Abstrak Kenaikan harga minyak dan gas pada tahun 1973 telah mendorong pertumbuhan industri offshore termasuk usaha mencari ladang-ladang minyak dan gas baru di perairan yang lebih dalam dengan kondisi laut yang semakin ganas. Dengan demikian, meningkatnya harga minyak dunia dari satu segi telah mendorong bertambahnya aktivitas di lepas pantai, dan tentunya juga bertambahnya kebutuhan bangunan-bangunan laut yang baru. Untuk menghadapi permasalahan ini, bangunan laut yang akan dioperasikan adalah jenis-jenis yang dianggap efektif dari segi biaya, seperti jenis-jenis anjungan apung, anjungan lentur ataupun instalasi bawah laut. Jenis struktur lepas pantai yang digunakan sekarang ini sangat banyak, namun sebagian besar struktur lepas pantai yang ada saat ini digunakan untuk eksplorasi dan ekploitasi minyak bumi dan gas alam. Salah satu jenis struktur bangunan lepas pantai yang sering digunakan adalah jacket. 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 deck dipasang dan dilas. Pada Tugas Akhir ini akan dirancang struktur jacket tipe triangle dengan mempertimbangkan beban badai yang dianalisa secara inplace. Analisa inplace merupakan salah satu aspek penting untuk diperhatikan dalam perencanaan struktur jacket. Analisa struktur jacket didasarkan pada peraturan-peraturan yang berlaku, yaitu API RP 2A-WSD 2000 dan AISC. Analisa struktur dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak (software) SACS 5.2 (Stucture Analysis Computer System 5.2).
BAB I PENDAHULUAN I.1
LATAR BELAKANG
Aktivitas industri lepas pantai (offshore) pertama muncul di tahun 1947 hingga sekarang ini banyak bergerak dibidang eksplorasi dan eksploitasi ladang minyak/gas di lepas pantai. Di tahun 1947 untuk pertama kalinya anjungan lepas pantai struktur baja terpancang dengan berat 1200 ton yang diinstalasikan di Teluk Mexico pada kedalaman laut 20 feet (6 m). Perkembangan industri offshore selama ini sangat tergantung dengan perkembangan industri minyak dan gas. Kenaikan harga minyak/gas pada tahun 1973 telah mendorong pertumbuhan industri offshore termasuk usaha mencari ladang-ladang minyak/gas baru di perairan yang lebih dalam dengan kondisi laut yang semakin ganas. Dengan demikian, meningkatnya harga minyak dunia dari satu segi telah mendorong bertambahnya aktivitas di lepas pantai, dan tentunya juga bertambahnya kebutuhan bangunan-bangunan laut yang baru. Fungsi utama struktur anjungan lepas pantai (offshore platform) adalah mampu mendukung bangunan atas beserta fasilitas operasionalnya diatas air laut selama waktu operasi dengan aman. Terlepas dan jenis operasionalnya, gerakan horizontal dan vertikal suatu struktur offshore platform merupakan kriteria penting yang sangat menentukan perilaku anjungan tersebut diatas air. Berdasar jenis konstruksi, maka struktur anjungan lepas pantai (offshore platform) dapat dibedakan atas: 1. Struktur Terpancang 2. Struktur Terapung 3. Struktur Lentur
Dalam tugas akhir yang akan saya ambil, saya akan membahas tentang struktur terpancang dalam cakupan ilmu konstruksi anjungan lepas pantai (offshore structure). Jenis struktur lepas pantai yang digunakan sekarang ini sangat banyak, namun sebagian besar struktur lepas pantai yang ada pada saat ini digunakan untuk eksplorasi dan eksploitasi minyak bumi dan gas alam. Di Indonesia, jenis struktur lepas pantai didominasi oleh tipe jacket platform. Sebagai contoh struktur anjungan lepas pantai terpancang ialah jacket steel platform, gravity platform, monopod, triangle. dll. Struktur anjungan terpancang sebagian besar digunakan sebagai fasilitas produksi/pengolahan minyak/gas maupun sebagai fasilitas anjungan pendukung produksi (supporting structure). Jacket merupakan suatu struktur yang digunakan pada bangunan lepas pantai. Di dalam perhitungannya, analisa inplace 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 substruktur lainnya seperti boat landing, barge bumper dan lain-lain. 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
1
sebagai bahan struktur yang mampu memikul beban statik maupun beban dinamik.
Perencanaan memperhitungkan analisa statik. Perhitungan struktur menggunakan program SACS 5.2. I.4
Gambar 1.1 Foto contoh bangunan lepas pantai (sumber : oilfield magazine; 2008)
I.2
BATASAN MASALAH
Dalam Tugas Akhir ini, ruang lingkupnya adalah sebagai berikut : Perencanaan ini tidak memperhitungkan segi arsitektur. Perencanaan ini tidak membandingkan dari segi ekonomi terhadap sistem struktur awal jacket. Perencanaan hanya memperhitungkan struktur jacket.
2
Adapun tujuan yang ingin diperoleh dalam mengerjakan Tugas Akhir ini adalah : Mengenal struktur jacket pada bangunan lepas pantai khususnya struktur jacket tipe triangle. Suatu struktur jacket harus didesain kuat, artinya mampu menahan semua gaya yang dikenakan pada struktur. Baik gaya akibat beban mati, beban hidup, beban akibat gelombang air laut, beban gempa, maupun pada kondisi paling ekstrim saat terjadi badai. Sehingga, besarnya simpangan yang terjadi akibat pembebanan tersebut sesuai dengan simpangan yang telah direncanakan. Menghasilkan perencanaan struktur jacket yang memenuhi syarat-syarat keamanan struktur berdasarkan peraturan API RP2AWSD dan AISC. Mampu untuk merencanakan dan menganalisa kekuatan struktur jacket tipe triangle dengan menggunakan program bantu SACS 5.2.
