ix Universitas Kristen Maranatha
PERHITUNGAN GAYA LATERAL DAN MOMEN
YANG BEKERJA PADA JACKET PLATFORM
TERHADAP GELOMBANG AIRY DAN GELOMBANG
STOKES
Selvina
NRP: 1221009
Pembimbing: Olga Catherina Pattipawaej, Ph.D.
ABSTRAK
Aktivitas bangunan lepas pantai berkembang dengan pesat sejak tahun 1890-an dan hingga sekarang masih sangat berkembang. Dengan adanya bangunan lepas pantai ini memudahkan proses pencarian bahan tambang yang ada di laut lepas yang bergantung pada kedalaman laut tersebut. Bangunan lepas pantai adalah suatu bangunan/struktur yang dibangun di lepas pantai untuk mendukung eksplorasi/eksploitasi bahan tambang.
Tujuan dari penelitian adalah menentukan besar gaya dan momen pada join dan pada batang jacket platform. Besar gaya dan momen yang diterima setiap join dan batang dengan menggunakan teori gelombang Linier/Airy dan teori gelombang Stokes. Gaya yang terjadi pada pada deck yang diakibatkan oleh beban angin juga dihitung.
Gaya yang dihasilkan menunjukkan perbedaan pada hasil akibat penggunaan gaya gelombang Linier/Airy dan gelombang Stokes. Gaya maksimum berdasarkan gelombang Linier sebesar 3345,11N dan berdasarkan gelombang Stokes sebesar 8874777,5N. Momen maksimum berdasarkan gelombang Linier/Airy sebesar 208829Nm dan berdasarkan gelombang Stokes sebesar 182798271,9Nm.
Kata Kunci: Teori Gelombang Linier/Airy, Teori Gelombang Stokes, Jacket
x Universitas Kristen Maranatha
DETERMINATION OF LATERAL FORCES AND
MOMENTS WORKING ON JACKET PLATFORM
USING AIRY AND STOKES WAVES
Selvina
NRP: 1221009
Supervisor: Olga Catherina Pattipawaej, Ph.D.
ABSTRACT
Activities of offshore structures have rapidly grown since the 1890s and until nowadays. The existing of offshore structures have made process searching of mine becoming easier and depended on the depth of the sea. Offshore structure is a structure that is built at the offshore to support the exploration/exploitation of minerals.
The aim of the study is to evaluation of the wave forces and moments at the joins and on any existing trunk. The determination of the force and moment load received by each joint and rod based on linear wave theory/Airy and Stokes wave theory. On the other hand, the force on the deck caused by wind loads is evaluated.
Based on the evaluation of the wave forces, the results are difference using linear wave/Airy and Stokes waves. The maximum force is obtained 3345.11N based on Airy waves and 8874777.5N based on Stokes waves. The maximum moment using the linear waves is 208 829Nm and using Stokes wave is 182,798,271.9Nm.
xi Universitas Kristen Maranatha
xii Universitas Kristen Maranatha
3.4.2 Data Transportasi Gelombang 32
3.5 Data Beban 32
3.5.1 Beban Lingkungan 32
BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN 33
4.1 Hasil Pengujian 33
4.2 Analisis Gelombang 33
4.2.1 Analisis Gelombang Linier/Airy 33
4.2.2 Analisis Gelombang Stokes 37
4.3 Analisis Kecepatan dan Percepatan Gelombang 40
4.3.1 Analisis Kecepatan Gelombang Linier/Airy 40
4.3.2 Analisis Percepatan Gelombang Linier/Airy 42
4.3.3 Analisis Kecepatan Gelombang Stokes 43
4.3.4 Analisis Percepatan Gelombang Stokes 44
4.4 Analisis Gaya Gelombang pada Tiang Silinder 46
4.4.1 Analisis Gaya Gelombang Pada Tiang Silinder Miring 46
4.4.2 Analisis Gaya Gelombang Pada Silinder Miring Berdasarkan Gelombang Linier/Airy dan Gelombang Stokes 46
4.5 Analisis Gaya Angin 47
BAB V SIMPULAN DAN SARAN 49
5.1 Simpulan 49
5.2 Saran 49
xiii Universitas Kristen Maranatha
Gambar 2.12 Asumsi Distribusi Vertikal Arus Pasang Surut dan Wind Drift Current 25
Gambar 3.1 Peta Lokasi Struktur Jacket Platform 29
Gambar 3.2 Struktur Platform yang Ditinjau 30
Gambar 4.1 Join Struktur Jacket yang Ditinjau untuk Mencari Gaya dan Momen 34
Gambar 4.2 Gaya Gelombang dan Momen Berdasarkan Gelombang Airy 36
Gambar 4.3 Gaya Gelombang dan Momen Berdasarkan Gelombang Stokes 37
Gambar 4.4 Join yang Ditinjau pada Struktur Jacket Untuk Analisis Kecepatan dan Percepatan 40
Gambar 4.5 Kecepatan Partikel Air Arah Horizontal pada Join Berdasarkan Gelombang Linier/Airy 41
