doi: 10.14710/teknik.v39n2.15783               Copyright © 2018, TEKNIK, p-ISSN: 0852-1697, e-ISSN: 240-9919
Analisa Gerakan Rolling Kapal Bocor Akibat Beban Gelombang Laut Pada Kapal Bulk Carrier
Teguh Putranto * , Dedi Budi Purwanto
Departemen Teknik Perkapalan Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Kampus ITS Sukolilo, Surabaya, Indonesia 60111

## Abstrak
Stabilitas  menjadi  syarat  utama  kapal  yang  laik  layar.  Artikel  ini  memuat  analisa  gerakan  rolling  pada kapal bulk carrier yang mengalami kebocoran ketika dikenai beban gelombang dengan sudut heading 90 ⁰ dan  270 ⁰ dan t inggi  gelombang  maksimum.  Kapal  berada  pada  kondisi  muatan  full  load  saat  simulasi dan  analisa  dilakukan  dengan  skenario  terjadi  kebocoran  pada  ruang  muatnya.  Karena  kapal  dengan kebocoran  kompartemen  mengalami  kondisi  trim  dan  oleng  maka  hasil  gerakan  rolling  menunjukkan perbedaan  pada  setiap  arah  datang  gelombang.  3D  diffraction  panel  method  digunakan  untuk mendapatkan  gerakan  rolling  kapal  sebagai  fungsi  waktu.  Hasil  penelitian  tanpa  efek  sloshing menunjukkan  bahwa  kapal  bulk  carrier  memiliki  resiko  tenggelam  jika  terdapat  kebocoran  pada  dua ruang muatnya.
Kata kunci : bulk carrier; rolling; panel method; gelombang; bocor

## Abstract
[Title: An Analysis of Rolling Damage Ship Motion Caused by the Wave Load on Bulk Carrier Vessels] The  stability  is  a  key  requirement  for  the  ship  to  sail  safely.  This  article  presents  an  analysis  of  rolling movements on bulk carrier vessels that have leaked when subjected to wave loads with heading angles of 90 ⁰ and  270 ⁰ and  maximum  wave  height.  The  ship  is  in  full  load  condition  when  the  simulation  and analysis  is  carried  out  with  a  scenario  of  leakage  in  the  cargo  chamber.  Because  the  vessel  with compartment leakage has trim and shaky conditions, the results of the rolling motion show differences in each direction the waves come. The 3D diffraction panel method is used to get the rolling motion of the ship  as  a  function  of  time.  The  results  of  the  study  without  sloshing  effects  showed  that the  bulk  carrier had the risk of sinking if there were leaks in the two cargo chambers.
Keywords : bulk carrier; rolling; panel method; wave; flooding

## 1. Pendahuluan
Prinsip  stabilitas  telah  dikenalkan  sebelumnya oleh  Archimedes  pada  250  SM  (Archimedes,  2002  dan Nowacki,  2007).  Namun,  prinsip  stabilitas  pada  kapal diperkenalkan  pada  abad  ke  17/18  ketika  studi  tentang tinggi  metasenter  atau  GM  oleh  Paul  Hoste  pada  1698 (Hoste, 1697). Konsep stabilitas ini dikembangkan lebih jauh  lagi  oleh  Pierre  Bouguer  pada  1746  dengan menitikberatkan  konsep  stabilitas  pada  titik  metasenter (Bouguer, 1746). Kemudian Leonhard Euler pada tahun 1749  meneliti  momen  pengembali  yang  dimiliki  oleh
kapal  saat  gerakan rolling (Euler,  1749).  Pada  tahun 1798,  George  Atwood  mendapati  sudut  kapal  dapat direpresentasikan sebagai kurva GZ (Atwood, 1798).
