Abstrak Jacket merupakan suatu struktur yang digunakan pada bangunan lepas pantai. Jacket berfungsi untuk melindungi pile agar tetap pada posisinya, menyokong deck dan melindungi conductor serta menyokong sub-struktur lainnya Di dalam perhitungannya, gaya gempa merupakan salah satu aspek penting yang harus diperhatikan didalam merencanakan stuktur jacket. Tugas akhir ini bertujuan melakukan analisa pushover pada struktur jacket dengan meninjau kondisi gempa 800 tahun pada struktur jacket terpancang. Analisa dilakukan pada salah satu jacket platform di perairan Indonesia yang memiliki sensitifitas gempa cukup tinggi. Analisa dilakukan dengan menggunakan software SACS milik untuk mendapatkan Reserve Strength Ratio (RSR). Metode pushover digunakan untuk melakukan analisa kekuatan ultimate struktur. Pada struktur jacket terpancang akan diberikan beban gempa dalam kondisi 800 tahun, dimana gempa tersebut dapat digolongkan kondisi gempa yang cukup besar dan berdampak pada kegagalan struktur yang berdampak runtuhnya struktur jacket terpancang. Setelah memberikan beban gempa lalu akan diberikan beban kerja pada lantai platform secara linier sehingga struktur benar-benar mengalami keruntuhan. Dari analisa yang dilakukan akan didapat berapa besarnya beban yang mampu ditopang oleh suatu struktur jacket terpancang akibat beban gempa dan beban kerja.
BAB I PENDAHULUAN I.1 LATAR BELAKANG Jacket merupakan suatu struktur yang digunakan pada bangunan lepas pantai. Di dalam perhitungannya, analisa pushover merupakan salah satu aspek penting yang harus diperhatikan didalam merencanakan stuktur jacket. Jacket berfungsi untuk melindungi pile agar tetap pada posisinya, menyokong deck dan melindungi konduktor serta menyokong sub-struktur lainnya seperti boat landing, barge bumper dan lain-lain. Elemen utama struktur jacket adalah sebagai berikut: Kaki jacket Braces (penguat) vertikal, horisontal dan diagonal Joint pertemuan antara kaki jacket dan braces Skirt pile, dll. Jacket dikembangkan untuk operasi di laut dangkal dan laut sedang yang dasarnya tebal, lunak dan berlumpur. Setelah jacket ditempatkan di posisi yang diinginkan, pile dimasukkan melalui kaki bangunan dan dipancang dengan hammer sampai menembus lapisan tanah keras kemudian dek dipasang dan dilas. Bahan baku atau material utama struktur jacket yang digunakan adalah baja. Baja memiliki sifat-sifat yang menguntungkan untuk dipakai sebagai bahan struktur yang mampu memikul beban statik maupun beban dinamik. Penilaian jacket dilakukan untuk mengetahui kelayakan maupun keamanan suatu anjungan selama waktu operasi. Menurut Murdjito (1996),
Salah satu diantara hal yang sangat penting dalam analisa suatu struktur bangunan lepas pantai adalah analisa atas kemampuan suatu struktur untuk memenuhi target desain yang telah ditetapkan, termasuk disini adalah bahwa struktur tidak akan mengalami kegagalan dalam berbagai kondisi kerja. Analisa tersebut dapat dilakukan dengan berbagai cara untuk mendapatkan kapasitas maksimal struktur untuk menerima beban. Analisa pushover dapat di definisikan suatu metode yang dipakai dalam menganalisa keruntuhan struktur dan merupakan analisa nonlinear dengan pembebanan inkremental untuk menentukan pembebanan yang menyebabkan struktur runtuh dan juga merupkan salah satu cara untuk mengetahui besarnya kapasitas struktur untuk menerima beban maksimal. Metode yang dilakukan adalah dengan melakukan simulasi penambahan beban secara bertahap sampai struktur tersebut runtuh. Dari hasil tersebut akan diketahui Reserve Strength Ratio (RSR) atau rasio kekuatan cadangan struktur untuk mengetahui apakah jacket platform memiliki cukup kekuatan dan stabilitas untuk tetap menahan beban akibat overstress lokal yang melebihi tegangan ijin, namun tanpa keruntuhan Untuk memenuhi persyaratan kekuatan, struktur jacket harus didesain atas gempa periodik dengan interval kejadian 200 tahun (SL/strength level) dan gempa jarang dengan interval 800 s/d 1000 tahun (DL/ductility level). Dalam tugas akhir yang akan saya kerjakan membahas tentang analisa pushover dengan kondisi gempa yang cukup tinggi yaitu gempa dengan interval 800 tahun pada salah satu struktur jacket terpancang Bekapai-BL milik perusahaan minyak TOTAL
1
E&P E INDON NESIA yangg berlokasi di perairan selat makasarr. Hal tersebbut di atas tid dak lepas denngan kondisi platform p lepaas pantai yan ng beroperasi di perairan Indonesia I kh hususnya jeniis fixed jackket platform yang y kebanyaakan telah meelebihi umur operasinya. Maka M dari ittu, perlu dilaakukan analissa pushover untuk u mengeetahui bagaim mana kriteria resiko dari struktur terseebut menginggat resiko yan ng diterima apabila a struuktur tersebuut gagal saangat besar konsekuensi k yang y terjadi.
Berappa besar RSR R (Reserve Strength S Rasiio) dari struktur s jackeet Bekapai-BL L akibat bebaan gempaa ? Berappa UC (Unityy Check) berddasarkan bebaan statis ? Bagaiimana melakkukan pemodelan strukttur rangkka baja pipa yang dim modelkan daan dianallisis dengan pprogram SAC CS ? Bagaiimana menggetahui perfforma strukttur jackett pada annalisa pushhover dengaan menggunakan proggram SACS ?
UAN I.3 TUJU Dengan adanya a perum musan masalahh di atas, makka Tugas Akkhir ini bertujuuan untuk: Dapatt melakukann design struktur jackket dengaan memenuhii kriteria RSR R dengan caara non-liinier pushhover anallisis dengaan menggunakan proggram SACS . getahui UC ((Unity Checkk) berdasarkaan Meng bebann statis. Melakkukan pemoddelan struktu ur rangka baaja pipa yang y dimodeelkan dan diaanalisis dengaan prograam SACS. Meng getahui titik kritis k akibat pushover p padda jackett dengan mennggunakan proogram SACS. ASAN MASA ALAH I.4 BATA
Gamb bar 1.1 Strukturr Bangunan Offsshore (sumber : Murdjito. M 1996. Diktat D Pengantarr Bangunan Lepas Pantai.)
I.2 I RUMUS SAN MASAL LAH Permasalahan P n dalam Tugaas Akhir ini dirumuskan sebagai berikkut:
Pemodelan Struktuur jacket. ware yang digunakan dalaam pemodelaan Softw dan annalisa struktuur adalah SAC CS. Modaa kegagalan dalam analisa hanya saatu macam m moda kegagalan, yaiitu disebabkaan oleh beban kombinasi ultimate akibbat pushoover . Strukttur yang ditiinjau untuk analisa adalaah strukttur pada bagiaan jacket. Unity Check. Softw ware yang diggunakan dalaam menghitunng UC (Unity ( Checkk) Peluang kegagalaan membber menggunaakan SACS. Tidakk meninjau biaya b pada struktur jackket terpan ncang.
I.5 MAN NFAAT TUG GAS AKHIR Penyu usunan Tugass Akhir ini dih harapkan dappat memberik kan manfaat dalaam bidanng ketekniksiipilan, teruutama dalam m menambaah wawasan tentang ilm mu bangunann lepas pantaai. Output yaang dihasilkaan dalam Tu ugas Akhir ini i diharapkaan dapat mem mberi kemudaahan bagi paara mahasisw wa Teknik Sipil ITS yang inggin merancan ng jacket stuccture pada bangunan b leppas
pantai dengan memperhitungkan gaya gempa (seismic analysis) dari suatu struktur dengan menggunakan program bantu SACS. Diharapkan juga dapat menjadi referensi untuk mengembangkan wawasan keilmuan tentang bangunan lepas pantai yang lebih kompleks di Jurusan Teknik Sipil ITS di masa yang akan datang, sehingga dapat menambah wacana baru dalam bidang structural engineering. Dapat membedakan pengaruh beban genpa terhadap bangunan lepas pantai dengan pengaruh beban gempa terhadap bangunan onshore (gedung,dam,jembatan,dermaga) yang telah dipelajari di Jurusan Teknik Sipil ITS selama ini.