Gambar 4.6 Kecepatan Partikel Air Arah Horizontal pada Join Berdasarkan Gelombang Linier/Airy 41
Gambar 4.7 Percepatan Arah Horizontal pada Join Berdasarkan Gelombang Linier/Airy 42
xiv Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Harga Parameter Bentuk Gelombang 18
Tabel 2.2 Harga Parameter Kecepatan Gelombang 18
Tabel 2.3 Parameter Frekuensi dan Tekanan Gelomang 19
Tabel 2.4 Nilai Cs Berdasarkan nilai API RP2A 26
Tabel 2.5 Tinggi Celah Udara 27
Tabel 3.1 Data Struktur Batang Silinder 31
Tabel 3.1 Kecepatan Angin 32
Tabel 3.2 Transportation Barge Motion Criteria 32
Tabel 4.1 Harga Parameter Bentuk Gelombang 37
Tabel 4.2 Parameter Harga Kecepatan Gelombang 43
xv Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR NOTASI
a parameter tinggi gelombang pada gelombang Stokes A amplitudo gelombang (0,5H) (m)
ax percepatan partikel air arah horizontal (m/dt2)
ay percepatan partikel air arah vertikal (m/dt2) c cepat rambat gelombang (m/dt)
CD koefisien geser
CI koefisien inersia D diameter (m)
FD gaya geser (N)
FI gaya inersia (N)
Fn koefisien parameter profil bentuk gelombang g percepatan gravitasi (m/dt2)
Gn koefisien parameter kecepatan gelombang
h kedalaman permukaan air rata-rata dari dasar laut (m) H tinggi gelombang dari lembah ke puncak (m)
k bilangan gelombang/angka gelombang L panjang gelombang (m)
L0 panjang gelombang di laut dalam (m) m bilangan ke-m
u kecepatan partikel air arah horizontal (m/dt)
Un koefisien kecepatan arah horizontal
Vn kecepatan partikel arah tegak lurus sumbu tiang w kecepatan partikel air arah vertikal (m/dt)
Wn koefisien kecepatan arah vertikal x posisi koordinat arah horizontal (m) z kedalaman struktur (m)
massa jenis air laut (kg/m3)
ɳ (x,t) elevasi muka air pada titik x saat t (m)
xvi Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran L.1 Gelombang Linier/Airy 51
1 Universitas Kristen Maranatha
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Aktivitas industri bangunan lepas pantai dimulai sejak tahun 1890-an, dan berkembang dengan pesat hingga sekarang. Pada tahun 1947 untuk pertama kalinya diproduksi struktur platform baja yang terpancang seberat 1200ton yang diinstalasikan di Teluk Mexico dengan kedalaman 20ft (6 meter), konstruksi bangunan lepas pantai ini dikenal sebagai tipe jacket steel platform. Jacket dikembangkan untuk operasi di laut dangkal dan laut sedang.
Bangunan lepas pantai adalah suatu bangunan/struktur yang dibangun di lepas pantai untuk mendukung eksplorasi/eksploitasi bahan tambang. Bangunan lepas pantai biasanya memiliki rig pengeboran yang berfungsi menganalisis sifat geologis reservoir maupun lubang untuk mengambil bahan tambang. Fungsi utama bangunan lepas pantai (offshore platform) adalah mampu mendukung bangunan atas beserta fasilitas operasionalnya, serta gerakan horizontal dan vertikal suatu struktur offshore platform merupakan kriteria penting yang menentukan prilaku anjungan tersebut di atas air. Terdapat berbagai macam jenis anjungan lepas pantai berdasarkan fungsi, material pembentuk maupun jenis strukturnya, diantaranya adalah anjungan lepas pantai tipe tetap (Fixed-Offshore
Platform) dibagi menjadi beberapa jenis seperti Jacket Platform, Caissons Platform, Concrete Gravity Platform dan anjungan lepas pantai tipe terapung
2 Universitas Kristen Maranatha dan kondisi lingkungan. Selain itu yang harus diperhatikan seperti gelombang,
angin, dan arus.
Gelombang merupakan sumber paling utama dari beban lingkungan yang
dialami oleh bangunan lepas pantai. Karakteristik gelombang yang digunakan
pada kondisi lingkungan normal. Parameter–parameter yang didapatkan dari
gelombang, antara lain tinggi gelombang, periode gelombang, panjang
gelombang, dan elevasi puncak gelombang. Gelombang pada dasarnya adalah
manifestasi dari gaya–gaya yang bekerja pada fluida, tiupan angin pada
permukaan air dapat menimbulkan gelombang. Ketika gelombang terbentuk, gaya
gravitasi dan tegangan permukaan akan bereaksi untuk menimbulkan rambatan
gelombang.