Pada perairan bergelombang, kapal akan mengalami  gerakan  translasi  maupun  rotasi  yang bersarnya  bergantung  pada  karakteristik  gelombang yang  mengenainya  (Putranto  &  Sulisetyono,  2015). Kemampuan  kapal  dalam  mereduksi  akibat  beban gelombang  menjadi  perhatian designer kapal  dalam merancang  bentuk  badan  kapal.  Dengan  pertimbangan tersebut,  perancangan  bentuk  badan  awal  akan memberikan  efek  sebab-akibat  pada  gerakan  kapal (Tzeng,  2009).  Pada  kasus  kapal  bocor,  kapal  akan tenggelam berdasarkan pada jumlah bocornya kompartemen.  Akan  tetapi,  alasan  tersebut  tidak  dapat
------------------------------------------------------------------
*) Penulis Korespondensi.
E-mail: theories@na.its.ac.id
digunakan  untuk  menentukan  waktu  kapan  kapal tersebut akan tenggelam saat terjadinya awal kebocoran. Waktu  yang  dibutuhkan  oleh  kapal  untuk  tenggelam juga  disebabkan  oleh  karakterisitk  gelombang.  Dengan pertimbangan karakteristik  gelombang  maka didapatkan gerakan  kapal  yang  bocor  terhadap  fungsi  waktu (Jasionowski,  Vassalos,  &  Scott,  2011).  Jumlah kompartemen  mempengaruhi  keandalan  kapal  dalam menghadapi kebocoran (Jasionowski, 2012).
Suatu  benda  dikatakan  dalam  keadaan  seimbang jika  jumlah  gaya  yang  bekerja  pada  benda  dan  jumlah momen  (yang  bekerja  pada  benda)  terhadap  suatu  titik sama  dengan  nol.  Keseimbangan  disebut  stabil  jika setelah  pengaruh  luar  hilang/tidak  ada  maka  benda bergerak  kembali  ke  kedudukan  semula  (Panunggal, 2008).
Karena  kapal  mengalami  trim  terhadap center  of flotation ,  tinggi  sarat  pada aft,  T A dan fore,  T F mengalami  perbedaan  (Derret,  2006).  Sudut  trim didapatkan dari Persamaan 1 dan 2.
F A T T Trim   (1) L T T Sudut F A    , (2)
Begitu  juga  untuk  sudut  oleng  yang  terbentuk didapatkan  dari  hubungan  antara  perbedaan  sarat starboard dan portside dengan  lebar  kapal.  Titik  berat suatu benda dirumuskan pada Persamaan 3.
   z z z z z m z y x  , , (3)
dengan :
= total momen berat terhadap masing-masing = total berat yang diangkut sumbu x, y, z
Kapal dinyatakan stabil apabila saat momen gaya angkat  berlawanan  dengan  momen  gaya  berat  terhadap center  of  flotation ,  Gambar  1  (a).  Besarnya  sudut heel (sudut  terhadap starboad maupun portside )  terhadap titik bouyancy akan  menggeser gaya angkat kearah titik berat.  Pada  suatu  saat,  titik bouyancy dengan  titik  berat kapal  akan  berada  pada  satu  garis  vertikal,  Gambar  1 (b). Ketika tinggi metasenter awal bernilai negatif, kurva GZ  ( righting  lever )  juga  negatif,  maka  kapal  akan mengalami capsizing .  Peristiwa  ini  dapat  dilihat  pada Gambar 1 (c) (Rawson, 2008).
(a) (b) (c) (c)
Gambar  1 .  Letak  titik bouyancy terhadap  titik  berat dengan berbagai kondisi sudut (Derret, 2006)
Kapal yang berlayar pada perairan bergelombang akan mengalami gerakan. Gerakan kapal dibagi menjadi 6  derajat  kebebasan  meliputi surge,  sway,  heave untuk gerakan  translasi  sedangkan roll,  pitch,  yaw untuk
 i 
 t m
doi: 10.14710/teknik.v39n2.15783               Copyright © 2018, TEKNIK, p-ISSN: 0852-1697, e-ISSN: 240-9919
gerakan rotasi (Putranto & Sulisetyono, 2017). Gerakan- gerakan tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar  2 .  Enam  derajat  kebebasan  kapal  (Journee, 2010)
Menurut  Hukum  Newton  kedua,  persamaan gerakan  untuk  6  (enam)  derajat  kebebasan  pada  kapal yang  dipengaruhi  oleh  gelombang  dapat  dilihat  pada Persamaan 4.
