Upload
others
View
13
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Disusun oleh :Danny Ferdiansyah
2107 100 177
Teknik MesinInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
Surabaya
Dosen Pembimbing :Dr. Ir. Agus Sigit Pramono, DEA.
STUDI TENTANG PENGARUH LEDAKAN 3 BAHAN PELEDAK BERKEKUATAN TINGGI PADA DINDING KONKRET
BERTULANG
Air Blast
Primary Fragment
Heat
Direct Ground-Shock
Efek yang ditimbulkandari suatuledakan
menurut L. J. Van Der Meer
Bagaimana memodelkan, menyimulasikan, serta
mendapatkan profilledakan Ammonium Nitrate and Fuel Oil
(ANFO) danTrinitrotoluene (TNT)
dengan massa keduanyasekitar 0,5 kg pada jarak1,5 m antar permukaan
dinding dan pusat massabahan peledak
Bagaimana mengetahuidan mendapatkan besar
peak pressure serta grafikhubungan pressure-timeyang terukur dari gauge
tertentu yang timbulakibat ledakan ANFO dan
TNT dengan massasekitar 0,5 kg serta
ledakan 1 kg & 3,5 kg Pentaerythritol
Tetranitrate (PETN)
Bagaimana mendapatkanvisualisasi kondisi
Reinforced Concrete Wallsetelah menerima bebanledak dari 1 kg dan 3,5 kg PETN pada jarak 40 mm dengan dimensi tebal x
panjang x lebar yaitu 50 x 600 x 600 mm dan 50 x
1200 x 1200 mm
1 2 3
Ledakan terjadi di medium udaraLedakan yang terjadi bersifat fully initiated (meledak secara sempurna dankeseluruhan pada waktu yang sama, sehingga proses pembakaran ataudeflagrasi diabaikan)Udara dimodelkan sebagai gas idealKandungan material bahan peledak bersifat homogenMaterial pembungkus bahan peledak tidak dimodelkanReferensi nilai dari properties udara berdasarkan kondisi tekanan udara (P0)1 atm dan temperatur 288 K (15oC). Nilai properties model diambil dariproperties yang ada di library dari software yang digunakan kemudiandilakukan pengeditan sesuai dengan ketentuan.Material dinding konkret berupa CONC-35MPA dengan perubahan nilaikekuatan sesuai model eksperimen dan struktur mikro dari materialdiasumsikan homogen.Material penguat berupa STELL 4340 (untuk model dinding dengan peledakPETN, ANFO dan TNT) dengan perubahan nilai kekuatan sesuai modeleksperimen dan struktur mikro dari material diasumsikan homogen
Ruang Lingkup dan Batasan Masalah
Memvalidasi hasil model ledakan dari hasil
eksperimen penelitianledakan yang telah ada
Menganalisa parameter hasil ledakan berupa
pressure yang mampudibangkitkan dari ledakan
bahan peledakAmmonium Nitrate and Fuel Oil (ANFO) danTrinitrotoluene (TNT)
dengan massa keduanyasekitar 0,5 kg pada jarak1,5 m antar permukaan
dinding dan pusat massabahan peledak terukur
pada gauge /sensor yang telah ditentukan
Menganalisa danmenjelaskan kerusakan
permukaan dindingkonkret bertulang sebagaipengaruh ledakan 1 dan3,5 kg PETN pada jarak40 mm antar permukaan
bahan peledak relatifterhadap permukaan
dinding
1 2 3
Manfaat
Memberikan informasi mengenai desain bahanterkait pemilihan, ketebalan, dan struktur
material sebagai informasi pendukung untukrancangan struktur yang tahan terhadap beban
ledak dari parameter hasil yang diperolehmelalui simulasi software
Hasil tugas akhir ini bisa dijadikanreferensi dalam penelitian-
penelitian selanjutnya mengenailedakan dan pengaruhnya
B. Riisgard melakukan eksperimen ledakan jarak dekatdengan rincian sebagai berikut
Panel Dimensi [mm] Berat PETN (berat ekivalen
TNT) [kg]
Jarak*
[mm]
Jarak** [mm]
1 50 x 600 x 600 1 (1,3) 40 852 50 x 1200 x
12003,5(4,5) 40 126
* Jarak permukaan bawah bahan peledak dengan permukaan atas panel**Jarak centre bahan peledak dengan permukaan atas panel
Pengaturan eksperimen ledakan 50x1200x1200 mm /3,5 kg PETN
