SENSITIVITY ANALYSIS STRUKTUR ANJUNGAN LEPAS PANTAI TERHADAP PENURUNAN DASAR LAUT LAPORAN TUGAS AKHIR
SEBAGAI SALAH SATU SYARAT UNTUK MENYELESAIKAN PENDIDIKAN SARJANA TEKNIK DI PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL
Oleh Andreas Indra G. 150 03 016
Pembimbing Ir. Made Suarjana, MSc, Ph.D.
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
TUGAS AKHIR SENSITIVITY ANALYSIS STRUKTUR ANJUNGAN LEPAS PANTAI TERHADAP PENURUNAN DASAR LAUT
Oleh
ANDREAS INDRA G. 15003016
DISETUJUI Oleh
PEMBIMBING
Ir. MADE SUARJANA, M.Sc, Ph.D. NIP. 131 667 735 MENGETAHUI
KOORDINATOR TUGAS AKHIR KELOMPOK KEPAKARAN REKAYASA STRUKTUR
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL KETUA
Ir. MADE SUARJANA, M.Sc, Ph.D. NIP. 131 667 735
Dr. Ir. HERLIEN DWIARTI SETIO NIP. 131 121 658
BANDUNG, FEBRUARI 2008
KATA PENGANTAR
Puji syukur saya haturkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena berkat rahmatNya tugas akhir ini bisa saya selesaikan. Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan tahap sarjana Program Studi Teknik Sipil Institut Teknologi Bandung.
Banyak pihak yang telah membantu saya dalam menyelesaikan tugas akhir ini. Oleh karena itu, saya ingin mengucapkan terima kasih sedalam-dalamnya kepada: 1. Keluarga saya, terutama ibu dan kakak yang telah memberikan dorongan kuat dalam segala bentuk yang tidak dapat saya sebutkan lagi karena banyaknya. 2. Bapak Ir. Made Suarjana, MSc, Ph.D selaku dosen pembimbing tugas akhir. 3. Bapak Dr. Ir Ananta Sofwan dan Ibu Dr. Ir. Dyah Kusumastuti selaku dosen penguji pada sidang tugas akhir. 4. Ibu Dr. Ir. Herlien D. Setio selaku Ketua Program Studi Teknik Sipil. 5. Para staf Tata Usaha Program Studi Teknik Sipil. 6. Teman-teman
HMS,
terutama
HMS
2003
yang
telah
membantu
menyelesaikan masalah-masalah yang dialami selama mengerjakan tugas akhir ini. 7. Semua pihak yang telah membantu dan tidak bisa disebutkan satu per satu di sini.
Tentunya banyak terdapat kekurangan dalam tugas akhir ini. Untuk itu, saya mohon saran dan kritik membangun untuk menyempurnakan tugas akhir ini. Semoga tugas akhir ini dapat berguna dan memberikan manfaat bagi semua pihak.
