Analisa Umur Kelelahan Sambungan Kaki Jack-Up Dengan Mudmat Pada Maleo MOPU Dengan Pendekatan Fracture Mechanics

(1)

Analisa Umur Kelelahan Sambungan Kaki Jack-Up

Dengan Mudmat Pada Maleo MOPU Dengan

Pendekatan Fracture Mechanics

Tugas Akhir (MO 091336)

Abi Latiful Hakim

4308 100 054

Dosen Pembimbing:

1. Prof. Dr. Ir. Eko B. Djatmiko, MSc.

2. Murdjito, MSc.Eng.

Jurusan Teknik Kelautan

Fakultas Teknologi Kelautan

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

2012

(2)

Daftar Isi

Latar Belakang

Rumusan Masalah

Tujuan

Manfaat

Batasan Masalah

Dasar Teori

Analisis dan Pembahasan

Daftar Pustaka

(3)

Latar Belakang

• Maleo MOPU, Maleo field

• dibangun 1978 dengan nama Cliff’s10 Jack Up,

Beaumont Texas Yard

• 2006 berubah fungsi pengeboran



_produksi

•Agustus 2010, ditemukan retakan pada sambungan antara mudmat

dengan kaki jack-up, terutama pada gusset plate di kaki jack-up 1.

(4)

Latar Belakang (cont…)

• Posisi Gusset plate

Leg 1

Leg 2

(5)

Latar Belakang (cont…)

• Posisi Gusset plate

pada Leg 1

(6)

(7)

Rumusan Masalah

• Berapa nilai stress intensity factor pada sambungan kaki

Jack-Up dengan mudmat?

• Kriteria apakah yang menentukan kegagalan retak fatigue,

retak menembus ketebalan atau retak kritis?

(8)

Tujuan

• Untuk mengetahui nilai stress intensity factor pada

sambungan kaki Jack-Up dengan mudmat.

• Untuk mengetahui kriteria kegagalan retak fatigue yang

terjadi, akibat retak menembus kegagalan atau retak kritis.

• Mengetahui sisa umur sambungan tersebut.

(9)

Manfaat

Dari hasil analisa studi kasus ini diharapkan dapat diketahui stress

intensity factor, arah perambatan retak yang terjadi, dan sisa umur pada

sambungan kaki Jack-Up dengan mudmat. Data yang didapatkan dapat

digunakan sebagai bahan pertimbangan langkah selanjutnya untuk

perbaikan.

(10)

Batasan Masalah

• Jenis struktur yang dianalisa adalah kaki Jack-Up dengan jumlah

kaki 3.

• Footing kaki pada Jack-Up berupa mudmat berbentuk huruf “A”.

• Analisa mengacu pada standar yang berlaku yaitu API RP2A WSD,

AISC 9

th

_{Ed., DNV-RP-C203, dan DNV-RP-C206.}

• Beban yang bekerja pada struktur adalah beban vertikal (beban

struktur sendiri dan peralatan) dan beban lateral (beban

gelombang).

• Jenis retak yang dianalisa adalah through thickness crack.

• Studi kasus ini menggunakan pendekatan Linear Elastic Fracture

(11)

Metodologi Penelitian

MULAI (1) _Studi Literatur (2) _Pengumpulan Data (3) _{Pembuatan model} global

(4)_{Pembuatan model lokal}

(joint leg dengan mudmat)

Validasi dengan hasil

inspeksi letak crack tidak ya Inspection report Agustus 2010 Leg member forces

(5)_{Pembuatan model sub-lokal}

(joint leg dengan mudmat) Tegangan di ujung retakan

(12)

Metodologi Penelitian

(6.1)

_{Perhitungan Stress Intensity}

Factor (SIF)

Kecepatan Rambat Retak

(6.2)

Parameter

_Retak

(7)

_{Perhitungan Umur Struktur}

Pembahasan

Selesai

(13)

Pengumpulan Data

Data Geometri Struktur

i. Mudmat

Mudmat Jack-Up ini seperti barge berbentuk huruf “A” dengan

ukuran 64 m × 51.82 m × 3 m.

Ketebalan pelat pada mudmat mulai dari 9.53 mm hingga 31.75 mm.

ii. Kaki Jack-Up

Berbentuk kolom silinder dengan OD 3.6 m.

Panjang kaki dari dasar mudmat 95.1 m (sebelum dikonversi) dan 86

m (setelah dikonversi)

Ketebalan bervarisai antara 28.58 mm hingga 76.2 mm.

Sambungan antara kaki dengan mudmat berupa gusset plate.

iii. Deck Jack-Up

Deck berbentuk menyerupai barge dengan ukuran panjang 53.6 m,

lebar 40.23 dan tinggi 6.1 m.

