ANALISIS STRUKTUR PADEYE PADA PROSES LIFTING JACKET EMPAT KAKI DENGAN PENDEKATAN DINAMIK
OLEH: HENNY GUSTI PRAMITA 4309 100 007 DOSEN PEMBIMBING: Ir. Handayanu, M.Sc, Ph.D Yoyok Setyo Hadiwidodo, S.T., M.T.
JURUSAN TEKNIK KELAUTAN FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA
LATAR BELAKANG
DATA JACKET PLATFORM
Deep Water Elevasi Jarak kaki Working Point Jacket Walkway Konduktor
Riser
: 199.5’ : (+) 15’-0”, (-) 30’-0”, (-) 80’–0”, (-) 140’-0” dan (-) 199’-6”. : 40 feet antara Row-1 dan Row-2 30 feet antara Row-A and Row-B : Elevasi (+)20’-0” : Elevasi (+) 15’-0” : 1. Konduktor yang terdapat di dalam jacket = 9 – 30”Ø x 1.00” 2. Konduktor yang terdapat di luar jacket = 3 – 30”Ø x 1.00” : 3 - 12¾”Ø x 0.5”
PERUMUSAN MASALAH
1. Bagaimana kekuatan struktur dan respon dinamis dari struktur yang disebabkan oleh gaya angin pada jacket platform ketika diangkat dengan sudut hook point 60º terhadap horisontal? 2. Bagaimana desain dimensi padeye yang sesuai dengan codes API RP 2A-WSD (2007) untuk lifting jacket empat kaki? 3. Bagaimanakah analisis struktur padeye saat pengangkatan dengan sudut sling 60°?
TUJUAN
1. Mengetahui kekuatan struktur dan respon dinamis dari struktur yang disebabkan oleh gaya angin pada jacket platform ketika diangkat dengan sudut hook point 60º terhadap horisontal 2. Mendesain dimensi padeye yang sesuai dengan codes API RP 2A-WSD (2007) untuk lifting jacket empat kaki. 3. Menganalisis pengaruh struktur padeye saat pengangkatan dengan sudut sling 60°.
MANFAAT
Manfaat dari penulisan tugas akhir ini adalah dapat digunakan sebagai bahan pertimbangan dalam analisa proses lifting dengan pendekatan yang lebih mendalam (pendekatan dinamik) dan mengetahui kekuatan padeye dengan analisis lokal pada padeye saat proses lifting jacket platform.
BATASAN MASALAH 1. Analisis dilakukan terbatas terhadap beban struktur itu sendiri dan terhadap motion akibat angin. 2. Analisis dilakukan pada lifting module jacket, sementara desain padeye, shackle, dan sling dilakukan kemudian secara manual. 3. Analisis tegangan pada struktur padeye dilakukan dengan menggunakan analisis lokal. 4. Tidak dilakukan variasi ketebalan pada dimensi padeye. 5. Analisis yang dilakukan pada jacket hanya meliputi motion pada jacket, tanpa memperhatikan motion pada vessel dan barge. 6. Analisis lifting yang dilakukan tidak menggunakan spreader bar. 7. Pembebanan dinamik menggunakan data angin daerah Laut Jawa, skala beaufort, dan kecepatan angin 20 knots sesuai dengan codes GL Noble Denton. 8. Software yang digunakan dalam pemodelan dan analisa struktur adalah GTStrudl dan untuk struktur padeye menggunakan software analisis lokal.
DASAR TEORI Loadout adalah proses pemindahan struktur dari yard ke atas barge. Loadout ada beberapa macam cara. Berdasarkan API RP 2A, operasi Loadout dapat dilakukan dengan tiga metode
1. Launching / metode skidding 2. Metode Lifting 3. Dolly / Trailer Method
BEBAN DINAMIS Berdasarkan API RP 2A WSD (2005), beban dinamis dapat ditransformasikan menjadi faktor pada beban statis. Dynamic Amplification Factor (DAF) ini dikategorikan berdasar hubungan antara member pada struktur dengan titik angkatnya.
