1
BAB I PENDAHULUAN 1.1.
LATAR BELAKANG
Indonesia terletak pada 6o LU - 11o LS dan 95 BT - 141o BT , merupakan sebuah negara kepulauan yang berada pada pertemuan 3 lempeng bumi, lempeng Asia, lempeng Australia, dan lempeng Pacific. Letak geografis tersebut membuat Indonesia mempunyai kandungan hasil alam yang sangat melimpah, menjadikan Indonesia berada pada 5 besar negara penghasil minyak dan gas bumi terbesar di dunia. Sebagian besar kandungan minyak dan gas bumi terletak di kawasan perairan Indonesia, salah satunya berada di daerah perairan kepulauan Natuna. Kondisi tersebut membuka peluang untuk dibangunnya fasilitas lepas pantai untuk eksplorasi kandungan alam yang berada di perut bumi. o
struktur tersebut berdiri. Dalam perencanaannya, struktur telah diberikan beban gempa rencana namun, kadangkala pada kenyataannya gempa yang terjadi dapat lebih besar dibandingkan gempa rencana. Hal itu menyebabkan kekuatan umur yang direncanakan dapat berkurang akibat beban gempa yang berlebih. Pada tugas akhir ini akan dilakukan modifikasi perancangan struktur platform dengan menggunakan beberapa bracing yang berbeda dengan pembahasan ditujukan pada fixed platform yang dititik beratkan pada analisa perhitungan jacket terhadap gempa beserta dengan perhitungan pondasi. Jacket merupakan bagian dari fixed platform, yaitu bangunan lepas pantai (offshore) yang terpancang didasar laut sehingga mempunyai kekuatan agar tidak bergoyang. Kekuatan struktur tersebut juga mempunyai batasan dalam menerima beban, akan tetapi untuk lebih memaksimalkan kinerja dapat dilakukan analisa pushover / ultimate. 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.
1.2.
Gambar 1.1. Lokasi Anjungan Migas Di Indonesia ( blog.wawangsetiawan, 2010 ) Pembangunan struktur offshore merupakan salah satu cara yang dilakukan untuk dapat mengeksplorasi kekayaan alam yang berada di kawasan perairan, struktur tersebut dapat berupa fixed platform dan floating platform. Struktur yang terletak pada perairan kepulauan Natuna merupakan struktur fixed platform yang menggunakan jacket sebagai struktur penopang beban, akan tetapi letak Indonesia yang berada pada pertemuan lempeng tersebut membuat daerah – daerah di Indonesia menyimpan kekuatan gempa yang besar pula dan hal tersebut berpengaruh langsung pada struktur fixed platform. Struktur fixed platform sangat dipengaruh oleh terjadinya gempa pada daerah dimana
PERUMUSAN MASALAH
Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan sebelumnya, penulis perlu untuk memberikan perumusan masalah dalam pengerjaan tugas akhir ini. Adapun perumusan masalah tersebut sebagai berikut : 1. Bagaimana cara melakukan perancangan fixed platform dengan penopang jacket menggunakan beberapa bracing yang berbeda ? 2. Bagaimana kondisi fixed platform apabila terjadi beban gempa berlebih ? 3. Bagaimana cara menganalisis kekuatan struktur terhadap beban gempa berlebih, dengan Ultimate / Pushover Analisis sampai batas runtuh ? 4. Berapa kali kekuatan gempa yang dapat diterima oleh struktur tersebut ?
1.3.
BATASAN MASALAH
Batasan masalah dalam Tugas Akhir yang berjudul Analisa Ultimate Fixed Platform Terhadap Beban Gempa di Perairan Kepulauan Natuna adalah sebagai berikut :
2 1. Pemodelan stuktur utama tetap mengunakan 4 kaki dengan menggunakan kombinasi beberapa bracing yang berbeda, 2. Beban yang dianalisis hanya meliputi beban gempa, beban – beban lain khususnya beban gravitasi dan lingkungan digunakan untuk pembebanan pada tahap pemodelan dengan menggunakan analisis In - Place, 3. Digunakan analisa ultimate menggunakan metode non linear / pushover, 4. Perhitungan dengan mempertimbangkan kekuatan pondasi struktur.
1.4.
TUJUAN
Penulisan Tugas Akhir kali ini mempunyai tujuan sebagai berikut: 1. Mampu menganalisa kekuatan subuah struktur fixed platform terhadap beban gempa berlebih termasuk dengan perhitungan pondasi. 2. Mampu merencanakan pondasi suatu struktur akibat beban – beban yang ada dengan menyesuaikan terhadap karakteristik daerah yang akan dibangun sruktur tersebut. 3. Mampu mengoperasikan program SACS. 4. Membuka wawasan bahwa struktur Rig juga merupakan bagian dari bidang ke-Teknik Sipil-an yang kurang tereksplorasi.
1.5.
dari dasar laut yang diolah hingga menghasilkan sumber energy alam, Offshore platform pertama berdiri pada tahun 1947 di pantai Lousiana dengan kedalaman hanya 6 meter. Sekarang ini lebih dari 7000 offshore platform berdiri di dunia dengan kedalaman mencapai 1.850 meter dan hampir sebagian besar merupakan fixed platform.