level) dan gempa jarang dengan interval 800 s/d 1000 tahun (DL/ductility level). Untuk daerah gempa dengan aktifitas rendah (percepatan gempa < 0.05 gravitasi), maka tidak perlu dilakukan analisa gempa (seismic analysis). Untuk daerah dengan percepatan gempa antara 0.05g s/d 0.1g, analisa gempa menggunakan periode 800 s/d 1000 tahun dg tanpa mem-perhitungkan deck apurtenance dan memenuhi syarat kekuatan, maka desain dapat diterima. Untuk kondisi ini deck apurtenance harus didesain berdasarkan gempa SL tanpa gempa DL.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1 UMUM Indonesia termasuk wilayah sering mengalami gempa bumi baik di daratan maupun perairan lepas. Untuk mengatasi dan mengurangi resiko yang terjadi akibat gempa maka diperlukan bangunan yang tahan gempa baik di darat maupun di laut, sehingga dalam beberapa dekade terakhir telah banyak dilakukan penelitian untuk mendapatkan sistem struktur yang mempunyai respon paling baik terhadap gempa (Hamzah, 2010). Menurut ISSC (2006), kekuatan ultimate dari member dan sistem struktur adalah ukuran sebenarnya dalam penilaian kekuatan yang berarti, bahwa kekuatan ultimate adalah kapasitas maksimal yang dapat dimiliki struktur. Tidak ada penambahan beban yang dapat dibawa melebihi kekuatan ultimate. Dibawah kombinasi beban umum, buckling dan yielding mendominasi kekuatan ultimate pada saat tegangan tekan dominan, di mana hanya yielding yang mendominasi kekuatan ultimate ketika tegangan tarik dominan. Keandalan sebuah struktur adalah kemampuan struktur untuk memenuhi tujuan desain untuk dispesifikasikan waktu yang ditentukan. Kebanyakan struktur mempunyai jumlah moda kemungkinan kegagalan. Maka, dalam penentuan keandalan struktur harus dilakukan perhitungan, dimana dalam perhitungannya ada beberapa tahap (Murotsu, 1986). Untuk memenuhi persyaratan kekuatan, struktur jacket harus didesain atas gempa periodik dengan interval kejadian 200 tahun (SL/strength
Gambar 2.1 Peta Zona Gempa Indonesia (sumber : Kementerian Pekerjaan Umum; 2010)
II.2 DASAR TEORI II.2.1 Gambaran Singkat SACS 5.2 SACS adalah program yang dikembangkan untuk analisa struktur dan desain struktur lepas pantai dan aplikasi rekayasa sipil pada umumnya. SACS dikembangkan menggunakan program bahasa Visual C++ dan Microsoft Foundation Classes (MFC). Dibawah ini merupakan fitur utama yang dimiliki oleh SACS. • Modeling Fitur ini berisi pemodelan struktur, geometri dan material properties, peralatan dan appurtenance, dan pemodelan beban. • Analysis & Design Fitur ini dapat melakukan analisa dan desain struktur. Seperti Linear Static Analysis, Static condensation (Super Elements), analisa interaksi struktur Soil-Pile, cek API RP 2A tubular member dan joint , AISC Check of Steel Shapes, cek API Bulletin 2V, DNV 30.1 dan DNV RP C201 Stiffened Plate, dan cek API Bulletin 2U Cylindrical Shell. • Dynamic Analysis Dalam analisa dinamis dapat dilakukan solusi frekuensi dan mode shapes, analisa respon
3
spektrum gempa (Earthquake Response Spectrum Analysis), analisa time domain linear dynamic terhadap gelombang reguler, gelombang acak, ground accelerations and general time-dependent loads, analisa frequency domain terhadap gelombang reguler. • Non-linear Analysis Dalam analisa non-linear berisi analisa inkremen non-linear statis dengan material dan geometris non-linear. Dan analisa dinamis terhadap gelombang regular, gelombang acak, earthquake motions and general timedependent termasuk beban geometric and material nonlinearities. • Fatigue Analisa Spectral and Discrete Fatigue untuk tubular joints, analisa Spectral and Discrete Fatigue untuk Steel Shape members, analisa Spectral Fatigue untuk Finite Elements utilizing principal stresses dan analisa Random Wave Fatigue utilizing rain-flow counting algorithm. Selain fitur tersebut diatas, SACS mempunyai fitur model translator. Dimana dalam fitur ini, SACS dapat menerjemahkan atau mengirim dan menerima data ke program lain seperti MOSES, PDMS dan ANSYS. Jadi apabila kita ingin menganalisa program lain menggunakan SACS, kita dapat menggunakannya di dalam model translator. II.2.2 Gambaran Umum Struktur Jacket Menurut Hastanto (2000), struktur jacket merupakan bentuk struktur terpancang (fixed Structure) yang terdiri atas beberapa komponen utama yaitu: Deck/Geladak yang berfungsi sebagai penunjang seluruh kegiatan, tempat fasilitas dan tempat bekerja para personel. Template/jacket yang berfungsi sebagai penerus beban baik beban vertikal dari geladak maupun beban lateral dari angin, gelombang, arus dan boat impact ke pondasi. Pondasi yang berfungsi untuk meneruskan beban dari jacket ke tanah. Selain itu juga ada subkomponen dari masingmasing komponen utama dari jacket yaitu: Subkomponen dari struktur geladak antara lain: skid beam, plat geladak deck beam,
4
kaki geladak, longitudinal trusses dan wind girders. Subkomponen dari jacket antara lain : legs, horizontal dan vertical bracing, launch runner dan detail element (boat landing, barge bumpers dan walkways). Subkomponen dari posisi antara lain : skirt pile sleeves, skirt pile bracing, piles. Beberapa sistem jacket yang ada di dunia, mempunyai perbedaan utama mengenai jumlah kaki, konfigurasi sistem bracing serta fungsinya. Jumlah kaki pada setiap jacket bervariasi dari satu hingga delapan kaki dengan membentuk konfigurasi tertentu. Demikian juga dengan sistem konfigurasi bracingnya dari yang sederhana sampai yang kompleks (McClelland, 1986). II.2.3 Penilaian Platform Dalam penilaian sebuah platform yang sudah ada, terdapat enam komponen proses penilaian yaitu: 1. Pemilihan anjungan (platform selection). 2. Pengkategorian (categorization). 3. Penilaian kondisi (assessment condition). 4. Cek basis desain (design basis check). 5. Analisa (analysis check). 6. Pertimbangan Mitigasi (consideration of mitigation) Kategori untuk keamanan dan keselamatan adalah sebagai berikut (API RP 2A) : 1. L-1 : adanya personel tanpa evakuasi (manned non evacuated) 2. L-2 : adanya personel dengan evakuasi (manned evacuated) 3. L-3 : tidak ada personel (unmanned) Kategori untuk konsekuensi kegagalan : kegagalan dengan konsekuensi 1. L-1 tinggi (high consequence of failure) 2. L-2 : kegagalan dengan konsekuensi menengah (medium consequence of failure) 3. L-3 : kegagalan dengan konsekuensi rendah (low consequence of failure) Untuk kondisi perairan di luar Amerika dan Teluk meksiko, pengkategorian yang digunakan hanya dua saja, yaitu : L-1 dan L-3 dengan konsekuensi L-1 dan L-3 (API RP 2A, 2002), yang nantinya akan digunakan sebagai acuan dalam penentuan faktor beban dan RSR.
II.2.4 Teori Pembebanan
Gambar 2.2 Kriteria Penilaian anjugan (sumber : API RP 2; 2002)
L-1 High Consequence of Failure Tingkatan ini berdasarkan atas anjungan utama yang berpotensial pada sumur aliran minyak atau gas asam pada saat struktur mengalami kegagalan. Dengan tambahan, termasuk anjungan dimana penanganannya tidak direncanakan. Anjungan yang mendukung transportasi minyak dan fasilitas penyimpanan untuk pelayaran kapal yang tidak rutin juga dipertimbangkan menjadi konsekuensi tinggi. L-2 Medium Consequence of Failure Konsekuensi medium atau menengah berdasarkan atas anjungan dimana produksi akan dihentikan selama kejadian desain. Semua sumur yang dapat mengalir pada saat struktur mengalami kegagalan harus berfungsi semuanya, subsurface safety valves yang dirancang dan dicoba berdasarkan regulasi API. Penyimpan minyak dibatasi untuk proses inventori dan transfer pipeline. L-3 Low Consequence of Failure Kategori konsekuensi rendah berdasarkan pada anjungan minimal dimana produksi dapat dihentikan selama kejadian desain. Semua sumur yang dapat mengalir pada anjungan pada saat gagal harus berfungsi keseluruhannya, subsurface safety valves, yang dirancang dan diuji berdasar regulasi API. Anjungan yang masuk dalam kategori ini mempunyai kedalaman operasi tidak lebih dari 100 feet.
Dalam suatu proses perancangan bangunan lepas pantai, untuk menentukan kemampuan kerja suatu struktur akan dipengaruhi oleh beban yang terjadi pada bangunan tersebut. Sehingga perancang harus menentukan akurasi atau ketepatan beban yang akan diterapkan dalam perancangan. Menurut (Soedjono, 1999), beban-beban yang harus dipertimbangkan dalam perancangan bangunan lepas pantai adalah sebagai berikut : 1. Beban mati (Dead Load) Beban mati (dead load) adalah beban dari komponen-komponan kering serta bebanbeban peralatan, perlengkapan dan permesinan yang tidak berubah dari mode operasi pada suatu struktur, meliputi: berat struktur, berat peralatan dari permesinan yang tidak digunakan untuk pengeboran atau proses pengeboran. 2. Beban hidup (Live Load) Beban hidup adalah beban yang terjadi pada platform atau bangunan lepas pantai selama dipakai/berfungsi dan tidak berubah dari mode operasi satu ke mode operasi yang lain. 3. Beban akibat kecelakaan (Accidental Load) Beban kecelakaan merupakan beban yang tidak dapat diduga sebelumnya yang terjadi pada suatu bangunan lepas pantai, misalnya tabrakan dengan kapal pemandu operasi, putusnya tali tambat, kebakaran, letusan 4. Beban lingkungan (Environmetal Load) Beban lingkungan adalah beban yang terjadi karena dipengaruhi oleh lingkungan dimana suatu bangunan lepas pantai dioperasikan atau bekerja. Beban lingkungan yang biasanya digunakan dalam perancangan adalah : Beban Gelombang, arus, gempa dan angin. II.2.5 Kriteria Tegangan Ijin II.2.5.1 Tegangan Tarik Aksial Tegangan tarik ijin Ft menurut API RP 2A (2002), untuk member silinder ditentukan dari: Ft = 0.6Fy............................................. (2.1) Dimana : Fy adalah kekuatan yield (Mpa) II.2.5.2 Tagangan Tekan Aksial Tegangan tekan ijin Fa menurut API RP 2A (2002), untuk member silinder ditentukan dari: Kl r 2 Fy 1 untuk 2C c2 Fa 3Kl r Kl r 5/3 8C c 8C c3
Kl/r < Cc .........(2.2)
5
Fa
12 2 E
23Kl r
2
12 2 E Cc Fy
untuk Kl/r Cc..........(2.3)
12
…............................…. (2.4)
Dimana: Cc = Modulus Elastisitas E = Faktor Panjang Efektif L = Panjang tanpa bracing r = jari-jari girasi
Tegangan tekan ijin Fb menurut API RP 2A (2002), untuk member silinder ditentukan dari: D 1500 t Fy
................ (2.5)
FyD Fb 0.84 1.74 Fy Et
untuk
1500 D 3000 ........... ...................(2.6) Fy t Fy
FyD Fb 0.72 0.58 Fy Et
3000 D untuk 300 .............................. (2.7) Fy t
II.2.5.4 Konsep Analisa Inelastia Non-Linier
Analisa inelastis global dilakukan untuk mengetahui apakah anjungan memiliki cukup kekuatan dan stabilitas untuk tetap menahan kriteria pembebanan dengan overstress lokal dan kerusakan ijin, namun tanpa keruntuhan. Pada level analisa ini, tegangan telah melampaui level elastis dan pemodelan overstress member, sambungan dan pondasi harus mengenali kapasitas ultimate atau juga perilaku post buckling dari batas pembeban elastis (API, 2002). Pada analisa ultimate, elemen struktur dibiarkan untuk menerima beban yang melebihi kapasitasnya, elemen-elemen dapat meneruskan beban untuk mencapai kapasitasnya, tergantung pada ductility dan perilaku pasca elastis elemenelemen tersebut. Beberapa elemen mungkin menunjukkan gejala kerusakan dan mengalami inelastis yielding.
6
Analisa batas tegangan ultimate dilakukan untuk mengetahui kekuatan maksimum struktur menahan beban yang terjadi. Dalam analisa ini menggunakan metode pushover dengan cara penambahan beban lateral sampai struktur mengalami keruntuhan. Berikut ini merupakan gambar diagram tegangan regangan struktur baja. II.2.6 Reserve Strenght Ratio (RSR)
II.2.5.3 Tegangan Bending
Fb 0.75Fy untuk
II.2.5.5 Batas Tegangan Ultimate
Struktur jacket mempuyai Reserve Strength Ratio (RSR) yang berbeda untuk setiap arah pembebanan. RSR didefinisikan sebagai rasio dari beban ultimate lateral anjungan menerima pada strukturnya kondisi beban lateral lingkungan 800 tahun, dihitung menggunakan prosedur rekomendasi API RP 2A (2002). RSR dapat dihitung dengan mengunakan persamaan: • RSR
= Beban Struktur Collapse Beban kondisi awal = P awal + Total P increment … (2.8) P awal Dimana: P awal =P pada desain level kondisi 800 tahun. P increment =P pada analisa pushover
II.2.7 Metode Kegagalan Struktur
Pola kegagalan struktur akan ditinjau pada member struktur, dimana member yang ditinjau adalah member pada bagian jacket, yaitu pada member brace jacket yang mengalami kegagalan. Sehingga apabila ada salah satu atau lebih member brace jacket gagal pada lokasi tertentu, kegagalan member tersebut akan mempengaruhi fungsi dari struktur jacket. Kegagalan member yang dimaksud adalah dimana member tersebut sudah tidak dapat menahan beban yang diterima atau member tersebut dalam kondisi melebihi kekuatan ultimate struktur sehingga mengalami deformasi plastis. Sehingga fungsi dan sistem struktur sudah tidak memenuhi syarat untuk beroperasi karena mengalami collapse. Akibat dari kegagalan struktur tersebut akan menimbulkan resiko yang mempunyai konsekuensi yang berdampak buruk. Bahaya yang ditimbulkan bisa bepengaruh pada keseimbangan ekosistem laut karena merusak lingkungan laut dan menimbulkan kerugian pihak owner struktur. Dan yang lebih bahaya lagi adalah resiko kehilangan nyawa manusia..