F x M j i ij          6 1 .. . (4)
Karena sebuah sistem linier telah ditentukan pada penelitian  ini,  maka  gaya  dan  momen  pada  persamaan ini terdiri dari superposisi:
1. Hydromechanics force and moment , yang disebabkan  oleh  gerakan  harmonik  dari  benda  yang kaku di permukaan yang tercelup pada fluida; dan 2. Exciting  wave  force  and  moment ,  pada  benda  yang terbatas  dan  disebabkan  oleh  gelombang  harmonik yang datang (Putranto, Suastika, & Gunanta, 2017).
Dengan  ini,  sistem  akan  bergerak  dengan  6 derajat  kebebasan  di  gelombang  yang  bergantung  pada linear mass  damper  spring  system dengan  koefisien frekuensi  bebas  dan  linear exciting  forces and moments dimana dapat dilihat pada Persamaan 5.
             6 1 .. . . . ). ( j i i ij i ij i ij ij x c x b x a M
(5)
Dalam hal ini, x i dengan i = 1,2,3 adalah translasi G  ( surge,  sway,  heave )  dan  x i dengan  i  =  4,5,6  adalah
rotasi dari axis terhadap G ( roll, pitch, yaw ). Indikasi ij menunjukkan gerakan i coupling dengan gerakan j.

## 2. Metode Penelitian
Proses  penelitian  ini  diawali  oleh  studi  literatur dan  perumusan  masalah.  Ini  dilakukan  dengan  cara mencari bahan pustaka dan  mencari permasalahan  yang akan  diangkat  menjadi  penelitian  kali  ini.  Kemudian, sebagai  bahan  analisa,  penelitian  ini  dilakukan  dengan membuat  studi  kasus.  Gambar lines  plan dan  data gelombang  dibutuhkan  untuk  membuat  model.  Kapal bulk  carrier dijadikan  sebagai  jenis  kapal  yang  akan dianalisa.
Proses pembuatan model pada Maxsurf dilakukan pada  penelitian  ini.  Model  kapal  ini  meliputi  desain lambung  kapal  dan  letak  kompartemennya.  Berat  baja kapal didefinisikan secara manual pada program beserta letak  titik  beratnya.  Penentuan  kompartemen  ini  akan mempengaruhi  letak  titik  berat  kapal  total  akibat  diberi muatan.
(a) (b)
Gambar 3 . (a) Kondisi kapal intact dan (b) Kondisi kapal damage ruang Muat no. 3 (D3)
Pada penelitian ini, muatan di kompartemen akan divariasikan  berdasarkan  kondisi  kapal intact dan damage seperti  dapat  dilihat  pada  Gambar  3.  Untuk kondisi damage , divariasikan menjadi:
1. Ruang Muat no. 1 (D1);
2. Ruang Muat no. 2 (D2);
3. Ruang Muat no. 3 (D3);
4. Ruang muat no. 1 dan 2 (D4);
5. Ruang muat no. 2 dan 3 (D5); dan
6. Ruang muat no. 1, 2, dan 3 (D6)
Untuk menentukan gerakan rolling kapal digunakan 3D Diffraction Package Software . Pada kasus
kapal  tanker  pengaruh sloshng muatan  di  ruang  muat akibat  beban  gelombang  menjadi  perhatian  karena pengaruh  ini  menjadi  gaya  luar  yang  dominan.  Pada penelitian  ini,  kapal bulk  carrier adalah  kapal  yang mengangkut  bukan  fluida  sehingga  apabila  kapal  bocor dan air masuk ke ruang muat, maka air akan bercampur dengan  muatan  kapal  sehingga  pengaruh sloshing pada penelitian  ini  diabaikan.  Sebelum  melakukan running pada  model,  model  harus  di meshing yang  bertujuan untuk  membagi  model  menjadi  elemen-elemen  kecil. Untuk  penentuan  elemen,  elemen  segi  empat  dilakukan pada  pemodelan  seperti  terlihat  pada  Gambar  4.  Untuk arah  datang  gelombang,  divariasikan  menjadi  2  arah yaitu heading  angle 90 0 dan  270 0 seperti  dilihat  pada Gambar  5.  Gelombang  reguler  digunakan  pada penelitian ini dengan tinggi gelombang 2 m dan periode 7,5 detik.
