Hidro 1 Mat 10a Gaya Gel Morison

HIDRODINAMIKA I MATERI 10

GAYA GELOMBANG PADA STRUKTUR LANGSING TERPANCANG

(WAVE LOADS ON SLENDER FIXED STRUCTURES)

Eko B Djatmiko

Jurusan Teknik Kelautan

Fakultas Teknologi kelautan

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Surabaya - 2014

JURUSAN TEKNIK KELAUTAN - ITS

1

HIDRODINAMIKA I MATERI 10a

GAYA GELOMBANG PADA STRUKTUR LANGSING TERPANCANG

MINGGU 12


2

1. PENDAHULUAN

Prosedur Analisis Beban Gelombang (Sarpkaya & Isaacson, 1981) hal 6, 7 (lihat juga Gambar 1):


a) Menyusun kondisi gelombang (wave climate) di lingkungan struktur beroperasi didasarkan pada data rekaman gelombang atau hindcasting dari data meteorologi yang tersedia;

b) Mengestimasi kondisi gelombang perancangan untuk struktur;

c) Memilih dan menerapkan teori gelombang untuk menentukan kinematika partikel gelombang yang sesuai;

d) Menerapkan formulasi beban gelombang yang sesuai untuk menentukan beban hidrodinamika pada struktur;

e) Menghitung respons internal struktur (bending moments, base shears, base moments);

f) Menghitung kekuatan struktur (tegangan, deformasi)

3

1. PENDAHULUAN ..... lanjut JURUSAN TEKNIK KELAUTAN - ITS

WAVE RECORDS WIND RECORDS

WAVE CLIMATE

DESIGN WAVE CONDITIONS

FLUID PARTICLE KINEMATICS

HYDRODYNAMIC FORCES

STRUCTURAL RESPONSES

STRUCTURAL STRENGTH

4

Gambar 1. Prosedur analisis beban gelombang

1. PENDAHULUAN ..... lanjut

Menurut Morison (1950), secara umum gaya gelombang pada bangunan laut terpancang dapat dibagi menjadi tiga komponen:

1. Gaya Tekanan Dinamik

2. Gaya Percepatan

3. Gaya Hambatan


5

2. GAYA TEKANAN DINAMIK

Gaya yang ditimbulkan oleh perubahan tekanan hidrodinamik di bawah permukaan gelombang yang bergerak (lihat Gambar 2) dengan mengasumsikan bahwa keberadaan benda tidak menimbulkan gangguan pada aliran partikel air di bawah gelombang

Disebut juga Gaya Froude-Krylov

x

z l

z0

H

Arah propagasi gelombang

B A

AS

Luas permukaan = S

Gambar 2. Distribusi tekanan pada benda dalam medan aliran propagasi gelombang


6

2. GAYA TEKANAN DINAMIK ..... lanjut

Tekanan hidrodinamik yang timbul pada benda yang berada dalam medan propagasi gelombang diberikan sebagai (Airy perairan dalam):

Gaya tekanan yang terjadi pada benda dapat diperoleh melalui integrasi tekanan pada luas permukaan benda, yakni:

..... (1)

..... (2)

..... (3a)

..... (3b)

di mana: AS = luas penampang benda ax = percepatan partikel horisontal pada pusat penampang benda AS az = percepatan partikel vertikal pada pusat penampang benda AS


7

lihat Gambar 3

2. GAYA TEKANAN DINAMIK ..... lanjut

x

z l

z0

H


B A

AS ax

az

Gambar 3. Komponen percepatan partikel gelombang


8

3. GAYA PERCEPATAN Gaya yang timbul dari perubahan tekanan akibat pengaruh perubahan percepatan partikel

gelombang oleh gangguan dari benda dalam medan aliran propagasi gelombang

Gaya ini ekuivalen dengan hasil kali antara percepatan dengan massa tambah, sbb:

..... (4a)

..... (4b)

di mana: CMx = koefisien massa tambah pada mode osilasi horisontal CMz = koefisien massa tambah pada mode osilasi vertikal


9

4. GAYA INERSIA

Gaya yang merupakan penjumlahan dari gaya tekanan dan gaya percepatan, sbb:

..... (5a)

di mana: (1+ CMx) = CIx = koefisien inersia pada mode osilasi horisontal (1+ CMz) = CIz = koefisien inersia pada mode osilasi vertikal

..... (5b)


10

5. GAYA HAMBATAN Gaya yang timbul dari perubahan tekanan pada permukaan benda karena pengaruh viskositas yang

terjadi akibat gangguan benda sehingga mengubah distribusi kecepatan partikel fluida dalam medan propagasi gelombang

Disebut juga sebagai Gaya Kecepatan

Efek-efek viskositas timbul dalam bentuk lapisan batas, pemisahan lapisan batas, dan ulekan atau aliran pusaran di belakang benda (lihat Gambar 4 dan 5 serta lihat kembali Materi-2)

x

z l

z0

H


B

A

AS

Gambar 4. Efek viskositas pada perubahan kecepatan aliran


11

Gambar 5. Visualisasi skematis aliran di sekitar silinder pada sejumlah angka Reynolds (http://www.azimuthproject.org/azimuth/show/Blog+-+eddy+who%3F)

5. GAYA HAMBATAN ..... lanjut


12

5. GAYA HAMBATAN ..... lanjut

Gaya hambatan dapat dituliskan dalam bentuk persamaan:

..... (6a)

..... (6a)

di mana: CDx dan CDz = koefisien hambatan (drag) untuk aliran arah horisontal dan vertikal Ux dan Uz = kecepatan partikel horisontal dan vertikal |Ux| dan |Uz| = harga absolut kecepatan partikel horisontal dan vertikal

Catatan: Harga kecepatan absolut dimasukkan ke pers (6a) dan (6b) untuk memastikan bahwa perhitungan akan memberikan hasil gaya yang mempunyai arah sesuai dengan arah kecepatan partikelnya


13

6. GAYA GELOMBANG TOTAL

Gaya gelombang total yang bekerja pada struktur terpancang adalah merupakan penjumlahan gaya inersia dan gaya redaman, sbb:

..... (7a)

Sehingga resultan gaya gelombang total adalah:

..... (7b)

Komponen gaya gelombang total adalah:

..... (8)


14

Dominasi Gaya Inersia atau Drag (lih Offshore Hydromechanics by Journee & Massie 2001)


VARIOUS FORCE REGIME:

6. GAYA GELOMBANG TOTAL ..... lanjut

D/l > 1 Condition approximate to pure reflection D/l > 0.2 Diffraction is increasingly important D/l < 0.2 Diffraction is negligible D/l0 > 0.2 Inertia dominant D/l0 < 0.2 Drag dominant

where: D Diameter of structure l Wave length l0 Deepwater wave length

15


Selamat Belajar

16

Documents

Hidro 1 Mat 10a Gaya Gel Morison