Bandung, Februari 2008
Penulis
iv
Thanks to… • •
• • •
•
• • •
•
• • • •
• • •
Tuhan Yang Maha Esa, thanks for all, God. It’s all because of You. Mama yang telah menyekolahkan hingga lulus S1, dan Adri yang telah banyak membantu hingga sekarang. Sudah tak terhitung apa yang telah mereka berikan untukku. Adeku, Inez, tempat curhat, nemenin chatting malem2, selalu ngasih semangat sampai pada detik-detik akhir kelulusan. Pak Made, Dosen pembimbing, atas kesabarannya menghadapi mahasiswa seperti saya, dan akhirnya berbaik hati meluluskan saya. Pak Ananta dan Bu Dyah, Dosen penguji, atas kemurahan hatinya mau memaafkan segala kekacauan saya sewaktu sidang, dan akhirnya meluluskan saya juga. Para dosen Teknik Sipil lain, yang telah banyak memberikan pelajaran baik dalam akademik maupun di luar itu, terutama Pak Bambang Budiono dan Pak Sindur. Pemilik Studmon dan yang TA PHKA3, studmon tempat mengerjakan TA ini. Ana yang telah mengajarkan SACS, Harry 04 dan Dede 04 yang telah membantu mengerjakan TA ini, Joni 04 yang memberikan program SACS. Teman-teman HMS 03 yang telah membantu saya bergabung ke HMS, terutama Didit sang ketua angkatan, Domu sang Korlas T23, dan Power Ranger lainnya secara silih berganti. Berkat kalian, aku bisa masuk HMS dan mendapat banyak pelajaran dari HMS. Teman-teman yang telah membantu saya mempersiapkan sidang dan seminar, juga yang telah memberi semangat kepada saya dalam mengerjakan TA ini, Tibo, Josua, Joly, Binjai, Jendy lp, Edsus Codot, Domu, Amek, Turnip, Ronay de Baroroh, Pak Adjie, duo Sandi. Dokter Yuda, Jimmy 06, dan lainnya. BP HMS 2006/2007. Rangga, Pandu, Nono, Rias, Bembi, Afandi, Reza, Adjie, Rohmat, Didit, Bintang, Anto, Adihow, Lulita, Mery, Hita. Teman-teman maen game, Joly, Codot, Amek, Rdb, Adi Kros, dan PGT lainnya. Partner KP, Lulita. Semua teman-teman HMS 03, sebagai teman maen, teman belajar, teman sependeritaan, semuanya dah. Sori kalo ada yang ga kesebut, buru-buru euy bikinnya. Semua anggota HMS yang telah memberikan banyak pelajaran, baik dalam diskusi, obrolan santai, presentasi, kepanitiaan, maupun kaderisasi. Teman-teman PSM, terutama Novri, Dono, Lona, Lido, Jan, dan anak 2003 lainnya, yang telah memberikan banyak pelajaran selama ini. Panitia Konser 2007, para Kabid, Korsie, dan lainnya. Gara-gara TA ini, sering gue ditinggalkan, tapi untungnya beres juga. Thx buat kerja samanya selama 1 tahun ini.
iv
•
•
Karyawan TU, yang selama ini telah membantu administrasi saya selama kuliah di sini, termasuk permintaan yang mendadak, saat KP dan TA, terutama saat mau sidang yang baru memberikan form 1 jam sebelumnya. Orang-orang lain yang telah membantu dan tidak bisa disebutkan satu per satu di sini.
Terima kasih semuanya, tanpa semuanya ini aku tidak akan bisa jadi seperti sekarang ini.
v
ABSTRAK
SENSITIVITY ANALYSIS STRUKTUR ANJUNGAN LEPAS PANTAI TERHADAP PERUBAHAN KETINGGIAN MUKA AIR LAUT. Andreas Indra G. (15003016), Program Studi Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Teknologi Bandung, 2008. Anjungan lepas pantai dikonstruksi untuk membantu usaha manusia dalam eksploitasi, distribusi, dan pemanfaatan sumber daya alam di laut. Dengan letaknya yang terlepas dari daratan, tentunya suatu platform sangat dipengaruhi oleh kondisi air laut di sekitarnya. Salah satu faktor yang sangat menentukan adalah ketinggian muka air laut. Suatu platform didesain dengan memperhitungkan ketinggian muka air laut ini. Kedalaman suatu platform juga dihitung dari permukaan air laut. Tujuan tugas akhir ini adalah melakukan analisis sensitivitas terhadap anjungan lepas pantai dengan melihat pengaruh berubahnya ketinggian muka air laut terhadap suatu platform. Analisis dilakukan dengan menggunakan program SACS (Structure Analysis Computer System) Metodologi dalam analisis ini dimulai dari data-data platform dan laut. Setelah data-data tersebut didapat, dilakukan pemodelan struktur dan pembebanan dengan menggunakan program SACS. Program SACS ini selanjutnya akan menganalisis platform tersebut dengan analisis in-place, fatigue, seismik. Analisis dilakukan pada tiap berubahnya ketinggian muka air laut. Selanjutnya akan ditinjau perubahan-perubahan yang terjadi pada platform sesuai dengan output analisis yang dilakukan. Pemodelan harus dilakukan dengan teliti dan cermat. Pemahaman yang baik mengenai program akan memudahkan melakukan analisis ini. Perubahan ketinggian muka air laut memberikan pengaruh yang sangat besar terhadap kekuatan tahanan suatu platform. Dengan elevasi muka air laut yang naik, bagian platform yang berada di bawah air laut menjadi lebih besar. Hal ini mengakibatkan beban gelombang dan arus yang semakin besar pula terhadap platform berhubung beban gelombang dan arus berada di bawah muka air laut. Pada analisis fatigue terhadap beberapa ketinggian muka air, ditunjukkan bahwa semakin tinggi muka air laut, maka usia layan struktur semakin pendek. Kata kunci: Sensitivity Analysis, Jacket Template platform, Pile, Dek, Analisis In-place, Analisis Fatigue, Analisis Seismik, Rasio Tegangan Member, Rasio Tegangan Sambungan, Periode Natural, Faktor Keamanan Pile, Usia Layan Fatigue, Mode Shape, Baja Tubular, Conductor.