MANFAAT
Manfaat yang akan diperoleh dalam pekerjaan Tugas Akhir ini adalah dapat mengetahui cara perencanaan, dan perancangan fixed platform serta mampu menganalisis kejadian – kejadian yang dapat terjadi akibat fenomena alam. Serta dapat menjadi nilai jual kita dalam memasuki dunia kerja, serta dapat pula digunakan sebagai bahan referensi oleh : 1. Perusahaan pengeboran minyak ataupun BPMIGAS dalam perencanaan Rig 2. Pembelajaran bagi mahasiswa Teknik Sipil ITS dalam merencanakan Rig
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. UMUM Offshore Platform merupakan anjungan yang digunakan untuk pengeksplorasian minyak dan gas
Gambar 2.1. Offshore Drilling Platform ( NaturalGas.org.htm, 2010 ) Dalam 2 dekade terakhir, katagori dari fixed platform berkembang dengan pesat dimulai dari tambang di teluk Mexico kemudian berkembang menjadi tipe concrete gravity yang berada di laut utara Mexico dan tipe platform yang ketiga adalah the tension leg platform yang sedang berkembang pada saat ini dimana bangunan tersebut mengapung dengan kabel yang berada dibawah bangunan tersebut yang mempunyai fungsi menarik bangunan apung agar tidak goyang. Perencanaan bangunan lepas pantai ( offshore ) mempunyai beberapa bagian dalam operasionalnya yaitu eksplorasi, eksplorasi pengeboran, pengembangan pengeboran, operasi produksi, serta transportasi.
2.2 FIXED PLATFORM Merupakan struktur terpancang yang memiliki beberapa jenis berdasarkan struktur penopangnya, antara lain :
1.
Jacket Platform
Anjungan tipe ini digunakan untuk beroperasi di perairan laut dangkal dan perairan laut sedang ( maksimal pada kedalaman 320 m ) yang mempunyai dasar tebal, lunak, dan berlumpur. Terdapat 3 bgian utama yaitu deck, jacket, dan pile. Dek merupakan bagian struktur yang tidak terendam air, digunakan sebagai pusat aktifitas operasional. Struktur penopang disebut dengan Jacket, struktur seperti ini dikembangkan untuk operasi di laut dangkal dan laut sedang yang dasarnya tebal, lunak dan berlumpur yang dikunci oleh pile sebagai pemancang struktur
3 pada dasar laut. Umumnya, bagian – bagian dari fixed platform telah dibuat dipabrik sesuai dengan perhitungan kapasitas yang telah dilakukan sebelumnya yang kemudian dilakukan perakitan di lokasi pengeboran.
Gambar 2.4. Proses Peluncuran Jacket ( Wikipedia, 2011 )
2.2.1 STRUKTUR JACKET
Gambar 2.2. Fixed Platform ( wikipedia, 2011 ) Pengangkutan bagian – bagian dari fixed platform dilakukan menggunakan kapal, kemudian setelah pada koordinat yang derencanakan jacket ditempatkan pada posisi yang telah ditentukan kemudian dluncurkan dari kapal, setelah struktur jacket berdiri 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.
Struktur Jacket merupakan bagian utama jacket platform yang berfungsi menopang banggunan atas ( deck ) sehingga mampu melakukan kegiatan pengeskplorasian sesuai dengan yang direncanakan. Menurut Hastanto (2000), struktur jacket merupakan bentuk struktur terpancang (fixed Structure) yang terdiri atas beberapa komponen utama yaitu: 1. Deck / Geladak yang berfungsi sebagai penunjang seluruh kegiatan, tempat fasilitas dan tempat bekerja para personel. 2. Template / jacket yang berfungsi sebagai penerus beban baik beban vertikal dari geladak maupun beban lateral dari angin, gelombang, arus dan boat impact ke pondasi. 3. Pondasi yang berfungsi untuk meneruskan beban dari jacket ke tanah. DECK
JACKET
Gambar 2.3. Pengangkutan Jacket Ke Lokasi
PILE Gambar 2.5. Komponen Utama Jacket Selain itu juga ada subkomponen dari masingmasing komponen utama dari jacket yaitu: a. Subkomponen dari struktur geladak antara lain: skid beam, plat geladak deck beam,
4 kaki geladak, longitudinal trusses dan wind girders. b. Subkomponen dari jacket antara lain : legs, horizontal dan vertical bracing, launch runner dan detail element (boat landing, barge bumpers dan walkways).
Gambar 2.7. Jenis Sambungan Tubular
Deckbeam
a)
2.2.1.2. Pile Skidbeam
Merupakan elemen utama dalam fixed platform yang berfungsi sebagai penerima beban aksial serta penahan struktur atas. Pemasangan pile dilakukan dengan cara memasukkan pile melalui kaki jacket kemudian dipancangkan menggunakan hammer samapai menembus lapisan tanah keras.
Windgirders Longitudinaltrusses b)
Boatlanding Kaki Geladak Legs Horizontalbracing Verticalbracing
Bargebumper
Gambar 2.6. Detail Komponen Geladak ( a ) dan Jacket ( b ) 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)
2.2.1.1. Bracing Merupakan bagian dari Jacket yang menghubungkan kaki utama satu dengan lainnya, memiliki fungsi sebagai pengaku serta penyalur beban menuju beberapa kaki dengan tujuan beban tersebar dan ditopang oleh struktur utama, pada kali ini bracing yang digunakan adalah jenis tubular. Jenis seperti ini dipilih karena memiliki bentuk simetris yang dapat menghasilkan kekakuan merata, beban yang diterima oleh bracing merupakan kombinasi dari beban tekan, tarik, tekuk atau geser. Beberapa jenis dari sambungan bracing adalah sebagai berikut :
T - JOINT
Y - JOINT
K - JOINT
TK - JOINT
N - JOINT
OLN - JOINT
GUSSET K - JOINT GUSSET K - JOINT
Gambar 2.8. Pemasangan Pile dan Pemancangan menngunakan hammer ( wikipedia, 2011 )
2.3.
