Selain stabilitas dan trim, setiap rencana muat harus memeriksa kekuatan memanjang (longitudinal strength). Kapal bekerja seperti balok panjang yang ditopang air. Bila berat dan gaya apung tidak tersebar dengan pola yang sama sepanjang kapal, lambung menerima gaya geser (shear force, SF) dan momen lentur (bending moment, BM). Panduan ini menjelaskan konsepnya dengan bahasa planner, cara membaca hasil di loading computer, dan contoh hitung sederhana.
Dari distribusi berat ke shear force dan bending moment
Di setiap potongan kapal ada dua gaya: berat ke bawah (lightship, muatan, ballast, bahan bakar) dan gaya apung ke atas (sesuai bentuk lambung yang terendam). Selisih keduanya per meter panjang disebut beban bersih.
- Shear force di suatu titik adalah jumlah beban bersih dari ujung kapal sampai titik itu. Nilainya biasanya terbesar di sekitar sekat melintang atau batas antara palka berat dan ringan.
- Bending moment di suatu titik adalah jumlah (integral) shear force dari ujung sampai titik itu. Nilainya biasanya terbesar di sekitar tengah kapal, tepat di tempat shear force melewati nol.
Kapal yang bobot totalnya sama bisa memiliki BM sangat berbeda, tergantung di mana muatan ditempatkan. Karena itu kekuatan memanjang tidak bisa dinilai hanya dari deadweight atau sarat rata-rata.
Hogging vs sagging
| Kondisi | Penyebab umum | Bentuk lengkung | Dek | Dasar |
|---|---|---|---|---|
| Hogging | Ujung kapal berat (palka depan/belakang penuh, ceruk ballast terisi), tengah ringan | Tengah naik | Tarik | Tekan |
| Sagging | Tengah kapal berat (palka tengah penuh), ujung ringan | Tengah turun | Tekan | Tarik |
Kapal dengan kamar mesin di belakang cenderung hogging saat kosong atau ringan. Gelombang menambah keduanya: puncak gelombang di tengah kapal memperbesar hogging, lembah gelombang di tengah memperbesar sagging. Konvensi tanda (positif = hogging atau sebaliknya) berbeda antar-perangkat lunak, jadi selalu periksa legenda loading computer kapal Anda.
Batas di laut, batas di pelabuhan, dan titik baca
Batas kekuatan ditetapkan oleh perancang dan disetujui kelas, mengikuti persyaratan IACS (misalnya UR S11 untuk standar kekuatan memanjang dan UR S1 untuk loading manual dan loading instrument) serta aturan biro klasifikasi seperti BKI. Ada dua set batas momen dan gaya geser air tenang:
- Seagoing (di laut): lebih ketat karena harus menyisakan ruang untuk beban gelombang.
- Harbour (di pelabuhan): lebih longgar, berlaku selama bongkar muat di perairan tenang.
Batas tidak berupa satu angka. Loading manual mencantumkan batas pada titik baca (reading points) tertentu, biasanya di sekat melintang dan di beberapa nomor gading (frame) yang dipilih. Batas BM biasanya terbesar di tengah kapal dan mengecil ke arah ujung. Loading computer menampilkan nilai aktual di setiap titik dan persentasenya terhadap batas. Yang dibaca planner adalah persentase tertinggi, bukan rata-rata.
Contoh hitung sederhana (tongkang kotak ilustratif)
Model pengajaran: tongkang kotak fiktif 100 × 25 m, lightship 1.000 t tersebar rata (10 t/m), muatan 2.000 t. Karena bentuknya kotak dan even keel, gaya apung tersebar rata: 3.000 t / 100 m = 30 t/m. Batas ilustratif: SF 700 t (laut) / 900 t (pelabuhan), BM 14.000 t·m (laut) / 18.000 t·m (pelabuhan).
Kasus A, muatan di tengah (x = 30–70 m): muatan 2.000 / 40 = 50 t/m. Beban bersih di ujung 30 − 10 = +20 t/m (kelebihan apung), di tengah 30 − 60 = −30 t/m. SF naik dari 0 menjadi 20 × 30 = 600 t di x = 30 m, lalu turun sampai 0 di x = 50 m. BM di x = 30 m = ½ × 30 × 600 = 9.000 t·m; di tengah 9.000 + ½ × 20 × 600 = 15.000 t·m, sagging.