(14)

Pengumpulan Data (cont…)

(15)

Pengumpulan Data (cont…)

(16)

Pengumpulan Data (cont…)

(17)

Pengumpulan Data (cont…)

Data Lingkungan

1 year - Operating

Condition

100 year - Extreme

Condition

(m)

LAT (MSL)

-1.38

HAT (MSL)

1.29

1.29 MHWS (MSL)

1.05

1.05 Storm surge

0.03

0.13

(18)

Pengumpulan Data (cont…)

Data Lingkungan

N

NE

E

SE

S

SW

W

NW

Total

0.00 - 0.25 59.465.520 9.379.978 3.874.815 60.066.157 34.733.080 10.342.202 127.504.454 82.113.270 387.499.476

0.25 - 0.50 14.283.890 513.755

2.029.626 9.092.393 1.528.540 166.812

54.896.494 21.702.054 104.213.565

0.50 - 0.75 4.356.970 92.215

1.286.625 3.575.863 294.870

21.602 29.250.464 7.744.397 46.623.006

0.75 - 1.00 1.241.450 28.665

882.656 1.685.476 80.150

8.732 16.232.044 3.353.191 23.512.364

1.00 - 1.25 311.240

11.165

622.227

789.433

24.080

3.572 9.292.314 1.619.589 12.673.600

1.25 - 1.50 75.370

3.605

437.276

348.101

9.260

1.812 5.404.954 814.908

7.095.286 1.50 - 1.75 19.460

715

295.824

144.681

3.300

642 3.177.624 422.218

4.064.464 1.75 - 2.00 6.180

1.932

197.203

57.810

1.410

820 1.876.944 221.077

2.363.376 2.00 - 2.25 2.040

1.654

126.322

21.600

290

650 1.122.104 115.407

1.390.067 2.25 - 2.50 900

1.376

79.225

7.950

293

310

675.864

58.487

824.405 2.50 - 2.75 314

1.098

48.576

2.820

120

266

400.814

28.847

482.855 2.75 - 3.00 104

820

29.030

1.180

103

222

250.114

14.317

295.890 3.00 - 3.25 45

751

16.299

245

85

178

152.934

6.217

176.754 3.25 - 3.50 10

683

9.913

10

50

134

93.964

2.957

107.721 3.50 - 3.75 8

614

5.646

1

38

90

57.004

1.107

64.508 3.75 - 4.00 5

546

3.008

20

70

35.174

865

39.688 4.00 - 4.25 3

477

1.930

1

50

21.704

530

24.695 4.25 - 4.50 1

409

1.683

28

13.110

380

15.611 4.50 - 4.75

340

1.435

10

7.914

203

9.902 4.75 - 5.00

286

1.188

8

4.984

25

6.491 5.00 - 5.25

232

940

6

3.214

13

4.405 5.25 - 5.50

178

820

3

2.134

1

3.136 5.50 - 5.75

124

700

1

1.414

2.239 5.75 - 6.00

70

580

854

1.504 6.00 - 6.25

53

460

484

997 6.25 - 6.50

36

340

312

688 6.50 - 6.75

15

220

164

399 6.75 - 7.00

7

100

131

238 7.00 - 7.25

1

83

116

200 7.25 - 7.50

65

92

157 7.50 - 7.75

47

68

115 7.75 - 8.00

30

44

74 8.00 - .25

19

20

39 8.25 - 8.50

10

15

25 8.50 - 8.75

6

10

16 8.75 - 9.00

1

7

8 9.00 - 9.25

4

4 9.25 - 9.50

1

1 Total

79.763.510 10.041.800

9.954.928 75.793.720 36.675.690 10.548.220 250.480.060 118.220.060 591.497.969

Wave Height

(19)

Pengumpulan Data (cont…)