iii
iii
DAFTAR ISI
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1
LATAR BELAKANG ………………………………………………….. 1-1
1.2
TUJUAN TUGAS AKHIR ……………………………………………... 1-2
1.3
RUANG LINGKUP …………………………………………………….. 1-2
1.4
SISTEMATIKA LAPORAN …………………………………………… 1-5
BAB 2 DASAR TEORI 2.1
SENSITIVITY ANALYSIS ……………………………………………….. 2-1
2.2
FAKTOR DALAM PERENCANAAN ANJUNGAN LEPAS PANTAI 2-1 2.2.1
Faktor Fungsional . ……………………………………………... 2-1
2.2.2
Kondisi Lingkungan ……………………………………………. 2-1
2.2.3
Faktor Pondasi …………………………………………………. 2-1
2.2.4
Faktor Struktural ……………………………………………….. 2-2
2.2.5
Fabrikasi dan Instalasi ………………………………………….. 2-2
2.3 PERENCANAAN PEMBEBANAN …………………………………… 2-2
2.4
2.3.1
Definisi Pembebanan …………………………………………… 2-3
2.3.2
Angin …………………………………………………………… 2-4
2.3.3
Gelombang ……………………………………………………... 2-6
2.3.4
Arus …………………………………………………………….. 2-15
2.3.5
Gaya Apung ……………………………………………………. 2-17
2.3.6
Ketinggian Aman Dek …………………………………………. 2-18
KOMBINASI PEMBEBANAN ……………………………………….. 2-18
2.5 PERENCANAAN STRUKTUR BAJA TUBULAR …………………... 2-19 2.5.1
Baja Struktur …………………………………………………… 2-19
2.5.2
Kriteria Tegangan ……………………………………………… 2-20
2.5.3
Batang Tarik …………………………………………………… 2-20
2.5.4
Batang Tekan …………………………………………………... 2-21
2.5.5
Batang Lentur ………………………………………………….. 2-24
vi
2.5.6
Kombinasi Beban Lentur dan Aksial ………………………….. 2-24
2.5.7
Tarik Aksial dan Tekanan Hidrostatis …………………………. 2-26
2.5.8
Tekan Aksial dan Tekanan Hidrostatis ………………………… 2-27
2.6 SAMBUNGAN BAJA TUBULAR …………………………………… 2-28
2.7
2.6.1
Sambungan Sederhana ………………………………………… 2-28
2.6.2
Penyaluran Beban Melintasi Chord …………………………… 2-32
PONDASI PILE ……………………………………………………… 2-33 2.7.1
Umum ………………………………………………………….. 2-33
2.7.2
Kekakuan Tanah ……………………………………………….. 2-34
2.7.3
Kapasitas Aksial Pile …………………………………………… 2-36
2.8 ANALISIS IN-PLACE ………………………………………………... 2-35 2.8.1
Rasio Tegangan Member ………………………………………. 2-36
2.8.2
Joint Punching Shear Check …………………………………… 2-36
2.8.3
Faktor Keamanan Pile …………………………………………. 2-36
2.8.4
Periode Natural Struktur ……………………………………….. 2-37
2.9 ANALISIS FATIGUE …………………………………………………. 2-37 2.9.1
Kurva S-N ……………………………………………………… 2-38
2.9.2
Aturan Miner …………………………………………………… 2-41
2.9.3
Stress Concentration Factor …………………………………….2-42
2.9.4
Dynamic Amplification Factor …………………………………. 2-42
2.9.5 JONSWAP Spektra …………………………………………….. 2-44 2.9.6
Metode Analisis Fatigue ……………………………………….. 2-45
2.10 ANALISIS SEISMIK ………………………………………………….. 2-48 2.10.1 Strength Level ………………………………………………….. 2-50 2.10.2 Ductility Level …………………………………………………. 2-51 2.10.3 Respon Spektra ………………………………………………… 2-51