PEMBEBANAN STRUKTUR
Dalam tahap perencanaan, untuk menghasilkan dimensi dari sebuah struktur diperlukan beban yang bekerja mengenai struktur tersebut. dalam struktur fixed platform beban yang digunakan meliputi beban vertikal dan horizontal, antara lain : 1.
Beban Vertikal Beban yang dihasilkan oleh berat sendiri struktur, beserta kegiatan operasional yang berada pada struktur tersebut 2. Beban Horizontal Beban yang dihasilkan oleh beban lingkungan, yaitu beban angin, beban arus, dan beban gempa.
2.4.
GEMPA
Merupakan suatu proses pergerakan lempeng bumi yang mengakibatkan getaran baik secara langsung pada asal pergerakan maupun daerah disekitar terjadinya gempa. Hal itu dapat terjadi
5 tanpa dapat diketahui pasti kapan akan terjadinya, dan berapa kekuatan yang dihasilkannya. Kejadian gempa yang memiliki kekuatan sedang dapat mempengaruhi struktur yang berada di atas permukaan bumi, salah satu yang menyebabkan gempa bumi dipelajari dikarenakan dampak yang diakibatkan oleh gempa tersebut dimana yang paling utama dikarenakan oleh terjadinya korban jiwa dan kerusakan materil saat gempa bumi terjadi, beberapa pengaruh gempa bumi dapat merusakkan struktur dengan berbagai cara seperti ini : 1.
Gaya – gaya dalam yang terjadi akibat goncangan pada tanah yang cukup kuat.
2.
Gempa yang menginduksikan terjadinya api (Volkanoes,electric short etc).
3.
Terjadinya perubahan sifat – sifat fisik dari tanah sebagai fondasi (consolidation, settling dan liquefaction).
4.
Akibat perpindahan patahan secara langsung pada daerah ditempat berdirinya bangunan.
5.
Akibat longsor, atau pergerakan permukaan yang lainnya.
6.
Gempa yang menginduksikan gelombang air seperti tsunami atau pergerakan air pada bendungkan atau danau.
7.
Terjadi perubahan besar – besaran pada lempeng tektonik yang menyebabkan elevasi permukaan berubah drastis.
Saat terjadi gempa bumi, gelombang gempa akan menjalar dari suatu pusat dibawah permukaan bumi dan menyebar melalui medium batuan untuk mengurangi energi tekanan pada batuan. Titik ini disebut sebagai fokus gempa, sedangkan titik pada permukaan tanah yang tegak lurus diatas fokus gempa disebut epicentrum gempa. dalam tugas akhir ini, struktur akan dianalisa dengan menggunakan parameter ground acceleration yang biasa dinyatakan dalam g ( g=percepatan gravitasi ).
Gambar 2.12. Ilustrasi penyebaran Gelombang Gempa
2.4.1. JENIS GEMPA Gempa mempunyai beberapa jenis yang dibedakan berdasarkan penyebab terjadinya, antara lain : 1. Gempa Tektonik Terjadi dikarenakan oleh pergeseran lempeng pada muka bumi dimana lempeng tersebut sebagai pelat yang saling bertabrakan hingga salah satunya masuk kebawah (subduction) pelat yang lainnya (dipping zone).
Distribusi gempa yang terjadi di dunia dapat dilihat pada gambar dibawah ini, distribusi tersebut diambil dari beberapa pembacaan seismograf yang ditempatkan diseluruh dunia sehingga letak gempa bumi dapat di kalkulasi.
Gambar 2.13. Subduction dan Dipping Zone Pergeseran lempeng yang satu dengan yang lainnya mencapai 13 cm per tahunnya, pada gambar dibawah dapat dilihat pelat lempeng india bergeser mulai dari 71 juta tahun yang lalu hingga saat ini.
Gambar 2.11. Distribusi Gempa di dunia
6
Gambar 2.14. Pergeseran Pelat Lempeng India Gempa bumi yang terjadi pada daerah tektonik aktif (pertemuan lempeng) biasanya disebut gempa tektonik atau plate-edge Earthquake.
Permasalahan yang terjadi dalam hal ini disebabkan oleh adanya air yang menyebabkan terjadinya kegagalan secara tiba – tiba yang diakibatkan terjadinya pengurangan panjang bidang geser pada daerah retak. Pada saat batuan tertekan maka retak lokal akan terjadi dan volume dari batu tersebut akan meningkat dan membesar. Retak yang terjadi mengakibatkan air akan masuk kedalam pori – pori batuan. Pada saat terjadi retak tekanan pori batuan akan menurun sehingga kecepatan P-Wave akan berkurang sedangkan pada saat pori terisi air tekanan pori akan meningkat sehingga kecepatan P-Wave akan mengalami kenaikan. Aktifitas seperti inilah yang disebut dengan Dilatansi In The Crustal Rocks
2. Gempa Vulkanik Merupakan gempa yang biasanya terjadi secara bersamaan dengan gunung meletus terutama pada margin pertemuan lempeng di bumi. Apabila keaktifan semakin tinggi maka akan menyebabkan timbulnya ledakan yang juga akan menimbulkan terjadinya gempa bumi
Gambar 2.16. Dilatansi In The Crustal Rock 4. Explosion Getaran pada tanah bisa disebabkan oleh terjadinya detonasi kimia atau peralatan nuklir. Pada saat peralatan nuklir diaktifkan pada sebuah lubang bor dibawah tanah, energi yang sangat besar dari nuklir dilepaskan. Beberapa percobaan nuklir yang dilakukan pada beberapa dekade ini menyebabkan terjadinya gempa hingga skala 6.0 Richter.