Data Lingkungan

N

NE

E

SE

S

SW

W

NW

Total

0.00 - 0.25 59.465.520 9.379.978

3.874.815 60.066.157 34.733.080 10.342.202 127.504.454 82.113.270 387.499.476

0.25 - 0.50 14.283.890 513.755

2.029.626

9.092.393

1.528.540

166.812 54.896.494 21.702.054 104.213.565

0.50 - 0.75 4.356.970

92.215

1.286.625

3.575.863

294.870

21.602 29.250.464 7.744.397

46.623.006 0.75 - 1.00 1.241.450

28.665

882.656

1.685.476

80.150

8.732 16.232.044 3.353.191

23.512.364 1.00 - 1.25 311.240

11.165

622.227

789.433

24.080

3.572

9.292.314

1.619.589

12.673.600 1.25 - 1.50 75.370

3.605

437.276

348.101

9.260

1.812

5.404.954

814.908

7.095.286 1.50 - 1.75 19.460

715

295.824

144.681

3.300

642

3.177.624

422.218

4.064.464 1.75 - 2.00 6.180

1.932

197.203

57.810

1.410

820

1.876.944

221.077

2.363.376 2.00 - 2.25 2.040

1.654

126.322

21.600

290

650

1.122.104

115.407

1.390.067 2.25 - 2.50 900

1.376

79.225

7.950

293

310

675.864

58.487

824.405 2.50 - 2.75 314

1.098

48.576

2.820

120

266

400.814

28.847

482.855 2.75 - 3.00 104

820

29.030

1.180

103

222

250.114

14.317

295.890 3.00 - 3.25 45

751

16.299

245

85

178

152.934

6.217

176.754 3.25 - 3.50 10

683

9.913

10

50

134

93.964

2.957

107.721 3.50 - 3.75 8

614

5.646

1

38

90

57.004

1.107

64.508 3.75 - 4.00 5

546

3.008

20

70

35.174

865

39.688 4.00 - 4.25 3

477

1.930

1

50

21.704

530

24.695 4.25 - 4.50 1

409

1.683

28

13.110

380

15.611 4.50 - 4.75

340

1.435

10

7.914

203

9.902 4.75 - 5.00

286

1.188

8

4.984

25

6.491 5.00 - 5.25

232

940

6

3.214

13

4.405 5.25 - 5.50

178

820

3

2.134

1

3.136 5.50 - 5.75

124

700

1

1.414

2.239 5.75 - 6.00

70

580

854

1.504 6.00 - 6.25

53

460

484

997 6.25 - 6.50

36

340

312

688 6.50 - 6.75

15

220

164

399 6.75 - 7.00

7

100

131

238 7.00 - 7.25

1

83

116

200 7.25 - 7.50

65

92

157 7.50 - 7.75

47

68

115 7.75 - 8.00

30

44

74 8.00 - .25

19

20

39 8.25 - 8.50

10

15

25 8.50 - 8.75

6

10

16 8.75 - 9.00

1

7

8 9.00 - 9.25

4

4 9.25 - 9.50

1

1 Total

79.763.510

10.041.800

9.954.928

75.793.720

36.675.690 10.548.220 250.480.060 118.220.060 591.497.969

Wave Height

(m)

(20)

Pengumpulan Data (cont…)

Arah pembebanan Lingkungan

TO WEST LEG 1

(21)

Pengumpulan Data (cont…)

(22)

(23)

Pemodelan Global

El (-) 56.501 El (+) 14.531 El (+) 19.560 El (+) 25.618 El (+) 29.701 El (-) 53.415

(24)

Pemodelan Global

Basic Load

LOAD CASE NO. JENIS BEBAN

100 SELFWEIGHT

310 UPPERDECK

320 TOPSIDE JACK HOUSE

330 MISCELLANEOUS TOPSIDE STEEL

340 EQUIPMENT

350 HELIDECK

400 PERPIPAAN

500 HIDUP

600 RISERS AND J-TUBE

700 CRANE

(25)

Pemodelan Global

Basic Load

902 WAVE H = 0.25 m AT 270 DEG (TO WEST)

905 WAVE H = 1 m AT 270 DEG (TO WEST)

907 WAVE H = 1.5 AT 270 DEG (TO WEST)

908 WAVE H = 1.75 AT 270 DEG (TO WEST)

(26)

Pemodelan Global

Basic Load

(27)

Pemodelan Global

Combine Load

LOAD LABEL KETERANGAN

1001 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur

1002 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 0.25 m 1003 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 0.5 m 1004 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 0.75 m 1005 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 1 m 1006 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 1.25 m 1007 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 1.5 m 1008 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 1.75 m 1009 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 2 m 1010 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 2.25 m 1011 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 2.5 m 1012 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 2.75 m 1013 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 3 m 1014 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 3.25 m 1015 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 3.5 m 1016 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 3.75 m 1017 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 4 m 1018 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 4.25 m

(28)

Pemodelan Global

Combine Load

1019 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 4.5 m 1020 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 4.75 m 1021 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 5 m 1022 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 5.25 m 1023 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 5.5 m 1024 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 5.75 m 1025 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 6 m 1026 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 6.25 m 1027 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 6.5 m 1028 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 6.75 m 1029 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 7 m 1030 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 7.25 m 1031 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 7.5 m 1032 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 7.75 m 1033 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 8 m 1034 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 8.25 m 1035 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 8.5 m 1036 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 8.75 m 1037 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 9 m 1038 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 9.25 m 1039 Gabungan dari semua beban yang berada dideck struktur + beban gelombang arah barat dengan H = 9.5 m

(29)

Output Running Global

End Member Force Leg 1

MEMBER NUMBER

Member end GROUP ID LOAD _CASE FORCE (X)

FORCE (Y) FORCE (Z) MOMENT (X) MOMENT (Y) MOMENT (Z) KN KN-M 10P3-10P1 10P1 LG2 1001 -13584,06 402,84 -993,48 -10,05 -12506,25 3272,68 1002 -13580,02 406,97 -982 -9,84 -12396,6 3417,52 1003 -13575,98 411,1 -970,49 -9,62 -12286,89 3562,53 1004 -13571,94 415,24 -958,96 -9,4 -12177,06 3707,81 1005 -13567,87 419,41 -947,35 -9,18 -12066,6 3854,01 1006 -13563,84 423,54 -935,84 -8,97 -11957,16 3998,96 1007 -13559,79 427,7 -924,24 -8,75 -11847,12 4144,8 1008 -13555,74 431,85 -912,66 -8,53 -11737,32 4290,43 1009 -13551,64 436,06 -900,89 -8,31 -11625,85 4438,37 1010 -13547,6 440,21 -889,31 -8,09 -11516,32 4583,84 1011 -13543,57 444,36 -877,71 -7,87 -11406,84 4729,36 1012 -13539,53 448,51 -866,11 -7,66 -11297,39 4874,95 1013 -13535,5 452,66 -854,49 -7,44 -11187,99 5020,59 1014 -13531,46 456,81 -842,87 -7,22 -11078,65 5166,25 1015 -13526,91 461,43 -828,84 -6,98 -10952,09 5328,4 1016 -13522,92 465,54 -817,25 -6,76 -10843,73 5472,58 1017 -13518,83 469,75 -805,36 -6,54 -10732,75 5620,37 1018 -13514,75 473,96 -793,47 -6,32 -10621,92 5768,11

(30)

Output Running Global

End Member Force Leg 1

MEMBER NUMBER

Member end GROUP ID LOAD CASE FORCE (X) FORCE (Y) FORCE (Z)