Kasus B, muatan di ujung (1.000 t di x = 0–20 m dan 1.000 t di x = 80–100 m): polanya terbalik, SF maksimum 600 t di x = 20 m dan BM 15.000 t·m di tengah, tetapi hogging.
Kasus C, muatan rata sepanjang kapal (20 t/m): berat 30 t/m sama dengan apung 30 t/m, sehingga SF dan BM nol di semua titik.
Kasus D, kasus A ditambah ballast 200 t di tiap ujung (x = 0–10 m dan 90–100 m): displacement menjadi 3.400 t dan apung 34 t/m. SF maksimum turun menjadi 520 t, BM tengah turun menjadi 11.000 t·m sagging.
| Kasus | SF maks (t) | % batas laut | BM maks (t·m) | Jenis | % batas laut | % batas pelabuhan |
|---|---|---|---|---|---|---|
| A. Muatan di tengah | 600 | 86% | 15.000 | Sagging | 107% | 83% |
| B. Muatan di ujung | 600 | 86% | 15.000 | Hogging | 107% | 83% |
| C. Muatan rata | 0 | 0% | 0 | — | 0% | 0% |
| D. A + ballast ujung | 520 | 74% | 11.000 | Sagging | 79% | 61% |
Kasus A boleh selama bongkar muat (83% batas pelabuhan), tetapi kapal tidak boleh berangkat dalam kondisi itu karena BM melewati batas laut. Menambah ballast di ujung (kasus D) membawa BM ke 79%, dengan konsekuensi sarat bertambah sekitar 0,16 m (400 t ÷ (100 × 25 × 1,025)). Periksa dampak sarat dan trim dengan kalkulator draft & trim.
Untuk kasus A, pembacaan per titik terlihat seperti tabel loading computer berikut (batas laut dibuat sama di semua titik agar sederhana; pada kapal nyata batasnya berbeda per titik):
| Posisi (m dari ujung belakang) | SF (t) | % SF | BM (t·m) | % BM |
|---|---|---|---|---|
| 10 | 200 | 29% | 1.000 | 7% |
| 30 | 600 | 86% | 9.000 | 64% |
| 50 | 0 | 0% | 15.000 | 107% |
| 70 | −600 | 86% | 9.000 | 64% |
| 90 | −200 | 29% | 1.000 | 7% |
Kapal nyata tidak sesederhana ini: bentuk lambung membuat gaya apung tidak rata, kamar mesin terkonsentrasi di belakang, dan trim menggeser distribusi apung. Itulah sebabnya perhitungan nyata dilakukan per gading oleh loading computer.
Pengaruh distribusi muatan dan ballast
- Sebar muatan berat sepanjang kapal. Mengumpulkan kontainer berat atau curah di palka tengah mendorong sagging; mengumpulkannya di palka ujung mendorong hogging.
- Ballast ceruk (peak tank) mengurangi sagging tetapi menambah hogging. Ballast di tangki tengah sebaliknya.
- Kondisi antara (intermediate) juga dihitung. Urutan bongkar muat bisa melewati kondisi yang lebih buruk daripada kondisi awal dan akhir. Ini sangat penting untuk kapal curah, lihat urutan muat kapal curah.
- Konsumsi bahan bakar dan air selama pelayaran mengubah distribusi berat; kondisi kedatangan perlu dicek, bukan hanya keberangkatan.
- Kapal kontainer juga memiliki batas torsi (torsional moment) karena bukaan palka yang lebar.
Hubungan antara berat, titik berat, dan stabilitas dibahas di dasar stabilitas kapal untuk planner, dan titik berat gabungan bisa dihitung dengan kalkulator CoG gabungan.
Peran perangkat lunak perencanaan
STOWAGE.ID Vessel Stowage menghitung perkiraan SF dan BM dari distribusi muatan yang direncanakan dan menandai titik baca yang mendekati batas, sehingga planner bisa memindahkan muatan lebih awal. Ini adalah alat perencanaan dan pendukung keputusan di darat. Acuan resmi tetap loading computer kapal yang disetujui kelas dan loading manual atau stability booklet. Perbedaannya dijelaskan di panduan loading computer vs perencanaan darat. Untuk kapal curah, lihat juga stowage kapal curah.