Gambar 2.15. Gempa Vulkanik 3. Dilatansi In The Crustal Rocks Ketebalan kerak bumi pada benua kurang lebih mencapai 30 km tapi pada daerah pegunungan bisa mencapai hingga 50 km, pada daerah lautan ketebalannya hanya 5 km. Pada kedalaman 5 km tekanan pada litosphere (Akibat berat dari batuan diatasnya) sudah sama dengan kapasitas kekuatan batuan yang tidak retak pada temperatur 500 derajat celcius. Selama tidak ada faktor luar yang menganggu, gaya geser yang diperlukan hingga terjadinya kegagalan yang tiba – tiba maupun kegagalan friksi (slip) sepanjang retak tidak akan pernah tercapai.
Gambar 2.17. Ledakan Nuklir yang mengakibatkan gempa
7 5. Gempa Akibat Earthquake )
Keruntuhan
(
Collapse
mempengaruhi fixed platform antara lain sebagai berikut :
Gempa jenis ini terjadi pada saat keruntuhan pada gua – gua ataupun pada penggalian tambang, hal ini biasa terjadi pada saat tegangan pada batuan yang menunjang gua ataupun tambang sudah tidak kuat lagi menahan beban yang ada akan menyebabkan batuan tersebut meledak dan jatuh sambil mengeluarkan gelombang getaran. Gempa ini mencapai 4.5 skala Richter diikuti longsor pada tahun 1974 di sungai Montaru pada 25 April 1974.
1. Aktifitas Gempa Untuk kawasan yang berada di kawasan aktif gempa, dalam tahapan desain diharuskan melakukan evaluasi mengenai intensitas dan karateristik dari gerakan gempa pada tanah dasar. 2. Zona Gempa Dalam tahapan desain perlu diketahui di kawasan gempa berapa struktur berdiri 3. Keadaan Tanah Keadaan tanah dimana striktur berdiri sangat menentukan berapa kekuatan yang sanggup diberikan oleh tanah untuk menopang beban diatasnya ketika terjadi gempa.
6. Gempa Akibat Induksi Air yang dibendung oleh bendungan akan memberikan tekanan tambahan kepada batuan dibawahnya, hal ini dapat menyebabkan gempa yang dikarenakan hancurnya batuan yang berada dibawahnya. Walaupun secara teoritis tekanan yang diberikan oleh air tersebut relatif kecil untuk menghancurkan batuan dibawahnya, sehingga salah satu teori yang menyebabkan terjadinya gempa ini adalah sebelumnya batuan dibawah air yang dibendung tersebut sudah tertekan terlebih dahulu oleh lempeng yang ada sehingga penambahan sedikit tekanan tersebut akan menyebabkan kehancuran pada batuan tersebut. Hal tersebut ditambah lagi dengan terisinya pori – pori batuan yang menyebabkan naiknya tekanan air pori dan menurunkan kekuatan dari patahan. Perilaku ini dapat dilihat pada bendungan Koyna dimana di catat gempa yang terjadi dan dihubungkan dengan ketinggian muka air pada bendungan
2.4.2. Gaya Gempa Pada Struktur Jacket Kekuatan gempa menjadi pertimbangan dalam desain anjungan terpancang ( fixed platform ) yang akan dibangun pada kawasan gempa, baik dalam kawasan aktif gempa maupun kawasan sekitar yang masih menerima efek dari pusat gempa. Hal tersebut dikerenakan struktur terpancang pasti menerima goncangan akibat gempa bumi langsung maupun magnitude. Penyebab utama kerusakan struktur pada saat gempa berlangsung disebabkan oleh respon bangunan terhadap gerakan tanah yang menggerakkan dasar struktur Beberapa hal yang perlu dipertimbangkan mengenai gempa yang dapat
F F F F F = Gaya Gempa Tiap Lantai V = Gaya Gempa Dasar
V Gambar.2.18. Gaya Gempa Pada Jacket
2.4.3. ANALISIS RESPON GEMPA 2.4.3.1. Analisa Respon Dinamik Riwayat Waktu Linear Suatu cara analisis untuk menentukan riwayat waktu respons dinamik struktur gedung 3 dimensi yang berperilaku elastik penuh terhadap gerakan tanah akibat Gempa Rencana pada taraf pembebanan gempa nominal sebagai data masukan, di mana respons dinamik dalam setiap interval waktu dihitung dengan metoda integrasi langsung atau dapat juga melalui metoda analisis ragam.
8 bangunan lepas pantai yang digunakan sebagai tempat penambangan ( offshore platform ) Permasalahan Dari studi literature, didapatkan topik mengenai bangunan lepas pantai dengan struktur jacket platform dengan beban gempa berlebih Bahasan yang dilakukan pada tugas akhir ini adalah mengenai perancangan ulang dengan memodifikasi bagian bracing dengan menggunakan beberapa kemungkinan Pengumpulan Data Platformyang digunakan adalah Anoa Platform, yang terletak di perairan kepulauan Natuna. Data yang digunakan antara lain, letak koordinat Anoa Platform, beban lingkungan, dan beban sendiri,
2.4.3.2. Analisis Respon Dinamik Riwayat Waktu Non-Linear Suatu cara analisis untuk menentukan riwayat waktu respons dinamik struktur gedung dimensi yang berperilaku elastik penuh (linier) maupun elasto-plastis (nonlinier) terhadap gerakan tanah akibat Gempa Rencana sebagai data masukan, di mana respons dinamik dalam setiap interval waktu dihitung dengan metoda integrasi langsung.