MOMENT (X) MOMENT (Y) MOMENT (Z) KN KN-M 10P3-10P1 10P1 LG2 1019 -13510,77 478,06 -781,88 -6,11 -10514,03 5912,06 1020 -13506,69 482,27 -770 -5,88 -10403,55 6059,6 1021 -13502,72 486,36 -758,42 -5,67 -10296,04 6203,32 1022 -13498,66 490,56 -746,54 -5,45 -10186 6350,57 1023 -13494,7 494,65 -734,98 -5,24 -10078,93 6493,97 1024 -13490,65 498,83 -723,12 -5,02 -9969,37 6640,83 1025 -13486,7 502,9 -711,58 -4,8 -9862,83 6783,79 1026 -13482,77 506,97 -700,05 -4,59 -9756,57 6926,52 1027 -13478,84 511,03 -688,53 -4,37 -9650,64 7068,95 1028 -13473,98 515,93 -672,62 -4,12 -9513,88 7240,97 1029 -13470,01 520,04 -660,9 -3,9 -9406,8 7384,89 1030 -13466,05 524,13 -649,21 -3,69 -9300,11 7528,47 1031 -13462,2 528,11 -637,84 -3,48 -9196,52 7668,05 1032 -13458,26 532,18 -626,19 -3,26 -9090,61 7810,95 1033 -13454,43 536,14 -614,88 -3,06 -8987,81 7949,82 1034 -13450,52 540,18 -603,29 -2,84 -8882,78 8091,92 1035 -13446,71 544,12 -592,04 -2,64 -8780,96 8229,89 1036 -13442,92 548,04 -580,82 -2,43 -8679,64 8367,38 1037 -13437,95 553,02 -563,99 -2,17 -8539,42 8542,29 1038 -13434,12 556,97 -552,61 -1,96 -8437,25 8681 1039 -13430,31 560,91 -541,27 -1,76 -8335,67 8819,17

(31)

Pemodelan Lokal

1

X

Y

Z

MODEL JOINT LEG MUDMAT

JUL 2 2012 04:07:17 ELEMENTS

(32)

Pemodelan Sub-Lokal

1 JUL 2 2012 05:14:06 ELEMENTS 1 JUL 2 2012 05:14:26 ELEMENTS

(33)

Perhitungan Parameter keretakan

Gambar di atas adalah gambar 3 mode keretakan.

Dalam Studi kasus kali ini menggunakan batasan

bahwa mode retakan yang terjadi adalah moda 1

(34)

Perhitungan Parameter keretakan

Menurut Almar-Naess (1985), tegangan dan displasemen pada

setiap titik dekat dengan retakan dapat diturunkan berdasar

teori elastisitas dan fungsi kompleks tegangan. Tegangan elastis

dekat titik retakan (r/a<<1) untuk moda I adalah:

]

2

3 sin

2 sin

1 [

2 cos

2 











r

KI

y

]

2

3 sin

2 sin

1 [

2 cos

2 











r

KI

x

]

2

3 cos

2 cos

2 sin

2 







r

KI

xy



(35)

Perhitungan Kecepatan perambatan keretakan

Masing-masing kombinasi pembebanan akan menghasilkan

nilai K.

Dari selisih nilai K akan didapatkan nilai

ΔK

Dari nilai

ΔK inilah didapatkan nilai dari

dA/dN

da/dN = C (ΔK)m

• C dan m didapatkan dari jenis material

• Material yang digunakan dalam Tugas Akhir ini yaitu

ASTM A514

(36)

(37)

Perhitungan Umur Kelelahan Struktur

Hasil perhitungan perambatan retak ini umumnya ditunjukkan sebagai

umur kelelahan dari struktur yang ditinjau. Dengan memberikan

masukan berupa besar retak awal dan retak akhir akan diketahui

jumlah batas siklus yang masih aman dengan mengintegralkan

persamaan laju keretakan berikut (Almar-Naess,1985):

dimana :

da

: pertambahan panjang retak

dN

: pertambahan jumlah cycle dari beban

af

: panjang retak setelah pembebanan

ao

: panjang retak pada waktu permulaan

(38)

Analisis dan Pembahasan

Analisis Pemodelan Global

Beban-beban yang diinputkan dalam pemodelan global ini yaitu

beban-beban yang bekerja pada struktur jack-up baik itu beban mati,

beban hidup, maupun beban lingkungan.

Analisa pada setiap element menggunakan standard WSD AISC 9

th

dan API 21

st

_{. Dalam pembebanan model global ini digunakan 39}

beban kombinasi disesuaikan dengan tinggi gelombang yang terjadi

(39)

Analisis dan Pembahasan

Analisis Pemodelan Global

Dari masing-masing beban kombinasi akan didapatkan gaya dan

momen di setiap kaki jack-up. Berdasarkan hasil laporan inspeksi

diketahui bahwa keretakan terbesar terjadi pada leg 1, oleh karena itu

untuk analisa selanjutnya yang ditinjau hanyalah leg 1. Hasil running

pemodelan global yang akan digunakan sebagai data input dalam

analisa selanjutnya (analisa lokal) yaitu member forces.

