BAB 5
5 Analisis Seismic
Analisis seismik merupakan analisis yang dilakukan untuk mengetahui kekuatan struktur (dalam hal ini digunakan model struktur yang sama dengan model pada analisis Inplace) terhadap gerakan tanah (Ground Motion). Analisis seismik yang dilakukan terdiri dari dua bagian yaitu : 1.
Level Strength
2.
Level Ductility
Pada analisis strength level, bertujuan untuk memastikan suatu platform memiliki properties dan kekakuan yang sesuai dalam usaha menghindari kerusakan yang signifikan akibat gempa. Selain itu, sesuai dengan filosofi dasar desain gempa bumi, struktur direncanakan mampu menahan gempa kuat, dimana struktur akan berespon plastis (daktail). Ketika struktur sudah melewati batas leleh, struktur didesain tidak runtuh dengan menggunakan prinsip daktilitas. Berdasarkan prinsip tersebut, maka perlu dilakukan analisis duktilitas. Pada analisis seismik berikut akan digunakan metoda Respon Spektra. Analisis seismik dengan SACS dilakukan dengan beberapa tahap yaitu : 1.
Analisis statik terhadap struktur dengan menggunakan beban–beban statik yang diterima oleh struktur.
2.
Analisis dinamik sehingga dapat diperoleh mode shape dari model struktur.
3.
Analisis respon spektral untuk menentukan respon struktur terhadap gempa yang terjadi.
4.
Kombinasi pembebanan antara beban dinamik dan beban statik pada struktur.
5.
Pengecekan terhadap kekuatan member-member penyusun struktur.
Adapun beban yang diperhitungkan dalam analisis seismik adalah sebagai berikut : 1.
Berat Sendiri Struktur (Self Weight)
2.
Beban equipment
3.
Live Load pada Main Deck, Mezzanine Deck, Cellar Deck, Sub Cellar Deck dan Jacket Walkway
5-1
4.
Beban Hook (Crane Vertikal)
5.
Beban Work Over Rig (WOR) Dead Load
Dalam permodelan untuk analisis seismic, hanya satu jenis kombinasi pembebanan yang digunakan, yaitu : EQK =1.0SW+1.0Eq+0,75MDLL+0,75MZLL+0,75CDLL+0,75SCLL+0,75JWLL+1.0 Hook+1.0 WOR-DL Kekakuan struktur dipengaruhi oleh properties dari struktur yang ditinjau. Dalam pemodelan pondasi, terdapat perbedaan yang cukup signifikan untuk tiang yang berada dekat dengan kepala tiang (pile head), dengan tiang yang berada dibawahnya. Variasi terhadap kedalaman menjadi pertimbangan dalam melakukan desain. Menurut API RP 2A, analisis seismik dianjurkan untuk dilakukan jika nilai PGA untuk level strength > 0.5 karena pengaruh beban gempa yang terjadi pada struktur tidak akan berpengaruh banyak dibandingkan dengan pengaruh beban lingkungan yang lain. Nilai PGA dihitung berdasarkan periode ulang 500 tahun, yaitu berdasarkan SNI Gempa 03-17262003 (Gambar 5.1).
5-2
5-3
Gambar 5.1
Indonesian Earthquake Zone berdasarkan SNI 03-1726-2003.
Dalam hal ini, lokasi anjungan yang dianalisis berada di zona 4 (Perairan Selat Sunda).
Gambar 5.2 Zoom lokasi platform (wilayah 4). Sebelum dikonversikan sesuai dengan periode ulang 100 tahun dan 800 tahun, maka perlu ditentukan faktor respon gempa C, sesuai dengan wilayah gempa yang ditinjau. Untuk wilayah gempa 4, nilai C dapat dilihat pada grafik sebagai berikut :
Gambar 5.3 Grafik faktor respon gempa untuk wilayah 4.
5-4
Secara keseluruhan, kondisi tanah di lokasi platform merupakan tanah lunak, sehingga Nilai C untuk tanah lunak dengan periode alamiah (T) sebesar 0,968 detik didapat :
C=
0,64 0.64 = = 0.66 0.968 T
Selanjutnya, dilakukan perhitungan PGA untuk strength level dan ductility level, berdasarkan periode ulang 100 tahun (strength) dan periode ulang 800 tahun (ductility).
PGASLE = 0,66 g .
log(TSLE ) ................................................................................................................................... (5.1) log(500)
PGADLE = 0,66 g .
log(TDLE ) ................................................................................................................................ (5.2) log(500)
Dimana : PGASLE TSLE PGADLE TDLE
= = = =
Nilai PGA untuk strength level event Periode Ulang (tahun) untuk strength level event (100 tahun) Nilai PGA untuk ductility level event Periode Ulang (tahun) untuk ductility level event (800 tahun)
Rumusan diatas diambil dari Indonesian Earthquake Zone berdasarkan SNI 03-1726-2003. Dari perhitungan didapat, nilai PGA untuk analisis strength sebesar 0,489g, sedangkan nilai PGA untuk analisis ductility sebesar 0,710g.
