamar Mesin dengan Beban 4.000 kN
Gambar  7.  Memperlihatkan  kondisi  struktur  diberi  beban  di  atas  deck  sebesar  5.000  kN. Tegangan terjadi lebih luas dari yang tampak pada pembebanan 4.000 kN di Gambar 6 di struktur rangka  di  bawah  deck  diiringi  peningkatan  nilai  tegangan  kerja  yang  terjadi.  Semakin  terang menuju  merah  warna  dari  struktur  menunjukkan  bahwa  di  daerah  tersebut  terjadi  konsentrasi tegangan yang dalam hal ini beban berasal dari beban di atas deck dan beban kerja mesin. Pada beban ini tegangan kerja yang terjadi sudah di luar batas aman struktur yaitu  kerja 782,62 MPa > 310 MPa  ijin .
Gambar 7. Simulasi Tegangan Kerja di Deck Kamar Mesin dengan Beban 5.000 kN
Besar muatan yang dapat berada di atas deck hanya diberi ijin hingga 305,91 ton atau pada beban 3.000 kN seperti terlihat pada Gambar 3.

## 4. KESIMPULAN
Penelitian ini membuktikan bahwa modifikasi kapal dengan menambah muatan pada bagian di atas kamar mesin harus memperhitungkan batas aman struktur disekitarnya. Batas maksimum muatan yang dapat ditambah di atas kamar mesin adalah  sebesar 3.000 kN atau setara dengan 305,91 ton di mana tegangan kerja maksimun lebih kecil dari tegangan ijin  kerja 210,51 MPa < 310 MPa  ijin . Jika ingin menambahkan muatan lebih dari batas aman maka kekakuan struktur di daerah ini harus ditambah dengan menambah besar modulus penampang. Pada penelitian ini tidak dibahas deformasi yang terjadi akibat beban yang diberikan.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Terimakasih  disampaikan  kepada  kepala  Laboratorium  Struktur  dan  Kekuatan  Kapal Program Studi Teknik Perkapalan Universitas Pattimura yang sudah memfasilitasi peneliti dalam melakukan simulasi dan olah data selama penelitian ini berlangsung.

## DAFTAR PUSTAKA (Times New Roman, 11 pt, Bold)
Bölükbaşı, D. Ç., Aslanlar, S., & Konar, M. (2023). Investigation of parameters affecting longitudinal seam quality  of  aluminum  extruded  profiles. Journal  of  Radiation  Research  and  Applied  Sciences , 16 (4), 100700. https://doi.org/10.1016/j.jrras.2023.100700
Cheng, X., Feng, B., Liu, Z., & Chang, H. (2018). Hull surface modification for ship resistance performance optimization  based  on  Delaunay  triangulation. Ocean  Engineering , 153 ,  333–344. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2018.01.109
Choi, H. J. (2015). Hull-form optimization of a container ship based on bell-shaped modification function. International  Journal  of  Naval  Architecture  and  Ocean  Engineering , 7 (3),  478–489. https://doi.org/10.1515/ijnaoe-2015-0034
Cuenca, C. A., & Sarzosa, D. F. B. (2020). Modeling ductile fracture using critical strain locus and softening law for a typical pressure vessel steel. International Journal of Pressure Vessels and Piping , 183 , 104081. https://doi.org/10.1016/j.ijpvp.2020.104081
Feng, L., Li, D., Shi, H., Zhang, Q., & Wang, S. (2020). A study on the ultimate strength of ship plate with coupled corrosion and crack damage. Ocean Engineering , 200 , 106950. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2020.106950
Hosseinabadi,  O. F., & Khedmati,  M. R. (2021). A review on ultimate strength  of aluminium  structural elements  and  systems  for  marine  applications. Ocean  Engineering , 232 ,  109153. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2021.109153
Imron, A. (2014). Kerusakan struktur akibat getaran lokal pada kapal  yang jarang diperhatikan; Analisis dan solusi (Studi kasus).
Jurnal Kelautan Nasional , 9 (1), 11–19.
https://doi.org/10.15578/jkn.v9i1.6198
Lekatompessy,  D.  R.  (2021).  The  effect  analysis  of  the  stiffness  changes  of  a  Traditional  Fishing  Boat
Foundation on Vibration Amplitude. TEKNIK , 42 (1), 71–78.
https://doi.org/10.14710/TEKNIK.V42I1.30978
Lekatompessy, D. R., & Zubaydi, A. (2019). The effect of joints model to the vibration characteristics of wood. IOP  Conference  Series:  Earth  and  Environmental  Science , 339 (1),  012038. https://doi.org/10.1088/1755-1315/339/1/012038
Magoga, T., Aksu, S., & Slater, K. (2023). Implementation of a nominal stress approach for the fatigue assessment  of  aluminium  naval  ships. Procedia  Structural  Integrity , 45 ,  28–35. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2023.05.010
Takeuchi, T., Osawa, N., Tatsumi, A., Inoue, T., Hirakawa, S., Seki, N., Yoshida, T., Miratsu, R., & Ikeda, S.  (2023).  Fatigue  assessment  of  ship  structures  based  on  equivalent  wave  probability  (EWP) concept (1st report): Proposal of EWP concept and its verification by 8600TEU container ship’s onboard hull monitoring. Marine Structures , 91 , 103476.
https://doi.org/10.1016/j.marstruc.2023.103476
Tamimi,  M.  F.,  Soliman,  M.,  &  Khandel,  O.  (2023).  A  comprehensive  approach  for  quantifying  the reliability  of  ship  hulls  under  propagating  fatigue  cracks. Ocean  Engineering , 279 ,  114488. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2023.114488
Wang, H., Jiang, W., He, Z., & Peng, W. (2021). Analysis on surface mobility of an infinite beam-stiffened structure. Applied Acoustics , 172 , 107590. https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2020.107590
Woloszyk, K., Goerlandt, F., & Montewka, J. (2024). A methodology for ultimate strength assessment of ship hull girder accounting for enhanced corrosion degradation modelling. Marine Structures , 93 , 103530. https://doi.org/10.1016/j.marstruc.2023.103530