Gambar 4 . Proses meshing
Gambar 5 . Arah datang gelombang
Setelah  proses running ,  didapatkan  gerakan rolling kapal  terhadap  fungsi  waktu  atau time  series . Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  untuk  menentukan kriteria  kapal capsize pada  kondisi  kapal intact dan damage .  Untuk  itu  peraturan  SOLAS  /CONF.3  - Resolutions of the Conference of Contracting Governments  to  the  International  Convention  for  the Safety  of  Life  at  Sea,  1974  -  (November  1995)  - Resolution  14  (Lloyd  Register  Rulefinder,  2007), diambil  sebagai  rujukan  atau  acuan  untuk  gerakan rolling kapal yang menyebabkan kapal capsizing .

## 3. Hasil dan Pembahasan
Pada  bagian  ini,  akan  ditunjukkan  hasil  dari analisa  yang  dilakukan  dengan  model  kapal  yang  telah dijelaskan pada bagian metodologi. Untuk ukuran utama kapal diberikan data seperti terlihat pada Tabel 1.
Tabel 1 . Ukuran utama kapal
No Ukuran Nilai 1 Lwl 134,2 m 2 Lpp 130,1 m 3 B 26,4 m 4 T 5,4 m 5 H 11 m
Pada  analisa  gerakan rolling kapal  saat  bocor, gelombang  yang  mengenai  kapal  diasumsikan  sebagai gelombang reguler dengan data gelombang sebagai pada Tabel 2.
Tabel 2 . Data gelombang No Parameter Nilai 1 Tinggi gelombang 2 m 2 Periode gelombang 7,5 detik 3 Arah gelombang 90 0 / 270 0 Kondisi kapal saat intact dan damage direkapitulasi pada Tabel 3.
Tabel 3 . Kondisi kapal intact dan damage I D1 D2 D3 D4 D5 D6 A1 0,1 2,8 2,7 2,4 4,6 4,4 5,1 A2 4,2 4,5 4,4 4,1 5,1 4,4 5,7 A3 4,5 4,9 5,1 5,4 5,0 5,6 5,7 A4 4,3 4,8 4,8 4,8 5,1 5,1 5,7 A5 0,2 0,2 0,3 0,5 0 0,5 0 A6 -3 -8 -4 -1 -9 -2 -7 Keterangan:
A1 = Heel to Starboard degrees A2 = Draft at FP m A3 = Draft ar AP m A4 = Draft at LCF m A5 = Trim angle (+stern) degrees
A6 = LCF from Amidship (+forward) m
Dari  Tabel  3,  dapat  disimpulkan  bahwa  terlihat perbedaan titik apung, sudut trim, sudut oleh, perbedaan sarat  pada  masing-masing  kondisi.  Untuk  nilai  berat kapal,  berdasarkan  hukum  Archimedes  bahwa  berat  air yang tercelup adalah sama dengan berat benda tersebut. Oleh karena itu, pada tabel diatas tidak ditunjukkan nilai beratnya  akan  tetapi  berdasarkan  nilai-nilai  diatas  dan dipadukan  dengan  model  kapalnya,  maka  berat  kapal akan dapat ditentukan. 3D Diffraction Package Software
dapat  membaca  kondisi  seperti  yang  dijelaskan sebelumnya.
Kondisi  pada  Tabel  3  sebagai input dalam menghitung  gerakan rolling kapal . Simulasi  dilakukan dalam  waktu  1800  detik.  Gelombang  reguler  seperti yang  dijelaskan  pada  sebelumnya.  Gelombang  yang datang dipusatkan pada letak titik pusat apung. Gerakan rolling kapal intact maupun damage dapat  dilihat  pada Gambar 6 sampai 12.