Tabel 1. Dynamic Ampification Factor (DAF)
BEBAN DINAMIS
Berdasarkan DNV Pt2 Ch5-Lifting (1996), beban lingkungan juga dapat dikategorikan sebagai beban dinamis dan dapat ditransformasikan menjadi faktor beban pada beban statis.
Tabel 2. Dynamic Ampification Factors (DNV Pt2 Ch5-Lifting, 1996)
BEBAN DINAMIS Pergeseran COG (Center of Gravity) Berdasarkan dokumen lifting analysis dari PT. Tripatra Engineering, pergeseran COG dapat diperhitungan sebagai faktor beban statis. Reaksi pada setiap titik dari pergeseran COG akan diperhitungan sebagai faktor beban statis. Pergeseran COG ini diperhitungkan berubah hingga 1 – 2 m.
BEBAN DINAMIS
Beban Angin Hubungan antara kecepatan angin dan kekuatan dimana drag force angin dari sebuah obyek dihitung dengan persamaan F = 0.5 ρCAV Dimana F adalah kekuatan angin, ρ adalah massa jenis udara, A menunjukkan luasan area, dan V adalah kecepatan angin tersebut. Sementara C adalah koefisien bentuk dari benda yang terkena angin.
RESPON DINAMIS
EKA + EPA = EKB + EPB Dimana saat di A, VA= 0 dan h ≠ 0 kemudian untuk pada posisi B, VB ≠ 0 dan h = 0, sehingga didapat persamaan lain yaitu, EKA + EPA = EKB + EPB 0 + mg (1-cosθ) L = 0.5 mVB2 + 0 2g (1-cosθ)L = VB2 VB = √2gL(1-cosθ)
METODOLOGI PENELITIAN Mulai Studi Literatur Pengumpulan Data - Ukuran Jacket - Material Jacket - Data Angin Pemodelan dengan bantuan GTStrudl Perhitungan - Beban Struktur - Lifting Weight
A
METODOLOGI PENELITIAN A Penentuan Ukuran Shackle, Sling, Padeye Analisis Statis dan Dinamik Lifting Process Analisis Kekuatan pada Padeye dengan analisis lokal
TIDAK
Validasi : Check With Rules Berdasarkan AISC YA Selesai
PEMODELAN
Gambar 1. Isometric modul jacket
ANALISA HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Analisis Statis Jacket Lifting Koordinat COG dari Struktur
Koordinat Hook Point
TERIMA KASIH...
ANALISA HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Analisis Statis Jacket Lifting Mulai
Lifting weight
Hitung maksimal sling load
Menghitung Desain sling load = 4 x maksimal sling load
Ditemukan diameter sling dengan desain sling load yang sesuai
selesai
Diagram Alir Pemilihan Ukuran Sling
Pemilihan Dimensi Sling dan Shackel Terdapat safety factor guna memenuhi dari desain kriteria yang kemudian dikalikan pada lifting weight. Safety factor pada sling adalah 4 sehingga beban sling sebesar 413,03 Ton. Untuk safety factor pada shackle adalah 2, sehingga untuk beban shackle sebesar 206,52 Ton.
ANALISA HASIL DAN PEMBAHASAN
ANALISA HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Analisis Statis Jacket Lifting
Dari hasil analisis didapatkan critical ratio terbesar pada member 84. Pada analisis ini ada 4 member yang gagal. Berikut adalah 5 member pada jacket lifting dengan load factor 1.35 untuk member selain berhubungan langsung dengan lifting point dan 2.0 untuk member yang berhubungan langsung dengan lifting point. Tabel 3. Rangkuman Hasil Analisa Statis Pada Member
ANALISA HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Analisis Statis Jacket Lifting
Tabel 4. Rangkuman Hasil Analisis Statis pada Member dengan Load factor 1.5
Analisis dengan menggunakan Load Factor 1.5. Dari hasil tersebut, untuk faktor 1.50 member tersebut dinyatakan aman. Sehingga untuk faktor 1.35 bisa dikatakan aman.