II.3
MENGHITUNG DATA GEMPA Beban gempa dirancang untuk keperluan perencanaan struktur tergantung pada besaran percepatan gempa maksimum. Informasi tentang besaran kwantatif dari suatu gempa dinyatakan dalam magnitude dengan skala Richter. Magnitude dari suatu gempa merupakan suatu besaran untuk mengukur energi yang dilepas oleh gempa tersebut, dengan demikian magnitude tidak memberikan gambaran langsung untuk kepentingan peencanaan struktur. Kekuatan gempa pada suatu lokasi bergantung pada karakteristik dari mekanisme sumber gempa, panjangnya perjalanan gelombang seismic. Kondisi geologi dan topografi setempat. Usaha untuk menghitung gerakan seismic pada lokasi tertentu tidaklah praktis maka sebagai gantinya digunakan persamaan empiris yang mengekspresikan parameter gerakan seismic pada suatu lokasi. Persamaan ini biasa disebut sebagai persamaan atenuasi. Dengan melakukan pendekatan dari perhitungan data gempa yang ada selama 105 tahun. II.3.1
Hiposenter adalah titik di dalam bumi yang menjadi pusat gempa bumi atau dapat dikatakan adalah suatu sumber gempa di kedalaman bumi dan lokasi pusat gempa ditentukan berdasarkan pengukuran gelombang seismic. Menurut (Wahyudi, 2008) Jarak hiposenter dengan lokasi struktur dapat dihitung dengan rumus : .………….….(2.10)
Dimana : HP Distance Depth
= Jarak hiposenter = Jarak dari episenter ke lokasi struktur = Jarak Episenter
Dapat pula digamabarkan hubungan antara episenter, hiposenter dan distance : Lokasi
D
episente
Distance
Distance adalah jarak episenter dengan lokasi dimana struktur jacket Bekapai-BL beridiri, sedangkan episenter atau yang juga dikenal dengan kata episentrum adalah titik di permukaan bumi yang berada tepat di atas atau di bawah kejadian lokal yang mempengaruhi permukaan bumi. Episentrum terletak di atas dimana gempa terjadi. Episentrum berlawanan dengan hiposenter, lokasi sebenarnya gempa yang terjadi di dalam bumi. Menurut (Wahyudi, 2008) Distance dapat dihitung dengan mengunakan rumus :
11.....(2.9)
dimana : D = distance LU1 = Posisi derajat lintang utara struktur. LU2 = Posisi derajat lintang utara puast gempa. BT1 = Posisi derajat bujur timur struktur. BT2 = Posisi derajat bujur timur pusat gempa.
H R Sumber gempa Gambar 2.3 garis hubung hiposenter, episenter, distance
Dimana : D = Jarak Episenter ke lokasi struktur (distance) H = Jarak Episenter R = Jarak Hiposenter II.3.3 Seismic Ground Acceleration
Relasi dari ground acceleration pada lokasi, magnitude, dan jarak hiposeneter. Menurut (Mohraz, 2005) Persamaan atenuasi memiliki banyak pilihan cara dalam melakukan perhitungan, pada studi kasus saat ini saya menggunakan rumus Donovan : 1080 . 25
.
… … … … … … … . . … … … . . 2.11
II.3.2 Hiposenter
Dimana :
7
y = Percepatan gempa dalam Cm/det2. R = Jarak hiposenter dalam Km. M = Magnitude dalam skala Richter.
N = Exceedance rate dengan umur bangunan T = Periode ulang Rn = Resiko selama umur bangunan
II.3.4 Annual Exceedance Rate
Dari hasil perhitungan sebelumnya selanjutnya dihitung annual Exceedance rate (n) dengan hanya mempertimbangkan percepatan dengan suatu rumus sebagai berikut (Wahyudi, 2008) : … . . . 2.12
Dimana :
II.3.8 Faktor Amplifikasi
Setelah melakukan perhitungan dengan mendapatkan nilai dari percepatan tanah maksimum maka akan dilanjutkan melakukan ploting dengan table factor amplifikasi untuk mendapatkan nilai dari percepatan dan perpindahan dengan mengalikan nilai percepatan maksimum dengan harga pada tabel factor amplifikasi sebagai berikut :
n = Annual Exceedance rate / tahun II.3.5 Resiko Tahunan
Resiko tahunan sebuah gempa dengan membererikan suatu periode ulang tertentu maka untuk dapat menghitung dengan menggunakan rumus (Wahyudi, 2008) : 1 … … … … … … … … … … … … … … 2.13 Dimana : RA = Resiko tahunan gempa T = Periode ulang gempa (tahunan) II.3.6 Resiko Gempa
Dengan diketahuinya resiko tahunan, dapat ditentukan besarnya resiko gempa untuk suatu periode ulang tertentu selama masa manfaat bangunan, dengan menggunakan rumus sebagai berikut (Wahyudi, 2008) : t
RN = 1 – ( 1 – RA ) ............................(2.14) Dimana : RN = Resiko gempa t = Masa manfaat bangunan (tahun) RA = Resiko tahunan gempa II.3.7 Exceedance Rate Umur Bangunan
Umur bangunan suatu struktur harus memiliki kekuatan terhadap gempa secara maksimal maka dengan memperhitungkan antara periode ulang (T), resiko selama umur bangunan (RN) maka dioperoleh exceedance rate dengan umur bangunan dengan rumus sebagai berikut (Wahyudi, 2008) : N
T
Dimana :
8
ln 1
R
…………………….(2.15)
Tabel 2.1 Faktor Amplifikasi Gempa
Redaman Kritis (%)
Faktor Amplifikasi Percepatan Perpindahan
0.5
A (33 Hz) 1.0
B (9 Hz) 4.96
C (2.5 Hz) 5.95
D Hz)
(0.25
2.0
1.0
3.54
4.25
2.50
5.0
1.0
2.61
3.13
2.05
7.0
1.0
2.27
2.72
1.88
10.0
1.0
1.90
2.28
1.70
3.20
(sumber : Wahyudi. 2008. Diktat Perhitungan Analisa Gempa.)
Kemudian dari nilai hasil kali dengan table amplifikasi sebelumnya akan didapatkan suatu nilai yang akan diplotkan pada grafik spektrum gempa berikut ini untuk mendapatkan nilai faktor respons gempa ( C ) menurut Spektrum Respons Gempa Rencana :
Gambar 2.4 Grafik Faktor Respon Gempa
II.3.9 Beban Geser Dasar Nominal
Apabila kategori struktur memiliki Faktor Keutamaan strukturnya untuk suatu arah sumbu utama denah struktur dan sekaligus arah pembebanan Gempa Rencana memiliki faktor reduksi gempa R dan waktu getar alami fundamental T1,maka beban geser dasar nominal statik ekuivalen V yang terjadi di tingkat dasar dapat dihitung menurut persamaan (SNI – 1726 – 2002) :
… … … … . … … 2.20 4 Dimana : Ti = Periode Sa = spektrum akselerasi Sd = spectra displacement g = 9.81 m/s2
BAB III METODOLOGI III.1 DIAGRAM ALIR METODOLOGI Mulai
.
… … … … … … … … … … … 2.16
Dimana : C = Nilai faktor respons gempa yang didapat dari spectrum respon Wt = Berat total gedung R = Faktor reduksi gempa II.4
ACCELERATION DISPLACEMENT RESPONSE SPECTRA (ADRS ) Applikasi dari kapasitas teknik spektra dari respon sepktrum dan kapasitas dari kurva struktur yang diplotkan di dalam spektrum akselerasi dengan spektrum displacement. Spectra diplotkan dalam formasi yang disebut Acceleration Displacement Response Spectra (ADRS),(Mahaney et al, 1993). Setiap nilai dari respon kurva spektrum diikuti dengan akselerasi spektra, velocity spectra, displacement spectra dan periode. Untuk mendapatkan pendekatan nilai dari tersebut diatas menurut ATC 40 dapat dihitung dengan menggunakan rumus:
STUDI LITRATUR PENGUMPULAN DATA (DATA STRUKTUR, DATA GEMPA DAN PAYLOAD) PEMILIHAN TIPE STRUKTUR JACKET PERHITUNGAN DATA GEMPA 800 TAHUN PEMODELAN STRUKTUR DENGAN SACS 5.2 PEMODELAN BATANG TUBULAR DAN
.PEMBEBANAN STATIS STRUKTUR JACKET MENGHITUNG UC (UNITY CHECK) NOT OK
KONTROL
O K PUSH OVER BEBAN GEMPA 800 TAHUN MENGHITUNG RSR KESIMPULAN
… … … … … … … . . . 2.17 ∆ ,
Dimana : Vi 1 roof PFi W
… . … … . . 2.18
= Velocity = Roof level amplitudo = Participation Factor = Wight of structure
SELESAI Gambar 3.1 Flow chart metodologi
III.1.1 Studi Literatur
Studi literatur dilakukan dengan tujuan untuk lebih memahami tentang konsep perancangan, pembebanan lingkungan, desain kekuatan struktur baja, dan lain-lain.
III.1.2 Pengumpulan Data
Dan dilanjutkan dengan memasukkan rumus Acceleration Displacement Respon Spectra (ADRS)
Pengumpulan data dilakukan dengan tujuan untuk masukan (input) perhitungan yang akan dilakukan dalam perencanaan struktur jacket. Data yang digunakan pada perencanaan struktur jacket dalam tugas akhir ini merupakan
9
data asli sesuai dengan kondisi dilapangan yang sumbernya diperoleh dari Jurusan Teknik Kelautan, Fakultas Teknologi Kelautan - Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. Struktur jacket Bekapai-BL merupakan jenis jacket convensional yang terpancang (fixed convensional jacket platform) empat kaki yang didesain oleh P.T. MCDERMOTT, Indonesia, dengan masa service life selama 25 tahun. Anjungan dimiliki dan dioperasikan oleh TOTAL E&P, Indonesia. Berikut adalah beberapa gambaran data yang akan digunakan dalam perencanaan struktur jacket : Nama Perusahaan : TOTAL E&P, Indonesia Lokasi : Perairan Selat Makasar – Indonesia Koordinat : Lintang Utara 0059’45.39” Bujur Timur 117050’42.61” Kedalaman laut : 112 feet (34.13 meter) Berat Platform : 1567 ton (15670 KN) Kecepatan angin kondisi badai sebesar 50 knot dan pada kondisi operasi 25 knot.
Zona kedalaman : Minimum = 1.0 KM Maximum = 740.0KM Zona waktu : 22-01-1905 s/d 31-032010 Zona magnitude : Minimum = 2.0 Skala Richter Maximum = 8.0 Skala Richter
Adapun data gempa selengkapnya dapat dilihat pada lampiran 1.