(a) (b)
Gambar  6 .  Gerakan rolling ( degree )  terhadap  waktu (detik)  selama  1800  detik  pada  kondisi intact dan  (a) sudut heading 90. o (b) sudut heading 270 o
(a) (b)
Gambar  7 .  Gerakan rolling ( degree )  terhadap  waktu (detik)  selama  1800  detik  pada  kondisi Damage  1 dan (a) sudut heading 90 o (b) sudut heading 270 o
Perilaku grafik yang ditunjukkan diatas memberikan kesimpulan bahwa pengaruh damage dapat mempengaruhi kondisi gerakan rolling kapal. Selain itu, arah datang gelombang juga memberikan pengaruh yang signifikan  terhadap  sudut  oleng  kapal.  Berdasarkan grafik pada Gambar 6 sampai 12, perilaku grafik secara
umum  menunjukkan  reguler  saat  berada  pada  detik  ke 250 dan seterusnya.
(a) (b)
Gambar  8 .  Gerakan rolling ( degree )  terhadap  waktu (detik)  selama  1800  detik  pada  kondisi Damage  2 dan (a) sudut headin 90. 0 (b) sudut heading -90 0 (a) (b)
Gambar  9 .  Gerakan rolling ( degree )  terhadap  waktu (detik)  selama  1800  detik  pada  kondisi Damage  3 dan (a) sudut heading 90 o (b) sudut heading 270 o
(a)
(b)
Gambar  10 .  Gerakan rolling ( degree )  terhadap  waktu (detik) selama 1800 detik pada kondisi Damage 1,2 dan (a) sudut heading 90 0 (b) sudut heading 270 0 (a) (b)
Gambar  11 .  Gerakan rolling ( degree )  terhadap  waktu (detik)  selama  1800  detik  pada  kondisi Damage  2,  3 dan (a) sudut headin 90 0 (b) sudut heading 270 0 (a) (b)
Gambar 10 . Gerakan Rolling ( Degree ) Terhadap Waktu (Detik) Selama 1800 Detik Pada Kondisi Damage 1, 2, 3 dan (a) Sudut Heading 90 0 (b) Sudut Heading 270 0 Tabel  4  menunjukkan  sudut roll maksimum  yang terjadi  pada  arah portside dan starboard .  Tujuan  dari penelitian  ini  adalah  untuk  menentukan  kriteria  kapal yang capsizing akibat gelombang dan kondisi intact dan damage nya.  Untuk  menentukan  kriteria  tersebut, digunakan SOLAS/CONF.3 ( Lloyd Register Rulefinder , 2007) yang  mengatur  tentang  persyaratan  stabilitas kapal.  Berdasarkan  peraturan  SOLAS ( Lloyd  Register
Rulefinder ,  2007) ,  kapal  yang  termasuk  kriteria capsizing adalah  kapal  yang  melampaui  sudut  roll sebesar  20 0 .  Sehingga  kondisi  kapal  yang  termasuk kriteria capsizing adalah sebagai berikut: 1. Damage CG1,2 WB1,2;
2. Damage CG2,3 WB 2,3; dan Damage CG1,2,3 WB1,2,3.
Tabel 4 . Rekapitulasi nilai rolling ( degree ) pada kondisi maksimum dan minimum Kondisi Sudut Oleng Rolling maximum (degrees )to starboard Rolling maximum (degrees) to portside Intact 90 0 13,36 13,75 -90 0 13,87 13,50 Damage CG1 WB1 90 0 14,58 14,45 -90 0 16,58 17,23 Damage CG2 WB2 90 0 14,61 14,52 -90 0 16,69 10 Damage CG3 WB3 90 0 14,82 14,76 -90 0 16,85 17,34 Damage CG1,2 WB1,2 90 0 15,11 16,16 -90 0 21,47 21,70 Damage CG2,3 WB 2,3 90 0 15,24 16,17 -90 0 21,44 21,63 Damage CG1,2,3 WB1,2,3 90 0 21,15 21,28 -90 0 26,42 26,46

## 4. Kesimpulan
Pada  kondisi intact maupun damage ,  kapal  bulk carrier yang diamati menunjukkan perilaku sudut rolling terhadap  fungsi  waktu  mengalami  perubahan  osilasi yang  berbeda  dan  perubahan  osilasi  yang  relatif  sama. Grafik rolling terhadap  fungsi  waktu  menunjukkan perilaku  reguler  pada  saat  detik  ke  250.  Berdasarkan peraturan  SOLAS ( Lloyd  Register  Rulefinder ,  2007) , kapal  bulk  carrier  dengan  kondisi Damage  CG1,2 WB1,2;  Damage  CG2,3  WB  2,3;  Damage  CG1,2,3 WB1,2,3 masuk kriteria capsize karena melampaui sudut roll  20 o .    Hasil  penelitian  tanpa  efek  sloshing menunjukkan  bahwa  kapal  bulk  carrier  memiliki  resiko tenggelam  jika  terdapat  kebocoran  pada  dua  ruang muatnya.  Penelitian  selanjutnya  adalah  dengan  me- nonlinear-kan koefisien damping gerakan rolling .