PERMASALAHAN
Dalam Tugas Akhir merencanakan struktur jacket tipe triangle, permasalahan yang dibahas adalah : Bagaimana perilaku dan kemampuan struktur jacket tipe triangle pada offshore structure dalam menerima beban statik (inplace)? Berapa besar respon struktur terhadap beban badai (storm) dengan SACS 5.2? Bagaimana memodelkan dan mengetahui besaran dari simpangan yang terjadi akibat beban badai terhadap struktur jacket tipe triangle pada offshore structure? Bagaimana merencanakan dan menganalisa kekuatan struktur jacket tipe triangle pada offshore structure akibat beban badai dengan menggunakan program Bantu SACS 5.2? I.3
TUJUAN
I.5
MANFAAT
Penyusunan Tugas Akhir ini diharapkan dapat memberikan manfaat dalam bidang ketekniksipilan, terutama dalam menambah wawasan tentang ilmu bangunan lepas pantai. Output yang dihasilkan dalam Tugas Akhir ini diharapkan dapat memberi kemudahan bagi para mahasiswa Teknik Sipil ITS yang ingin merancang jacket stucture pada bangunan lepas pantai dengan memperhitungkan analisa inplace (inplace analysis) pada kondisi badai (storm condition) dari suatu struktur lepas pantai dengan menggunakan program bantu SACS 5.2. Dengan penyusunan Tugas Akhir ini diharapkan 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.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA (Sengaja tidak dicantumkan)
BAB III METODOLOGI III.1 DIAGRAM ALIR METODOLOGI Mulai Studi literatur Pengumpulan data Kriteria desain Jacket Pemilihan tipe struktur Jacket Perhitungan pembebanan Perencanaan batang tubular dan sambungan Pemodelan pada program Bantu Analisa inplace Analisa fatigue
NOT OK
Kontrol Desain
gambaran data yang akan digunakan dalam perencanaan struktur jacket: Nama Perusahaan : BP Jawa Barat Lokasi : Barat Laut dari Laut Jawa Indonesia, dengan letak koordinat : - Lintang Selatan 006°06 37.20 - Bujur Timur 108°08 59.40 Kedalaman laut : 105 feet (32 meter) Berat Platform : 1051,97 kips (525,985 ton) III.1.3
Kriteria Desain Jacket
Kriteria desain jacket harus diketahui agar kita dapat mengetahui pada bagian mana kita akan mengerjakan bangunan tersebut. 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
Pembebanan
OK Kesimpulan 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
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 data asli sesuai dengan kondisi dilapangan yang sumbernya diperoleh dari Jurusan Teknik Kelautan, Fakultas Teknologi Kelautan - Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. Berikut adalah beberapa
Platform atau anjungan adalah struktur yang khusus didesain untuk kegiatan eksplorasi dan eksploitasi minyak dan gas bumi di lepas pantai. Anjungan harus dapat menahan bebanbeban yang bekerja padanya. Beban-beban tersebut diperhitungkan dalam analisis yang dilakukan. Dalam mendesain suatu anjungan, semua beban mulai dari saat fabrikasi, instalasi, sampai saat pengoperasian harus turut diperhitungkan. Namun pada tugas akhir ini, analisa yang dilakukan hanya pada kondisi anjungan tidak beroperasi. Perhitungan bebanbeban lingkungan yang bekerja pada struktur mengacu pada rekomendasi yang diberikan API RP2A dan dilakukan berdasarkan data oseanografi dan meteorologi seperti tinggi gelombang, perioda gelombang, kecepatan angin, arus, pasang surut, gempa bumi, kondisi tanah dan lain sebagainya. Struktur ini menjadi subjek terhadap berbagai macam pembebanan, dimana menurut API RP2A beban yang dapat diterima oleh struktur anjungan lepas pantai adalah sebagai berikut :
3
1. 2. 3. 4. 5. 6.
Beban Mati Beban Hidup Beban Lingkungan Beban Konstruksi Beban Tambahan Beban Dinamik
III.1.6
dengan beban operasional platform untuk memperoleh beban lingkungan yang kondisinya paling merugikan untuk dianalisa. Analisa inplace dapat dibagi menjadi dua kondisi, yaitu :
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 lubang-lubang) pada sambungan. 2. Batang Tekan Pada umumnya batang tekan akan mengalami buckling (tekuk) atau lenturan tibatiba 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.1.7
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. III.1.8
Analisa Inplace
Setelah semua unsur permodelan selesai dilakukan maka dilakukan analisa statis terhadap struktur global dengan tujuan untuk memperoleh data member stress, deflection, reaksi tumpuan, unity check serta joint punching shear check. Analisa inplace dilakukan secara terpisah dengan menggabungkan beban lingkungan yang maksimum antara 1 tahun dan 100 tahun
4
1. Kondisi operasi Pada kondisi ini, anjungan beroperasi secara normal sehingga struktur menerima seluruh beban yang kerja yang ada. Beban lingkungan yang terjadi pada struktur seperti beban gelombang, angin, dan arus diambil harga ekstrim untuk periode ulang 1 tahun. 2. Kondisi badai Kondisi ini merupakan kondisi terjadinya badai pada lokasi struktur. Pada kondisi ini tidak akan ada beban work over rig live, dan beban hidup yang bekerja pada tiap level deck tereduksi 25%. Selain itu, crane dianggap tidak bekerja akibatnya, hanya ada nilai beban crane vertikal saja. Allowable stress dari tiap batang dinaikan harganya sebesar 133% menurut peraturan dari AISC. Dalam tugas akhir ini, analisa inplace dalam perencanaan struktur jacket yang lebih ditekankan adalah pada saat kondisi badai (storm condition) yang dilakukan dengan bantuan software SACS 5.2 (Structure Analysis Computer System). Analisa dilakukan dengan anggapan bahwa struktur dan pile mempunyai kekakuan linier, dan tanah mempunyai kekakuan non linier. Kekakuan model ditentukan oleh batang batang struktur utama dari deck, caisson, brace, dan pile. Konduktor dan boatlanding dianggap bukan merupakan bagian dari struktur, sehingga tidak memberikan konstribusi terhadap kekakuan struktur, tetapi hanya menyalurkan gaya lingkungan yang diterima kepada struktur utama. Beban lingkungan yang bekerja seperti beban gelombang, angin dan arus dianggap sebagai beban statik dan dikombinasikan dari 8 arah penjuru mata angin.