BAB III METODOLOGI 3.1. FLOWCHART Tahap – tahap yang dilakukan dalam penyelesaian tugas akhir ini adalah sebagai berikut :
Analisa In- Place Analisa yang digunakan untuk melakukan pemodelan struktur jacket dengan beban lingkungan dan beban sendiri. Analisa Seismic Analisa mengenai keadaan platform yang dibebani dengan beban gempa. Analisa Ultimate Analisa yang dilakukan untuk mengetahui kemampuan ultimate jacket platform dengan membebani platform dengan beban gempa berulang samapi keadaan runtuh. Kesimpulan Ringkasan dari hasil analisa ultimate
3.1.1. FLOW CHART PEKERJAAN TUGAS AKHIR MULAI
STUDY LITERATUR PERMASALAHAN PENGUMPULAN DATA
ANALISA IN-PLACE
3.2.
STUDI LITERATUR
ANALISA SEISMIC
ANALISA ULTIMATE
KESIMPULAN SELESAI
Uraian Flow Chart : Studi Literatur : Mencari hal yang baru / yang yang dapat digunakan sebagai perumusan masalah dalam pengerjaan tugas akhir, pada kali ini ruang lingkup studi literatur adalah
Studi literature dilakukan untuk memahami lebih detail mengenai konsep perancangan, pembebanan, desain kekuatan, dan segala hal yang berkaitan dengan penyelesaian tugas akhir ini.
3.3. DATA DAN STRUKTUR LINGKUNGAN 1. Nama 2. Lokasi 35” 40’” E ) 3. Fungsi 4. Jumlah dek
: ANOA PLATFORM : NATUNA ( 5o 13” 55’” N, 103o : PRODUCTION : 4 Lantai
9
3.4.
R = Faktor Reduksi Beban Gempa W = Berat Struktur Bangunan
PEMODELAN STRUKTUR
Pemodelan menggunakan data yang telah diperoleh seperti diatas, dengan menggunakan program bantu SACS.
Menurut pasal 6.1.2 - SNI 1726 – 2002, gaya geser dasar harus dibagikan sepanjang tinggi struktur gedung menjadi beban – beban gempa Fi yang menangkap pada pusat massa lantai ke – i menurut persamaan : ( 3.3 )
Dimana, Wi = Berat lantai ke-i zi = Ketinggian lantai di-i V = Gaya Geser Dasar
Gambar 3.1. Pemodelan Anoa Platform
N = Jumlah lantai bangunan Tabel 3.1. Karakteristik Berdasarkan Jenis Tanah
Gambar 3.2. Kombinasi Bracing 3.5.
KONSEP PERHITUNGAN GEMPA
Pada dasarnya apabila suatu struktur dapat mengikuti gerakan yang disebabkan oleh gempa sampai batas kekakuan struktur tersebut hingga menyebabkan keruntuhan, hal tersebut dapat diketahui dari persamaan dasar keseimbangan static yang digunakan dalam analisa metoda perpindahan yang memiliki bentuk sebagai berikut :
P=kv
( 3.1 )
Tabel 3.2. Percepatan Tanah Dasar Pada Zona Gempa Indonesia Percepatan puncak muka tanah Ao (‘g’)
Wilayah Gempa
Percepatan puncak batuan dasar (‘g’)
Tanah Keras
Tanah Sedang
Tanah Lunak
1
0.03
0.04
0.05
0.08
2
0.10
0.12
0.15
0.20
3
0.15
0.18
0.23
0.30
4
0.20
0.24
0.28
0.34
5
0.25
0.28
0.32
0.36
6
0.30
0.33
0.36
0.38
Tanah Khusus
Diperlukan evaluasi khusus di setiap lokasi.
dimana : P = beban yang bekerja k = kekakuaan dari tahanan v = perpindahan yang dihasilkan
dalam SNI 1726-2002, besaran gaya geser dasar didapatkan menggunakan rumus :
V
CI W R
Dimana : V = Gaya Geser Dasar C = Koefisien Faktor Respon Gempa I = Faktor Keutamaan Gempa
Gambar 3.3. Peta Wilayah Gempa Di Indonesia ( 3.2 ) Faktor Gempa ( C ) 3.5.1. Koefisien Koefisien faktor respon gempa, C, merupakan pengukuran terhadap percepatan tanah yang diharapkan pada lokasi bangunan dan nilainya bervariasi sesuai dengan waktu getar alami (Tc). Waktu getar alami (Tc) diambil sebesar 0.5 dtk, 0.6 dtk, 1.0 dtk
10 untuk jenis tanah berturut-turut tanah keras, tanah sedang, tanah lunak. (Ps. 4.7.6 SNI 1726-2002) Untuk T < Tc : C = Am (Am = Respon Maksimum = 2.5 Ao) Untuk T > Tc : C = Ar / T Ar = Am Tc Tabel.3.3. Spektrum Respons Gempa Rencana
Tabel.3.5. Koefisien Berdasarkan Wilayah Gempa
3.5.2. Faktor Keutamaan Bangunan ( I ) Tabel 3.6. Faktor Keutamaan Bangunan ( I ) Kategori Gedung
Faktor Keutamaan I1
I2
I3
Gedung umum seperti untuk penghunian, perniagaan dan perkantoran
1.0
1.0
1.0
Monumen dan bangunan monumental
1.0
1.6
1.6
Gedung penting pasca gempa seperti rumah sakit, instalasi air bersih, pembangkit tenaga listrik, pusat penyelamatan dalam keadaan darurat, fasilitas radio dan televisi.