## Ucapan Terima Kasih
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada  Lembaga Penelitian  dan  Pengabdian  Masyarakat  (LPPM)  ITS yang telah mendukung dana untuk riset ini dalam skema Penelitian Pemula 2016.

## Daftar Pustaka
Archimedes  (2002).  The  Works  of  Archimedes,  diedit oleh T. Heath, Mineola: Dover.
Atwood,  G.  (1798).  A  Disquisition  on  the  Stability  of
Ships. By George Atwood, Esq. F.R.S, Philosophical  Transactions  of  the  Royal  Society of London . Volume 88.
Bouguer, P. (1746). Traite du Navire de sa Construction et de ses Mouvemens , Jombert. Paris.
Euler,  L.  (1749).  Scientia  Navalis  seu  Tractatus  de Construendis  ac  Dirigendis  Navibus , Volume  2. St. Petersburg.
Hoste,  P.  (1697).  Theorie  de  la  construction  des vaisseaux (Theory of Ship Construction), Arisson & Posule. Lyon.
Jasionowski,  A.,  Vassalos,  D.,  Scott,  A.  (2011)  Ship Vulnerability  to  Flooding, Safety  At  Sea  Ltd . Universities of Glasgow and Strathclyde.
Jasionowski, A. (2012). Investigation Into The Safety of Ro-Ro  Passenger  Ships  Fitted  With  Long  Lower Holds – Phase II, Research Project 592. Safety At Sea Ltd.
Journee, J.M.J., Adegees. (2010). Theoretical Manual of Strip  Theory  Program  SEAWAY  for  Windows . Delft: TU Delft.
Lloyd  Register  Rulefinder.  (2007).  SOLAS/CONF.3. Adopted  on  29  November  1995,  Annex  –
Stability requirement pertaining to the aggreement.
Nowacki,  H.  (2007). Leonard  Euler  and  The  Theory  of
Ships . Michigan: Department of Naval Architecture  and  Marine  Engineering  University of Michigan.
Panunggal,  P.E.  (2008). Teori  Bangunan  Kapal  I , Surabaya:  Jurusan  Teknik  Perkapalan.  Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
Putranto,  T,  Sulisetyono,  A.  (2015).  Analisa  Numerik Gerakan  dan  Kekuatan  Kapal  Akibat  Beban Slamming  Pada  Kapal  Perang  Tipe  Corvette, KAPAL Jurnal  Ilmu  Pengetahuan  &  Teknologi Kelautan , 12(3): 158-164.
Putranto,  T.,  Suastika,  K.,  Gunanta,  J.  (2017).  Intact Stability Analysis of Crew Boat with Variation of Deadrise  Angle, IPTEK  Journal  of  Proceeding Series , 2: 124-127.
Putranto,  T.  and  Sulisetyono,  A.  (2017).  Lift-Drag Coefficient  and  Form  Factor  Analyses  of Hydrofoil due to The Shape and Angle of Attack. International  Journal  of  Applied  Engineering Research , 12 (21): 11152-11156.
Rawson, K.J., Tupper. (2008). Basic Ship Theory. Ed.5. Vol.1. Butterworth Heinemann.
Tzeng, C.Y. (2009). On the Design and Analysis of Ship Stabilizing  Fin  Controller, Journal  of  Marine Science and Technology , B(2): 177-124..