(40)

Analisis dan Pembahasan

Analisis Pemodelan Global

MEMBER NUMBER Member end GROUP ID LOAD CASE FORCE (X) FORCE

(Y) FORCE (Z) MOMENT (X)

MOMENT (Y) MOMENT (Z) KN KN-M 10P3-10P1 10P1 LG2 1001 -13584,06 402,84 -993,48 -10,05 -12506,25 3272,68 1002 -13580,02 406,97 -982 -9,84 -12396,6 3417,52 1003 -13575,98 411,1 -970,49 -9,62 -12286,89 3562,53 1004 -13571,94 415,24 -958,96 -9,4 -12177,06 3707,81 1005 -13567,87 419,41 -947,35 -9,18 -12066,6 3854,01 1006 -13563,84 423,54 -935,84 -8,97 -11957,16 3998,96 1007 -13559,79 427,7 -924,24 -8,75 -11847,12 4144,8 1008 -13555,74 431,85 -912,66 -8,53 -11737,32 4290,43 1009 -13551,64 436,06 -900,89 -8,31 -11625,85 4438,37 1010 -13547,6 440,21 -889,31 -8,09 -11516,32 4583,84 1011 -13543,57 444,36 -877,71 -7,87 -11406,84 4729,36 1012 -13539,53 448,51 -866,11 -7,66 -11297,39 4874,95 1013 -13535,5 452,66 -854,49 -7,44 -11187,99 5020,59 1014 -13531,46 456,81 -842,87 -7,22 -11078,65 5166,25 1015 -13526,91 461,43 -828,84 -6,98 -10952,09 5328,4

(41)

Analisis dan Pembahasan

Analisis Pemodelan Global

1016 -13522,92 465,54 -817,25 -6,76 -10843,73 5472,58 1017 -13518,83 469,75 -805,36 -6,54 -10732,75 5620,37 1018 -13514,75 473,96 -793,47 -6,32 -10621,92 5768,11 1019 -13510,77 478,06 -781,88 -6,11 -10514,03 5912,06 1020 -13506,69 482,27 -770 -5,88 -10403,55 6059,6 1021 -13502,72 486,36 -758,42 -5,67 -10296,04 6203,32 1022 -13498,66 490,56 -746,54 -5,45 -10186 6350,57 1023 -13494,7 494,65 -734,98 -5,24 -10078,93 6493,97 1024 -13490,65 498,83 -723,12 -5,02 -9969,37 6640,83 1025 -13486,7 502,9 -711,58 -4,8 -9862,83 6783,79 1026 -13482,77 506,97 -700,05 -4,59 -9756,57 6926,52 1027 -13478,84 511,03 -688,53 -4,37 -9650,64 7068,95 1028 -13473,98 515,93 -672,62 -4,12 -9513,88 7240,97 1029 -13470,01 520,04 -660,9 -3,9 -9406,8 7384,89 1030 -13466,05 524,13 -649,21 -3,69 -9300,11 7528,47

(42)

Analisis dan Pembahasan

Analisis Pemodelan Global

1031 -13462,2 528,11 -637,84 -3,48 -9196,52 7668,05 1032 -13458,26 532,18 -626,19 -3,26 -9090,61 7810,95 1033 -13454,43 536,14 -614,88 -3,06 -8987,81 7949,82 1034 -13450,52 540,18 -603,29 -2,84 -8882,78 8091,92 1035 -13446,71 544,12 -592,04 -2,64 -8780,96 8229,89 1036 -13442,92 548,04 -580,82 -2,43 -8679,64 8367,38 1037 -13437,95 553,02 -563,99 -2,17 -8539,42 8542,29 1038 -13434,12 556,97 -552,61 -1,96 -8437,25 8681 1039 -13430,31 560,91 -541,27 -1,76 -8335,67 8819,17

(43)

Analisis dan Pembahasan

Analisis Pemodelan Lokal Leg 1

Pada pemodelan lokal ini dibatasi hanya bagian sambungan antara kaki jack-up dengan

mudmat, dan juga gusest plate yang menghubungkan keduanya. Pemodelan ini

menggunakan meshing sensivity 0.07 m.

1 MN MX X Y Z

MODEL JOINT LEG MUDMAT .002739 5878 11755 17633 23510 29388 35265 41143 48979 JUL 2 2012 05:31:08 NODAL SOLUTION STEP=1 SUB =1 TIME=1 SEQV (AVG) DMX =.757E-06 SMN =.002739 SMX =48979

Dengan memasukkan hasil output pemodelan global yang didapatkan dari SACS 5.2

sebagai input pemodelan lokal ini, didapatkan besarnya tegangan yang terjadi dan

konsentrasi tegangan tersebut pada model.

(44)

Analisis dan Pembahasan

Analisis Pemodelan Lokal Leg 1

1

MX

MODEL JOINT LEG MUDMAT .002739 5878 11755 17633 23510 29388 35265 41143 48979 JUL 2 2012 05:33:04 NODAL SOLUTION STEP=1 SUB =1 TIME=1 SEQV (AVG) DMX =.757E-06 SMN =.002739 SMX =48979

Berdasarkan hasil pemodelan lokal,

diketahui

bahwa

tegangan

maksimum yang terjadi terdapat di

sambungan antara gusset dengan

kaki. Hal ini sesuai dengan laporan

inspeksi yang menyebutkan bahwa

retakan terjadi pada gusset 1H

seperti yang tampak pada gambar.

(45)

Analisis dan Pembahasan

Analisis Pemodelan Sub-Lokal Leg 1

Pemodelan

sub-lokal

ini

menggunakan ANSYS 12.0

seperti Gambar 4.4 yang

tampak

di

bawah

ini.