III.1.3 Pengumpulan Data Gempa
Pengumpulan data lingkungan yang berupa gempa adalah suatu element yang sangat penting dalam pengerjaan tugas akhir yang saya kerjakan. Dalam hal tersebut melibatkan pihak terkait yang khusus dalam menangani gempa di Indonesia, dikarenakan ke validan data sangat penting untuk suksesnya pengerjaan tugas akhir tersebut. Di Indonesia sendiri merupakan salah satu satu negara yang memiliki rutinitas gempa sehingga badan terkait disini memiliki validitas data yang tercatat sangat akurat yaitu Badan Meteorologi Klimatologi Dan Geofisika atau yang sering disebut BMKG. BMKG mempunyai status sebuah Lembaga Pemerintah Non Departemen (LPND), dipimpin oleh seorang Kepala Badan. BMKG mempunyai tugas : melaksanakan tugas pemerintahan di bidang Meteorologi, Klimatologi, Kualitas Udara dan Geofisika sesuai dengan ketentuan perundang-undangan yang berlaku. Pada saat ini Badan Meteorologi Dan Geofisika telah memiliki banyak stasiun gempa yang mencatat adanya gempa di seluruh wilayah di Indonesia. Adapun data teknis yang saya dapatkan untuk menunjang tugas akhir yang saya kerjakan adalah sebagai berikut : Daerah Data Zona Gempa : Bujur Timur 1160 dan Lintang Utara 30 Bujur Barat 1240 dan Lintang Utara 30 Bujur Timur 1160 dan Lintang Selatan 60 Bujur Barat 1240 dan Lintang Selatan 60
10
Gambar 3.2. Struktur platform Bekapai-BL
Gambar 3.3. Peta lokasi struktur platform Bekapai-BL
III.1.4 Pemilihan Tipe struktur Jacket
Pemilihan tipe struktur jacket meliputi jarak antar kaki jacket maupun kaki pada batter, dan pola perangkaan yang akan digunakan dalam merencanakan struktur jacket juga merupkan hal penting dalam pendesainan struktur jacket. III.1.5 Perhitungan Data Gempa
Perhitungan data gampa adalah dengan melakukan pendekatan perhitungan nilai dari data gempa yang ada sehingga mendapatkan nilai untuk besarnya data gempa selama delapan ratus tahun yang diinginkan. Pembahasan perhitungan
data gemba tersebut akan dibahas lebih lanjut pada bab selanjutnya. III.1.6 Pemodelan Pada Program Bantu (SACS 5.2) Setelah semua tahapan penentuan konfigurasi struktur dan penentuan member serta beban lingkungan maka akan dilakukan permodelan struktur dengan software SACS 5.2 yang meliputi pembuatan model geometri, pendefinisian member section dan material property, tumpuan model beban independen dan kombinasi sesuai standar API-RP2A. Pemodelan struktur jacket Bekapai-BL menggunakan software SACS. Data gambar struktur yang digunakan untuk pemodelan adalah data gambar dari technical drawing SACS. Dimana data gambar tersebut meliputi dimensi jacket dan jenis material. Setelah dimasukkan properties dari tiaptiap member akan diketahui berat struktur itu sendiri (self weight). Hasil dari modeling dapat dilihat pada gambar 3.2 dan 3.3 berikut ini: Pemodelan struktur jacket Bekapai-BL menggunakan software SACS. Data gambar struktur yang digunakan untuk pemodelan adalah data gambar dari technical drawing SACS. Dimana data gambar tersebut meliputi dimensi jacket dan jenis material. Setelah dimasukkan properties dari tiap-tiap member akan diketahui berat struktur itu sendiri (self weight). Hasil dari modeling dapat dilihat pada gambar 3.4 dan 3.5 berikut ini:
Gambar 3.4 maindeck dan cellardeck
Gambar 3.5 Jacket, boat landing dan conductors
III.1.7 Perencanaan Batang Tubular dan Sambungan
1. Batang Tarik Batang tarik lazim dijumpai pada struktur baja sebagai member (batang) struktural pada struktur rangka berjenis menara. Keadaan batas kekuatan yang berpengaruh bagi suatu batang tarik dapat berupa : a. Pelelehan penampang lintang bruto batang pada tempat yang jauh dari titik sambungan b. Retakan dari suatu luas bersih efektif (yakni melalui lubanglubang) pada sambungan. 2. Batang Tekan Pada umumnya batang tekan akan mengalami buckling (tekuk) atau lenturan tiba-tiba akibat ketidakstabilan sebelum mencapai kekuatan penuh material baja tersebut. Hanya batang yang sangat pendek saja yang dapat dibebani sampai ke tegangan lelehnya. Karena itu diperlukan pengetahuan yang mendalam tentang stabilitas tekan untuk desain batang tekan dalam struktur baja. III.1.8 Pembebanan Statis Struktur Jacket
Analisis ini ditujuan untuk menentukan kekuatan struktur dalam menahan beban operasional baik dalam kondisi normal maupun kondisi badai yang kemungkinan terjadi selama operasi. Dalam analisis statis dilakukan pengkajian kekuatan struktur API Check dan untuk melihat besarnya tegangan aktual yang teijadi terhadap tegangan ijin struktur dengan Unity Check (Interation ratio Check). Struktur
11
mempunyai basic load atau beban dasar yang terdiri dari beban deck dan beban jacket seperti pada tabel dibawah berikut ini.
tetap menahan beban akibat overstress lokal yang melebihi tegangan ijin, yang berakibat keruntuhan.
BAB IV ANALISA DATA GEMPA
Tabel 3.1 Basic Load
LC
Unit (KN)
DESCRIPTION
IV.1
X
Y
Z
-
-
15670
UMUM
Analisa kekuatan struktur ultimate menggunakan metode pushover dalam SACS 5.2 merupakan analisa statis nonlinear. Untuk mendapatkan solusi hasil dari load case, beban diberikan secara inkremen yang digunakan untuk melakukan analisa statis nonlinear pushover dengan SACS 5.2.
Beban gempa dirancang untuk keperluan perencanaan struktur tergantung pada besaran percepatan gempa maksimum. Informasi tentang besaran kwantatif dari suatu gempa dinyatakan dalam magnitude dengan skala Richter. Magnitude dari suatu gempa merupakan suatu besaran untuk mengukur energi yang dilepas oleh gempa tersebut, dengan demikian magnitude tidak memberikan gambaran langsung untuk kepentingan peencanaan struktur. Kekuatan gempa pada suatu lokasi bergantung pada karakteristik dari mekanisme sumber gempa, panjangnya perjalanan gelombang seismic. Kondisi geologi dan topografi setempat. Usaha untuk menghitung gerakan seismic pada lokasi tertentu tidaklah praktis maka sebagai gantinya digunakan persamaan empiris yang mengekspresikan parameter gerakan seismic pada suatu lokasi. Persamaan ini biasa disebut sebagai persamaan atenuasi. Dengan melakukan pendekatan dari perhitungan data gempa yang ada selama 105 tahun. Data perhitungan selengkapnya terdapat pada lampiran 2.
III.1.11 RSR
IV.1.1 Distance
1
Dead Weight of Structure (Deck)
III.1.9 Menghitung UC (Unity Check)
Dilanjutkan ke tahap analisa statis, dalam analisa ini akan diketahui uc (unity check) dari struktur. Apabila dalam tahap ini mengalami kegagalan maka perlu diadakan peninjauan ulang struktur jacket Bekapai-BL. Hasil UC<=1.0 sebagai batas maximum yang dapat diterima. III.1.10 Analisa Ultimate Strength Nonlinear Pushover
(Reserve
Strenghth
Ratio)
Analisa Pushover
Ada dua jenis load case dalam pemodelan beban analisa pushover. Load case pertama yaitu beban vertikal yang bekerja pada struktur. Beban vertikal ini termasuk beban dek meliputi deadload dan live load. Kemudian loadcase yang kedua adalah beban horisontal yang merupakan beban lingkungan kondisi ekstrim, yaitu beban gelombang, angin dan arus. Dalam analisa pushover, struktur akan dikenai beban vertikal yang merupakan beban konstan. Kemudian beban horisontal akan ditingkatkan dengan faktor beban yang telah ditentukan sampai struktur tersebut kolaps. Faktor beban yang menyebabkan struktur kolaps memberikan Reserve Strength Ratio (RSR) terutama akibat beban lingkungan ekstrim pada masing-masing arah pembebanannya. Melakukan analisa pushover pada struktur jacket Bekapai-BL dimana analaisa tersebut menghasilkan nilai RSR untuk mengetahui apakah jacket platform memiliki cukup kekuatan dan stabilitas untuk
12
Dari persamaan (2.9) Menurut (Wahyudi, 2008) Distance dapat dihitung dengan mengunakan rumus : 0.9959
1.5
117.84
120
111
366.02
dimana : D = distance LU1 = Posisi derajat lintang utara struktur. LU2 = Posisi derajat lintang utara puast gempa. BT1 = Posisi derajat bujur timur struktur. BT2 = Posisi derajat bujur timur pusat gempa.
IV.1.2 Hiposenter
Dari persamaan (2.10). Menurut (Wahyudi, 2008) Jarak hiposenter dengan lokasi struktur dapat dihitung dengan rumus :
366.02 367.51
33
Dimana : HP = Jarak hiposenter Distance = Jarak dari episenter ke lokasi
Gambar 4.1 Grafik Hubung Regresi Polynomial
struktur Depth
= Jarak Episenter
IV.1.3 Seismic Ground Acceleration
Dari persamaan (2.11) relasi dari ground acceleration pada lokasi, magnitude, dan jarak hiposeneter. Menurut (Mohraz, 2005) Persamaan atenuasi memiliki banyak pilihan cara dalam melakukan perhitungan, pada studi kasus saat ini saya menggunakan rumus Donovan : . 1080 . 10.5 / 367.51 25 . Dimana : y = Percepatan gempa dalam Cm/det2. R = Jarak hiposenter dalam Km. M = Magnitude dalam skala Richter. IV.1.4 Menghitung Annual Exceedance Rate
Dari persamaan (2.12) dari hasil perhitungan sebelumnya selanjutnya dihitung annual Exceedance rate (n) dengan hanya mempertimbangkan percepatan dengan suatu rumus sebagai berikut (Wahyudi, 2008) : 63 4329
0.0146
Dimana :
IV.1.6 Resiko Tahunan
Dari persamaan (2.13) dari perhitungan yang sebelumnya maka akan dicari resiko tahunan gempa periode ulang 800 tahun maka : 1 0.00125 800 Dimana : RA = Resiko tahunan gempa T = Periode ulang gempa (tahunan) IV.1.7 Resiko Gempa
Dengan mengacu persamaan (2.14) dengan diketahuinya resiko tahunan, dapat ditentukan besarnya resiko gempa terhadap bangunan untuk suatu periode ulang tertentu selama masa manfaat bangunan, dimana umur rencana bangunan adalah 20 tahun dengan menggunakan rumus sebagai berikut (Wahyudi, 2008) : RN = 1 – ( 1 – 0.00125 )20 = 0.0247 Dimana : RN = Resiko gempa t = Masa manfaat bangunan ( tahun) RA = Resiko tahunan gempa
n = Annual Exceedance rate / tahun
IV.1.5 Menentukan Garis Regresi
Dari harga-harga yang didapat nilai ln pada persamaan-persamaan (2.11) dan persamaan (2.12) dibuat suatu hubungan polynomial dengan mengambil suatu persamaan regressi sebagai berikut :
IV.1.8 Exceedance Rate Dengan Umur Bangunan Dari persamaan (2.15) umur bangunan suatu struktur harus memiliki kekuatan terhadap gempa secara maksimal maka dengan memperhitungkan antara periode ulang (T), resiko selama umur bangunan (RN) maka dioperoleh exceedance rate dengan umur bangunan dengan rumus sebagai berikut (Wahyudi, 2008) : 1 ln 1 0.0247 800 0.00003127 Dimana :
13
N = Exceedance rate dengan umur bangunan T = Periode ulang Rn = Resiko selama umur bangunan
gempa ( C ) menurut Spektrum Respons Gempa Rencana.