1.4
1.0
1.4
Gedung untuk menyimpan bahan berbahaya seperti gas, produk minyak bumi, asam, bahan beracun.
1.6
1.0
1.6
Cerobong, tangki diatas menara
1.5
1.0
1.5
Taksiran Waktu Getar Alami ( T ), Secara Empiris T = Cc hn x
( 3.4 )
Dimana Cc = Koefisien Empiris hn = Tinggi Bangunan ( m ) x = Koefisien Empiris Tabel.3.4. Koefisien Empiris
Pembatasan Waktu Getar alami Fundamental ( T1) Waktu getar alami fundamental dibatasi agar struktur gedung tidak terlalu fleksibel T1 < n ( 3.5 ) Dimana = koefisien letak wilayah gempa n = jumlah tingkat
Gambar 3.4. Grafik Koefisien Gempa
3.5.3.
Analisis Respon
Dalam melakukan analisis terhadap respon dari struktur bisa digunakan metoda Complete Quadratik Combination ( CQC ) atau bisa juga digunakan metode Square Root of the Sun of the Square ( SRSS ). Apabila menggunakan CQC, waktu getar alami mempunyai nilai selisih kurang dari 15% antara modal yang satu dan yang lainnya, untuk penggunaan SRRS dilakukan apabila waktu getar alami yang berjauhan.
11
3.5.4.
Spektrum Respons Gempa
Secara sederhana dijelaskan bahwa spectrum respons gempa adalah plot respon maksimum ( perpindahan, kecepatan, percepatan maksimum ) dari suatu fungsi beban tertentu untuk semua kemungkinan system berderajat kebebasan tunggal. Dengan menggunakan satu grafik skala logaritmis, kita dapat memplot respon maksimum dalam besaran percepatan, perpindahan relatif, dan kecepatan palsu relative ( pseudovelocity ). Tiga besaran ini adalah spectrum percepatan, spectrum perpindahan, dan spectrum kecepatan. Dimana SD adalah perpindahan relative maksimum yang selaras dengan percepatan absolute ( SA ), dan kecepatan maksimum ( SV ). Adapun hubungan ketiganya adalah : SA = - SD (3.6) Dimana = k/m (3.7) adalah frekuensi natural dari struktur SV = SD (3.8)
bekerja pada pondasi pada saat terjadi gempa bisa lebih besar atau melebihi beban pada kondisi beban vertikal statik bahkan dapat menimbulkan uplift. Sebagai tambahan akan terjadi gaya – gaya horizontal dan momen yang cukup besar pada tingkat pondasi. Kondisi lokasi tanah setempat sangat penting dalam hubungannya dengan perilaku struktur pada saat terjadi gempa, hal ini dikarenakan tanah atau batuan dilokasi memiliki karakteristik yang spesifik dan memiliki kemampuan untuk mengamplifikasi gerakan gelombang gempa yang berjalan dari pusat gempa Lapisan tanah yang ada di Indonesia dibagi menjadi tiga kategori yaitu Tanah keras, Tanah sedang, Tanah lunak, dimana lapisan dengan tebal maksimum 30 m paling atas dipenuhi. Kekuatan Pile untuk beban aksial Qd= Qf + Qp = fAs + qAp ( 3.9 )
Dimana
3.6. KONSEP PERHITUNGAN PONDASI ( PILE ) Pondasi merupakan bagian dari struktur secara keseluruhan yang menyalurkan gaya dari struktur atas melalui pondasi ke tanah atau batuan yang ada dibawahnya. Dalam keadaan statik, umumnya hanya bekerja beban – beban vertikal yang bekerja pada struktur yang perlu ditransfer ke tanah atau batuan penopang yang ada dibawahnya. BEBAN GEMPA
BEBAN VERTIKAL
Reaction Forces
Gambar 3.5. (a) Ilustrasi Kondisi keadaan Struktur Statik (b)Ilustrasi Kondisi Struktur Pada saat Gempa terjadi Struktur bangunan yang berada dalam wilayah zona gempa yang cukup besar, beban yang
Tabel 3.5. Parameter Tanah
12
Gambar. 4.1. Site Anoa Platform
3.7.
KONSEP KEKUATAN STRUKTUR
3.7.1. Konsep Analisis Nonlinear 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, elemenelemen 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.
