TUGAS AKHIR
ANALISA RESIKO OPERASIONAL STRUKTUR TERPANCANG BHAKTI SULISTIYONO 4305 100 061
LATAR BELAKANG
Diperlukan bangunan lepas pantai yang menahan beban-beban selama moda operasi
dapat
Terjadi kerusakan pada member-member bangunan lepas pantai bahkan dapat mengakibatkan keruntuhan dan terjadi dibawah umur teknis yang direncanakan sehingga dapat menimbulkan bahaya dan kerugian.
PERUMUSAN MASALAH
Berapa peluang kegagalan struktur akibat kerusakan yang terjadi pada member-member platform pada saat beroperasi akibat beban-beban statis dan beban impact akibat tubrukan supply vessel? Dengan moda kegagalan akibat kombinasi Tekan Aksial dan Bending Member, berapakah kecepatan vessel yang diijinkan bersandar saat terjadi work over rig minimum dan work over rig maksimum ? Berapa tingkat resiko kerusakan struktur pada saat beroperasi sekaligus bagaimana risk management plan untuk meminimalisir resiko yang terjadi akibat kerusakan struktur?
TUJUAN
Untuk mengetahui berapa besar peluang kegagalan struktur akibat kerusakan yang terjadi pada membermember platform pada saat beroperasi akibat beban statis dan beban impact akibat tubrukan supply vessel. mengetahui kecepatan bersandar pada platform
vessel
yang
diijinkan
Mengetahui tingkat resiko platform pada saat beroperasi sekaligus menetapkan risk management plan untuk meminimalisir resiko yang terjadi.
BATASAN MASALAH Berat vessel yang sering bersandar diasumsikan 600 ton Codes yang digunakan dalam perancangan adalah API RP 2A WSD Kecepatan supply vessel diasumsikan sebesar 0.5, 1.0 dan 1.5 knot yaitu kecepatan saat menuju dan meninggalkan platform Tubrukan hanya mengenai kaki jacket / barge bumper Redaman pada fender diabaikan Moda kegagalan dalam analisis hanya satu macam, yaitu kombinasi Tekan Aksial dan Bending Member Analisa resiko hanya dilakukan pada side impact Analisa resiko hanya dilakukan akibat beban rig dan beban impact untuk mendapatkan matriks resiko
Dari hasil
Manfaat Dari analisa statis akan diketahui tingkat kerusakan dan peluang kegagalan dari suatu platform. Dengan meninjau peluang kegagalan desain dan peluang kegagalan struktur akibat beban-beban operasional akan didapatkan berapa kecepatan vessel yang diijinkan bersandar. Mengetahui tingkat resiko dari platform dan langkah-langkah untuk menurunkan tingkat resiko untuk 2 kondisi diatas sampai resiko dapat diterima.
CONT’D... SKENARIO PEMBEBANAN Kondisi operasi dengan work over rig maksimum Saat work over rig maksimum, vessel tidak merapat ke struktur. Saat work over rig maksimum, vessel merapat ke struktur dengan kecepatan 0.5 knot. Saat work over rig maksimum, vessel merapat ke struktur dengan kecepatan 1 knot. Saat work over rig maksimum, vessel merapat ke struktur dengan kecepatan 1.5 knot.
Kondisi operasi dengan work over rig minimum Saat work over rig minimum,vessel tidak merapat ke struktur. Saat work over rig minimum, vessel merapat ke struktur dengan kecepatan 0.5 knot. Saat work over rig minimum, vessel merapat ke struktur dengan kecepatan 1 knot. Saat work over rig minimum, vessel merapat ke struktur dengan kecepatan 1.5 knot.