IV.1.9 Percepatan Tanah Maksimum
Mengingat bahwa umur bangunan struktur jacket Bekapai-BL adalah 20 Tahun maka untuk perencanaan beban gempa dengan kemungkinan terjadi selama umur bangunan dapat direkomendasikan dengan periode ulang 800 tahun. Gempa rancangan ini dapat dipakai sebagai dasar kreteria SSE (Safe Shutdown Earthquake) untuk lokasi struktur jacket Bekapai-BL dengan data : Periode ulang (T) = 800 tahun Umur rencana (t) = 20 tahun Faktor redaman = 5% Natural periode bangunan = 1.76 Dengan memasukkan hasil analisa regresi polynomial pada gambar grafik (4.1) maka untuk mendapatkan nilai percepatan tanah maksimum dapat diperoleh dengan rumus : ln Y = - 0.56ln(N) + 0.287 Maka : Y = exp 0.287-0.56 ln(N) = 443.99 cm / s2 = 0.45274509 g
Gambar 4.2 Grafik Hasil Faktor Respon Gempa
Maka dari hasil ploting pada grafik faktor respon gempa didapatkan nilai C sebesar 1.1 SSE.
IV.1.10 Faktor Amplifikasi
IV.1.11 Beban Geser Dasar Nominal
Setelah melakukan perhitungan dengan mendapatkan nilai dari percepatan tanah maksimum maka akan dilanjutkan melakukan ploting dengan table factor amplifikasi (2.1) untuk mendapatkan nilai dari percepatan dan perpindahan dengan mengalikan nilai percepatan maksimum dengan hasil pada tabel factor amplifikasi sebagai berikut :
Pada persamaan (2.16) apabila kategori struktur memiliki Faktor Keutamaan strukturnya untuk suatu arah sumbu utama denah struktur dan sekaligus arah pembebanan Gempa Rencana memiliki faktor reduksi gempa R dan waktu getar alami fundamental T1,maka beban geser dasar nominal statik ekuivalen V yang terjadi di tingkat dasar dapat dihitung menurut persamaan (SNI – 1726 – 2002) :
Tabel 4.1 Hasil Faktor Amplifikasi Gempa Reda man Kritis (%) 0.5 SS E OBE
Maka :
Faktor Amplifikasi Percepatan A(33Hz ) 0.45 0.23
B (9 Hz) 1.18 0.59
Perpindahan C(2.5Hz)
D (0.25 Hz)
1.42
0.93
0.71
0.46
Kemudian dari nilai hasil kali dengan table amplifikasi sebelumnya akan didapatkan suatu nilai yang akan diplotkan pada grafik spektrum gempa berikut ini untuk mendapatkan nilai faktor respons
1.1 1 1567 3.5 = 228.334 T = 4924.8 KN
Dimana : C = Nilai Faktor Respons Gempa yang didapat dari Spektrum Respon Wt = Berat Total Gedung R = Faktor Reduksi Gempa Dari perhitunga diatas maka didapatkan nilai beban statik ekuvalen dari gempa rencana yaitu sebesar 4924.8 KN.
BAB V 14
PEMODELAN DAN PEMBEBANAN STRUKTUR JACKET V.1
UMUM
Jacket adalah tiang-tiang disekitar sumur ekplorasi yang berfungsi untuk melindungi pile agar tetap pada posisinya, menyokong deck dan melindungi conductor serta menyokong substruktur lainnya seperti boat landing, barge bumper dan lain-lain. Element utama struktur jacket adalah sebagai berikut: Kaki jacket Braces (penguat) vertikal, horisontal dan diagonal Joint pertemuan antara kaki jacket dan braces Skirt pile Boat landing, barge bumper, riser, conductor bracing, mud-muts dan lain sebagainya. Jacket dipasang mulai dari garis mudline sampai deck substruktur. Kaki jacket mengarahkan pile sewaktu pemancangan pile. Jacket termasuk elemen struktur yang mendasar pada platform yang memberi dukungan terhadap tumbukan kapal yang berlabuh, sistem proteksi terhadap korosi, sistem navigasi dan lain-lain. Agar dapat menyokong semua beban yang dikenakan terhadap struktur jacket dan melindungi bagian penting lainnya dari offshore structure, maka struktur jacket harus dirancang sedemikian rupa agar sesuai dengan kondisi lingkungan, beban yang dipikul, dan lain sebagainya. V.2
PENGENALAN
PROGRAM
BANTU
SACS 5.2
Seluruh pemodelan dan perhitungan dari perancangan struktur jacket pada Tugas Akhir ini menggunakan program bantu SACS 5.2. SACS 5.2 adalah salah satu perangkat lunak (software) untuk analisa struktur baik struktur lepas pantai maupun untuk struktur teknik sipil yang dikembangkan oleh Engineering Dynamics Inc. Kelebihan dari software ini adalah user friendly sehingga mudah untuk menjalankannya, seperti mempermudah dalam desain, memodelkan beban lingkungan seperti beban gelombang, arus, angin, marine growth, dan beban beban yang lain. Selain itu proses penganalisaannya lebih mudah seperti analisa statis (inplace analysis), analisa dinamis, fatigue analysis dan macam – macam output yang ingin ditampilkan berdasarkan codes yang dipakai.
Selain itu, SACS 5.2 memiliki beberapa modul untuk pemodelan struktur dan beban, selain itu juga modul-modul untuk analysis processing, post processing, dan menampilkan ouput perhitungan dan perencanaan. V.3
DATA PERANCANGAN DAN PEMBEBANAN STRUKTUR Pemodelan struktur jacket dilakukan dengan bantuan software SACS 5.2. Semua data yang digunakan pada pemodelan struktur jacket dalam tugas akhir ini, baik berupa data beban, maupun data struktur merupakan data asli sesuai dengan kondisi yang ada dilapangan. Dengan kondisi data gempa pada perairan dan data yang sesuai yang didapatkan dari Badan Meteorologi Klimatologi Dan Geofisika atau yang sering disebut BMKG. V.3.1 Data Beban Geladak
Beban yang digunakan dalam input data untuk perancangan struktur jacket adalah beban geladak/deck (topside loads) yang nantinya akan didistribusi ke kaki geladak (deck leg). Data beban yang akan digunakan adalah sebagai berikut : Tabel 5.1 Data beban geladak/topside loads
LOAD LOAD QUANTITY Minimum Dead Load 482 tonnes Maximum Dead Load 1567 tonnes (sumber : TOTAL INDONESIA BEKAPAI BL DESIGN APPRAISAL )
V.3.2
Data Lingkungan
Kondisi lingkungan merupakan faktor dengan pengaruh terbesar pada kebutuhan kekuatan dan ruangan minimal bagi sebuah anjungan lepas pantai. Angin, badai, arus, dan gelombang tidak hanya membawa beban lateral pada anjungan, namun juga mempersulit dukungan logistik bahan-bahan yang dibutuhkan bagi kegiatan di anjungan, yang kemudian akan memperbesar jumlah storage yang dibutuhkan, dan secara mencolok akan memperbesar payload, yaitu beban pada modul geladak anjungan. Selanjutnya, akibat payload membesar, akan dibutuhkan struktur yang lebih besar. Data lingkungan yang digunakan dalam perancangan struktur jacket pada tugas akhir ini adalah pada saat kondisi badai dengan periode ulang 100 tahun. V.3.3
Kedalaman Laut
Kedalaman laut merupakan ukuran untuk memerlukan besarnya tantangan yang harus
15
dihadapi oleh sebuah struktur anjungan lepas pantai. Untuk kondisi Iingkungan yang bagaimanapun (gempa, angin, gelombang, dsb), pengaruh kondisi Iingkungan ini bertambah dengan pertambahan kedalaman. Kedalaman ini juga akan menentukan tinggi struktur penyangga yang terendam air, dan ukuran, bentuk, dan berat struktur rangka penyangga ini akan menetukan pemilihan jenis anjungan dan akan mempengaruhi persyaratan yang harus dipenuhi oleh galangan fabrikasi dan tongkang pengangkat yang dibutuhkan. Tabel 5.2 Data Kedalaman Laut
Minimum Water Depth Maximum Water Depth
36.95 meter
Horizontal Brace I (BC1) Horizontal Brace II (BCII) Diagonal Brace I (DB I) Diagonal Brace II (DB I1) Jacket Leg (JL1) Conductor (RI) Conductor Guide (RS I) Conductor Guide (RS II) Batter / kemiringan
Profil Member OD 16 in; WT 0,5 in OD 20 in; WT 0,5 in OD 16 in; WT 0,5 in OD 12 in; WT 0,5 in OD 35.5 in;WT 1.25 in OD 12 in; WT 0,25 in OD 34 in; WT 0,5 in OD 34 in; WT 1 in 1 : 10
(sumber : TOTAL INDONESIA BEKAPAI BL DESIGN
34.45 meter
APPRAISAL )
Marine Growth
Struktur yang terbenam di dalam air akan mengalami pertambahan luas area melintang akibat adanya marine growth. Marine growth ditimbulkan oleh organisme laut yang menempel pada struktur. Pertambahan luas melintang ini mengakibatkan gaya gelombang yang diterima oleh struktur menjadi lebih besar. Ukuran ketebalan marine growth bervariasi pada tiap bagian struktur, dengan ketebalan maksimum adalah 5.0 inch. c.
Keterangan
APPRAISAL )
(sumber : TOTAL INDONESIA BEKAPAI BL DESIGN V.3.4
Tabel 5.3 Dimensi dan jenis profil member struktur jacket
Data Gempa
Data dimensi struktur : Tinggi chord di atas permukaan laut 2 meter Tinggi chord di bawah permukaan laut 30 meter Tinggi jacket leg dari dasar laut 40.35 meter Tinggi riser dari lantai atas-bawah 38.35 meter V.4 PEMODELAN STRUKTUR
: : : :
Pemodelan struktur dilakukan dengan menggunakan bantuan software SACS 5.2 dengan memberikan simbol/nama pada masing-masing joint dan member struktur yang membentuk struktur jacket tersebut, sesuai dengan ukuran dan karakteristiknya.
Data lingkungan yang berupa gempa adalah data ntuk memastikan bahwa tidak terjadi kerusakan struktur akibat goncangan gempa bumi (earthquake), Untuk memastikan struktur telah mempunyai ukuran elemen yang cukup untuk menerima beban gempa bumi serta bertujuan untuk memastikan jacket yg terletak pada daerah aktif gempa tidak runtuh (collapse) akibat gempa jarang (800 s/d 1000 th). Dari perhitungan yang sudah dilakukan diatas maka didapatkan nilai kekuatan sebesar 0.4 g atau sebesar 4924.8 KN.