5.1
Hasil Analisis Strength
5.1.1
Rasio Tegangan Member (Unity Check)
Analisa seismik untuk kondisi strength dengan perioda ulang 100 tahun menggunakan perangkat lunak SACS 5.1 memperoleh hasil yaitu tidak ada kenaikan batas izin tegangan pada perhitungan rasio tegangan, dapat dilihat bahwa semua member pada jacket dan dek memiliki rasio tegangan dibawah 1.0, artinya tegangan yang terjadi pada member-member tersebut berada dibawah tegangan izin seperti yang tercantum dalam API RP2A edisi 21. Tabel 5.1
Rasio Tegangan Maksimum Member untuk Analisis Seismic-Strength
Member
Grup
Deskripsi
UC
9869-8920
CD6
Cellar Deck at +35 ft
0.426
9874-8921
CD6
Cellar Deck at +35 ft
0.410
403P-503L
PL5
Member at +10 ft
0.417
Rangkuman dari UC maksimum pada member-member hasil perhitungan komputer selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran C. Secara umum dapat dikatakan bahwa seluruh member pada platform ini dapat bertahan terhadap gaya yang terjadi akibat beban gempa dengan perioda ulang 100 tahun (Strength Level). Pada kondisi ini, struktur diharapkan tahan terhadap gempa dan masih berperilaku linier.
5.1.2
Rasio Tegangan Sambungan Tubular (Joint Can Unity Check)
Seluruh sambungan (joint) telah memenuhi persyaratan dari API RP 2A yaitu memiliki nilai UC<1.0, artinya tidak ada kenaikan batas tegangan izin pada kondisi ini.
5-5
Tabel 5.2
Rasio Tegangan Maksimum Joint untuk Analisis Seismic-Strength Elevation
Joint
UC
at -70 ft
8328
0.422
at -70 ft
8329
0.412
at -70 ft
204L
0.340
at -70 ft
202L
0.334
at +10 ft
401L
0.317
at +10 ft
403L
0.289
at -70 ft
8323
0.268
Rangkuman nilai Unity Checks (UC) untuk semua joint selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran C.
5.1.3
Faktor Keamanan Pile
Faktor keamanan (SF) untuk kapasitas ultimate pile (Qu) telah sesuai dan memenuhi persyaratan kriteria dari API RP 2A. Ringkasan rasio tegangan maksimum dan faktor keamanan pile untuk kondisi strength level diberikan pada Tabel 5.3. Tabel 5.3
Rasio Tegangan Pile Maksimum Joint dan Safety Factor untuk Analisis Seismic-Strength Level Single Axial Capacity (kips)
Axial Load (kips)
ID Pile
Distance from Pile Head(ft)
101P
8.3
0.839
-4726,80
1390.0
3.40
102P
8.3
0.802
-4726,80
1453.2
3.25
103P
8.3
0.928
-4726,80
1506.3
3.14
104P
8.3
0.902
-4726,80
1540.6
3.07
UC max
Safety Factor
Unity check terbesar untuk tiap-tiap pile berada pada 8,3 ft dari pile head (mudline). Hal ini disebabkan karena beban yang bekerja pada bentang sepanjang 8,3 ft merupakan momen terbesar yang terjadi untuk tiap-tiap pile. Namun, besarnya unity check untuk tiap-tiap pile masi sesuai dengan apa yang disyaratkan oleh API RP2A yaitu UC < 1. Hasil UC untuk pile (strength) selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran C. Gambar 5.4-5.7 memperlihatkan hasil plot unity check untuk pile per kedalaman tanah untuk masing-masing pile.
5-6
UC PILE-Strength (101P) Unity Check Pile 0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
Kedalaman Tanah (ft)
0
50
100
150
200
250
Gambar 5.4
Unity check per kedalaman untuk pile 101P.
UC PILE-Strength (102P) Unity Check Pile 0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
Kedalaman Tanah (ft)
0
50
100
150
200
250
Gambar 5.5
Unity check per kedalaman untuk pile 102P.
UC PILE-Strength (103P) Unity Check Pile 0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
Kedalaman Tanah (ft)
0
50
100
150
200
250
Gambar 5.6
Unity check per kedalaman untuk pile 103P.
5-7
UC PILE-Strength-104P Unity Check Pile 0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
Kedalaman Tanah (ft)
0
50
100
150
200
250
Gambar 5.7
Unity check per kedalaman untuk pile 104P.
Pada Tabel 5.3 diatas juga menunjukkan faktor keamanan maksimum yang terjadi pada pile. Nilai faktor keamanan merupakan perbandingan antara kapasitas aksial pile dengan beban maksimum yang bekerja. Nilai faktor keamanan yang terjadi untuk seluruh pile besarnya diatas 1.50 seperti yang disyaratkan API RP2A untuk kondisi strength level, artinya beban yang bekerja masih dibawah kapasitas pile dalam menahan beban.