Pemodelan

sub-lokal

ini

memodelkan retakan dengan

meshing sensivity 0.002 m dan

0.001 m pada daerah sekitar

retakan

1 JUL 2 2012 05:14:26 ELEMENTS

(46)

Analisis dan Pembahasan

Analisis Pemodelan Sub-Lokal Leg 1

Geometri retak pada pemodelan lokal ini sesuai dengan laporan

inspeksi seperti yang ditunjukkan pada Tabel 3.6 (Laporan TA)

yakni:

Panjang retak (L)

= 267 mm

Kedalaman retak (D)

= 28.3 mm

(47)

Analisis dan Pembahasan

Analisis Pemodelan Sub-Lokal Leg 1

1 3986 4100 6881 3988 3986 6875 6875 3986 6876 6876 3986 6877 6877 3986 6878 6878 3986 6879 6879 3986 6880 6880 3986 6881 6888 6881 4100 4098 3990 3988 6875 6882 6882 6875 6876 6883 6883 6876 6877 6884 6884 6877 6878 6885 6885 6878 6879 6886 6886 6879 6880 6887 6887 6880 6881 6888 3992 3990 6882 6893 6888 4098 4096 6894 3992 6893 6894 4096 6893 6893 6882 6882 6883 6883 6884 6894 6888 6894 6887 6888 6886 6887 6886 50422 6885 6886 50422 50423 6884 6885 50423 50424 6884 50424 50424 50424 50423 50423 50422 50424 50422 JUL 2 2012 05:58:03 ELEMENTS

(48)

Analisis dan Pembahasan

Analisis Pemodelan Sub-Lokal Leg 1

Untuk menghitung nilai Stress Intensity Factor (SIF) diperlukan data

geometri setiap node di sekitar ujung retakan (crack tip). Dengan

memperhatikan sistem koordinat di sekitar ujung retakan seperti yang

ditunjukkan pada gambar sebelumnya, didapatkan data geometri dari

node-node tersebut (Tabel di bawah ini).

DIST DX (ND2-ND1) DY (ND2-ND1) DZ (ND2-ND1) r tan θ θ' θ

(m) (m) (m) (m) (m) (°) (°)

3986 6875 2.00E-03 1.38E-03 -1.45E-03 0 2.00E-03 -9.48E-01 -43.482 133.482

6876 2.00E-03 -3.53E-05 -2.00E-03 0 2.00E-03 5.66E+01 88.988 88.988 6877 2.00E-03 -1.43E-03 -1.40E-03 0 2.00E-03 9.82E-01 44.494 44.494 6878 2.00E-03 -2.00E-03 -1.80E-13 0 2.00E-03 8.98E-11 0.000 0.000 6879 2.00E-03 -1.43E-03 1.40E-03 0 2.00E-03 -9.82E-01 -44.494 44.494 6880 2.00E-03 -3.53E-05 2.00E-03 0 2.00E-03 -5.66E+01 -88.988 88.988 6881 2.00E-03 1.38E-03 1.45E-03 0 2.00E-03 9.48E-01 43.482 133.482 6882 3.50E-03 2.41E-03 -2.54E-03 0 3.50E-03 -9.48E-01 -43.482 133.482 6883 3.50E-03 -6.18E-05 -3.50E-03 0 3.50E-03 5.66E+01 88.988 88.988 6884 3.50E-03 -2.50E-03 -2.45E-03 0 3.50E-03 9.82E-01 44.494 44.494 6885 3.50E-03 -3.50E-03 -3.14E-13 0 3.50E-03 8.98E-11 0.000 0.000 6886 3.50E-03 -2.50E-03 2.45E-03 0 3.50E-03 -9.82E-01 -44.494 44.494 6887 3.50E-03 -6.18E-05 3.50E-03 0 3.50E-03 -5.66E+01 -88.988 88.988 6888 3.50E-03 2.41E-03 2.54E-03 0 3.50E-03 9.48E-01 43.482 133.482 crack tip

node

node around crack tip

(49)

Analisis dan Pembahasan

Analisis Pemodelan Sub-Lokal Leg 1

Dengan memasukkan hasil output pemodelan global yang didapatkan dari SACS

5.2 sebagai input pemodelan retak ini, didapatkan besarnya tegangan yang

terjadi di setiap node di sekitar ujung retakan. Tegangan yang terdapat di setiap

node pada tiap load case dapat ditampilkan dalam bentuk grafik sebagai berikut

(50)

Analisis dan Pembahasan

Analisis Pemodelan Sub-Lokal Leg 1

Berdasarkan

grafik

sebelumnya

terlihat

bahwa node – node yang

semakin mendekati ujung

retakan

memiliki

tegangan yang terjadi

semakin besar. Secara

visualisasi tampak seperti

gambar di samping.