ANALISA HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Analisis Statis Jacket Lifting
Hasil Punching Shear Punching shear adalah gaya yang terjadi pada koneksi atau sambungan struktur. Gaya yang terjadi pada sambungansambungan ini mempunyai peluang terjadi kegagalan yang besar dikarenakan pada daerah sambungan tersebut menghasilkan konsentrasi tegangan.
Tabel 5. Hasil Punching Shear dengan Beban Self Weight dan Faktor DAF 2.00
ANALISA HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Analisis Dinamik Jacket Lifting Pergeseran Center of Gravity Beban tambah dari pergeseran COG ini akan dikalikan dengan beban statis. Dan dalam perhitungan COG struktur akan digeser sejauh 1-2 meter kearah NE (north east), NW (north west), SE (south east), SW (south west).
Gambar 2. Pergeseran Center of Grafity pada Modul Jacket
ANALISA HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Analisis Dinamik Jacket Lifting Tabel 6. Koordinat Perubahan COG
Perbedaan tersebut tersebut mengalami kenaikan beban 17.92%. Sehingga didapatkan nilai perkalian faktor beban untuk pergeseran COG adalah : F = 1 + 17.92% = 1.18
ANALISA HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Analisis Dinamik Jacket Lifting Dari adanya perpindahan Center of Grafity maka terdapat pergeseran titik tengah dan juga mengakibatkan reaksi tiap titik angkat berbeda pula. Sehingga perlu diperhatikan punching shear. Titik atau joint yang tercantum adalah joint yang diperkirakan memiliki tegangan akibat proses lifting. Berikut adalah ringkasannya.
Tabel 7. Hasil Punching Shear dengan Tambahan Beban perpindahan COG
ANALISA HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Analisis Dinamik Jacket Lifting Beban Angin Yang dimaksud dengan angin normal adalah angin yang terjadi pada lokasi tersebut dan untuk perhitungannya menggunakan perhitungan pada SPM (Shore Protection Manual) Tahun 1984, dari angin normal ini didapatkan kecepatan angin sebagai berikut:
ANALISA HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Analisis Dinamik Jacket Lifting
Data sesuai dengan GL Nobel Denton, pada persyaratan ini dikatakan bahwa untuk angin pada saat transportasi dikatakan sebesar 30 knots, kemudian saat proses lifting kecepatan angin diperkirakan kurang dari 30 knots. Sehingga dalam perhitungan untuk respon dinamis akan menggunakan kecepatan angin 20 knots.
ANALISA HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Respon Dinamis
EKA + EPA = EKB + EPB Dimana saat di A, VA= 0 dan h ≠ 0 kemudian untuk pada posisi B, VB ≠ 0 dan h = 0, sehingga didapat persamaan lain yaitu, EKA + EPA = EKB + EPB 0 + mg (1-cosθ) L = 0.5 mVB2 + 0 2g (1-cosθ)L = VB2 VB = √2gL(1-cosθ)
Kemudian untuk mengetahui gaya yang timbul pada titik B adalah : ƩFB = m x a FR - W = m x a FR = m x a + W Dengan a sama dengan percepatan sentrifugal dengan persamaan dibawah ini,
ANALISA HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Respon Dinamis
Apabila melihat hasil perhitungan respon struktur akibat adanya gaya angin pada saat pengangkatan dilakukan, apabila disesuaikan dengan pernyataan pada API RP 2A-WSD tepat pada kecepatan angin 12,71 m/s. dan DNV Pt2 Ch5 Lifting (1996) mengenai Dynamic Amplification Factor yang telah mereka tetapkan tepat pada kecepatan angin 8,07 m/s pada Onshore, kecepatan angin 9,5 m/s pada Inshore.
ANALISA HASIL DAN PEMBAHASAN Analisis Tegangan pada Padeye
Gambar 3. Model Padeye pada Struktur Jacket
gaya terbesar yang diterima padeye adalah pada join 8 sebesar 734.765kips atau sebesar 7205.59N. maka, dalam analisis lokal, gaya yang diterima padeye adalah 7205.59N
Gambar 4. Hasil Analisis Lokal pada Padeye
Equivalent Stress yang menghasilkan 5,0185 Mpa. Dan deformasi paling maksimal sebesar 0,023m. Tegangan ijin untuk baja A36 adalah sebesar 165Mpa.