BAB IV PERANCANGAN STRUKTUR JACKET IV.1 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, data lingkungan, maupun data struktur merupakan data asli sesuai dengan kondisi yang ada dilapangan.
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. Dari segi teknik, kedalaman laut merupakan salah satu kriteria yang penting untuk mendesain struktur jacket. Dalam Tabel 4.2 akan dijabarkan mengenai data kedalaman laut yang akan digunakan untuk perancangan. Tabel 4.2 Data kedalaman laut
IV.1.1 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 4.1 Data beban geladak/topside loads
LOAD Dead Load Live Load Cellar Deck Live Load Main Deck Total Topside Loads
LOAD QUANTITY 176.08 kips. 295.18 kips. 580.17 kips. 1051.97 kips.
IV.1.2 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. a. Kedalaman Laut Kedalaman laut merupakan ukuran untuk memerlukan besarnya tantangan yang harus dihadapi oleh sebuah struktur anjungan lepas pantai. Untuk kondisi Iingkungan yang bagaimanapun (gempa, angin, gelombang, dsb), pengaruh kondisi Iingkungan ini bertambah dengan pertambahan kedalaman.
Return Periods 1 year 100 year 105.00 ft 105.00 ft 0.30 ft 0.50 ft
Description Mean Sea Level (MSL) Storm Tide Highest Astronomical Tide (HAT) Maximum Water Depth
3.80 ft
3.80 ft
107.20 ft
107.40 ft
Dalam analisa inplace, kedalaman laut yang digunakan adalah 105 feet dengan periode ulang 100 tahun untuk kondisi badai. b. Angin Gaya angin yang mengenai struktur jacket adalah fungsi dari kecepatan angin, orientasi struktur, dan karakteristik aerodinamik dari struktur dan setiap elemennya. Pada perancangan struktur jacket ini digunakan kecepatan angin dalam kondisi badai dengan periode ulang 100 tahun. Tabel 4.3 Data kecepatan angin
Return Periods 1 year 100 year
Mph 38.00 63.00
Knots 33.02 54.74
c. Arus Arus di laut biasanya terjadi akibat adanya pasang surut dan gesekan angin pada permukaan air (wind-drift current). Kecepatan arus dianggap pada arah horizontal dan bervariasi menurut kedalaman. Besar dan arah arus pasang surut di permukaan biasanya ditentukan berdasarkan pengukuran di lokasi. Tabel 4.4 Data profil arus Return Periods 1 year 100 year
0 2.6
10 2.4
20 2.3
3.6
3.3
3.1
Percent of Depth Below Water Surface (%) 30 40 50 60 70 80 2.1 2.0 1.8 1.7 1.5 1.4 2.8
2.6 2.4
2.2
2.0
1.8
90 1.2
100 0.8
1.5
0.9
5
Pada API RP 2A WSD, terdapat penggunaan Blockage Factor atau faktor hambatan yang mengurangi kecepatan arus disekitar anjungan. Dengan kata lain, kehadiran struktur mengakibatkan arus menyebar, sebagian arus mengelilingi struktur dan tidak melaluinya, dan kecepatan arus disekitar struktur berkurang sebesar 0.90 untuk platform tipe triangle dengan faktor konversi 0.59 (ft/sec dari knots). Dalam kondisi badai, arus terjadi bersamaan dengan gerakan air akibat gelombang. Arah arus pasang surut bisa tidak sama dengan arah rambat gelombang, tetapi wind-drift current biasanya diasumsikan searah dengan gelombang.
Pada API RP 2A WSD penggunaan faktor kinematika diijinkan dengan besaran 0.85 0.95 untuk kondisi badai pada daerah tropis yang diterapkan pada kecepatan horizontal partikel air dan akselerasi vertikal dari dua dimensi gelombang. Untuk gelombang saat badai dengan periode ulang 100 tahun digunakan faktor rata-rata sebesar 0.90 dan akan secara otomatis ditambahkan pada program SACS 5.2 pada menu SEASTATE. Faktor kinematika gelombang tidak digunakan pada analisis dengan periode ulang 1 tahun karena kecepatan horizontal partikel dan percepatan vertikal partikel air pada periode ulang 1 tahun sangat kecil sehingga tidak berpengaruh pada perhitungan gelombang.
d. Gelombang
g. Scouring
Gelombang terjadi akibat gangguan pada fluida. Gangguan tersebut dapat berupa gangguan pada permukaan air seperti hembusan angin , atau dapat juga berupa gangguan pada dasar laut seperti pergerakan tanah atau gempa bumi.
Scouring (gerusan) adalah penghilangan lapisan tanah yang terdapat di dasar laut yang disebabkan oleh adanya arus dan gelombang. Seperti itu pengikisan yang dapat terjadi karena proses geologi secara alami atau dapat juga disebabkan oleh elemen struktural terganggu aliran alami pada area dekat dasar laut. Gerusan maksimum yang terjadi pada dasar laut wilayah letak platform adalah sebesar 90 cm.
Tabel 4.5 Data gelombang
Return Periods 1 year 100 year
Wave Height (ft.) 16.40 27.30
Wave Period (sec.) 7.00 9.30
h. Koefisien Hidrodinamika e. 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. f. Kinematika Gelombang Kinematika gelombang yang telah disesuaikan dengan penyebaran arah dan ketidakseragaman, harus digabungkan dengan profil arus yang telah disesuaikan dengan faktor hambatan. Karena profil arus hanya ditentukan untuk kedalaman air rata-rata pada kriteria desain, harus digunakan beberapa cara untuk memperpanjang atau memperpendek profil arus tersebut terhadap ketinggian gelombang lokal.