BAB 3 DESKRIPSI KASUS 3.1
UMUM …………………………………………………………………. 3-1
3.2
DESKRIPSI PLATFORM ……………………………………………... 3-1 3.2.1
Jacket dan Pile ………………………………………………….. 3-1
vii
3.3
3.2.2
Dek ……………………………………………………………… 3-2
3.2.3
Appartenances …………………………………………………... 3-2
PARAMETER DESAIN ………………………………………………... 3-3 3.3.1
Usia Layan ……………………………………………………… 3-3
3.3.2
Kedalaman Air ………………………………………………….. 3-3
3.3.3
Gelombang ……………………………………………………… 3-4
3.3.4
Arus ……………………………………………………………... 3-4
3.3.5
Wave Kinematic Factor dan Current Blockage Factor …………. 3-5
3.3.6
Koefisien Seret (Cd) dan Koefisien Inersia (Cm) ………………. 3-5
3.3.7
Pertumbuhan Biota Laut (Marine Growth) ……………………... 3-5
3.3.8
Angin ……………………………………………………………. 3-5
3.3.9
Jarak Bebas (Air Gap) …………………………………………... 3-6
3.3.10 Peak Ground Acceleration (PGA) ………………………………. 3-6 3.3.11 Data Tanah ………………………………………………………. 3-6 3.3.12 Data Kejadian Gelombang ………………………………………. 3-6 3.3.13 Data Material ……………………………………………………. 3-7 3.4
PEMBEBANAN ………………………………………………………… 3-7 3.4.1
Beban Mati ……………………………………………………… 3-7
3.4.2
Beban Lingkungan ……………………………………………… 3-9
BAB 4 PEMODELAN 4.1
PENDAHULUAN ………………………………………………………. 4-1
4.2
PENJELASAN SINGKAT PROGRAM ………………………………... 4-3
4.3
PEMODELAN DEK ……………………………………………………. 4-5
4.4
4.5 4.5.1
4.3.1
Acuan Pemodelan ……………………………………………….. 4-5
4.3.2
Model Dek ………………………………………………………. 4-6
PEMODELAN JACKET ………………………………………………... 4-7 4.4.1
Acuan Pemodelan ……………………………………………….. 4-7
4.4.2
Model Jacket …………………………………………………….. 4-8
PEMODELAN STRUKTUR TAMBAHAN ……………………………4-11 Well Conductor ……………………………………………………….. 4-11
viii
4.5.2
Pemodelan Riser dan Flexible Static ………………………………… 4-11
4.5.3
Pemodelan Boat Landing ……………………………………………. 4-12
4.6
4.7
4.8
4.9
PEMODELAN PEMBEBANAN ……………………………………… 4-12 4.6.1
Berat Sendiri Struktur …………………………………………. 4-12
4.6.2
Beban Dek ……………………………………………………... 4-12
4.6.3
Beban Marine Growth …………………………………………. 4-12
4.6.4
Beban Angin …………………………………………………… 4-13
4.6.5
Beban Arus dan Gelombang …………………………………… 4-13
4.6.6
Modifikasi Koefisien Seret (Cd) dan Koefisien Inersia (Cm) …. 4-14
PROSEDUR ANALISIS IN-PLACE ………………………………….. 4-14 4.7.1
Kondisi Pembebanan …………………………………………... 4-15
4.7.2
Input SACS untuk Analisis In-place …………………………… 4-16
4.7.3
Periode Natural Kondisi Operasional dan Kondisi Ekstrem ….... 4-17
PROSEDUR ANALISIS SEISMIK …………………………………… 4-19 4.8.1
Linearisasi Pondasi …………………………………………….. 4-20
4.8.2
Analisis Modal …………………………………………………. 4-20
4.8.3
Respon Dinamik ……………………………………………….. 4-21
PROSEDUR ANALISIS FATIGUE …………………………………... 4-22 4.9.1