ANALISA HASIL DAN PEMBAHASAN Meshing dan Sensitivity Analysis Meshing dan Sensitivity analysis dilakukan untuk mengetahui tegangan yang dihasilkan dari hasil analisis sesuai atau mendekati nilai yang sebenarnya atau tidak. Sensitivity analysis ini dilakukan pada titik yang sama dengan variasi kerapatan meshing yang berbeda-beda. Dari hasil tegangan yang dihasilkan, yaitu equivalent stress didapatkan perbedaan hasil yang kurang dari 5%. Sensitivity analysis dilakukan dengan memberikan variasi meshing 3 hingga 5 meshing.
ANALISA HASIL DAN PEMBAHASAN
Tabel 19. Tabulasi Hasil Maximum Stress untuk Variasi Kerapatan Mesh
Gambar 12. Sensitifitas Model Struktur Jacket
KESIMPULAN
1. Dalam kondisi ini jacket struktur 4 kaki pada saat dilakukan analisis statis memiliki member unity check paling besar adalah 0.849 dengan faktor 1.5 pada member 84. 1.5 merupakan faktor yang dicari setelah member unity check pada faktor 2.00 mengalami kegagalan dengan hasil sebesar 1.314. 2. Gaya tambah yang timbul pada struktur sebesar 4091,97 KN pada saat kecepatan angin 5,13 m/s kecepatan angin lokal). Gaya sebesar 4633,42 KN pada saat kecepatan angin 20 knots (GL Noble Denton). Dan gaya sebesar 4207,52 KN pada saat kecepatan angin 7,4 m/s (Skala Beaufort). Apabila melihat hasil perhitungan respon struktur akibat adanya gaya angin pada saat pengangkatan dilakukan, apabila disesuaikan dengan pernyataan pada API RP 2A-WSD tepat pada kecepatan angin 12,71 m/s. dan DNV Pt2 Ch5 Lifting (1996) mengenai Dynamic Amplification Factor yang telah mereka tetapkan tepat pada kecepatan angin 8,07 m/s pada Onshore, kecepatan angin 9,5 m/s pada Inshore. 3. Analisis lokal pada struktur padeye dilakukan dengan menggunakan ANSYS Workbench dan didapatkan hasil equivalent stress sebesar 5,0185 Mpa, dengan tegangan ijin pada material Baja A36 sebesar 165 Mpa.
SARAN
1. Perlu dilakukan analisis secara statis maupun dinamis pada struktur jacket saat proses lifting apabila struktur padeye digantikan dengan struktur trunion. 2. Perlu dilakukan analisis lifting pada saat intalasi pada site dengan modul deck maupun jacket.
DAFTAR PUSTAKA API RP 2A WSD 21st Edition, 2007, Recomanded Practice for Planning, Designing, and Constructing Fixed Offshore Platform, Washington DC, American Petroleum Institute. Battacharyya, S. Kumara, Idichandy, V.G., 1985, On Experimental Investigation of Loadout, Launching and Upending of Offshore Steel Jacket, Applied Ocean Reaserch, Vol. 7 No.1. DNV Part 2 Chapter 5 – Lifting, 1996, Rules of Planning and Execution of Marine Operations, Norway, Det Norske Veritas. GL Noble Denton 0027/ND REV9, 2010, Guidelines For Marine Lifting Operation, Technical Policy Board. Novanda, A. Krisna, 2012, Analisis Lifting Topside Platform dengan Pendekatan Dinamik Berbasis Resiko, Laporan Tugas Akhir, Surabaya, Jurusan Teknik Kelautan-ITS. Rajasekaran, S., Annet, D., Choo, Y. Sang, 2008, Optimal Location for Heavy Lifts for Offshore Platform, Asian Journal of Civil Engineering, Vol.9 No.6: 605627. Simatupang, R. Perma, 2008, Analisa Struktur Padeye pada Proses Lifting Deck Structure, Laporan Tugas Akhir, Surabaya, Jurusan Teknik Kelautan-ITS.
Terima Kasih ..