6
Dalam koefisien hidrodinamik terdapat dua koefisien yaitu Drag Coefficients (Cd) atau koefisien geser dan Inertia Coefficients (Cm) atau koefisien inersia. Kedua nilai tersebut terdapat pada member yang menyusun struktur jacket dan penggunaannya harus sesuai dengan API RP 2A WSD. Untuk perhitungan inplace dan fatigue, Cd dan Cm yang digunakan adalah sebagai berikut : Tabel 4.6 Koefisien Hidrodinamik
Inplace Analysis Smooth members Rough members Fatigue Analysis All members
Cd 0.65 1.05 Cd 0.70
Cm 1.6 1.2 Cm 2.0
IV.1.3 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:
Tabel 4.7 Dimensi dan jenis profil member struktur jacket
Keterangan Horizontal brace (HB) Diagonal brace (DB) Center Brace (CB) Center Brace Connector (CB1) Conductor Guide (CG) Riser (RI) Chord (JLA) Jacket leg (JLB) 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 W 14 x 34 OD 12 in; WT 0,25 in OD 34 in; WT 0,5 in OD 34 in; WT 1 in 1 : 12
IV.2.1 Pemodelan Joint Struktur Jacket Untuk perletakan pada joint, hanya jacket leg yang yang berada diatas dasar laut setinggi 3.5 feet dan riser yang bertemu dengan conductor guide pada masing-masing lantai yang diasumsikan mempunyai perletakan FIXED, dan joint yang lainnya bukan FIXED. 3 W
2D 2B
P
Data dimensi struktur : Tinggi chord di atas permukaan laut : 12 feet Tinggi chord di bawah permukaan laut : 105 feet Tinggi jacket leg dari dasar laut : 3.5 feet Tinggi riser dari lantai atas-bawah : 120,5 feet Panjang jacket leg penumpu beban deck : 5 feet
25 10
2E
1
F 30
IV.2 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. + 17.00 top up jacket + 12.00 (lantai atas)
+ 00.00 Mean Sea Level
- 17.25 (lantai 2)
- 46.50 (lantai 3)
2
23
2C
3W
2W
2V
3X
3H 3C
A
7
Gambar 4.2 Contoh penamaan joint struktur jacket
Detail dari penamaan joint struktur jacket ini adalah sebagai berikut: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 23, 24, 25, 26, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 41, 42, 43, 48, 49, 50, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 67, 68, 69 A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, L, P, W 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G, 2H, 2I, 2J, 2K, 2L, 2M, 2N, 2O, 2P, 2Q, 2R, 2S, 2T, 2U, 2V, 2W, 2X, 2Y, 2Z 3A, 3C, 3H, 3I, 3J, 3K, 3L, 3M, 3N, 3O, 3P, 3Q, 3R, 3S, 3T, 3U, 3V, 3W, 3X, 3Y, 3Z 4A, 4B, 4F, 4H, 4I, 4J, 4K, 4L, 4M, 4N, 4O, 4P, 4Q, 4R, 4S, 4T, 4U, 4V, 4W, 4X, 4Y, 4Z 5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F, 5G, 5H, 5I, 5J, 5K, 5L, 5M, 5N, 5O, 5P, 5Q, 5R, 5W, 5X, 5Y, 5Z 6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F, 6G, 6H, 6I, 6J, 6K, 6O, 6P, 6Q, 6R
- 75.75 (lantai 4)
- 105.00 (lantai dasar) - 108.50 (dasar laut)
Gambar 4.1 Bentuk dan dimensi ketinggian struktur jacket (feet)
7
IV.2.2 Pemodelan Member Struktur Jacket CG
JLA
DB
RI
HB
CB
CB1 JLB
Gambar 4.3 Detail member struktur jacket
Detail dari member tersebut adalah : 1. HB Adalah Horizontal Brace yang memiliki ukuran dan karakteristik sebagai berikut : - Outer Diameter (OD) : 16 inch - Web Thickness (WT) : 0.5 inch - E Modulus : 29.000 ksi - G Modulus : 11.600 ksi - Yield Strength : 36 ksi - Density : 490 lb/cu ft 2. DB Adalah Diagonal Barce yang memiliki ukuran dan karakteristik sebagai berikut : - Outer Diameter (OD) : 20 inch - Web Thickness (WT) : 0.5 inch - E Modulus : 29.000 ksi - G Modulus : 11.600 ksi - Yield Strength : 36 ksi - Density : 490 lb/cu ft 3. CB Adalah Center Barce yang memiliki ukuran dan karakteristik sebagai berikut : - Outer Diameter (OD) : 16 inch - Web Thickness (WT) : 0.5 inch - E Modulus : 29.000 ksi - G Modulus : 11.600 ksi - Yield Strength : 36 ksi - Density : 490 lb/cu ft
8
4. CB1 Adalah Center Barce Connector yang memiliki ukuran dan karakteristik sebagai berikut : - Outer Diameter (OD) : 12 inch - Web Thickness (WT) : 0.5 inch - E Modulus : 29.000 ksi - G Modulus : 11.600 ksi - Yield Strength : 35 ksi - Density : 490 lb/cu ft 5. CG Adalah Conductor Guide atau bisa juga disebut sebagai Riser Guide yang memiliki ukuran dan karakteristik sebagai berikut : - W 14 x 34 - E Modulus : 29.000 ksi - G Modulus : 11.600 ksi - Yield Strength : 36 ksi - Density : 490 lb/cu ft 6. RI Adalah Riser yang memiliki ukuran dan karakteristik sebagai berikut : - Outer Diameter (OD) : 12 inch - Web Thickness (WT) : 0.25 inch - E Modulus : 29.000 ksi - G Modulus : 11.600 ksi - Yield Strength : 35 ksi - Density : 490 lb/cu ft 7. JLA Adalah Jacket Leg yang merupakan kaki jacket atau bisa disebut juga sebagai chord yang memiliki ukuran dan karakteristik sebagai berikut : - Outer Diameter (OD) : 34 inch - Web Thickness (WT) : 0.5 inch - E Modulus : 29.000 ksi - G Modulus : 11.600 ksi - Yield Strength : 36 ksi - Density : 490 lb/cu ft 8. JLB Adalah Bottom/Top dan can Jacket Leg yang merupakan sambungan dari jacket leg pada bagian atas, dasar laut dan pada setiap sambungan member yang memiliki ukuran dan karakteristik sebagai berikut : - Outer Diameter (OD) : 34 inch - Web Thickness (WT) : 1 inch - E Modulus : 29.000 ksi - G Modulus : 11.600 ksi - Yield Strength : 36 ksi - Density : 490 lb/cu ft