5.2
Hasil Analisis Ductility
5.2.1
Rasio Tegangan Member (Member Unity check)
Analisa seismik untuk kondisi ductility dengan perioda ulang 800 tahun menggunakan perangkat lunak SACS 5.1 memperoleh hasil yaitu nilai maksimum unity check untuk tiap member lebih kecil dari 1 (UC<1), yang artinya masih berada dalam range aman (API RP 2A). Tabel 5.4
Rasio Tegangan Maksimum Member untuk Analisis Seismic-Ductility
Member
Grup
Deskripsi
UC
401P-501L
PL5
Member at +10 ft
0.933
403P-503L
PL5
Member at +10 ft
0.962
404P-504L
PL5
Member at +10 ft
0.911
401X-301L
SG9
Member at -30 ft
0.906
401L-401X
X03
Member at -30 ft
0.926
Rangkuman dari UC maksimum pada member-member hasil perhitungan komputer selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran C. Secara umum dapat dikatakan bahwa seluruh member pada platform ini dapat bertahan terhadap gaya yang terjadi akibat beban gempa dengan perioda ulang 800 tahun (Ductility Level). Pada kondisi ini, struktur diharapkan tahan terhadap gempa dan masih berperilaku linier.
5-8
5.2.2
Rasio Tegangan Sambungan Tubular (Joint Can Unity Check)
Seluruh sambungan (joint) telah memenuhi persyaratan dari API RP 2A yaitu memiliki nilai UC<1.0, artinya tidak ada kenaikan batas tegangan izin pada kondisi ini. Tabel 5.5
Rasio Tegangan Maksimum Joint untuk Analisis Seismic-Ductility Elevation
Joint
UC
at -70 ft
8328
1.044
at -70 ft
8329
0.981
at +10 ft
401X
0.857
at -30 ft
302X
0.752
at -70 ft
8455
0.661
Rangkuman nilai Unity Checks (UC) untuk semua joint selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran C.
5.2.3
Faktor Keamanan Pile
Faktor keamanan (SF) untuk kapasitas ultimate pile (Qu) telah sesuai dan memenuhi persyaratan kriteria dari API RP 2A. Ringkasan rasio tegangan maksimum dan faktor keamanan pile untuk kondisi ductility level diberikan pada Tabel 5.6. Tabel 5.6
Rasio Tegangan Pile Maksimum Joint dan Safety Factor untuk Analisis Seismic-Ductility Level Single Axial Capacity (kips)
Axial Load (kips)
Safety Factor
ID Pile
Penetration (ft)
101P
8.3
0.964
-4726,80
1140.70
102P
8.3
0.957
-4726,80
1102.70
4.286
103P
8.3
0.978
-4726,80
1433.0
3. 298
104P
8.3
0.960
-4726,80
1377.0
3.432
UC max
4.143
Unity check terbesar untuk tiap-tiap pile berada pada 8,3 ft dari pile head (mudline). Hal ini disebabkan karena beban yang bekerja pada bentang sepanjang 8,3 ft merupakan momen terbesar yang terjadi untuk tiap-tiap pile. Namun, besarnya unity check untuk tiap-tiap pile masi sesuai dengan apa yang disyaratkan oleh API RP2A yaitu UC < 1. Hasil UC untuk pile (ductility) selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran C. Gambar 5.8-5.11 memperlihatkan hasil plot unity check untuk pile per kedalaman tanah untuk masing-masing pile.
5-9
UC PILE-Ductility (101P) Unity Check Pile 0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
Kedalaman Tanah (ft)
0
50
100
150
200
250
Gambar 5.8
Unity check per kedalaman untuk pile 101P (seismic-ductility).
UC PILE-Ductility (102P) Unity Check Pile 0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
Kedalaman Tanah (ft)
0
50
100
150
200
250
Gambar 5.9
Unity check per kedalaman untuk pile 102P (seismic-ductility).
UC PILE-Ductility (103P) Unity Check Pile 0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
Kedalaman Tanah (ft)
0
50
100
150
200
250
Gambar 5.10
Unity check per kedalaman untuk pile 103P (seismic-ductility).
5 - 10
UC PILE-Ductility (104P) Unity Check Pile 0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
Kedalaman Tanah (ft)
0
50
100
150
200
250
Gambar 5.11
Unity check per kedalaman untuk pile 104P (seismic-ductility).
Selain itu pada Tabel 5.6 diatas juga menunjukkan faktor keamanan maksimum yang terjadi pada pile. Nilai faktor keamanan merupakan perbandingan antara kapasitas aksial pile dengan beban maksimum yang bekerja. Nilai faktor keamanan yang terjadi untuk seluruh pile besarnya diatas 1.50 seperti yang disyaratkan API RP2A untuk kondisi ductility level, artinya beban yang bekerja masih dibawah kapasitas pile dalam menahan beban.
5 - 11