Terletak pada perairan kepulauan Natuna, dengan kedalaman air sekitar 80 meter memiliki kondisi geografis berada pada daerah gempa 1, yaitu daerah dengan tingkat gempa paling rendah. Dari data tanah yang diambil PT. Soilmaklelan Report, diperoleh hasil sebagai berikut :
BAB IV ANALISIS DATA 4.1. DATA LOKASI Anoa Platform berada pada posisi lateral 5o 13” 55’” N dan longitudinal 105o 35” 40’” E, seperti yang tampak pada gambar dibawah ini :
Grafik 4. 1. Ultimate Pile Capacity
13 Tabel 4. 1. Karakteristik dan Kekuatan Tanah
C. Deep Strong Alluvium competent sand, silt and stiff clays with thicknesses in excess of about 200 ft ( 61 m ) and overlying rock like materials sesuai dengan API RP 2A WSD bahwa tanah yang berada pada lokasi Anoa platform adalah tanah type C Untuk percepatan muka tanah, API RP 2A WSD memberikan besaran sebagai berikut :
Tabel 4. 2. PGA menurut API RP 2A WSD
Sedangkan dalam SNI 1726-2002, percepatan muka tanah sebagai berikut : Kesimpulan Data tanah diatas : 1. Kedalaman 0,00 – 11,5 ft : Very Soft Clay 2. Kedalaman 11,5 – 32,5 ft : Firm Clay 3. Kedalaman 32,5 – 66,0 ft : Very Stiff Clay 4. Kedalaman 66,0 – 94,0 ft : Very Stiff to Hard Clay 5. Kedalaman 94,0 – 160 ft : Very Stiff to Hard Clay 6. Kedalaman 160 – 488 ft : Very Stiff to Hard Clay Dapat disimpulkan bahwa site Anoa Platform berada pada lapisan Hard Clay, yaitu lapisan tanah keras, yang berada pada daerah gempa 1
diberikan
Tabel 4. 3. PGA menurut SNI 1726-2002
4.2. KRITERIA DESIGN Desain awal merupakan jacket degan menggunakan bracing K, dengan tampilan sebagai berikut :
Menurut API RP 2A WSD, soil type yang digunakan dalam perhitungan pondasi dibedakan menjadi 3 jenis, yaitu : A. Rock : crystalline, conglomerat, or shale like materials generally having shear wave velocities in excess of 3000 ft/sc ( 914 m/sec ) B. Shallow Strong Alluvium competent sand, silt and stiff clays with shear strength in excess of about 1500 psf ( 72 kPa ). Limited to depths of less than about 200 ft ( 61 m ) and overlying rock - like materials.
Gambar 4. 2. Jacket dengan susunan bracing K
1. Memiliki susunan bracing K 2. Dengan ukuran member utama ( jacket ) : LG5(leg) : D = 137.16 cm = 54 inch : T = 3.810 cm = 1.5 inch
14
DB3(brc) : d = 86.36 cm = 34 inch : t = 2.54 cm = 1 inch : l = 246.75 cm = 9.72 inch Penentuan besarnya ukuran diameter serta ketebalan member yang direncanakan didasarkan pada beberapa aspek berikut :
D 1.588 d
D 36 T
d 34 t
kl 5.997 r
dengan : D = diameter leg d = diameter bracing T = ketebalan leg t = ketebalan bracing k = faktor panjang efektif = 1 l = panjang bebas r = radius gyration = 0,35 D dengan hasil yang didapatkan, ukuran bracing selanjutnya mengikuti perbandingan seperti diatas. Atau dapat disimpulkan menggunakan ukuran yang sama dengan perencanaan awal.
LC
Description
Units
value
1
Self Weight
Kn
2
Work Over Rig
Kn
8366
3
Plating, Grating, Handrail
Kn
1466.45
Equipment All Deck
Kn
6058.19
Live Load All Deck
Kn
6615.36
Piping All Deck
Kn
1391.60
4 5 6
TABEL 4. 5. Beban Yang Berada Pada Platform
4.3.3. Work Over Rig Loads Beban yang akan bekerja akan bertambah seiring dengan waktu, pada perencanaan yang dilakukan oleh PT. Tripatra Engineering beban tersebut diberikan sebagai berikut : Tabel 4. 6. Beban Work Over Rig 1 Year Case Total Operating Load
10591
Kn
100 Year Storm Case Total Load
8366
Kn
4.3. PEMBEBANAN 4.3.1. Kategori Beban Platform
4.3.4. Jacket Loads
Dalam API RP2A 2.3. diatur mengenai beban yang bekerja dalam analisis platform yang ditabelkan sebagai berikut :
Beban jacket didefinisikan sebagai self weight seperti beban permanen lainnya termasuk baja boat landing, deck beam. Beban sendiri dari struktur akan diaplikasikan secara otomatis oleh program SACS, serta beban ini telah ditambah 5 % dari beban kombinasi untuk sambungan las.