IV.2.3 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 mengubahubah (trial and error) 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 : Joint P :
Gambar 4.4 Tampak kiri sebelum dan tampak kanan sesudah dilakukan offsetting pada joint P
Joint A :
Gambar 4.7 Tampak kiri sebelum dan tampak kanan sesudah dilakukan offsetting pada joint A
IV.2.4 Pemodelan Akhir Struktur Jacket Dengan Program SACS 5.2
Gambar 4.8 Tampak isometri struktur jacket
Joint W :
Gambar 4.9 Tampak atas dan bawah struktur jacket Gambar 4.5 Tampak kiri sebelum dan tampak kanan sesudah dilakukan offsetting pada joint W
Joint 1 :
Gambar 4.6 Tampak kiri sebelum dan tampak kanan sesudah dilakukan offsetting pada joint 1
Gambar 4.10 Tampak jacket pada bentang tengah
9
IV.4 PEMODELAN BEBAN INPLACE (KONDISI BADAI) Analisa inplace secara global dilakukan untuk membedakan secara terpisah antara maksimum 1 tahun dan 100 tahun beban lingkungan dengan beban operasional platform untuk memperoleh beban lingkungan dengan kondisi yang paling merugikan untuk analisis. Pada perancangan struktur jacket dalam tugas akhir ini analisa yang dilakukan hanya pada kondisi badai, karena keadaan paling ekstrim pada struktur jacket untuk dianalisa terjadi saat badai.
Gambar 4.11 Tampak depan dan belakang struktur jacket
IV.3 PEMODELAN BEBAN STATIS Pemodelan statis pada struktur jacket dirancang dengan perhitungan bahwa struktur jacket menerima beban deck/platform yang berupa gaya aksial kebawah sebesar 1051.97 Kips 1052 Kips yang disalurkan secara merata pada masingmasing kaki jacket sebesar 350.67 Kips. Berikut ini akan ditampilkan gambar pembebanan akibat beban deck/platform pada struktur jacket. 350.67 Kips
Pemodelan struktur untuk analisa seluruhnya menggunakan program SACS 5.2. Beban lingkungan dilakukan langsung secara keseluruhan dan beban topside secara keseluruhan atau dijumlahkan oleh modul SEASTATE . Beban gelombang dan arus dilakukan secara keseluruhan sesuai dengan persamaan Morison yang terdapat dalam API RP 2A WSD 21st Edition. Persamaan Morison (O Brien and Morison, 1952) menyatakan bahwa gaya gelombang dapat diekspresikan sebagai penjumlahan dari gaya seret (drag force, FD), yang muncul akibat kecepatan partikel air saat melewati struktur, dan gaya inersia (inertia force, FM) akibat percepatan partikel air. Kondisi dasar untuk pembebanan analisis inplace saat kondisi badai pada struktur jacket, adalah sebagai berikut : Tabel 4.8 Basic Loads for Inplace Analysis
350.67 Kips
350.67 Kips
Loadcn Loadcn Loadcn Loadcn Loadcn Loadcn Loadcn Loadcn Loadcn Loadcn Loadcn Loadcn Loadcn Loadcn Loadcn Loadcn Loadcn Loadcn
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Bouyant Self Weight of Structure Main Deck Superimposed Load Cellar Deck Superimposed Load Miscellaneous Loads 100 year storm wind load in X-direction 100 year storm wind load in Y-direction 100 year storm current & wave loads at 0o 100 year storm current & wave loads at 30o 100 year storm current & wave loads at 60o 100 year storm current & wave loads at 90o 100 year storm current & wave loads at 120o 100 year storm current & wave loads at 150o 100 year storm current & wave loads at 180o 100 year storm current & wave loads at 210o 100 year storm current & wave loads at 240o 100 year storm current & wave loads at 270o 100 year storm current & wave loads at 300o 100 year storm current & wave loads at 330o
IV.5 PEMODELAN FATIGUE IV.5.1 Gelombang
Gambar 4.12 Penyaluran beban deck/platform pada struktur jacket
10
Pada Gambar 4.13 dapat dilihat diagram aplikasi dari teori gelombang Airy, Stokes 5th order, dan stream fuction yang dimodifikasi oleh API RP 2A-WSD 2000 untuk keperluan desain. Diagram tersebut merupakan diagram yang membandingkan kecepatan partikel air,
percepatan, tinggi gelombang, dan panjang gelombang yang dihitung dari teori gelombang yang sering digunakan.
banyak digunakan dalam perhitungan gelombang dengan amplitudo kecil. IV.5.2 Life Design dan Safety Factor Struktur jacket didesain dengan kriteria umur desain dan angka keamanan sebagai berikut : Life Design : 40 tahun Safety Factor : 2 Dari data jacket dan lingkungan serta beban deck yang telah ditentukan, dimasukkan ke dalam software SACS 5.2. Data lingkungan beserta data beban perlu diperhitungkan, karena pemodelan SACS 5.2 dimaksudkan untuk mewakili gambaran kondisi sesungguhnya di lapangan. Dimana kondisi pada lapangan, beban yang bekerja adalah berat sendiri beserta dengan seluruh beban ruangan dan beban gelombang dimana struktur tersebut diletakkan.