Matrik beban untuk work over rig maksimum ID SW 11 12 13 14 15 16 17 18 LL MD LL CD Rig Hook CR Moment x Moment z CP EB 1 EB 2 Trans 4 Trans 2 Trans 1 Trans 3 SG 1 SG 2 BB
Description 111 112 Self Weight 1.05 1.05 Enviromental load 35 deg 1 Enviromental load 80 deg 1 Enviromental load 125 deg Enviromental load 170 deg Enviromental load 215 deg Enviromental load 260 deg Enviromental load 305 deg Enviromental load 350 deg Live load cellar deck 1 1 Live load main deck 1 1 Rig + Hook load 0.2 0.2 Crane 1 1 Moment crane x 1 1 Moment crane z 1 1 Catodic protection 1 1 Electrical box 1 1 1 Electrical box 2 1 1 Transformer 4 1 1 Transformer 2 1 1 Transformer 1 1 1 Transformer 3 1 1 Switch gear 1 1 1 Switch gear 2 1 1 Vessel collision 1 1
113 1.05
114 1.05
115 1.05
116 1.05
117 1.05
118 1.05
1 1 1
1 1 1 1 0.2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 0.2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 0.2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 0.2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 0.2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 0.2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Matrik beban untuk work over rig minimum ID SW 11 12 13 14 15 16 17 18 LL MD LL CD Rig Hook CR Moment x Moment z CP EB 1 EB 2 Trans 4 Trans 2 Trans 1 Trans 3 SG 1 SG 2 BB
Description Self Weight Enviromental load 35 deg Enviromental load 80 deg Enviromental load 125 deg Enviromental load 170 deg Enviromental load 215 deg Enviromental load 260 deg Enviromental load 305 deg Enviromental load 350 deg Live load cellar deck Live load main deck Rig + Hook load Crane Moment crane x Moment crane z Catodic protection Electrical box 1 Electrical box 2 Transformer 4 Transformer 2 Transformer 1 Transformer 3 Switch gear 1 Switch gear 2 Vessel collision
111 1.05 1
112 1.05
113 1.05
114 1.05
115 1.05
116 1.05
117 118 1.05 1.05
1 1 1 1
1 1 1 1 0.1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 0.1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 0.1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 0.1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 0.1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 0.1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 0.1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 0.1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
CONT’D... MODA KEGAGALAN Moda kegagalan struktur akibat beban-beban operasional yaitu pada kombinasi Tekan Aksial dan Bending Member yang direpresentasikan dalam Unity Check member (UC) yang berfungsi sebagai variabel acak dan angka 1 sebagai faktor kekuatan atau ketahanan. Jika UC-1 < 0 maka aman UC-1 > 0 maka gagal
Critical Review Perbedaan utama penelitian ini dengan penelitian Rahawari (2009)danSumiwi(2008) Adalah : Pada 2 penelitian sebelumnya beban-beban operasional seperti beban peralatan dan beban rig diabaikan sedangkan pada penelitian ini kedua beban tersebut menjadi perhatian utama serta analisa resiko dan langkah-langkah pengurangan resiko
METODOLOGI Mulai
Studi literatur Pengumpulan data desain platform dan data operasional platform Input beban payload, rig, self weight berdasarkan kriteria API RP 2A WSD
Pemodelan struktur terpancang dengan GT Strudl 27.0
Input impact force akibat tubrukan vessel dari ANSYS LS-DYNA untuk berbagai variasi kecepatan Analisa statis kekuatan struktur akibat beban operasional (Rig) dan akibat tubrukan supply vessel Identifikasi sumber kegagalan struktur pada saat operasi Menghitung peluang kegagalan
A
Input properties dan material properties
CONT’D… A Analisa konsekuensi kegagalan akibat kerusakan struktur
Menghitung resiko kegagalan
Menganalisa tingkat resiko kegagalan akibat kerusakan struktur
Resiko diterima tidak Mitigasi
Ya
selesai
Data utama Berikut ini adalah spesifikasi struktur jacket MSN: 1.Deck: Main deck, Cellar deck, dan Sump pump deck 2.Appurtennances : Boat landing, walkway, anode, conductor,riser 3.Terdiri dari 4 kaki
Data lingkungan 1. Kedalaman perairan 35.30 m 2. Tinggi gelombang 1.98 m, periode 5 detik dengan periode ulang 1 tahunan 3. Kecepatan arus 3.03 m/s konstan disepanjang kedalaman. 4. Ketebalan marine growth diambil 13 mm konstan di sepanjang kedalaman. 5. Kecepatan angin sebesar 41,15 m/s.
