Analisis Struktur Padeye pada Proses Lifting Jacket Empat Kaki dengan Pendekatan Dinamik

(1)

Abstrak

—

Tiga operasi besar saat instalasi jacket platform adalah loadout, launching dan upending. Loadout terdiri dari beberapa metode. Salah satunya adalah dengan metode lifting. Dalam analisis lifting jacket 4 kaki ini dilakukan 2 analisis yaitu statis dan dinamis. Analisis dinamis ini dilakukan untuk melihat dari respon struktur jacket saat mendapatkan beban dinamis berupa hembusan angin. Dalam kondisi analisis statis struktur jacket memiliki member unity check paling besar adalah 0,849 dengan faktor 1,5 pada member 84 dan untuk member unity check pada faktor 2,00 mengalami kegagalan dengan hasil sebesar 1,314. Respon dinamis dari struktur adalah berupa fenomena ayunan. Fenomena ini dikarenakan modul di mengalami gerakan saat proses lifting dilaksanakan. Dan gerakan ini diakibatkan oleh angin. Gaya tambah yang timbul pada struktur sebesar 4091,97 KN ; 4633,42KN ; 4207,52 KN. Gaya tersebut pada saat kecepatan angin 5,13 m/s (kecepatan angin lokal), kecepatan angin 20 knots (GL Noble Denton), dan pada saat kecepatan angin 7,4 m/s (Skala Beaufort). Hasil perhitungan respon struktur telah sesuai dengan pernyataan pada API RP 2A-WSD dan DNV Pt2 Ch5 Lifting (1996) mengenai Dynamic Amplification Factor. Karena dengan hasil diatas, hasil yang dihasilkan masih berada dalam ketetapan faktor tersebut. Analisis lokal pada struktur padeye dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak dan didapatkan hasil equivalent stress sebesar 26,311 Mpa, dengan tegangan ijin pada material Baja A36 sebesar 165 Mpa. Karena tegangan yang terjadi kurang dari tegangan ijin, maka struktur padeye ini dapat beroperasi dengan aman.

Kata Kunci— Jacket, Lifting, Loadout, Padeye.

I. PENDAHULUAN

alam proses pembuatan anjungan lepas pantai hingga instalasi terdapat banyak tahap. Salah satunya adalah tahap loadout. Yang dimaksud loadout adalah proses perpindahan sebuah struktur dari yard menuju ke barge. Proses pemindahan ini terdapat berbagai jenis. Contohnya adalah menggunakan metode lifting dengan cara mengangkat struktur dengan menggunakan crane, dan di pindahkan menuju barge. Kemudian cara satu lagi adalah dengan metode skidding. Dalam kegiatan loadout, perlu dilakukan analisis kekuatan struktur saat kegiatan ini dilakukan.

Kedua hal diatas mendukung pernyataan [1], yang menyatakan bahwa metode lifting harus memperhatikan banyak faktor khususnya yang menunjang dari metode tersebut. Seperti lifting point, hook point, shackle, padeye, sling, dan kapasitas crane yang sesuai. Berdasarkan informasi yang sudah didapat, analisis dinamis pada proses lifting

mencakup beberapa hal dari beban yang mendasar maupun beban yang sudah global. dasar beban dari kegiatan lifting adalah berat struktur itu sendiri dan center of grafity dari struktur, berat dari rigging, dan beban special yang terdiri dari tugger lind, guide load, wind load, hidrodinamis, dan beban hidrostatis [1].

Dalam kegiatan lifting efek dinamis timbul karena variasi dari kecepatan menaikan, crane, gerakan vessel, gerakan dari cargo barge, gerakan dari obyek, dll. Untuk efek dinamis secara global dapat dikategorikan dari parameter kondisi lingkungan, rencana rigging, tipe dari crane vessel, kekakuan dari crane-boom dan peralatan lifting, tipe dari cargo vessel, berat dari obyek yang akan diangkat, prosedur pengangkatan, kondisi apabila kegiatan lifting dilakukan di udara atau di air. Sangat berperan dan banyaknya efek dinamis pada proses lifting, maka diperlukan analisis pada struktur padeye pada proses lifting jacket empat kaki dengan pendekatan dinamik[2].