TABEL 4. 4. Beban Yang Digunakan Untuk Analisa Struktur
Basic Load Condition Structural Dead Weight Area Live Loads Storm Wind, Wave, & Current Loads Operating Wind, Wave, & Current Loads Buoyancy Miscellaneous & appurtenances Earthquake Induced Force
4.3.5. Load Case
Seismi c
In Place Operating
Storm
X
X
X
X
X
X
-
-
X
-
X
-
X
X
X
X
X
X
X
-
-
4.3.2. Beban Pada Top Side Pada perencanaan yang dilakukan oleh PT. Tripatra Engineering, beban yang akan diletakkan pada platform ditabelkan sebagai berikut :
Dalam pembebanan yang akan dilakukan, diperlukan pengelompokan beban sehingga mempermudah dalam proses input beban dan analisis. TABEL 4. 7. Load Case LC
LOAD CASE DESCRIPTION
1
Self Weight
2
Work Over Rig
3
Plating, Grating, Handrail
4
Equipment All Deck
5
Live Load All Deck
6
Piping All Deck
15
4.4. MATERIAL KELAS BAJA
Hasil Yang Diperoleh : Periode Pada 4 Susunan Bracing
Berdasarkan jenis dan ukuran, material baja dibagi seperti berikut : TABEL 4. 8. Material Kelas Baja
Bracing K MODE 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
SACS IV-FREQUENCIES AND GENERALIZED MASS FREQ.(CPS) GEN. MASS EIGENVALUE 0.533041 2.3700202E+03 8.9149687E-02 0.559257 2.4402986E+03 8.0987303E-02 0.962771 4.0619608E+03 2.7327165E-02 1.785738 2.0124489E+03 7.9433696E-03 1.921011 3.1009715E+03 6.8640489E-03 2.390910 2.3573874E+03 4.4311222E-03 3.007658 2.3107428E+03 2.8001635E-03 3.089728 3.1369102E+03 2.6533822E-03 3.521125 1.5321096E+03 2.0430420E-03 3.636478 2.1014564E+03 1.9154827E-03
PERIOD(SECS) 1.8760301 1.7880858 1.0386690 0.5599926 0.5205591 0.4182508 0.3324846 0.3236531 0.2840001 0.2749913
SACS IV-FREQUENCIES AND GENERALIZED MASS FREQ.(CPS) GEN. MASS EIGENVALUE 0.165073 2.0426516E+03 9.2958055E-01 0.324209 1.4516799E+03 2.4098565E-01 0.513409 1.8028858E+03 9.6097746E-02 0.592332 2.3107117E+03 7.2195350E-02 1.003823 1.9191291E+03 2.5137725E-02 1.235542 2.2724138E+03 1.6593000E-02 1.559538 1.8041572E+03 1.0414735E-02 1.808912 1.7441118E+03 7.7411452E-03 2.216123 3.3982968E+03 5.1576571E-03 2.761958 1.8108568E+03 3.3205196E-03
PERIOD(SECS) 6.0579181 3.0844339 1.9477647 1.6882412 0.9961916 0.8093611 0.6412155 0.5528184 0.4512385 0.3620620
Bracing A
4.5. PERHITUNGAN GEMPA 4.5.1. Pembatasan Waktu Getar Alami Digunakan untuk mencegah struktur bangunan yang terlalu fleksibel, nilai batas T1 sesuai SNI 1726 ps 5.6 T1 < n = 0,20 x 6 = 1,2 dt
4.5.2. Perhitungan Gaya Geser Dasar ( V ) Pada perhitungan gaya geser dasar ( V ) dilakukan oleh program SACS 5.2 dengan memasukkan nilai PGA yang terjadi. Untuk masing-masing platform dilakukan perhitungan terhadap 4 PGA, yaitu 0,05 ; 0,2 ; 0,4 ; dan 0,5.
MODE 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Bracing N MODE 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
PERIOD(SECS) 1.9989020 1.8079602 1.1060429 0.6022962 0.5412125 0.4571798 0.3419631 0.3241431 0.2932826 0.2886080
Bracing X MODE
SACS IV-FREQUENCIES AND GENERALIZED MASS FREQ.(CPS) GEN. MASS EIGENVALUE
PERIOD(SECS) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
4.6. PERHITUNGAN PONDASI Pondasi yang digunakan pada masing – masing platform memiliki ukuran sesuai dengan diameter dalam tubular pada kaki ( leg ) platform. Dengan keadaan tanah yang telah ditinjau memiliki beberapa lapisan tanah, dengan lapisan tanah keras ada kedalaman 66ft.
SACS IV-FREQUENCIES AND GENERALIZED MASS FREQ.(CPS) GEN. MASS EIGENVALUE 0.500275 3.1642266E+03 1.0120996E-01 0.553110 3.1646859E+03 8.2797641E-02 0.904124 4.2226419E+03 3.0987333E-02 1.660313 2.2150302E+03 9.1888358E-03 1.847703 2.8143949E+03 7.4195204E-03 2.187323 2.6899043E+03 5.2943702E-03 2.924292 2.6012493E+03 2.9620931E-03 3.085057 2.4270384E+03 2.6614228E-03 3.409680 2.7550856E+03 2.1787780E-03 3.464908 1.5625144E+03 2.1098757E-03
0.540079 0.564125 1.058487 1.987788 2.511923 3.056070 3.158415 3.534076 3.973557 4.650310
3.2529741E+03 3.2148575E+03 3.0084275E+03 2.7946695E+03 2.7486592E+03 3.7019261E+03 2.3151785E+03 1.6919112E+03 1.3284834E+03 2.3814213E+03
8.6841232E-02 7.9595680E-02 2.2608370E-02 6.4106186E-03 4.0144652E-03 2.7121499E-03 2.5392295E-03 2.0280962E-03 1.6042839E-03 1.1713225E-03
1.8515817 1.7726567 0.9447448 0.5030717 0.3981014 0.3272177 0.3166145 0.2829594 0.2516637 0.2150394
Hasil UC : Bracing A
Bracing K
PGA
Bracing N
Bracing X
UC Max
0.05
0.91
0.24
0.29
0.25
0.2
1.54
0.68
0.67
0.6
0.4
2.38
1.3
1.3
1.14
0.5
3.4
3.3
3.31
1.42
16
Kesimpulan : 1. Bracing A memiliki periode paling tinggi yang berarti memiliki kekakuan paling rendah, kemudian disusul oleh K, N, dan X 2. Kekuatan Struktur K,N, X pada PGA dibawah 0,4 memiliki kekuatan yang hamper sama
