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 sub-struktur 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
sebagai bahan struktur yang mampu memikul beban statik maupun beban dinamik.
I.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 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.
Perencanaan memperhitungkan analisa statik. Perhitungan struktur menggunakan program SACS 5.2.
I.4 TUJUAN
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 RP2A-WSD dan AISC.
Mampu untuk merencanakan dan menganalisa kekuatan struktur jacket tipe triangle dengan menggunakan program bantu SACS 5.2.
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)
Gambar 1.1Foto contoh bangunan lepas pantai
BAB III METODOLOGI
III.1 DIAGRAM ALIR METODOLOGI
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
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
Platform atau anjungan adalah struktur
yang khusus didesain untuk kegiatan eksplorasi dan eksploitasi minyak dan gas bumi di lepas pantai. Anjungan harus dapat menahan beban-beban yang bekerja padanya. Beban-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 beban-beban 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 :
Studi literatur Mulai
Pengumpulan data
Kriteria desain Jacket
Pemilihan tipe struktur Jacket
Perhitungan pembebanan
Perencanaan batang tubular dan sambungan
Pemodelan pada program Bantu
Analisa inplace NOT OK OK Kontrol Desain Kesimpulan Selesai Analisa fatigue
1. Beban Mati 2. Beban Hidup 3. Beban Lingkungan 4. Beban Konstruksi 5. Beban Tambahan 6. Beban Dinamik
III.1.6 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 tiba-tiba 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
dengan beban operasional platform untuk
memperoleh beban lingkungan yang
kondisinya paling merugikan untuk dianalisa. Analisa inplace dapat dibagi menjadi dua kondisi, yaitu :
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.
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 LOAD QUANTITY
Dead Load 176.08 kips.
Live Load Cellar Deck 295.18 kips. Live Load Main Deck 580.17 kips. Total Topside Loads 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.
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
Description Return Periods 1 year 100 year Mean Sea Level (MSL) 105.00 ft 105.00 ft
Storm Tide 0.30 ft 0.50 ft
Highest Astronomical
Tide (HAT) 3.80 ft 3.80 ft
Maximum Water Depth 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 Mph Knots
1 year 38.00 33.02
100 year 63.00 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
Percent of Depth Below Water Surface (%)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1 year 2.6 2.4 2.3 2.1 2.0 1.8 1.7 1.5 1.4 1.2 0.8
100
year 3.6 3.3 3.1 2.8 2.6 2.4 2.2 2.0 1.8 1.5 0.9
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.
d. Gelombang
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.
Tabel 4.5 Data gelombang
Return Periods Wave Height (ft.) Wave Period (sec.) 1 year 16.40 7.00 100 year 27.30 9.30 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.
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.
g. Scouring
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.
h. Koefisien Hidrodinamika
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 Cd Cm Smooth members Rough members 0.65 1.05 1.6 1.2 Fatigue Analysis Cd Cm All members 0.70 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:
1 2 3 P 10 W 2E 2D 2C 2B 23 25 7 2W 2V 30 F 3X 3W 3C A 3H
Tabel 4.7 Dimensi dan jenis profil member struktur jacket
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
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.
Gambar 4.1 Bentuk dan dimensi ketinggian struktur jacket
(feet)
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.
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
Keterangan Profil Member
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 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 + 17.00 top up jacket + 12.00 (lantai atas)
+ 00.00 Mean Sea Level
- 17.25 (lantai 2)
- 46.50 (lantai 3)
- 75.75 (lantai 4)
- 105.00 (lantai dasar) - 108.50 (dasar laut)
IV.2.2 Pemodelan Member Struktur Jacket
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
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 CG JLA DB RI HB CB CB1 JLB
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 mengubah-ubah (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 W :
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
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
Gambar 4.9 Tampak atas dan bawah struktur jacket
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 masing-masing kaki jacket sebesar 350.67 Kips. Berikut ini akan ditampilkan gambar pembebanan akibat beban deck/platform pada struktur jacket.
Gambar 4.12 Penyaluran beban deck/platform pada struktur
jacket
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.
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 Loadcn 1 Bouyant Self Weight of Structure Loadcn 2 Main Deck Superimposed Load Loadcn 3 Cellar Deck Superimposed Load Loadcn 4 Miscellaneous Loads
Loadcn 5 100 year storm wind load in X-direction Loadcn 6 100 year storm wind load in Y-direction Loadcn 7 100 year storm current & wave loads at 0o
Loadcn 8 100 year storm current & wave loads at 30o
Loadcn 9 100 year storm current & wave loads at 60o
Loadcn 10 100 year storm current & wave loads at 90o
Loadcn 11 100 year storm current & wave loads at 120o
Loadcn 12 100 year storm current & wave loads at 150o Loadcn 13 100 year storm current & wave loads at 180o
Loadcn 14 100 year storm current & wave loads at 210o
Loadcn 15 100 year storm current & wave loads at 240o
Loadcn 16 100 year storm current & wave loads at 270o
Loadcn 17 100 year storm current & wave loads at 300o
Loadcn 18 100 year storm current & wave loads at 330o
IV.5 PEMODELAN FATIGUE IV.5.1 Gelombang
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,
350.67Kips
350.67Kips
percepatan, tinggi gelombang, dan panjang gelombang yang dihitung dari teori gelombang yang sering digunakan.
Gambar 4.13 Diagram aplikasi teori gelombang untuk
keperluan desain
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
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
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.
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
Wave Height (ft) N NE E SE S SW W NW 2 6.714.600 8.996.200 119.296.200 8.083.600 1.825.300 1.564.600 9.713.300 8.996.200 6 229.880 308.050 660.750 276.740 63.640 54.490 332.600 308.050 10 7.752 10.390 22.270 9.336 1.060 910 11.212 10.390 14 260 348 754 314
375 348 18 8 11 25 10
13 11 22 1 1
1 TOTAL 6.952.500 9.315.000 19.980.000 8.370.0001.890.000 1.620.00010.057.500 9.315.000
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. 0033 . 0 30 . 9 81 . 9 30 . 27 2 2 x gT H 013 . 0 30 . 9 81 . 9 105 2 2 x gT d
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 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 : 13.249 feet
Y : 6.795 feet
Z : -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.
Gambar 5.1 Letak Center of Gravity struktur jacket pada
tampak belakang dan isometri
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
Gambar 5.3 Letak Center of Bouyancy struktur jacket
pada tampak belakang dan isometri
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.
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
Load Case
Force (Kips) Moment (Ft-Kips) 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 Load Case X Y Z Joint Deflection (inch) Joint Deflection (inch) Joint Deflection (inch) 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 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 3A 3A 2T 2U 3A 3A 3A 2T 3A 2T 2T 2T 2T -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 2F 2T 2T W 3A 3A 3A 3A 3A G 2T 2T 2T -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 paling kritis, antara lain member
5W-6G, 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 : 5W 6G
Grup ID : Chord (JLA)
L (Panjang) : 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
member : 490 lb/ft³
: 0.28356 lb/in³ Mencari momen inersia
Jari-jari luar (R1) : 21.5 inch
Jari-jari dalam (R2) : 21 inch
= member : 0.28356 lb/in³ tebal : 0.5 inch dm : .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 I (Momen Inersia) : : 2. . . t
: ½ * . . t (R1 4 -R2 4 ) : ½ * . . t (R1 2 -R2 2 )( R1 2 +R2 2 ) : ½ * m * ( R1 2 +R2 2 ) : ½ * 9.465 * (21.52 + 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 1 2 dm ² R R r 1 2 dr ³ R R r
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
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.
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.