II. METODEPENELITIAN

Metode yang dipakai dalam analisa lifting pada penelitian ini adalah dengan menggunakan analisis statis dan dinamik. Adapun langkah-langkah yang dilakukan dalam penelitian ini dapat dijelaskan sebagai berikut :

A. Mengumpulkan Data Teknis

Studi Literatur ditujukkan untuk mendapatkan buku atau jurnal yang berhubungan dengan pengejaan tugas akhir. Kemudian dilakukan pengumpulan data konfigurasi struktur, material dari struktur, dan data angin. dengan data sebagai berikut :

Kedalaman Air dari MSL : 199.5’

Elevasi : (+) 15’-0”, (-) 30’-0”, (-) 80’–0”, (-)140’-0” dan (-) 199’-6”. Jarak kaki : 40 feet antara Row-1 dan Row-2

30 feet antara Row-A and Row-B Working Point : Elevasi (+)20’-0”

Jacket Walkway : Elevasi (+) 15’-0”

Konduktor : 1. Konduktor yang terdapat di dalam Jacket = 9 – 30”Ø x 1.00”

2. Konduktor yang terdapat di luar jacket = 3 – 30”Ø x 1.00”

Analisis Struktur Padeye pada Proses Lifting

Jacket Empat Kaki dengan Pendekatan Dinamik

Henny Gusti Pramita, Handayanu dan Yoyok Setyo H.

Jurusan Teknik Kelautan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)

Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111

E-mail: handayanu@oe.its.ac.id , yoyoksetyo@oe.its.ac.id

(2)

Riser : 3 - 12¾”Ø x 0.5” B. Pemodelan Jacket

Pemodelan struktur dilakukan dengan bantuan software GTStrudl guna untuk menganalisa struktur jacket platform secara global.

Gambar 1. Isometric Modul Jacket C. Perhitungan Titik Berat Struktur

Dari hasil pemodelan struktur akan didapatkan berat struktur dan juga mengetahui besar beban yang akan di lifting. Dari perhitungan ini juga, didapatkan centers of gravity dari struktur ini guna didapatkan titik hook point.

Gambar 2. Selfweight pada Struktur Jacket pada GT Strudl D. Penentuan Dimensi

Penentuan dimensi atau ukuran dari shackle, sling, dan padeye ditentukan dari beban total dari struktur tersebut. E. Analisis Statis dan Dinamis

Pada umumnya beban yang diperhitungkan dalam proses pengangkatan adalah beban total dari struktur itu sendiri. Apabila untuk struktur deck, maka isinya adalah beban total struktur, equipment, pipe rigging, beban lingkungan, beban dinamis, dll. Untuk jacket beban yang perhitungkan adalah beban struktur itu sendiri, beban lingkungan, dan beban dinamis.

Beban dinamis dapat dijadikan faktor beban pada beban statis yaitu yang disebut Dynamic Amplification Factor (DAF) [3]. Terdapat Dynamic Amplification Factor (DAF) yang berisikan pertimbangan faktor yang digunakan untuk kegiatan lifting di udara. Dynamic Amplification Factor (DAF) ini dikelompokkan berdasarkan hubungan member dengan titik angkat. Faktor ini digunakan untuk mengetahui kekuatan struktur apabila struktur dikenakan beban dinamis. Dan untuk pengelompokan faktor ini dibagi menjdi dua faktor. Yang pertama adalah faktor untuk member yang langsung tepat

mengenai titik angkat, dan yang berikutnya adalah member yang tidak mengenai titik angkat.

Tabel 1. Dynamic Ampification Factor (DAF)

Dalam faktor ini dikelompokkan lebih kepada besaran beban yang diterima oleh Static Hook Load. Pada tabel tersebut faktor-faktor tersebut terdiri dari onshore, inshore, dan offshore[1].

Tabel 2. Dynamic Ampification Factors (DNV Pt2 Ch5-Lifting, 1996)

1. Pergeseran COG (Center of Gravity)

Berdasarkan dokumen lifting analysis [4], pergeseran COG dapat diperhitungan sebagai faktor beban statis. Reaksi pada setiap titik dari pergeseran COG akan diperhitungan sebagai faktor beban statis. Pergeseran COG ini diperhitungkan berubah hingga 1 – 2 m [5].

