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.