V.3.5
Data Struktur
Pemodelan struktur jacket dengan menggunakan program SACS 5.2 yang didalamnya akan dimasukkan data profil yang digunakan dalam desain jacket. Dengan data profil member sebagai berikut:
16
Asumsi pemodelan platform
jacket adalah pola K atau diagonal tunggal, dengan alasan sebagai berikut : Lokasi struktur jacket terletak pada daerah perairan dangkal sehingga tidak membutuhkan kekakuan tinggi serta tidak ada atau terletak pada daerah dengan gaya seismik rendah Mempunyai jumlah titik pertemuan batang (joint) yang lebih sedikit sehingga dapat meminimalisir pengaruh gelombang dan korosi
V.4.1 Pemodelan Joint Struktur Jacket Gambar 5.1 Tampak jacket dalam tampilan dua dimensi 6.2 m (top of jacket) 4.2 m (lantai 1) +00.00 (mean sea level)
Pada struktur jacket terdapat pertemuan antar member yang disebut dengan joint dimana setiap joint memiliki penamaan tersendiri pada program SACS 5.2 sehingga kita dapat mengetahui posisi dari joint pada struktur jacket tersebut dan berbedabeda pada masing-masing joint.
-6.68 m (lantai 2) 501L
1145 1171
1134
1143
1144 581L 1136
1163
1137 1146
-20.21m (lantai 3)
1147 1148
1135 1142 519L
1139 1138
599L
-30 m Gambar 5.3 Contoh penamaan joint struktur jacket -34.15 m (dasar laut)
-40.15 m (bottom of jacket)
Gambar 5.2 Bentuk dan dimensi ketinggian struktur jacket (feet)
Pada Gambar 5.1 dan Gambar 5.2 dapat dilihat pemodelan struktur jacket tipe kaki empat yang direncanakan dalam Tugas Akhir ini. Pola perangkaan (model brace) yang digunakan dalam perencanaan struktur
Jumlah joint yang terdapat pada struktur jacket tipe kaki empat dalam Tugas Akhir ini adalah sebanyak 423 joint. Detail dari penamaan joint struktur jacket ini adalah sebagai berikut: 001P, 019P, 081P, 099P, 101P, 119P, 181P, 199P, 201P, 219P, 281P, 299P, 301P, 319P, 381P, 399P, 401P, 419P, 481P, 499P, 501P, 519P, 581P, 599P. 101L, 119L, 181L, 199L, 201L, 219L, 281L, 299L, 301L, 319L, 381L, 399L, 401L, 419L, 481L, 499L, 501L, 519L, 581L, 599L, 601L, 619L, 681L, 699L, 701L, 719L, 781L, 799L.
17
1002, 1009, 1033, 1050, 1056, 1062, 1068, 1074, 1087, 1093, 1099, 1105, 1111, 1117, 1123, 1129, 1136, 1142, 1148, 1163, 1169, 1175, 1181, 1187, 1203, 1210, 1216, 1222, 1234, 1242, 1248, 1254, 1260, 1266, 1274, 1280, 1286, 1293, 1299, 1305, 1311, 1317, 1323, 1329, 1335, 1341, 1347, 1353, 1359, 1365, 1371, 8002, 8008, 8029, 8035, 8041,
18
1003, 1020, 1036, 1051, 1057, 1063, 1069, 1075, 1088, 1094, 1100, 1106, 1112, 1118, 1124, 1130, 1137, 1143, 1149, 1164, 1170, 1176, 1182, 1188, 1204, 1211, 1217, 1223, 1235, 1243, 1249, 1255, 1261, 1269, 1275, 1281, 1287, 1294, 1300, 1306, 1312, 1318, 1324, 1330, 1336, 1342, 1348, 1354, 1360, 1366, 1372, 8003, 8009, 8030, 8036, 8042,
1005, 1022, 1041, 1052, 1058, 1064, 1070, 1076, 1089, 1095, 1101, 1107, 1113, 1119, 1125, 1131, 1138, 1144, 1150, 1165, 1171, 1177, 1183, 1189, 1205, 1212, 1218, 1224, 1238, 1244, 1250, 1256, 1262, 1270, 1276, 1282, 1288, 1295, 1301, 1307, 1313, 1319, 1325, 1331, 1337, 1343, 1349, 1355, 1361, 1367, 1373, 8004, 8020, 8031, 8037, 8043,
1006, 1025, 1042, 1053, 1059, 1065, 1071, 1078, 1090, 1096, 1102, 1108, 1114, 1120, 1126, 1132, 1139, 1145, 1151, 1166, 1172, 1178, 1184, 1200, 1206, 1213, 1219, 1225, 1239, 1245, 1251, 1257, 1263, 1271, 1277, 1283, 1289, 1296, 1302, 1308, 1314, 1320, 1326, 1332, 1338, 1344, 1350. 1356, 1362, 1368, 1374, 8005, 8021, 8032, 8038, 8044,
1007, 1028, 1048, 1054, 1060, 1066, 1072, 1079, 1091, 1097, 1103, 1109, 1115, 1121, 1127, 1134, 1140, 1146, 1152, 1167, 1173, 1179, 1185, 1201, 1207, 1214, 1220, 1226, 1240, 1246, 1252, 1258, 1264, 1272, 1278, 1284, 1290, 1297, 1303, 1309, 1315, 1321, 1327, 1333, 1339, 1345, 1351, 1357, 1363, 1369, 1375, 8006, 8022, 8033, 8039, 8045,
1008, 1032, 1049, 1055, 1061, 1067, 1073, 1086, 1092, 1098, 1104, 1110, 1116, 1122, 1128, 1135, 1141, 1147, 1162, 1168, 1174, 1180, 1186, 1202, 1209, 1215, 1221, 1229, 1241, 1247, 1253, 1259, 1265, 1273, 1279, 1285, 1291, 1298, 1304, 1310, 1316, 1322, 1328, 1334, 1340, 1346, 1352, 1358, 1364, 1370, 8001, 8007, 8028, 8034, 8040, 8046,
8047, 8048, 8049, 8053, 8054, 8055, 8059, 8060, 8061, 8065, 8066, 8067, 8071, 8072, 8073, 8077, 8078, 8079.
8050, 8056, 8062, 8068, 8074,
8051, 8057, 8063, 8069, 8075,
8052, 8058, 8064, 8070, 8076,
V.4.2 Pemodelan Member Struktur Jacket
Member struktur jacket merupakan elemen-elemen struktur yang terdiri dari profil-profil yang tersusun sehingga membentuk suatu struktur. Pemodelan member pada struktur jacket dalam Tugas Akhir ini adalah sesuai dengan karakteristik dan jenis elemen yang dibutuhkan dalam merancang struktur jacket yang direncanakan. RS
RS BC DB JL
BC
DB
R
Gambar 5.4 Detail member struktur jacket
Detail dari member tersebut adalah : 1. BC I
Adalah Horizontal Barce yang memiliki ukuran dan karakteristik sebagai berikut : - Outer Diameter (OD) : 40.640 cm - Web Thickness (WT) : 1.905 cm - E Modulus : 20000 kN/sq cm - G Modulus : 8000 kN/sq cm - Yield Strength : 24.800 kN/sq cm - Density : 7.849 ton/m3 : 56.4640 m - Total Length 2. BC II Adalah Horizontal Barce yang memiliki ukuran dan karakteristik sebagai berikut : - Outer Diameter (OD) : 40.640 cm - Web Thickness (WT) : 1.270 cm : 20000 kN/sq - E Modulus cm - G Modulus : 8000 kN/sq cm - Yield Strength : 24.800 kN/sq cm : 7.849 ton/m3 - Density - Total Length : 141.3240 m 3. DB I Adalah Diagonal Barce yang memiliki ukuran dan karakteristik sebagai berikut : - Outer Diameter (OD) : 45.720 cm - Web Thickness (WT) : 1.905 cm - E Modulus : 20000 kN/sq cm : 8000 kN/sq - G Modulus cm - Yield Strength : 24.800 kN/sq cm - Density : 7.849 ton/m3 : 74.9960 m - Total Length
4. DB II Adalah Diagonal Brace yang memiliki ukuran dan karakteristik sebagai berikut : - Outer Diameter (OD) : 50.800 cm - Web Thickness (WT) : 1.270 cm : 20000 kN/sq - E Modulus cm - G Modulus : 8000 kN/sq cm - Yield Strength : 24.800 kN/sq cm - Density : 7.849 ton/m3 : 487.6460 m - Total Length
5. RS I Adalah Conductor Guide atau bisa juga disebut sebagai Riser Guide yang memiliki ukuran dan karakteristik sebagai berikut : - Outer Diameter (OD) : 30.480 cm - Web Thickness (WT) : 0.952 cm : 20000 kN/sq - E Modulus cm - G Modulus : 8000 kN/sq cm - Yield Strength : 24.800 kN/sq cm - Density : 7.849 ton/m3 : 595.71 m - Total Length 6. RS II Adalah Conductor Guide atau bisa juga disebut sebagai Riser Guide yang memiliki ukuran dan karakteristik sebagai berikut : - Outer Diameter (OD) : 40.640 cm - Web Thickness (WT) : 1.270 cm : 20000 kN/sq - E Modulus cm - G Modulus : 8000 kN/sq cm - Yield Strength : 24.800 kN/sq cm - Density : 7.849 ton/m3 : 254.229 m - Total Length 7. RI Adalah Riser yang memiliki ukuran dan karakteristik sebagai berikut : - Outer Diameter (OD) : 76.200 cm - Web Thickness (WT) : 2.540 cm : 20000 kN/sq - E Modulus cm - G Modulus : 8000 kN/sq cm - Yield Strength : 24.800 kN/sq cm - Density : 7.849 ton/m3 - Total Length : 460.2 m 8. JL1 Adalah Jacket Leg yang merupakan kaki jacket atau bisa disebut juga sebagai chord yang memiliki ukuran dan karakteristik sebagai berikut : - Outer Diameter (OD) : 90.170 cm - Web Thickness (WT) : 3.175 cm - E Modulus : 20000 kN/sq cm
19
-
G Modulus cm Yield Strength cm Density Total Length
: 8000 kN/sq : 24.800 kN/sq : 7.849 ton/m3 : 187.244 m
V.4.3 Offsetting
Offseting dilakukan setelah setiap member pembentuk struktur jacket diberi nama sesuai dengan ukuran dan karakteristiknya. Offsetting dilakukan terhadap setiap joint pertemuan ujung member yang terdapat penumpukan. Offsetting, adalah upaya memindahkan ujung-ujung setiap member dengan mengubah-ubah koordinat sumbu X, Y, dan Z pada ujung-ujung setiap member yang bertemu pada setiap joint pembentuk struktur jacket pada posisi sedemikian hingga. Sehingga setiap member yang bertemu pada joint tidak mengalami over stress akibat penumpukan ujung member pada joint. Karena hal ini akan berpengaruh kepada UC (Unity Check) pada setiap joint. Semakin rapi offsetting, maka semakin baik pula pemodelannya. Dalam offsetting, sumbu yang digunakan adalah sumbu lokal struktur. Berikut ini akan ditampilkan pemodelan member yang sebelum dan sesudah dilakukan offsetting pada beberapa joint :
Gambar 5.6 Tampak joint 581L sesudah dilakukan offsetting
Joint 319L :
Gambar 5.7 Tampak joint 319L sebelum dilakukan offsetting
Gambar 5.8 Tampak joint 319L sesudah dilakukan offsetting
Joint 519L :
Joint 581L :
Gambar 5.5 Tampak joint 581L sebelum dilakukan offsetting
20
Gambar 5.9 Tampak joint 519L sebelum dilakukan offsetting
V.4.4
Pemodelan Akhir Struktur Jacket Bekapai - BL Dengan Program SACS 5.2
Gambar 5.10 Tampak joint 519L sesudah dilakukan offsetting
Joint 1138 :
Gambar 5.13 Tampak isometri struktur jacket
Gambar 5.11 Tampak joint 1138 sebelum dilakukan offsetting
Gambar 5.14 Tampak atas struktur jacket Bekapai – BL Gambar 5.12 Tampak joint 1138 sesudah dilakukan offsetting
Gambar 5.15 Tampak bawah struktur jacket Bekapai – BL
21
V.5
PEMODELAN BEBAN STATIS
Pemodelan statis pada struktur jacket dirancang dengan perhitungan bahwa struktur jacket menerima beban deck/platform yang berupa gaya aksial kebawah sebesar 1567 Ton ≈ 15670 KN yang disalurkan secara merata pada masingmasing kaki jacket sebesar 3917.5 KN. Berikut ini akan ditampilkan gambar pembebanan akibat beban deck/platform pada struktur jacket. 3917.5 KN 3917.5 KN
Gambar 5.16 Tampak jacket Bekapai – BL pada bentang tengah
3917.5 KN 3917.5 KN
Gambar 5.17 Tampak depan dan belakang struktur jacket Bekapai – BL Gambar 5.19 Penyaluran beban deck/platform pada struktur jacket
V.6
Gambar 5.18 Tampak samping kiri dan kanan struktur jacket Bekapai-BL
22
PEMODELAN BEBAN PUSHOVER
Ada dua jenis load case dalam pemodelan beban analisa pushover. Load case pertama yaitu beban vertikal yang bekerja pada struktur. Beban vertikal ini termasuk beban dek meliputi deadload yaitu 1567 Ton ≈ 15670 KN yang disalurkan secara merata pada masing-masing kaki jacket sebesar 3917.5 KN. Kemudian loadcase yang kedua adalah beban horisontal yang merupakan beban lingkungan kondisi ekstrim, yaitu beban force dari gempa sebesar 4924.8 KN yang dibagi merata pada empat joint paling atas yang memiliki masa paling besar pada masing-masing joint menerima beban sebesar 1231.2 KN. Dalam
analisa pushover, struktur akan dikenai beban vertikal yang merupakan beban konstan. Kemudian beban horisontal akan ditingkatkan dengan faktor beban yang telah ditentukan sampai struktur tersebut kolaps. Faktor beban yang menyebabkan struktur kolaps memberikan Reserve Strength Ratio (RSR) terutama akibat beban lingkungan ekstrim pada masing-masing arah pembebanannya.