2. Beban Angin

Sebelumnya telah dijelaskan mengenai Dynamic Amplification Factor (DAF) yang berisikan tentang faktor-faktor apa saja yang termasuk menjadi beban dinamis. Kondisi lingkungan merupakan juga termasuk faktor dari beban dinamis. Apabila ini dimasukan ke dalam proses lifting, kondisi lingkungan yang cukup mempengaruhi adalah angin.

Hubungan antara kecepatan angin dan kekuatan dimana drag force angin dari sebuah obyek dihitung dengan persamaan

F = 0.5 ρCAV (1) Dimana F adalah kekuatan angin, ρ adalah massa jenis udara, A menunjukkan luasan area, dan V adalah kecepatan angin tersebut. Sementara C adalah koefisien bentuk dari benda yang terkena angin.

(3)

3. Respon Dinamis Struktur

Dalam menerima gaya luar, struktur akan memberikan respon akibat gaya dari luar tersebut. Hal ini menjadikan adanya gaya tambah. Dalam hal ini gerakan dari objek ini mengikuti gerakan ayunan dari bandul atau pendulum.

Dalam gerakan pendulum terdapat energi kinetik dan potensial. Secara umum, energi kinetik adalah energi yang dipunyai suatu benda yang sedang bergerak. Secara khusus, energi kinetik adalah energi yang dipunyai suatu benda bermassa m yang sedang bergerak dengan kelajuan v.

(2) Keterangan:

Ek = Energi kinetik (J)

M = massa benda (kg) v = kecepatan benda (m/s)

Energi potensial adalah energi yang mempengaruhi benda karena posisi (ketinggian) benda tersebut yang mana kecenderungan tersebut menuju tak lain terkait dengan arah dari gaya yang ditimbulkan dari energi potensial tersebut.

(3) Keterangan:

Ep = Energi potensial (J)

m = massa benda (kg)

g = percepatan gravitasi (m/s2)

h = tinggi benda dari permukaan tanah (meter)

Gambar 3. Gaya yang Bekerja pada Pendulum

Dari gambar diatas terdapat energi potensial dan energi kinetik yang timbul pada titik A dan titik B, seperti persamaan dibawah ini,

EKA + EPA = EKB + EPB (4)

Dimana saat di A, VA= 0 dan h ≠ 0 kemudian untuk pada

posisi B, VB ≠ 0 dan h = 0, sehingga didapat persamaan lain dan gaya tambah ayunan,

ƩF = 0 (5) FR – W = m x a (6) FR = m x a + W (7) Dimana a adalah gaya sentrifugal

a= VB2/R (8)

F. Analisis Lokal padeye

Untuk analisis pada struktur padeye secara lokal dilakukan dengan bantuan software, guna mengetahui tegangan yang terjadi padeye pada saat proses lifting.

G. Validasi Tegangan pada Padeye

Verifikasi dengan tegangan yang dijinkan. Jika hasil tidak sesuai dengan tegangan ijin maka mengulang langkah point D.

III. HASILDANDISKUSI A. Analisa Statis

Beban pada struktur hanyalah beban vertical. Beban-beban tersebut adalah beban self weight dari jacket yaitu 912,81 kips. Karena pada jacket tidak terdapat pembebanan dari equipment. Pembebanan pada analisa lifting terdiri dari dua kondisi, yaitu kondisi statis dan kondisi dinamis. Kondisi statis mengkombinasikan semua beban vertical yang bekerja pada struktur yang diangkat. Selisih dari kedua analisis adalah 0,03%

1. Hasil Pemodelan Static Lifting a. Koordinat Hook Point

Titik Hook point ditentukan berdasarkan koordinat dari COG struktur. Dari analisa statis dengan pinned lifting point, koordinat COG adalah sebagai berikut:

Tabel 4. Penentuan COG Jacket

Dari titik COG diatas, titik hook point ditentukan dengan sudut sling sebesar 60° terhadap horizontal. Sling tidak diperhitungkan kekuatannya pada tahap ini [6]. Berikut adalah koordinat sling hook point pada tiap struktur yang diangkat:

Tabel 5. Penentuan Hook Point Jacket Lifting

(4)

b. Dimensi Sling, Shackle, dan Padeye

Dimensi dari sling dan shackle dihitung berdasarkan beban total yang akan diangkat atau lifting weight. Data tersebut menjadi dasar dalam pemilihan dimensi untuk sling dan shackle. Terdapat safety factor guna memenuhi dari desain kriteria yang kemudian dikalikan pada lifting weight. Safety factor pada sling adalah 4 sehingga beban sling sebesar 413,03 Ton. Untuk safety factor pada shackle adalah 2, sehingga untuk beban shackle sebesar 206,52 Ton. Dari data diatas didapatkan dimensi sebagai berikut.