Equilibrium check (AKSI = REAKSI) Aksi (lbs) Beban Live load cellar deck Live load main deck Rig + Hook load Crane Moment crane x Moment crane z Catodic protection Self weight Electrical box 1 Electrical box 2 Transformer 4 Transformer 2 Transformer 1 Transformer 3 Switch gear 1 Switch gear 2
Reaksi Y force (lbs)
Y Force (lbs) Joint 1023 joint 1026 795730.9 96231.211 291227.1 1293490 210049.38 436725.8 2353533 231920.69 944766.6 90305.78 3154.5107 -11346.38 4.37E-11 18076.072 17629.76 -2.59E-08 1448.4264 -1570.977 30600 6176.5796 8416.739 1481924 220501.73 498436.8 792.0002 342.24686 203.7249 792 283.379 162.6869 4200 1343.6893 1286.183 3200 1163.1436 840.7197 1670 650.35931 395.4977 9000 3626.1628 2577.469 599.9999 323.49805 227.8551 600.0001 258.97586 292.3308
Joint 1027 302188.16 438706.5 948774.69 39607.355 -17615.74 1619.5924 8859.8359 520072.66 68.857513 118.75851 794.03571 476.47061 207.38042 1026.1444 -8.245156 44.675163
Joint 1028 106084.4141 208007.7969 228070.8438 58890.28906 -18090.0957 -1497.04224 7146.845215 242912.5156 177.1708679 227.1755981 776.0926514 719.6657715 416.7625427 1770.223389 56.8919792 4.0181923
Total reaksi 795730.8 1293489.5 2353532.8 90305.7 -1.95E-03 0 30600 1481923.6 792.0 792.0 4200.0 3199.9 1669.9 8999.9 599.9 600.0
Pemodelan impact Pemodelan geometri barge bumper dan vessel Pemodelan geometri barge bumper berdasarkan data landing platform dengan OD = 0.406 m ID= 0.374 m. Pada pemodelan ini digunakan elemen solid 164, yaitu elemen yang terdiri dari delapan node yang memiliki derajat kebebasan (DOF) di tiap nodenya untuk : translasi, kecepatan, percepatan arah x, y, z. Data vessel yang digunakan dengan spesifikasi utama LOA = 45 m, B = 11.8 m, H= 4.6 m dan T = 3.6 m
Cont’d… Input material properties barge bumper pada LS DYNA Density Young modulus Poison's ratio
7865 2.07E+11 0.27
kg/m3 Pa no unit
Yield stress Tangent modulus Hardening parm Strain rate (c) Strain rate (P) Failure strain
3.10E+08 7.63E+08 1 40 5 1
Pa Pa no unit no unit no unit no unit
Material properties vessel pada LS DYNA Density
7580
Kg/m3
Young's modulus
2.07E0+11
Pa
Poison's ratio
0.27
no unit
Cont’d… Penentuan objek kontak dan target
Input specify load
cont’d.. Input initial velocity LS DYNA pada vessel
Letak kontak dan dent maksimum
Berdasarkan analisa didapatkan dent maksimum sebesar 0.27 m yaitu pada kecepatan 0.77m/s
Analisa dinamis kerusakan landing platform akibat beban impact vessel Dari analisa impact didapatkan dent untuk tiap-tiap kecepatan
cont’d…
•
Dari ketiga grafik diatas dapat dilihat dent maksimum terjadi pada kecepatan 0.77 m/s yaitu sebesar 0.27 m dan ketiga grafik mempunyai kecenderungan yang sama mengikuti trend dari kurva perubahan material plastis. Hal ini sesuai dengan pemilihan jenis dan material propertis pada saat awal pemodelan (plastic kinematic)).
Analisa stress Berikut output stress untuk tiap-tiap kecepatan
Cont’d…
Berdasarkan grafik stress untuk ketiga kecepatan diatas didapatkan • Harga stress terbesar yaitu 1.34E+08 N/m2 untuk kecepatan 0.25 m/s, 1.98E+08 N/m2 untuk kecepatan 0.5 m/s dan 2.32E+08 N/m2 untuk kecepatan 0.77 m/s
Input Force Setelah diketahui harga stress maksimum untuk tiap-tiap kecepatan maka akan dilakukan perhitungan untuk mendapatkan force yang nantinya akan diinputkan pada GT-Strudl. Berdasarkan perhitungan didapatkan harga force sebesar 2.73E+07 N untuk kecepatan vessel 0.25 m/s, 5.47E+07 N untuk kecepatan vessel 0.5 m/s, dan 9.91E+07 N untuk kecepatan vessel 0.77 m/s.
Validasi Dengan mengacu pada persamaan dalam HSE Offshore Technology Report akan dibandingkan besarnya stress yang dihasilkan oleh ANSYS. Rumus HSE : Tabel validasi impact force ANSYS dan HSE Skenario kecepatan (m/s)
contact stiffness ANSYS (N/m)
massa (kg)
HSE (N)
ANSYS (N)
ERROR (%)
0.77
2.02E+10
600000
100301182
99073280
1.230
0.5
1.46E+10
600000
55371473
54711360
1.206
0.25
1.40E+10
600000
27110883
27349400
0.872
Dari tabel diatas dapat dilihat bahwa error terbesar yang terjadi sebesar 1.23 %, yaitu pada kecepatan vessel 0.77 m/s.