Gambar 4.13 Diagram aplikasi teori gelombang untuk keperluan desain
Setelah semua data di atas dimasukkan, maka ditambahkan pula data berupa beban gelombang berulang yang didapat dari data yang telah ditentukan. Berikut ini adalah data gelombang berulang : Tabel 4.9 10 years directional Wave Height distribution
Parameter-parameter dari teori gelombang tersebut adalah sebagai berikut : d : water depth (105 ft) H : tinggi gelombang dalam kondisi badai (27.30 ft) g : gravitasi (9.81 m/s2) T : periode dalam kondisi badai (9.30 detik) Dari beberapa parameter tersebut, kemudian dimasukkan ke dalam persamaan untuk menentukan teori gelombang yang akan digunakan
H gT
d gT
27 . 30 9 . 81 x 9 . 30
2
2
105 9 . 81 x 9 . 30
0 . 0033
2
2
0 . 013
Hasil dari persamaan beberapa parameter tersebut kemudian diplot kedalam diagram aplikasi teori gelombang untuk keperluan desain, yang kemudian didapat bahwa teori gelombang yang digunakan adalah Stokes Orde 5. Teori gelombang Stokes Orde 5 merupakan teori gelombang yang digunakan untuk mendapatkan ketelitian yang lebih baik dalam kecuraman gelombang. Teori gelombang Stokes orde 5
Wave Height (ft) 2 6 10 14 18 22 TOTAL
N
NE
E
SE
S
6.714.600 8.996.200 119.296.200 8.083.600 1.825.300 229.880 308.050 660.750 276.740 63.640 7.752 10.390 22.270 9.336 1.060 260 348 754 314 8 11 25 10 1 1 6.952.500 9.315.000 19.980.000 8.370.000 1.890.000
SW 1.564.600 54.490 910
W
NW
9.713.300 332.600 11.212 375 13
8.996.200 308.050 10.390 348 11 1 9.315.000
1.620.000 10.057.500
Setelah data beban gelombang berulang tersebut dimasukkan ke dalam software, maka langkah selanjutnya adalah menganalisis kondisi struktur jika dikenai beban kombinasi yang berasal dari beban sendiri yaitu berat jacket, deck beserta beban lingkungan dan beban gelombang berulang. IV.5.3 Allowable Stresses Allowable Stresses atau tegangan ijin yang digunakan dalam perancangan struktur jacket secara spesifik terdapat dalam API RP 2A-WSD 2000 dan juga bergantung pada Yield Strength material yang menyusun struktur jacket. Tegangan Ijin yang diijinkan untuk digunakan dalam kondisi-kondisi beban fatigue pada kombinasi beban inplace kondisi badai dengan periode ulang 100 tahun adalah sebesar 1.333.
11
IV.6 KOMBINASI PEMBEBANAN Dari beban-beban yang ada, akan didefinisikan beban gabungan (combined load) dari tiap arah beban lingkungan. 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 yang digunakan merupakan data fix, dengan kata lain seluruh beban platform yang ada digabungkan dengan seluruh beban angin, gelombang, dan arus yang kemudian disalurkan sesuai arah pembebanan.
BAB V ANALISIS STRUKTUR V.1
Gambar 5.1
Letak Center of Gravity struktur jacket pada tampak belakang dan isometri
ANALISIS STATIS
V.1.1 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 224.682 Kips (112.341 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 224.682 Kips V.1.2 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 : X Y Z
: 13.249 feet : 6.795 feet : -60.985 feet
Letak titik berat (center of gravity) struktur didapatkan dari hasil analisis SACS 5.2 pada file saclst.storm pada bagian summary of seastate generated dead and bouyancy loads.
12
Gambar 5.2 Letak Center of Gravity struktur jacket pada tampak bawah
Gambar 5.1 dan Gambar 5.2 menunjukkan letak dari center of gravity (titik berat) dari struktur jacket. Letak titik tersebut ditunjukkan dengan titik hitam bulat yang terletak pada koordinat (X = 13.249; Y = 6.795; Z = -60.985) dalam satuan feet. V.1.3 Pusat Daya Apung (Center of Bouyancy) Berdasarkan perhitungan SACS 5.2, didapatkan letak pusat daya apung (center of buoyancy) dari struktur jacket dengan uraian sebagai berikut : X : 13.137 feet Y : 6.860 feet Z : -69.392 feet Letak titik pusat daya apung (center of buoyancy) struktur didapatkan dari hasil analisis SACS 5.2 pada file saclst.storm pada bagian summary of seastate generated dead and bouyancy loads, sehingga muncul letak center of buoyancy seperti yang terlihat pada Gambar 5.3 dan Gambar 5.4.