Tabel 6. Dimensi Sling dan Shackle

Analisa statis untuk lifting membutuhkan faktor dinamik sebesar dua untuk memberi beban pada model terhadap beban-beban yang tidak dimasukkan tapi dimungkinkan itu terjadi seperti beban lateral berupa angin, beban kejut, dan beban lain.

c. Hasil Analisis Jacket Lifting

Dari hasil analisis didapatkan critical ratio terbesar pada member 84.

Tabel 7. Rangkuman Hasil Analisa Statis Pada Member

Gagal terdapat pada 4 member yaitu member 84, 79, 83, 80. Dikarenakan member tersebut gagal apabila diberikan faktor 2.00, maka dilakukan cek, dengan menganalisa sampai pada faktor berapa member tersebut dikatakan aman. Kemudian berikut adalah tabel hasil analisis apabila member diatas dilakukan running dengan menggunakan load factor 1.50.

Tabel 8. Rangkuman Hasil Analisis Statis pada Member dengan Load factor 1.5

Dari hasil diatas, untuk faktor 1.50 member tersebut dinyatakan aman. Sehingga untuk faktor 1.35 bisa dikatakan aman.

d. Hasil Punching Shear

Punching shear adalah gaya yang terjadi pada koneksi atau sambungan struktur. Gaya yang terjadi pada sambungan-sambungan ini mempunyai peluang terjadi kegagalan yang besar dikarenakan pada daerah sambungan tersebut menghasilkan konsentrasi tegangan. Konsentrasi tegangan tersebut diakibatkan oleh beban yang dialami oleh struktur.

Tabel 9. Hasil Punching Shear dengan Beban Self Weight dan Faktor DAF 2.00

B. Analisa Dinamik

1. Pergeseran Center of Grafity (COG)

Sesuai dokumen lifting, ketidakakuratan data menyebabkan kesalahan menentukan titik berat struktur, dan pada saat proses lifting berlangsung mengakibatkan terjadinya ketidakseimbangan titik angkat [4]. Dari tidak seimbangnya beban tersebut, mangakibatkan bergesernya titik berat struktur yang dapat menambah berat struktur itu sendiri. Beban tambah dari pergeseran COG ini akan dikalikan dengan beban statis. Dan dalam perhitungan COG struktur akan digeser sejauh 1-2 meter kearah NE (north east), NW (north west), SE (south east), SW (south west).

Gambar 5. Pergeseran Center of Grafity pada Modul Jacket Data yang digunakan dalam perhitungan adalah beban total dari struktur dan titik berat awal dari struktur.

(5)

Dengan data tersebut akan didapatkan reaksi pada setiap titik pergeseran yang terjadi. Kemudian dilakukan perbandingan antar COG yang baru didapat dengan yang awal. Maka dari perhitungan tersebut akan didapatkan reaksi pada titik pergeseran dan dibandingkan dengan reaksi awal, sehingga diketahui perbedaan reaksi.

Perbedaan tersebut tersebut mengalami kenaikan beban 17.92%. Sehingga didapatkan nilai perkalian faktor beban untuk pergeseran COG adalah :

F = 1 + 17.92% = 1.18

2. Beban Angin

Beban dinamis pada saat proses lifting salah satunya adalah beban angin. Dalam kasus yang akan dibahas, beban angin ini terdiri dari beberapa macam, hal ini dikarenakan untuk mengetahui perbandingan dari berbagai sumber mengenai beban angin pada saat pengangkatan. Untuk beban angin yang pertama adalah angin normal. Yang dimaksud dengan angin normal adalah angin yang terjadi pada lokasi tersebut dan untuk perhitungannya menggunakan perhitungan pada SPM (Shore Protection Manual) Tahun 1984, dari angin normal ini didapatkan kecepatan angin sebagai berikut:

Tabel 11. Kecepatan Angin untuk Analisis Lifting

Kemudian untuk data angin berikutnya adalah data sesuai persyaratan ini dikatakan bahwa untuk angin pada saat transportasi dikatakan sebesar 30 knots, kemudian saat proses lifting kecepatan angin diperkirakan kurang dari 30 knots. Sehingga dalam perhitungan untuk respon dinamis akan menggunakan kecepatan angin 20 knots [7]. Data angin yang harus diperhatikan lagi adalah data angin sesuai dengan skala beaufort. Skala beaufort ini digunakan untuk data pelayaran. Dan pada skala tersebut berisi tentang kekuatan dan kecepatan angin. Dari skala beaufort, untuk proses lifting kecepatan angin sekitar 7.4 m/s. Karena pada kecepatan ini keterangan sudah mencapai dahan-dahan bergerak. Apabila memakai kecepatan 9.8 m/s dengan keterangan batang pohon bergerak dimungkinkan lifting tidak dilaksanakan.

Dari perhitungan itu, akan dicocokan kebenarannya dengan dynamic amplification factor dengan faktor 2.00 dan 1.35 hingga kecepatan dan kekuatan angin sampai berapa sampai kecepatan itu mendekati faktor tersebut. Begitu pula dengan faktor pada DNV untuk beban hook static dengan rentang bebannya 100 – 1000 Ton ditentukan faktor 1.05 pada onshore dan 1.10 pada inshore.

3. Hasil Respon Dinamis

Perhitungan dari respon dinamis ini dilakukan untuk mengetahui seberapa besar beban dinamis terhadap struktur saat pengangkatan struktur dilakukan. Pendekatan dari keadaan dinamis adalah peristiwa ayunan bandul. Ayunan

terjadi saat modul yang menggantung terkena beban angin. Dalam proses ini asumsi angin yang dipakai telah dijelaskan sebelumnya. Yaitu menggunakan angin lokal, angin dengan skala beaufort, dan ketentuan oleh GL Noble Denton yang mengatak kurang dari 30 knots.

Tabel 12. Kecepatan Angin yang Dipakai dalam Analisis

Dengan kecepatan angin diatas dan dengan perumusan yang telah dijelaskan pada dasar teori didapatkan hasil sebagai berikut,

Tabel 13. Hasil Analisis Respon Dinamis

Apabila melihat hasil perhitungan respon struktur akibat adanya gaya angin pada saat pengangkatan dilakukan, apabila disesuaikan dengan pernyataan pada API RP 2A-WSD tepat pada kecepatan angin 12,71 m/s. dan DNV Pt2 Ch5 Lifting (1996) mengenai Dynamic Amplification Factor yang telah mereka tetapkan tepat pada kecepatan angin 8,07 m/s pada Onshore, kecepatan angin 9,5 m/s pada Inshore.

C. Analisa Tegangan pada Padeye

Setelah analisis statis dan dinamis telah dilakukan, maka selanjutnya adalah menganalisis secara lokal bagaimana tegangan yang terjadi pada padeye. Pada analisis ini pertama yang dilakukan adalah memodelkan padeye dengan CAD 2013. Kemudian jenis material yang digunakan untuk konstruksi padeye adalah menggunakan baja ASTM A36 dengan yield strength 250Mpa. Struktur padeye saat dimasukkan ke Ansys Workbench berbentuk solid, dan memiliki material dengan Baja ASTM A36. Untuk pemilihan padeye mana yang akan dianalisis, sebelumnya adalah mencari titik yang menerima beban paling berat setelah diterima beban secara statis, dinamis, juga pergesaran dengan COG shift.