Analisa statik struktur akibat beban-beban operasional dan beban impact Berdasarkan analisa statik yang dilakukan didapatkan jumlah member yang mengalami kegagalan untuk tiap-tiap skenario
Jumlah member terbanyak yang mengalami kegagalan terjadi pada kondisi work over rig maksimum dengan kecepatan vessel 0.77 m/s yaitu sebanyak 80 member,.
Cont’d…
Untuk kondisi work over rig minimum sebanyak 60 member yang mengalami kegagalan yaitu pada kecepatan vessel 0.77 m/s Dari kedua grafik diatas dapat disimpulkan bahwa semakin besar kecepatan yang diinputkan maka jumlah member yang mengalami kegagalan akan semakin meningkat.
Cont’d..
Berikut ini salah satu contoh bentuk lendutan yang dialami struktur akibat beban operasional
Y Z
X
Peluang kegagalan Dengan memperhitungkan moda kegagalan serta menggunakan simulasi montecarlo dengan jumlah random number generated sebanyak 10000 maka dapat dihitung peluang kegagalan struktur.
Skenario Kecepatan(m/s)
Pof work over rig maksimum
ID
Pof work over rig minimum
0
0.019
A1
0.010
B1
0.25
0.019
A2
0.014
B2
0.5
0.024
A3
0.016
B3
0.77
0.034
A4
0.026
B4
ID
Cont’d..
Dapat disimpulkan bahwa peluang kegagalan pada member member struktur akibat penambahan beban akan bertambah secara polynomial (orde 2) dan persamaannya menjadi Y (pof) = 0.018 V2 + 0.05 V + 0.01 dan Y (pof) = 0.037 V2 + 0.05 V + 0.019, dimana V adalah kecepatan vessel.
Cont’d… •
Dengan target keandalan = 2 yang setara dengan Pof = 0.0228, selanjutnya akan didapatkan kecepatan vessel yang diijinkan bersandar dengan cara memotongkan garis ke grafik.
•
Setelah memotongkan garis ke grafik peluang kegagalan untuk kondisi work over rig maksimum dan minimum dan membuat garis trendline maka didapatkan kecepatan maksimum vessel yang diijinkan bersandar untuk kedua kondisi tersebut yaitu 0.7 m/s untuk kondisi work over rig minimum dan 0.475 m/s untuk untuk work over rig maksimum.
Matrik resiko •
Matriks resiko yang digunakan merupakan matriks 5x5 dengan komponen PoF dan konsekuensi yang telah ditentukan
•
Untuk Pof diambil dari peluang kegagalan untuk tiap-tiap skenario
•
Konsekuensi kegagalan struktur mengacu pada API RP2A, terutama bila dilihat dari segi kedalamannya, bahwa jacket yang yg dianalisa memiliki konsekuensi kegagalan pada tingkat menengah (L-2 medium consequence).
Cont’d.. Dengan menggunakan pof untuk tiap-tiap skenario dan dengan konsekuensi struktur jacket yang ditinjau termasuk kategori L-2. Maka hasil yang didapat menunjukkan bahwa struktur jacket yang ditinjau masuk dalam kategori high risk atau mempunyai resiko tinggi untuk semua skenario.
tabulasi peluang kegagalan struktur setelah pengurangan beban rig.
Mitigasi
Perhitungan pengurangan frekuensi harus perhitungan pengurangan konsekuensi.
diprioritaskan
sebelum
Hal-hal yang akan dilakukan untuk menurunkan tingkat resiko pada struktur adalah mengurangi beban untuk menurunkan pof dari struktur, dalam hal ini beban yang akan dikurangi adalah beban rig, dikarenakan beban ini merupakan beban yang paling signifikan selama masa operasi.
tabulasi peluang kegagalan struktur setelah pengurangan beban rig.
SKENARIO KECEPATAN (m/s)
POF
KETERANGAN
0
0.00087
R1
0.25
0.004
R2
0.5
0.0091
R3
0.77
0.018
R4
Cont’d.. •
Berdasarkan tabel diatas dapat dilihat bahwa pengurangan beban rig sekaligus tidak adanya vessel yang merapat mengkibatkan peluang kegagalan struktur paling kecil, sehingga peluang kegagalan struktur dapat dikategorikan berada pada level medium risk.
cont’d… •
Dari matriks diatas dapat diketahui bahwa untuk skenario R2 R3 R4 masih berada pada kategori high risk meskipun beban rig sudah dikurangi, hal ini menunjukkan bahwa beban impact masih memberikan dampak yang cukup besar terhadap kegagalan struktur. Sedangkan untuk skenario R1 kategori resiko nya turun dari high risk menjadi kategori medium risk.