1

MX

-708592 .971E+07.201E+08.305E+08.410E+08.514E+08.618E+08.722E+08.826E+08.931E+08 JUL 2 2012 08:12:23 NODAL SOLUTION SUB =1 TIME=1 S1 (AVG) DMX =5514 SMN =-708592 SMX =.931E+08

(51)

Analisis dan Pembahasan

Analisis Pemodelan Sub-Lokal Leg 1

1 3986 4100 6881 3988 3986 6875 6875 3986 6876 6876 3986 6877 6877 3986 6878 6878 3986 6879 6879 3986 6880 6880 3986 6881 6888 6881 4100 4098 3990 3988 6875 6882 6882 6875 6876 6883 6883 6876 6877 6884 6884 6877 6878 6885 6885 6878 6879 6886 6886 6879 6880 6887 6887 6880 6881 6888 3992 3990 6882 6893 6888 4098 4096 6894 3992 6893 6894 4096 6903 6903 10896 10896 6893 10905 10905 6893 6882 6882 6883 6883 6884 10896 10896 10905 10905 6903 6894 ₆₉₀₃ 6888 6894 6887 6888 6886 6887 6886 6885 6886 6884 6885 50424 6884 50424 50424 50424 50424 MX

-708592 .971E+07.201E+08 .305E+08.410E+08 .514E+08 .618E+08 .722E+08 .826E+08.931E+08 JUL 2 2012 08:11:41 NODAL SOLUTION SUB =1 TIME=1 S1 (AVG) DMX =5514 SMN =-708592 SMX =.931E+08

(52)

Analisis dan Pembahasan

(53)

Analisis dan Pembahasan

Kecepatan Perambatan Retak

Perhitungan Range Stress Intensity Factor (ΔK)

(ΔK) =

K

_maks

-K

_min

Parameter Keretakan

C

= 0.66 x 10

-8

m

= 2.25

Kecepatan Rambat Retak

(54)

Analisis dan Pembahasan

LOAD CASE

_MPa.√m

K

_MPa.√m

ΔK

_([C.ΔK]^m)

da/dN

1001

7177.72

0.000

0 1002

7245.50

67.774 5.17439E-15

1003

7313.80

136.076 2.48302E-14

1004

7382.70

204.977 6.24181E-14

1005

7452.61

274.888 1.20802E-13

1006

7522.31

344.590 2.00866E-13

1007

7593.01

415.288 3.05675E-13

1008

7664.05

486.324 4.36071E-13

1009

7736.74

559.016 5.96593E-13

1010

7808.78

631.061 7.83673E-13

1011

7881.37

703.650 1.00121E-12

1012

7954.53

776.809 1.25078E-12

1013

8028.23

850.508 1.53373E-12

1014

8102.54

924.815 1.85182E-12

1015

8193.86

1016.133

2.28883E-12

(55)

Analisis dan Pembahasan

1016

8269.08

1091.356

2.68781E-12

1017

8346.72

1168.993

3.13726E-12

1018

8424.85

1247.130

3.6289E-12

1019

8501.65

1323.932

4.15118E-12

1020

8580.95

1403.223

4.73161E-12

1021

8658.67

1480.950

5.34183E-12

1022

8739.00

1561.278

6.01595E-12

1023

8817.76

1640.040

6.72042E-12

1024

8899.11

1721.382

7.49373E-12

1025

8978.90

1801.177

8.29804E-12

1026

9059.17

1881.450

9.1534E-12

1027

9139.83

1962.107

1.006E-11

1028

9252.19

2074.466

1.14028E-11

1029

9335.66

2157.935

1.24612E-11

1030

9419.61

2241.888

1.35786E-11

1031

9501.72

2323.999

1.47233E-11

1032

9586.61

2408.891

1.59611E-11

1033

9669.66

2491.935

1.72259E-11

1034

9755.46

2577.740

1.85892E-11

1035

9839.48

2661.759

1.99804E-11

1036

9923.96

2746.235

2.14355E-11

1037

10048.78

2871.061

2.36902E-11

1038

10135.74

2958.017

2.53353E-11

1039

10220.83

3043.105

2.70045E-11

(56)

Analisis dan Pembahasan

Berdasarkan tabel di atas dapat diketahui bahwa nilai ΔK maksimum

terdapat pada selisih nilai K saat gelombang 9.5 m dengan

gelombang 0.25 m. Nilai ΔK maksimum menghasilkan nilai

kecepatan rambat retak (da/dN) maksimum pula. Dari tabel diketahui

nilai perambatan retaknya yakni 2.70045E-11 m/cycle.

(57)

(58)

Analisis dan Pembahasan

Perhitungan Umur Struktur

Kedalaman Retak Kritis (a

_cr

)

K

_IC

= 85 ksi√inch (dari jenis material)

= 3677.23 MPa. √m

σ

_max

= 39924.00 MPa

Dari perhitungan yang dilakukan didapatkan nilai a

_cr

sebesar

0.16321 m. Berdasarkan nilai a

_cr

dapat diketahui bahwa material

tidak akan runtuh walaupun retak telah menembus ketebalan

dindingnya. Jika nilai a

_cr

lebih kecil dari ketebalan kaki maka

sebelum rambatan retak menembus ketebalan, struktur kaki

tersebut sudah rutuh saat mencapai a

_cr

. Karena nilai a

_cr

lebih besar

dari nilai ketebalan maka yang digunakan sebagai kriteria

kegagalan retak fatigue adalah retak merambat hingga menembus

ketebalan sesuai dengan DNV-OS-C101..