Linearisasi Pondasi …………………………………………….. 4-22
4.9.2
Analisis Modal …………………………………………………. 4-23
4.9.3
Pengolahan Data Gelombang ………………………………….. 4-24
4.9.4
Perhitungan Kerusakan Fatigue ………………………………... 4-25
BAB 5 ANALISIS HASIL 5.1
5.2
ANALISIS HASIL IN-PLACE ………………………………………...
5-1
5.1.1
Rasio Tegangan Member ………………………………………. 5-1
5.1.2
Rasio Tegangan Sambungan Tubular ………………………….. 5-4
5.1.3
Faktor Keamanan Pile ………………………………………….. 5-7
5.1.4
Periode Natural ………………………………………………… 5-9
ANALISIS HASIL SEISMIK …………………………………………. 5-10 5.2.1
Rasio Tegangan Member ………………………………………. 5-11
ix
5.3
5.2.2
Rasio Tegangan Sambungan Tubular ………………………….. 5-14
5.2.3
Faktor Keamanan Pile ………………………………………….. 5-17
5.2.4
Base Shear ……………………………………………………… 5-19
5.2.5
Periode Natural ………………………………………………… 5-19
ANALISIS HASIL FATIGUE ………………………………………… 5-20 5.3.1
Periode Natural ………………………………………………… 5-20
5.3.2
Usia Layan Fatigue …………………………………………….. 5-20
BAB 6 KESIMPULAN DAN SARAN 6.1
KESIMPULAN …………………………………………………………. 6-1
6.2
SARAN …………………………………………………………………. 6-2
x
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1
Jacket Template Platform ……………………………………
1-2
Gambar 2.1
Kinematika Gelombang 2 Dimensi ………………………….
2-7
Gambar 2.2
Grafik Penentuan Tapp ……………………………………….
2-9
Gambar 2.3
Grafik Pemilihan Teori Gelombang ………………………… 2-10
Gambar 2.4
Gaya Gelombang pada Silinder Tegak ……………………… 2-11
Gambar 2.5
Pembagian Segmen Gaya Gelombang …………………….... 2-13
Gambar 2.6
Distribusi Beban Arus ………………………………………. 2-16
Gambar 2.7
Diagram Perhitungan Arus dan Gelombang ………………… 2-16
Gambar 2.8
Tipe-tipe Sambungan Tubular ................................................. 2-28
Gambar 2.9
Detail Sambungan Sederhana .................................................. 2-29
Gambar 2.10 Gaya Aksial Nominal, Lentur In-plane, Lentur Out of Plane . 2-32 Gambar 2.11 Kekakuan Secant dan Kekakuan Tangent ................................ 2-36 Gambar 2.12 Kurva S-N Berdasarkan API ................................................... 2-39 Gambar 2.13 Las dengan Profil Kontrol dan Tanpa Profil Kontrol .............. 2-40 Gambar 2.14 Lokasi Tegangan Hot Spot ...................................................... 2-42 Gambar 2.15 Pengaruh DAF pada Struktur .................................................. 2-43 Gambar 2.16 Spektra Gelombang JONSWAP ............................................. 2-44 Gambar 2.17 Prosedur Analisis Seismik ...................................................... 2-52 Gambar 4.1
Diagram Alir Analisis SACS ..................................................