3917.5 KN 3917.5 KN 3917.5 KN
1231.2 KN 1231.2 KN 3917.5 KN 1231.2 KN 1231.2 KN
yang digunakan merupakan data fix, dengan kata lain seluruh beban platform yang ada digabungkan dengan seluruh beban statis, berat sendiri, dan beban pushover yang kemudian disalurkan sesuai arah pembebanan.
BAB VI ANALISIS STRUKTUR VI.1 UMUM
Setelah seluruh tahap pemodelan struktur jacket selesai dilakukan, langkah selanjutnya adalah memasukkan seluruh beban yang ada untuk sesuai dengan pembebanan yang dibutuhkan untuk analisis struktur jacket. VI.2 ANALISIS STATIS VI.2.1 Massa Total (Total Mass)
Dalam hal ini analisis statis dilakukan untuk mendapatkan nilai massa total (total mass) pada struktur jacket. Dari hasil pemodelan SACS 5.2 dapat diketahui massa struktur secara keseluruhan (total mass) sebesar 5818.766 KN (581.8766 ton). Massa total struktur didapatkan dari hasil analisis SACS 5.2 setelah memasukkan seluruh data struktur jacket yang telah dibuat yang kemudian dilakukan proses running. Setelah proses running selesai dilakukan, kemudian untuk melihat massa total pada hasil running dapat dilihat pada toolbar Load dan selanjutnya dipilih menu Self Weight sehingga muncul nilai massa total struktur sebesar 5818.766 KNseperti yang terlampir pada Lampiran 3. VI.2.2 Titik Berat (Center of Gravity)
Analisis statis juga digunakan untuk mencari letak dari titik berat/center of gravity. Berdasarkan perhitungan SACS 5.2, didapatkan letak titik berat (center of gravity) dari struktur jacket dengan uraian sebagai berikut :
Gambar 5.20 Penyaluran beban pushover pada struktur ```````````````jacket Bekapai-BL
V.7
X : Y : Z :
-1.241 meter - 0.048 meter -16.889 meter
KOMBINASI PEMBEBANAN
Dari beban-beban yang ada, akan didefinisikan beban gabungan (combined load) dari tiap arah beban gempa. Pada program SACS 5.2 setelah seluruh desain struktur selesai didesain kemudian seluruh beban-beban yang akan digabungkan dimasukkan sebagai input data. Kombinasi pembebanan yang dilakukan adalah kondisi saat statis karena data platform
Letak titik berat (center of gravity) struktur didapatkan dari hasil analisis SACS 5.2 pada file saclst.bekapai pada bagian summary of seastate generated dead and bouyancy loads seperti terdapat pada Lampiran 3.
23
Gambar 6.1 Letak Center of Gravity struktur jacket
Gambar 7.1 menunjukkan letak dari center of gravity (titik berat) dari struktur jacket. Letak titik tersebut ditunjukkan dengan titik hitam bulat yang terletak pada koordinat (X = -1.241; Y = -0.048; Z = -16.889) dalam satuan meter. VI.2.3 Pusat
Daya
Apung
(Center
of
Buoyancy)
Berdasarkan perhitungan SACS 5.2, didapatkan letak pusat daya apung (center of buoyancy) dari struktur jacket dengan uraian sebagai berikut : X : -1.162 meter Y : -0.068 meter Z : -20.225 meter Letak titik pusat daya apung (center of buoyancy) struktur didapatkan dari hasil analisis SACS 5.2 pada file saclst.bekapai pada bagian summary of seastate generated dead and buoyancy loads, sehingga muncul letak center of buoyancy seperti yang terlihat pada Gambar 7.2.
24
Gambar 6.2
Letak Center of Buoyancy struktur jacket
Gambar 7.2 menunjukkan letak dari center of buoyancy (pusat apung) dari struktu jacket. Letak titik tersebut ditunjukkan dengan titik hitam bulat yang terletak pada koordinat (X = -1.162; Y = -0.068; Z = -20.225) dalam satuan feet. Untuk hasil secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran 3. VI.2.4
Tahapan Analisis Statis Linier
Langkah-langkah yang harus dilakukan adalah : dimana isi file tersebut antara lain : a. SACINP b. JCNINP SACINP
Memuat data modelling struktur, properties, beban, seastate. JCNINP Merupakan file yang berisi tentang penjelasan sambungan (joint can). Buka program SACS
1
2
Gambar 6.3 Tampilan SACS 5.2
Kemudian lihat anak panah sesuai urutan nomornya, penjelasannya sebagai berikut : 1. Gunakan linear static analysis untuk melakukan perhitungan statis. 2. Buka Start Wizard, dan pilih nama file sacinp yang akan di analisis.
Gambar 6.5 Analysis Options untuk analisa statis pada opsi Element Check
Setelah itu akan tampil Analysis Options. Check list sesuai kebutuhan perhitungan. Dalam option analysis ini ada beberapa option yang masuk dalam proses perhitungan, antara lain : a. general b. seastate c. foundation d. element check e. postvue f. joint check g. dll. Adapun yang kita butuhkan dalam laporan statis nanti harus didefinisikan, antara lain;
Gambar 6.4 Analysis Options untuk analisa statis pada opsi Foundation
Gambar 6.6 Analysis Options untuk analisa statis pada opsi Postvue
Gambar 6.7 Analysis Options untuk analisa statis pada opsi Joint Check
25
Tabel 7.1 Maximum Unity Check
NO 1 2 3
Gambar 6.8 Tampilan saat proses check list selesai
Setelah proses check list selesai, akan tampil seperti Gambar 7.8. Selanjutnya masuk dalam proses running, jalankan atau klik Run, tunggu sampai proses analisis selesai dilakukan oleh program SACS. Apabila berhasil maka akan ada 2 output : a. saclst : merupakan text output hasil proses perhitungan b. pvdb : merupakan gambar yang dapat memperlihatkan gaya-gaya sesuai model dan pembebanannya. Kemudian buka file saclst, dari file tersebut kita akan mengambil nilai-nilai hasil analisis terhadap struktur platform. VI.2.5 Hasil Perhitungan Statis Analisis
Dari hasil running program SACS 5.2 untuk perhitungan analisis statis (beban mati) pada struktur jacket dapat dilihat output yang dihasilkan adalah : 1. Maximum Joint Displacements : Dari hasil analisa didapatkan maximum joint deflection pada masingmasing arah X, Y, dan Z. Untuk hasil lebih lengkap, dapat dilihat pada Lampiran 3 (Static Analysis Summary) pada bagian joint deflections and rotations. 2. Maximum Unity check : Unity check adalah Critical condition stress dibagi Maximum condition stress. Menurut API RP 2A WSD suatu struktur dikatakan aman jika struktur tersebut mempunyai unity check < 1.0. Unity check maksimum struktur Jacket adalah sebagai berikut
26
MEMBER 001P-1005 (DB2) 019P-1042 (DB2) 099P-1041 (DB2)
UNITY CHECK
LC
0.671
3
0.649
3
0.674
3
Dari hasil analisis di atas, dapat diketahui 3 member paling kritis, yaitu member 001P-1005, 019P-1042, dan 099P-1041, dengan detail perhitungan sebagai berikut : 3.
Member Group Summary Dari hasil perhitungan SACS 5.2 untuk member group summary dapat diketahui 3 member paling kritis, antara lain member 001P-1005, member 019P-1042, dan member 009P-1041 dengan detail sebagai berikut : Member 001P-1005 o Group ID : DB2 o Load Condition :3 o Axial stress : -71.53 N/mm2 o Allowable Stresses : 135.06 N/mm2 o Load Value : 15670 KN o Maximum Unity Check : 0.671 Member 019P-1042 o Group ID : DB2 o Load Condition :3 o Axial stress : -69.41 N/mm2 o Allowable Stresses : 135.06 N/mm2 o Load Value : 15670 KN o Maximum Unity Check : 0.649 Member 099P-1041 o Group ID : DB2 o Load Condition :3 o Axial stress : -71.08 N/mm2 o Allowable Stresses : 135.06 N/mm2 o Load Value : 15670 KN o Maximum Unity Check : 0.674 Menurut API RP 2A WSD suatu struktur dikatakan aman jika struktur tersebut mempunyai unity check < 1.0. Contoh
perhitungan pada member 001P – 1005 sebagai berikut : Member 001P – 1005 Grup ID : (DB2) L (Panjang) : 6.068 meter = 606.8 cm OD (Outer Diameter) : 50.800 cm t (Tebal Member) : 1.270 cm Fy : 24800 kN/sq cm E (Modulus Elastisitas) : 20000 kN/sq cm K (Faktor panjang efektif) : 1 : ¼ * π * (50.8² -
A (Luas permukaan) 2.54²)
: 2020.73 cm² : 7.849 t/m³ 7.849 x 10-6
γ member t/cm3 Mencari momen inersia Jari-jari luar (R1) Jari-jari dalam (R2) ρ = γ member
: 25.4 cm : 24.13 cm : 7.849 t/m³ : 7.849 x 10-6
t/cm3 tebal dm
m :
: 1.270 cm : ρ.dV : ρ.2πr.dr.t : ρ.2πt.r.dt : π. ρ. t (R1² - R2²) : 3.14*7.849*10-6*1.27(25.4²-24.13²) : 0.001968 t :
r ² dm
R2
: 2. π. ρ. t
R1
r ³ dr
R2
: ½ * π. ρ. t (R14-R24) : ½ * π. ρ. t (R12-R22)( R12+R22) : ½ * m * ( R12+R22) : ½ * 0.001968 * (25.42 + 24.132) : 1.207 cm4 r (jari-jari girasi)
Axial compression stress : Berdasarkan hasil perhitungan SACS 5.2, pada persamaan (2.2), (2.3), (2.4) nilai axial compression stress pada member 001P-1005 adalah, fa = 6.5 N/mm2 Berdasarkan API RP 2A WSD 2000 pasal 3.2.1, pada persamaan besar tegangan aksial tekan ijin adalah, 2 2 E Cc Fy
0.5
0.5
2 2 20000 Cc 24.8 Cc 126.10 KL 24.566 r KL Cc, maka r 2 KL r Fy 1 2 Cc 2 Fa 3 KL KL 3 5 r r 3 8 Cc 8 Cc 3
R1
I (Momen Inersia)
Axial tension stress : Berdasarkan hasil perhitungan SACS 5.2, pada persmaan (2.1) nilai axial tension stress pada member 001P-1005 adalah, ft = -71.53 N/mm2 Berdasarkan API RP 2A WSD 2000 pasal 3.2.1, besar tegangan aksial tarik ijin adalah, Ft = 0.6 Fy Ft = 0.6 * 24.8 Ft = 14.88 N/mm2 Sehingga, ft < Ft .............................(memenuhi)
: / : 24.7 cm
Fa
24.5662 24.8 1 2 2 x126.10
3 5 324.566 (24.566) 3 8 x126.10 8 x126.10 3
Fa = 13.99 N/mm2
Sehingga, fa < Fa .......................... (memenuhi) Unity Check (fa / Fa) = 0.46
27
t
27 1 .