V.3
ANALISIS INPLACE
Dari hasil running program SACS 5.2 untuk perhitungan analisis inplace (kondisi badai) pada struktur jacket dapat dilihat output yang dihasilkan seperti : 1. Reaksi Tumpuan (Support Reaction) Reaksi tumpuan yang terjadi pada struktur jacket akibat beban kombinasi sesuai dengan jenis pembebanan adalah sebagai berikut : Tabel 5.1 Reaksi tumpuan
Gambar 5.3
Letak Center of Bouyancy struktur jacket pada tampak belakang dan isometri
Force (Kips)
Moment (Ft-Kips)
Load Case
X
Y
Z
X
Y
Z
1000 1001 1002 1003 1004 1005 1006 1007 1008 1009 1010 1011 1012
0.000 -129.561 -113.389 -69.847 -6.666 60.683 110.886 130.524 114.043 69.547 6.142 -60.269 -110.273
0.000 2.568 -57.473 -101.736 -118.237 -104.035 -61.925 -2.900 57.462 101.586 117.438 103.982 62.096
598.950 601.287 600.233 602.382 602.031 602.348 601.832 601.527 603.238 602.430 601.402 600.455 600.160
4327.094 4439.666 2103.689 393.430 -273.293 272.061 1923.381 4227.590 6589.271 8331.455 8939.729 8415.863 6754.680
-7477.631 -2795.949 -3508.808 -5262.077 -7609.691 -9999.486 -11672.285 -12245.435 -11496.478 -7414.668 -9770.224 -5044.051 -3336.928
0.000 896.362 -77.819 -1004.020 -1610.244 -1812.809 -1578.415 -911.314 71.622 996.732 1594.523 1800.029 1569.885
Dari data diatas dapat diketahui bahwa reaksi tumpuan terbesar terdapat pada load case 1008 pada arah Z sebesar 603.238 Kips. Untuk perhitungan momen maksimum, terdapat pada load case 1007 pada arah Y sebesar 12245.435 Ft-Kips. 2. Maximum Joint Deflection : Maximum Joint Deflection untuk struktur Jacket pada masing-masing sumbu sesuai dengan load case adalah sebagai berikut : Tabel 5.2 Maximum joint deflection X Load Case Joint
Gambar 5.4
Letak Center of Bouyancy struktur jacket pada tampak bawah dan samping kiri
Gambar 5.3 dan Gambar 5.4 menunjukkan letak dari center of bouyancy (pusat apung) dari struktu jacket. Letak titik tersebut ditunjukkan dengan titik hitam bulat yang terletak pada koordinat (X = 13.137; Y = 6.860; Z = -69.392) dalam satuan feet.
1000 1001 1002 1003 1004 1005 1006 1007 1008 1009 1010 1011 1012
2U 2T 2T 2U 2T 3A 3A 3A 3A 2T 3A 2T 2T
Deflection (inch) 1.1602 480.4348 417.8424 249.7540 2.3476 -252.4779 -441.1583 -505.4822 -426.3347 -244.5756 2.2977 240.6453 411.0750
Y Joint 3A 3A 2T 2U 3A 3A 3A 2T 3A 2T 2T 2T 2T
Deflection (inch) -0.6713 -1.4730 238.5791 428.0363 488.0214 438.8328 254.7119 -0.9684 -248.4883 -428.3674 -487.5182 -414.0982 -237.3361
Z Joint 2F 2T 2T W 3A 3A 3A 3A 3A G 2T 2T 2T
Deflection (inch) -0.2091 9.0587 5.2734 -0.2312 -5.2555 -9.5140 -11.0650 -9.5005 -5.3211 -0.2266 5.3421 9.0323 10.3185
Dari hasil analisa di atas, didapatkan maximum joint deflectiont pada masing-masing arah X, Y, dan Z. 3. Member Group Summary Dari hasil perhitungan SACS 5.2 untuk member group summary dapat diketahui 3
13
member paling kritis, antara lain member 5W6G, member 4-J, dan member 8-C dengan detail sebagai berikut : Member 5W-6G o Group ID : JLA o Load Condition : 1008 o Axial stress : 7.93 Ksi o Allowable Stresses : 26.62 Ksi o Maximum Unity Check : 0.33 Member 4-J o Group ID : JLB o Load Condition : 1008 o Axial stress : 4.34 Ksi o Allowable Stresses : 28.79 Ksi o Maximum Unity Check : 0.22 Member 8-C o Group ID : DB o Load Condition : 1001 o Axial stress : 2.44 Ksi o Allowable Stresses : 20.50 Ksi o Maximum Unity Check : 0.16 Menurut API RP 2A WSD suatu struktur dikatakan aman jika struktur tersebut mempunyai unity check < 1.0. 4. Member Stress Control Untuk contoh perhitungan kontrol tegangan pada member, maka diambil contoh perhitungan pada member 5W 6G, dimana pada member tersebut mempunyai unity check terbesar, yaitu 0.33. Member Grup ID L (Panjang)
: 5W 6G : Chord (JLA) : 23.359 feet = 280.308 inch OD (Outer Diameter) : 43 inch t (Tebal Member) : 0.5 inch Fy : 36 ksi E (Modulus Elastisitas) : 29,000 ksi K (Faktor panjang efektif) : 1 A (Luas permukaan) : ¼ * * (43² - 42²) : 64.088 inch² : 490 lb/ft³ member : 0.28356 lb/in³ Mencari momen inersia Jari-jari luar (R1) Jari-jari dalam (R2) = member tebal dm
14
: 21.5 inch : 21 inch : 0.28356 lb/in³ : 0.5 inch : .dV : .2 r.dr.t : .2 t.r.dt
m
: . . t (R1² - R2²) : 3.14*0.28356*0.5(21.5²-21²) : 9.465 lb R1
I (Momen Inersia)
:
r ² dm R2 R1
: 2. . . t r ³ dr R2
4
. t (R1 -R24) . t (R12-R22)( * ( R12+R22) 2
:½* . :½* . R12+R22) :½*m : ½ * 9.465 * (21.5 + 212) : 4274.631 in4 r (jari-jari girasi)
: : 21.25 inch
Dari API RP 2A WSD 2000 Axial tension stress : Berdasarkan hasil perhitungan SACS 5.2, nilai axial tension stress pada member 5W-6G adalah, ft = 7.93 ksi Berdasarkan API RP 2A WSD 2000 pasal 3.2.1, besar tegangan aksial tarik ijin adalah, Ft = 0.6 Fy Ft = 0.6 * 36 Ft = 21.6 ksi Sehingga, ft < Ft ........................... (memenuhi)
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 - Summation of Forces and Moments - Shear and Moment at Mudline Versus Wave Position - Seastate Basic Load Description - Seastate Basic Load Summary - Applied Load Summary - Fixed Degree of Freedom Reaction Summary - Joint Deflections and Rotations - Reaction Forces and Moments - Element Unity Check Report - Member Group Summary
V.4
ANALISIS FATIGUE