4-1
Gambar 4.2
Model Dek 2 Dimensi pada Elevasi (+)44 ft ..........................
4-6
Gambar 4.3
Model Dek 2 Dimensi pada Elevasi (+)24.25 ft .....................
4-7
Gambar 4.4
Jacket Row 1 ...........................................................................
4-8
Gambar 4.5
Jacket Row 2 ...........................................................................
4-8
Gambar 4.6
Tampak Atas EL(+) 10 ft ........................................................
4-9
Gambar 4.7
Tampak Atas EL(-) 24 ft .........................................................
4-9
Gambar 4.8
Tampak Atas EL(-) 64 ft ......................................................... 4-10
Gambar 4.9
Tampak Atas EL(-) 89 ft ......................................................... 4-10
xi
.
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Faktor Panjang Efektif …………………………………………… 2-23 Tabel 2.2 Nilai Qq …………………………………………………………... 2-31 Tabel 2.3 Nilai Qu …………………………………………………………... 2-33 Tabel 3.1 Kedalaman Air …………………………………………………… 3-4 Tabel 3.2 Data Gelombang In-place ………………………………………... 3-4 Tabel 3.3 Data Arus ………………………………………………………… 3-5 Tabel 3.4 Koefisien Seret (Cd) dan Koefisien Inersia (Cm) ………………... 3-5 Tabel 3.5 Data Angin ……………………………………………………….. 3-5 Tabel 3.6 Peak Ground Acceleration ……………………………………….. 3-6 Tabel 3.7 Data Kejadian Gelombang ……………………………………….. 3-7 Tabel 3.8 Data Angin Desain ……………………………………………….. 3-10 Tabel 4.1 Basic Loads ………………………………………………………. 4-15 Tabel 5.1 Rasio Tegangan Maksimum Member Kondisi Operasional ……... 5-1 Tabel 5.2 Rasio Tegangan Maksimum Member Kondisi Ekstrem …………. 5-3 Tabel 5.3 Rasio Tegangan Maksimum Sambungan Kondisi Operisional …… 5-5 Tabel 5.4 Rasio Tegangan Maksimum Sambungan Kondisi Ekstrem ………. 5-6 Tabel 5.5 Rasio Tegangan Maksimum Pile Kondisi Operasional .................... 5-7 Tabel 5.6 Faktor Keamanan Pile Kondisi Operasional ……………………… 5-7 Tabel 5.7 Rasio Tegangan Maksimum Pile Kondisi Ekstrem ......................... 5-8 Tabel 5.8 Faktor Keamanan Pile Kondisi Ekstrem ………………………….. 5-8 Tabel 5.9 Periode Natural pada Analisis In-place …………………………… 5-9 Tabel 5.10 Rasio Tegangan Maksimum Member Strength Level Seismik ...... 5-10 Tabel 5.11 Rasio Tegangan Maksimum Member Ductility Level Seismik …. 5-13 Tabel 5.12 Rasio Tegangan Maksimum Sambungan Strength Level Seismik... 5-15 Tabel 5.13 Rasio Tegangan Maksimum Sambungan Ductility Level Seismik .. 5-16 Tabel 5.14 Rasio Tegangan Pile Strength Level Seismik ................................. 5-17 Tabel 5.15 Faktor Keamanan Pile Strength Level .......………………………. 5-18 Tabel 5.16 Base Shear Akibat Gempa .................. …………………………... 5-19
xiii
Tabel 5.17 Periode Natural Analisis Seismik ................................................... 5-20 Tabel 5.18 Periode Natural Analisis Fatigue .................................................... 5-20 Tabel 5.19 Perbedaan Usia Layan Fatigue ....................................................... 5-22
xiv