Jadi dapat diambil langkah-langkah mitigasi sebagai berikut : • •
Untuk kegiatan rig tidak dilakukan diatas jacket akan tetapi dilakukan diatas jack up. Vessel tidak merapat pada jacket akan tetapi merapat di tongkang atau di work boat, karena pof struktur untuk vessel yang bersandar untuk kecepatan 0.25, 0.5, 0.77 m/s masih berada pada kategori high risk.
Kesimpulan Bahwa peluang kegagalan pada member member struktur akibat penambahan beban akan bertambah secara polynomial (orde 2) dengan trend yang mengikuti persamaan Y (pof) = 0.018 V2 + 0.05 V + 0.01 untuk work over rig minimum dan Y (pof) = 0.037 V2 + 0.05 V + 0.019 untuk work over rig maksimum, dimana V adalah kecepatan vessel.
Kecepatan maksimum vessel yang diijinkan bersandar yaitu 0.7 m/s untuk kondisi work over rig minimum dan 0.475 m/s untuk untuk work over rig maksimum. Bahwa struktur yang dianalisa tergolong dalam kategori high risk untuk semua skenario pembebanan. Metode mitigasi yang dilakukan adalah pengurangan beban sampai resiko dapat diterima yaitu : a) Untuk kegiatan rig tidak dilakukan diatas jacket akan tetapi dilakukan diatas jack up. b) Vessel tidak merapat pada jacket akan tetapi merapat di tongkang atau di work boat, karena pof struktur untuk vessel yang bersandar untuk kecepatan 0.25, 0.5, 0.77 m/s masih berada pada kategori high risk.
Daftar Pustaka Amdahl, J. and Johansen, A. 2001, “High-Energy Ship Collision With Jacket Legs”, Proceedings of the Eleventh (2001) International Offshore and Polar Engineering Conference, June 2001, Pages 373-377. American Bureau of Shipping, 2003, Risk Evaluations for the Classification of Marine-Related Facilities, Houston, USA American Petroleum Institute, 2002, Recommended Practice For Planning and Constructing Fixed Offshore Platform – Working Stress Design , API Recommended Practice 2A (RP 2A) WSD Chakrabarty, S. K., 1987, Hydrodinamics of Offshore Structure, Computational Mechanics Publications Southampton, Boston, USA. Dawson, T. H., 1983, Offshore Structural Engineering, Prentice-Hall Inc. Engelwood Cliffts, New Jersey, USA. Gjerde, P., Parsons S.J., Igbenabor, S.C., 1999, “Assessment of jack-up boat impact analysis methodology”, Marine Structures 12 (1991), Pages 371-401. Hastanto, E. S., 2005, Analisa Ultimate Strenght Struktur Jacket LE Berbasis Keandalan. Jurusan Teknik Kelautan, FTK-ITS, Surabaya.
Cont’d… Health and Safety Executive. 2001.Load. Offshore Technology report 2001/0.13. Kenny, J.P., 1988, “Protection of Offshore Installations Against Impact”, Offshore Technology Information, OTI 88 535. Moan, T.(1983) “Safety of Offshore Structures”, Proc. 4th ICASP Conference, Firenze, Pitagora Editrice. Popov, E. P., 1993, Mekanika Teknik, Penerbit Erlangga, Jakarta. Rahawarin, A.K.,2009, Analisa Keruntuhan Jacket Fixed Platform Akibat Tubrukan Supply Vessel, ITS, Surabaya. Rosyid, D.M., 2007, Pengantar Rekayasa Keandalan, Airlangga University Press, Surabaya. Soedjono, J. J., 1999, Perancangan Sistem Bangunan Laut, Fakultas Teknologi Kelautan, ITS, Surabaya. Sumiwi, A. D., 2009, Respon Dinamis Akibat Benturan Kapal Pada Anjungan Jacket, Tugas Akhir Jurusan Teknik Kelautan; ITS, Surabaya. Visser, W., 2004, Ship collision and capacity of brace member of fixed steel offshore platform, HSE Research report, Netherlands. Yudhistira, 2008, Analisa Kekuatan Ultimate Struktur Jacket LWA Berbasis Resiko dengan MicroSAS, Tugas Akhir Jurusan Teknik Kelautan; ITS, Surabaya.
TERIMA KASIH