PENELITIAN TERDAHULU
PENELITIAN TERDAHULU
J. H. J. Kim et al. melakukan eksperimen ledakan 0,5 kgTrinitrotoluene(TNT) dan Ammonium Nitrate and Fuel Oil (ANFO) berjarak 1,5 m dari
permukaan dinding konkret berdimensi 1000 x 1000 x 150 mm
• Ledakan terjadi karena :proses Kimia, Fisika, atau Nuklir
• Perubahan Material Bahan Peledak, Solid/Cair => Gas• Energi Dalam yang Terlepas• Terbentuknya Gelombang Ledak (High-pressure wave)• Interaksi Produk Hasil Ledakan
D = CCJ+ (Up)CJ
menyerupai“moving wall” & bergerak dengan
kecepatan D
Pressure & TemperaturTinggi
CCJ : kecepatan suara pada gas yang
terkompresi(Up) : kecepatan partikel
DASAR TEORI
Berat Ekivalen TNT
WE : Berat TNTWEXP : Berat bahan peledak yang lainHEXP : Heat of detonation bahanpeledak lainHTNT : Heat of detonation TNT
Energi yang dikeluarkan suatu material bahan peledak relatifterhadap TNT, bisa dinyatakan sebagai fungsi heat of detonation material tersebut
BahanPeledak
Massa Jenis (ρ) [g/cc]
Heat of Combustion (Q) [MJ/kg]
CJ velocity [km/s]
CJ Pressure [kBar]
TNT 1,6 4,52 6,7 210RDX 1,65 5,36 8,7 340HMX 1,9 5,68 9,1 390C6H14 0,66 45 1,8 0,018
H2 8,2.10-5 100 1,97 0,015
(Baker et el., 1983)
Scaled Distancescaled distance merupakanskala perbandingan antarajarak dan berat bahanpeledak yang merupakanskala linier yang bisamenggambarkan parameter hasil yang salingberhubungan dengan skalafaktor tertentu
(Smith, 1994)
Z : Scaled Distance (ft/lb1/3)R : Jarak struktur dari sumber ledakan (ft)W : Berat TNT-Ekuivalen bahan peledak (lb)
Struktur Gelombang Ledak
Po : Ambient PressurePs
+ : Positive Peak Overpressure (Fase positif dari gelombang ledak)Ps
- : Partial Vacuum (Fase negatif dari gelombang ledak)ta : Waktu awal terbentuknya gelombang ledaktd+ : Durasi fase positif gelombang ledaktd- : Durasi fase negatif gelombang ledakp(t) : Pressure-time history gelombang ledak
METODE PENELITIAN
Studi Literatur danPengumpulan Data
Pemodelan, PenerapanVariasi, dan Simulasi Model
Plotting Hasil Simulasi
Verifikasi dan Validasi Hasil
Analisa Hasil Simulasi
Kesimpulan
Flowchart Pemodelan & Simulasi Ledakan 2D
Flowchart PemodelanDinding Konkret Bertulang
Flowchart Pemodelan & Simulasi Ledakan 3D
HASIL DAN PEMBAHASAN
expansi ledakan berupa pressure dan blast wave berbentuk bola (spherical explosion)
mulai dari initial condition (jarak 1,5 m antar pusat bahan peledak denganpermukaan dinding) hingga mencapai permukaan dinding terjadi padarentang waktu yang sangat singkat, yaitu:• sekitar 0,34 / 0,35 ms (untuk ANFO secara 3D) dan 0,7 ms (untuk
ANFO secara 2D)• sekitar 0,27 ms (untuk TNT secara 3D) dan 0,9 ms (untuk TNT
secara 2D)
Profil ledakan TNT identik dengan ANFO
Perbandingan free field pressure dan reflected pressure maksimum hasil ekperimen dengan hasilsimulasi (a = 3D; b = 2D)
Initial time : 0,7 msPeak pressure : 32,674 MpaLama interaksi : 1,5 ms
ChargeEKSPERIMEN SIMULASI
TNT massa
sekitar 0,5 kg
ANFO massa
sekitar 0,5 kg
TNT massa sekitar
0,5 kg
ANFO massa
sekitar 0,5 kg
Reflected PressureCenter (Mpa) NR* 21,23 40,587a/ 43,743b 35,029a / 32,674b
230 mm (Mpa) NR* 26,58 31,708a / 30,924b 28,491a / 28,44b
Free field Pressure Peak overpressure 0,306 0,25 0,60286b 0,52304b
Ledakan ANFO(bagian tengah permukaan atas dinding)
Initial time : 0,34 msPeak pressure : 35,029 MpaLama interaksi : 0,03 ms
Initial time : 0,55 msPeak pressure : 21,23 MPaLama interaksi : 1 ms
2D 3D
HASIL DAN PEMBAHASAN
Perbandingan free field pressure dan reflected pressure maksimum hasil ekperimen dengan hasilsimulasi (a = 3D; b = 2D)