Dari hasil tersebut gaya terbesar yang diterima padeye adalah pada join 8 sebesar 734.765kips atau sebesar 7205.59N. maka, dalam analisis lokal, gaya yang diterima padeye adalah 7205.59N

Dengan memasukan gaya pada padeye, sehingga didapatkan hasil tegangan sebagai berikut:

(6)

Gambar 6. Hasil Analisis Lokal pada Padeye

Gambar diatas merupakan hasil dari analisis tegangan yang terjadi pada padeye dengan menggunakan gaya yang dimasukkan pada sumbu Z dan Y. Pada padeye terlihat sebaran tegangan yang terjadi. Dalam kotak yang pertama menunjukan geometri dari letak padeye pada titik sambungan. Kemudian pada kotak kedua menunjukan gaya yang bekerja pada padeye. Kemudian pada kotak ketiga merupakan hasil dari Equivalent Stress yang menghasilkan 26,311 Mpa. Dan kotak keempat adalah deformasi yang terjadi. Dan deformasi paling maksimal sebesar 0,013mm. Tegangan ijin untuk baja A36 adalah sebesar 165 Mpa.

1. Meshing dan Sensitivity Analysis

Meshing dan Sensitivity analysis dilakukan untuk mengetahui tegangan yang dihasilkan dari hasil analisis sesuai atau mendekati nilai yang sebenarnya atau tidak. Sensitivity analysis ini dilakukan pada titik yang sama dengan variasi kerapatan meshing yang berbeda-beda. Dari hasil tegangan yang dihasilkan, yaitu equivalent stress didapatkan perbedaan hasil yang kurang dari 5%.

Δσ= σm1- σm2 x 100% < 5% (9) σm1

Sensitivity analysis dilakukan dengan memberikan variasi meshing 3 hingga 5 meshing. Dalam analisis ini dilakukan variasi mesh sebanyak 5 mesh. Yaitu 0.031m, 0.0315m, 0.032m, 0.0325m, dan 0.033m. dari hasil yang dilakukan didapatkan curva seperti berikut:

Gambar 7. Sensitifitas Model Struktur Jacket

IV. KESIMPULAN/RINGKASAN

Kesimpulan yang dapat dibuat berdasarkan penelitian dan pengerjaan-pengerjaan di atas antara lain:

Dalam kondisi ini jacket struktur 4 kaki pada saat dilakukan analisis statis memiliki member unity check paling besar adalah 0.849 dengan faktor 1.5 pada member 84. Gaya tambah yang timbul pada struktur saat kecepatan angin 5,13 m/s, 20 knots, 7,4 m/s (Skala Beaufort). Apabila melihat hasil perhitungan respon struktur akibat adanya gaya angin pada saat pengangkatan dilakukan, apabila disesuaikan dengan pernyataan pada API RP 2A-WSD tepat pada kecepatan angin 12,71 m/s. dan DNV Pt2 Ch5 Lifting (1996) mengenai Dynamic Amplification Factor yang telah mereka tetapkan tepat pada kecepatan angin 8,07 m/s pada Onshore, kecepatan angin 9,5 m/s pada Inshore. Analisis lokal pada struktur padeye dilakukan dengan menggunakan ANSYS Workbench dan didapatkan hasil equivalent stress sebesar 26,311 Mpa, dengan tegangan ijin pada material Baja A36 sebesar 165 Mpa.

UCAPANTERIMAKASIH

Penulis 1 mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada kedua orang tua dalam memberikan dukungan untuk menyelesaikan penelitian ini, kepada dosen-dosen pembimbing yang dengan sabar membimbing penulis 1 dan juga kepada teman-teman Leviathan angkatan 2009 Jurusan Teknik Kelautan FTK-ITS atas semangatnya.

DAFTARPUSTAKA

[1] DNV Part 2 Chapter 5 – Lifting, 1996, Rules of Planning and

Execution of Marine Operations, Norway, Det Norske Veritas.

[2] Battacharyya, S. Kumara, Idichandy, V.G., 1985, On Experimental

Investigation of Loadout, Launching and Upending of Offshore Steel Jacket, Applied Ocean Reaserch, Vol. 7 No.1.

[3] API RP 2A WSD 21st Edition, 2007, Recomanded Practice for

Planning, Designing, and Constructing Fixed Offshore Platform,

Washington DC, American Petroleum Institute.

[4] Ramadhani, Lutfi, 2009, In House Training Lifting Analysis, Jakarta, PT. Tripatra Construction and Engineers.

[5] Rengga, Bagus, 2012, Analisa Konfigurasi Rigging pada Proses Lifting

Deck Structure, Laporan Tugas Akhir, Surabaya, Jurusan Teknik

Kelautan-ITS.