(59)

Analisis dan Pembahasan

Perhitungan Umur Struktur

ai

thickness (t)

da/dN

(m)

n.t

(m)

(m/cycle)

cycle

tahun

0.0283

0.0635

0.5t

0.03175 2.700.E-11

1.278.E+08

0.51 0.6t

0.03810 2.700.E-11

3.629.E+08

1.45 0.7t

0.04445 2.700.E-11

5.980.E+08

2.39 0.8t

0.05080 2.700.E-11

8.332.E+08

3.33 0.9t

0.05715 2.700.E-11

1.068.E+09

4.27 t

0.06350 2.700.E-11

1.303.E+09

5.20 N

af

(60)

Analisis dan Pembahasan

Perhitungan Umur Struktur

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 0.055 0.06 0.065 0.07 Si sa um ur st ru kt ur (t ah un )

Kedalaman retak ,af (m)

(61)

Analisis dan Pembahasan

Perhitungan Umur Struktur

Material struktur ini cukup bagus karena memiliki a

_cr

lebih dari

ketebalannya sehingga walaupun keretakan melampui ketebalannya

struktur tersebut tidak pecah secara menyeluruh. Dalam istilah

teknik disebut leak before break, hal ini bisa terjadi jika a

_cr

bernilai

lebih besar dari ketebalan dari material tersebut. DNV-OS-C101

menyebutkan bahwa definisi kegagalan kelelahan terjadi ketika

retak tumbuh hingga mencapai ketebalan. Berdasarkan aturan

tersebut telah diketahui bahwa waktu yang diperlukan retak menjalar

hingga menembus ketebalan kaki jack-up tersebut yakni 5.2 tahun.

Jika terhitung mulai dari ditemukannya keretakan yakni inspeksi

pada bulan Agustus 2010 , maka secara teoritis pada bulan Oktober

2015 retak sudah menembus ketebalan kaki jack-up.

(62)

Kesimpulan dan Saran

Kesimpulan

1. Nilai Stress Intensity Factor (SIF) dari kaki Jack-Up dengan

mudmat minimum (K

_{I min}

) sebesar 7177.72 MPa√m dan nilai

Stress Intensity Factor (SIF) dari kaki Jack-Up dengan mudmat

maksimum (K

_{I max}

) sebesar 10220.83 MPa√m.

2. Arah perambatan retak yang terjadi hingga melampui ketebalan

dari leg karena nilai kedalaman retak kritis (a

_cr

) yang melebihi

nilai ketebalan dari leg tersebut.

3. Sisa umur struktur ini dengan pendekatan Linear Elastic

Fracture Mechanics didapatkan sebesar 5.2 tahun dengan

asumsi retak menembus hingga ketebalan kaki jack-up. Jika

terhitung mulai dari ditemukannya keretakan yakni inspeksi

pada bulan Agustus 2010 , maka secara teoritis pada bulan

Oktober 2015 retak sudah menembus ketebalan kaki jack-up

(63)

Kesimpulan dan Saran

Saran

Saran untuk penelitian lebih lanjut yakni dengan memperkecil

asumsi – asumsi dan pendekatan yang digunakan dalam penelitian

ini. Seperti contohnya moda retak yang digunakan dalam penelitian

ini adalah moda retak I padahal dalam kenyataannya ada 3 moda

retak.

(64)

Daftar Pustaka

American Institute of Steel Construction (AISC), 1989, Manual of Steel Construction – Allowable Stress

design, 9

th

_Ed.

American Petroleum Institut, 2005, API RP 2A Recommended Practice for Planning, Designing, and

Constructing Fixed Offshore Platforms-Working Stress Design, API Publishing Services, Washington D.C..

Barnby, J.T., 1971, An Introduction to Fracture Mechanics, The University of Aston, Birmingham.

Barsom, J. M. dan Rolfe, S. T., 1987, “Fracture and Fatigue Control in Structures”, Application of Fracture

Mechanic, Prentice Hall, Inc, Englewood Cliffs, New Jersey.

Bennet, 2005, Jack Up Units, A Technical Primer For The Ofshore Industry Professional, Keppel FELS.

Bhuyan, G.S., 1988, Fatigue Life Prediction of Offshore Tubular Joints Using a Linear Elastics Fracture

Mechanics Approach, Butterworth & Co (Publishers) Ltd.

Broek, D., 1987, Elementary Engineering Fracture Mechanics, Kluwer Academic Publishers, USA.

Det Norske Veritas, 2004, DNV-OS-C101 Design of Offshore Steel Structures, General (LRFD Method),

DNV, Norway.

Det Norske Veritas, 2011, DNV-RP-C203 Fatigue Design of Offshore Steel Structure, DNV, Norway.

Det Norske Veritas, 2010, DNV-RP-C206 Fatigue Methodology of Offshore Ships, DNV, Norway.

Kobus, L.C.S., Fogal, R.W., dan Sacchi, E., 1989, “Jack-Up Conversion for Production”, Marine Structures

2, 193-211.

Naess, A., 1985, “Fatigue Handbook Offshore Steel Structure”, Trondheim.

PT. Reka Patria Ekaguna, 2004, Maleo Metocean Study Report, Doc.no. ASS001-S-REP-CS-001.

PT. Singgar Mulia, 2011, Maleo MOPU Global In-Place Analysis, Doc.no. 9701-90-RPT-0002.

Salvadori, A., dan Carini, A., 2011 “Minimum Theorems In Incremental Linear Elastic Fracture Mechanic”,

International Journal of Solids and Structures 48, 1362–1369.

Stoychev, S. dan Kujawski, D., 2008, “Crack-tip stresses and their effect on stress intensity factor for crack

propagation”, Engineering Fracture Mechanics 75, 2469-2479.

Varga, T., 1993, “Crack initiation, propagation and arrest criteria for steel structure safety assessment”,

Structural Safety 12, 93-98.

(65)