Fatigue merupakan kelelahan suatu sistem struktur akibat pembebanan yang berulang-ulang (cyclic loading). Batas dari fatigue (fatigue limit) didefinisikan sebagai tegangan dimana material atau sambungannya dapat menahan beban yang berulang dalam jumlah tertentu, yang nilainya dapat diperoleh dari kurva S-N (Tegangan vs Jumlah siklus pembebanan yang diizinkan). Kekuatan fatigue (fatigue strength) pada struktur adalah tegangan maksimum yang dapat ditahan oleh struktur tanpa mengalami keruntuhan pada frekwensi pembebanan tertentu. Metode yang digunakan untuk perhitungan analisis fatigue adalah metode deterministic, karena perilaku gelombang yang mengenai struktur dianggap harmonis dan gaya serta tegangan yang terjadi dihitung secara statik. Menurut API RP 2A, metode deterministic digunakan pada struktur dengan karakteristik sebagai berikut : Lokasi struktur terletak pada perairan dengan kedalaman kurang dari 400 feet Struktur tidak memilii kekakuan tinggi Frame struktur tidak memiliki redundansi tinggi Selain itu, dalam Tugas Akhir ini lebih menekankan pada analisis inplace yang analisanya lebih menekankan pada kondisi lingkungan yang mempengaruhi struktur jacket khususnya saat kondisi badai. Dari hasil perhitungan SACS 5.2, kita mendapatkan data output berupa tegangan aksial, Y-bending, dan Z-bending pada setiap member yang menyusun struktur jacket. Dari gaya-gaya nominal tersebut, kita masukkan ke dalam perhitungan HSS (Hot Spot Stress) yang didapatkan dari perkalian gaya nominal dengan SCF. Nilai HSS adalah nilai tegangan maksimum yang bekerja pada joint. Dari nilai HSS tersebut, kita masukkan ke dalam kurva S-N untuk mendapatkan nilai N (cyclic). Dari nilai N, dengan hukum Palmgren-Miner dapat ditentukan besarnya kerusakan (D) dari tiap-tiap joint sehingga dapat ditentukan umur kelelahan (tahun) dengan formulasi 1/D untuk masing-masing variasi tinggi dan periode gelombang serta arah pembebanan.
Gambar 5.14 Kurva S-N (API RP 2A WSD 2000)
Secara umum kejadian fatigue dapat diuraikan menjadi 3 bagian yaitu crack awal (initial crack), penyebaran crack (spreading), dan keruntuhan (fracture). Proses fatigue terjadi adalah pada saat chord menyalurkan beban terhadap brace, maka tegangan pada joint tersebut akan mencapai maksimum. Sambungan chord dan brace dilas pada saat proses fabrikasi, dan ketika las pada joint mendingin, terbentuk retak mikro pada ujung-ujung las. Retak mikro yang terjadi akan menyebar pada saat joint dikenai beban tegangan siklik dan akan merekah hingga penampang member tidak mampu lagi untuk mentransfer beban dan terjadilah keruntuhan (fracture). Sambungan tubular yang dikenai beban akan menimbulkan tegangan maksimum (berupa tegangan hot spot) pada sambungan (intersection). Bagian sambungan merupakan bagian yang paling rentan terhadap fatigue. Perbandingan antara tegangan maksimum pada sambungan dengan tegangan nominal disebut dengan Stress Concentration Factor (SCF). Nilai SCF merupakan komponen penting dalam perhitungan fatigue damage karena tegangan yang terjadi pada sambungan tubular tidak menyebar secara merata. Berikut ini adalah hasil akhir perhitungan umur kelelahan pada struktur jacket sesuai dengan arah pembebanan yang dikenakan pada struktur dengan menggunakan program bantu SACS 5.2 : Design Life : 40 tahun Safety Factor : 2 Total Life Ratio : 1,354
15
Dari hasil perhitungan di atas, maka dapat diketahui bahwa umur dari struktur jacket akibat fatigue adalah : = Design Life x Total Life Ratio =
40
x
1,354
= 54.16 tahun.
BAB VI PENUTUP VI.1 KESIMPULAN Adapun kesimpulan yang dapat diperoleh dari berbagai analisis dalam Tugas Akhir dengan judul Design of Jacket Offshore Structure Triangle Type, Under Inplace Analysis (Storm Condition) adalah sebagai berikut : 1. Dengan analisis statis struktur dapat diketahui massa total dari struktur jacket yang dirancang, yaitu sebesar 224.682 Kips (112.341 ton) 2. Selain massa total struktur jacket, dari analisis statis juga dapat diketahui titik berat dari struktur jacket pada koordinat X:13.249 feet; Y:6.795 feet; Z:-60.985 feet, dan dapat diketahui pula pusat daya apung dari struktur jacket pada koordinat X:13.137 feet; Y:6.860 feet; Z:-69.392 feet. 3. Dengan analisis inplace dapat diketahui bahwa jacket yang didesain cukup kuat untuk bertahan pada kondisi badai dengan periode ulang 100 tahun. Hal ini dapat dilihat dari besarnya UC (Unity check) pada setiap joint dan member yang menyusun struktur jacket yang tidak lebih besar daripada 1. 4. Dengan analisis fatigue (kelelahan) dapat diketahui bahwa umur desain dari struktur jacket yang didesain hanya untuk masa operasi kurang lebih 40 tahun untuk safety factor 2. 5. Dengan analisis fatigue (kelelahan) dapat diketahui bahwa umur dari struktur jacket akibat fatigue adalah 54.16 tahun.
16
VI.2 SARAN Setelah melakukan analisa inplace dan fatigue terhadap struktur jacket yang didesain berdasarkan data yang ada dengan menggunakan program SACS 5.2, penulis memberikan beberapa saran antara lain: 1. Perlu memperkenalkan ilmu bangunan lepas pantai lebih dalam di lingkungan Teknik Sipil khususnya mengenai struktur bangunan lepas pantai. 2. Perlu dilakukan studi lebih lanjut mengenai ilmu bangunan lepas pantai didalam analisa yang lebih komplek dengan memperhatikan aspek yang lebih detail lagi. 3. 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