Initial time : 4,8 msPeak pressure : 0,25 MPaDurasi fase (+) : 3,2 msDurasi fase (-) : 10 ms
Initial time : 4,5 msPeak pressure : 0,52304 MPaDurasi fase (+) : 3,5 msDurasi fase (-) : 7 ms
Perbedaan bisadisebabkan oleh:
1. properties standar bahanpeledak
2. Meshing tidakrelevan
Ledakan ANFO(free field pressure / 5m horizontal)
2D
ChargeEKSPERIMEN SIMULASI
TNT massa
sekitar 0,5 kg
ANFO massa
sekitar 0,5 kg
TNT massa sekitar
0,5 kg
ANFO massa
sekitar 0,5 kg
Reflected PressureCenter (Mpa) NR* 21,23 40,587a/ 43,743b 35,029a / 32,674b
230 mm (Mpa) NR* 26,58 31,708a / 30,924b 28,491a / 28,44b
Free field Pressure Peak overpressure 0,306 0,25 0,60286b 0,52304b
Perbandingan free field pressure dan reflected pressure maksimum hasil ekperimen dengan hasilsimulasi (a = 3D; b = 2D)
2D
3D
2D
2DPeak pressure : 43,743 MpaInitial time : 0,9 msLama interaksi : 1,2 ms
3DPeak pressure : 40,587 MpaInitial time : 0,27 msLama interaksi : 0,03 ms
bagiantengah
permukaanatas dinding
Free field pressure
(5m horizontal)
Initial time : 3 msPeak pressure : 0,98664 MPaDurasi fase (+) : 4 msDurasi fase (-) : 8 ms
Ledakan TNT
ChargeEKSPERIMEN SIMULASI
TNT massa
sekitar 0,5 kg
ANFO massa
sekitar 0,5 kg
TNT massa sekitar
0,5 kg
ANFO massa
sekitar 0,5 kg
Reflected PressureCenter (Mpa) NR* 21,23 40,587a/ 43,743b 35,029a / 32,674b
230 mm (Mpa) NR* 26,58 31,708a / 30,924b 28,491a / 28,44b
Free field Pressure Peak overpressure 0,306 0,25 0,60286b 0,52304b
HASIL DAN PEMBAHASAN
PERMUKAAN BAGIAN TENGAH
DINDING
FREE FIELD PRESSURE
(5 m dari titik ledak)
1 kg
PETN
3,5 kg
PETN
0,5 kg
TNT
0,5 kg
ANFO
0,5 kg
TNT
0,5 kg
ANFO
R [m] 0,0941 0,12228 1,5 1,5 5 5
W [kg] 1,282 4,487 15,87573295 12,70058636 15,87573295 12,70058636
Z
(Scaled Distance)0,086621749 0.074137296 0.596824529 0,642909735 1,989415097 2,143032449
Persamaan Kinnery and Graham
(TEORITIS) [MPa]*3822,962 4328,2856 23,48105 19,7414 1,9481 1,73
EKSPERIMEN
[MPa]- Not Record 21,23 0,306 0,25
SIMULASI
[MPa]
Principal Stress
Mode2090,8 > 4000 2D 3D 2D 3D 2D 2D
RHT Concrete
Mode2126 2870 43,743 40,587 32,674 35,029 0,60286 0,52304
Hasil perhitungan pressure yang mampu dibangkitkan dariledakan ANFO & TNT (0,5 kg) dan 1 & 3,5 kg PETN secara teoritis
Tren grafik pressure-time yang dibentuk melalui simulasi secara 2D,
3D dan melalui pengukuran eksperimenhampir sama dengan tren grafik
pressure-time ledakan yang ideal, namun grafik pressure-time hasilsimulasi secara 3D tidak relevan
dibandingkan dengan simulasi secara2D dan melalui eksperimen dilihat daridurasi fase positif dan negative yang terekam. Hal ini menunjukan bahwa
simulasi secara 2D lebih relevan dalammenggambarkan tren grafik hasil
ledakan dibandingkan dengan simulasisecara 3D
KESIMPULAN1
Respon struktur terhadap bebanledak dipengaruhi oleh beberapafaktor termasuk massa dan jenis
bahan peledak; ukuran, properties, dan orientasi bentuk
struktur; jarak ledak terhadapsasaran; serta bentuk dan jenis
permukaan / ground
2
Hasil kerusakan permukaandinding melalui simulasi ledakan
tidak bisa memodelkankerusakan dinding yang sesuai
dengan hasil eksperimen
3
SARAN1. Perlu dicari data / referensi terbaru
terkait properties bahan peledak TNT,ANFO, dan PETN
2. Verifikasi hasil kerusakan sebaiknya ditentukan denganparameter berupa tegangan maksimal yang diterima darimaterial objek (dinding konkret bertulang
3. Hasil kerusakan permukaan dinding melalui simulasitidak bisa memodelkan kerusakan dinding yang sesuaidengan eksperimen karena model yang sederhana.