yF
8.24 60
t
F y,maka
Bending Stress: Berdasarkan hasil perhitungan SACS 5.2, pada persamaan (2.5), (2.6), (2.7) didapatkan nilai bending stress terbesar terdapat pada member 001P-1005, yaitu: fb = 1.04 N/mm2
-
Summation of Forces and Moments Seastate Basic Load Description Seastate Basic Load Summary Applied Load Summary Joint Deflections and Rotations Reaction Forces and Moments Element Unity Check Report Member Group Summary Untuk hasil perhitungan analisis statis secara lengkap dan detail, dapat dilihat pada Lampiran 3 (Static Analysis Summary).
VI.3 ANALISIS PUSHOVER VI.3.1 Tahapan Analisis Pushover
Tegangan bending ijin (API RP 2A WSD 2000 pasal 3.2.3),
Fb = 0.75 x 24.8 = 18.6 N/mm2 fb
1. Masukkan data Input model yang telah digunakan pada proses pembebana statis pada SACS 5.2, sacinp. Pada 1 folder. 2. Masukan data input dead load, Self Weight,pushover load pada model yang telah dibuat dengan memberikan nama pada joint load yang akan dibuat.
Unity Check (fb / Fb) = 0.05 Dari perhitungan manual di atas, dapat disimpulkan bahwa pada member 001P-1005 mengalami unity check maksimum pada tegangan tarik aksial.
Gambar 6.10 Joint load pada SACS 5.2
3. Mengubah number of increments, starting load factor, ending load factor dengan nilai pembagi sesuai yang kita inginkan dalam tahap analisa pushover pada file clpinp Gambar 6.9 Gaya dalam yang terjadi pada member 001P1005P
Pada Gambar 5.11 dapat dilihat gambar gaya dalam yang terjadi pada salah satu member kritis pada struktur jacket yang direncanakan pada Tugas Akhir ini, yaitu pada member 001P-1005. Selain beberapa hasil perhitungan SACS 5.2 yang telah dijabarkan, hasil perhitungan analisis inplace yang diperoleh antara lain sebagai berikut : - Summary of Seastate Generated Dead and Buoyancy Loads
28
Gambar 6.11 File clpinp pada SACS 5.2
Gambar 6.12 loading sequance pada SACS 5.2
4. Sebelum running pada SACS 5.2 persiapkanlah model pada posisi full plastic collapse analysis. 5. Buat folder baru untuk memindahkan hasil full plastic collapse analysis (clprst).
Gambar 6.15 Hasil full plastic collapse analysis load step23 pada SACS 5.2
Gambar 6.16 Hasil full plastic collapse analysis load step24 pada SACS 5.2
Gambar 6.13 full plastic collapse analysis pada SACS 5.2
6. Running Processing full plastic collapse analysis. 7. Untuk melihat hasil dari analisa pushover pada SACS 5.2 dapat dilihat pada file clprst yang didalamnya juga terdapat load step, load factor pada struktur jacket.
Gambar 6.17 Hasil full plastic collapse analysis load step25 pada SACS 5.2
Gambar 6.14 Hasil full plastic collapse analysis load step22 pada SACS 5.2
Gambar 6.18 Hasil full plastic collapse analysis load step26 pada SACS 5.2
29
VI.3.2 Hasil Perhitungan Analisis Pushover
Struktur jacket mempuyai Reserve Strength Ratio (RSR) yang berbeda untuk setiap arah pembebanan. RSR didefinisikan sebagai rasio dari beban ultimate lateral anjungan menerima pada strukturnya kondisi beban lateral lingkungan 800 tahun, dihitung menggunakan prosedur rekomendasi API RP 2A (2002). Dengan nilai berikut :
Dimana: P awal
= P pada desain level kondisi 800 tahun. P increment = P pada analisa pushover Tabel 6.3 Hasil Reserve Strenght Ratio Pushover load
NO JOINT 1. 2. 3. 4.
Tabel 6.2 Pushover Joint load
LOAD STEP 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
RESERVE STRENGHT RATIO (RSR) 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6
Dengan peningtkatan beban yang telah direncanakan memberikan beban pushover direncanakan pada top of jacket dikarenan massa paling besar terdapat pada joint tersebut sehingga sangat berpengaruh besar pada keandalan dari struktur jacket. RSR dapat dihitung dengan mengunakan persamaan: • RSR
30
= Beban Struktur Collapse Beban kondisi awal = P awal + Total P increment P awal
LOAD (-x) KN 1231.2 1231.2 1231.2 1231.2
519 L 501 L 581 L 599 L
Total load
LOAD STEP 1-26 1-26 1-26 1-26
LOAD FACTOR 0.1 – 2.6 0.1 – 2.6 0.1 – 2.6 0.1 – 2.6
4924.8
Dengan melihat pada hasil perhitungan analisa pushover pada table 7.3 maka dapat dekatahui keruntuhan struktur jacket terletak pada peningkatan ke-26 dengan hasil nilai RSR sebesar 3.6. Untuk melihat hasil analisa pushover dan joint displacement selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 4. Dari hasil diatas maka contoh perhitungan struktur collapse diambil pada load step terakhir ketika struktur jacket mengalami keruntuhan. Dengan perhitungan sebagai berikut : • RSR
=
Beban Struktur Collapse Beban kondisi awal = 4924.8 + (4924.8 x 2.6) 4924.8 = 3.6
Kriteria pushover Menurut API RP 2A (2002) : L-1: high consequence-manned nonevacuated/ unmanned RSR > 1.6 L-2:Low consequence-unmanned RSR > 0.8 Dari hasil diatas maka struktur jacket Bekapai – BL termasuk pada katagori high consequence. Tingkatan ini berdasarkan atas anjungan utama yang berpotensial pada sumur aliran minyak atau gas asam pada saat struktur mengalami kegagalan. VI.4
HASIL ACCELERATION DISPLACEMENT RESPONSE SPECTRA (ADRS ) Dari persamaan 2.17 sampai dengan persamaan 2.20 maka berikut ini adalah contoh perhitungan manual dari analisa Acceleration Displacement Respon Spectra (ADRS) yang
berfungsi sebagai saraana untuk meelihat perform ma kekuatan struktur denggan gempa reencana dimanna dimaksudk kan apakah struktur s cukuup andal dalaam menerimaa beban gempaa yang diberikkan :
Sa I
492.48 28 0.03142 156 670
Sd I
0.8004 0.61374 1.311
masukkan Daan dilanjutkann dengan mem rumus Accceleration Dissplacement Respon R Spectrra (ADRS) Sdi
0.12 x1.13 x100 x9.8 0.2805 4 2
Hasil dari contoh perhitungaan diatas dappat dilihat lebbih lengkap pada p lampiraan 5. Berikutt ini adalah grafik g hasil peerhitungan daari analisa Accelerationn Displacem ment Respoon mpilkan jugga Spectra (ADRS) diimana ditam perbandinngan keandalan strukutu ur pada zonna gempa yanng berbeda-beeda.
Gambar66.19 Grafik Acceeleration Displaacement Respon S Spectra
BA AB VII PEN NUTUP ESIMPULAN N VII.1 KE Adapun kesimpulan yang dappat dipeeroleh dari berbagai analisis a dalaam Tuggas Akhir dengan juudul Analissa Pusshover Denggan Kondisi Gempa 8000 Tahhun Pada Sttruktur Jackeet Terpancanng dalaah sebagai beerikut :
1. Dengan aanalisa data gempa 800 tahun t didapatkann besarnya nilai n beban gempa pada daeerah struktuur jacket adalah a sebesar 0.4 g (4924.8 KN) K 2. Dengan analisis a statiis struktur dapat diketahui massa total dari d struktur jacket j yang dirancang, yaitu sebesar 58188.766 KN (581.88766 ton) 3. Dengan analisis a statiss dapat dikeetahui bahwa jaccket yang diddesain cukupp kuat untuk bert rtahan pada kondisi k bebann mati pada strukktur jacket Bekapai B - BL L. Hal ini dapat dilihat d dari beesarnya UC (Unity check) paada setiap jo oint dan meember yang menyusun strukktur jacket yang tidak lebihh besar daripaada 1. 4. Reserve Strength Ratio (R RSR)
struktur aadalah 3.6 pada pembebbanan top of jaacket. RSR R tersebut masih m aman kaarena lebih besar dariipada RSR minnimum yang telah yang telah ditetapkaan oleh API RP 2A untuk u platform kategori unmanned non evacuatedd yaitu 1.6
VII.2 SARAN
Setelah melakukan analisa statis dan pushover terhadap struktur jacket yang didesain berdasarkan data yang ada dengan menggunakan program SACS 5.2, penulis memberikan beberapa saran antara lain: 1. Untuk
kedepannya penulis menyarankan kepada mahasiswa yang mengambil tugas akhir dengan menggunakan sofware ini supaya mengembangkan lagi metode nonlinear analisis untuk kasus-kasus lainnya.
2. Perlu memperkenalkan ilmu bangunan lepas pantai lebih dalam di lingkungan Teknik Sipil khususnya mengenai struktur bangunan lepas pantai. 3. Perlu dilakukan studi lebih lanjut mengenai ilmu bangunan lepas pantai didalam analisa yang lebih komplek dengan memperhatikan aspek yang lebih detail lagi. 4. Membandingkan dengan struktur jacket yang asli, karena perencanaan struktur jacket yang dirancang dalam Tugas Akhir ini adalah sebagai sarana untuk memperkenalkan ilmu bangunan lepas pantai khususnya struktur jacket yang sengaja dibuat sebagai pijakan awal untuk mempelajari ilmu bangunan lepas pantai secara sederhana di jurusan Teknik Sipil ITS.
SEKIAN DAN TERIMA KASIH
32