Parameter yang utama pada angin ialah kecepatan angin itu sendiri. Data
angin yang diperoleh harus dapat disesuaikan dengan kecepatan angin pada
ketinggian standar (ketinggian acuan) yaitu 10m atau 33ft di atas permukaan air
rata-rata dengan interval waktu yang ditentukan. Selain itu kecepatan arus juga
mempengaruhi lingkungan sekitar bangunan lepas pantai tersebut.
1.2 Maksud dan Tujuan Penelitian
Maksud penelitian Tugas Akhir ini adalah mengetahui besar perbandingan gaya yang terjadi dengan perhitungan menggunakan teori gelombang Linier/Airy dan teori gelombang Stokes. Tujuan penelitian Tugas Akhir ini adalah menyimpulkan perbedaan kedua gaya gelombang baik gelombang Linier/Airy maupun gelombang Stokes.
1.3 Ruang Lingkup
Ruang lingkup pembahasan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Studi kasus jacket platform yang beroperasi di sebelah Tenggara Laut Jawa dengan kedalaman 64m;
2. Menentukan gaya gelombang maksimum berdasarkan gelombang Linier/Airy dan gelombang Stokes pada join dan lengan struktur;
3 Universitas Kristen Maranatha 4. Menentukan besar gaya angin yang terjadi pada deck/struktur bagian atas; 5. Gaya yang diperhitungkan hanya gaya Angin, dan Gelombang;
6. Perhitungan pondasi, gaya gempa, dan struktur tambahan pada jacket platform tidak dievaluasi pada penelitian ini;
7. Perhitungan gaya dan momen pada jacket platform hanya pada satu sisi; 8. Penggunaan software tidak dilakukan pada perhitungan gaya dan momen
pada jacket platform.
1.4 Sistematika Penelitian
BAB I PENDAHULUAN
Meliputi latar belakang, maksud dan tujuan penelitian, ruang lingkup, dan sistematika penelitian.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Meliputi ilmu–ilmu dasar yang berkaitan dengan jenis–jenis struktur anjungan lepas pantai, Jacket Platform, material struktur, beban lingkungan, dan teori dasar gelombang.
BAB III METODE PENELITIAN
Berisi tentang metode penelitian yang akan dipergunakan dalam penyelesaian kasus Tugas Akhir.
BAB IV ANALISIS DATA
Berisi tentang analisis respon dinamik struktur serta hasil yang didapat sesuai dengan kasus Tugas Akhir ini.
BAB V SIMPULAN DAN SARAN
49 Universitas Kristen Maranatha
BAB V
SIMPULAN DAN SARAN
5.1 Simpulan
1. Gaya maksimum yang terjadi berdasarkan gelombang Linier/Airy dan gelombang Stokes terjadi di permukaan air laut.
2. Momen maksimum yang terjadi berdasarkan gelombang Linier/Airy dan gelombang Stokes terjadi di permukaan air laut.
3. Gaya maksimum yang terjadi pada gelombang Linier/Airy dan Stokes memiliki perbedaan, yaitu sebesar 3345,11N pada gelombang Linier/Airy dan sebesar 8874777,5N pada gelombang Stokes.
4. Momen maksimum yang terjadi pada gelombang Linier/Airy dan Stokes memiliki perbedaan yaitu sebesar 208829Nm momen pada gelombang Linier/Airy dan sebesar 182798271,9Nm momen yang terjadi pada gelombang Stokes.
5. Gaya maksimum pada gelombang Linier/Airy terjadi pada batang silinder yang terletak pada kedalaman 57,5m dari dasar laut.
6. Gaya maksimum pada gelombang Stokes terjadi pada batang silinder miring pada kedalaman 57,5m dari dasar laut.
5.2 Saran
1. Untuk penelitian selanjutnya sebaiknya menggunakan metode numerik untuk mencari gaya dan momen.
PERHITUNGAN GAYA LATERAL DAN MOMEN
YANG BEKERJA PADA JACKET PLATFORM
TERHADAP GELOMBANG AIRY DAN GELOMBANG
STOKES
Diajukan sebagai sebagai syarat untuk menempuh ujian sarjana di Program Studi S-1 Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Kristen Maranatha Bandung
Disusun Oleh:
SELVINA
NRP: 1221009
Pembimbing:
Olga Catherina Pattipawaej, Ph.D.
PROGRAM STUDI S-1 TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS KRISTEN MARANATHA
BANDUNG
vii
KATA PENGANTAR
Puji syukur penyusun panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas segala rahmat yang dilimpahkan oleh-Nya, sehingga dapat menyelesaikan penyusunan Tugas Akhir. Tugas Akhir merupakan pembahasan laporan penelitian dengan judul PERHITUNGAN GAYA LATERAL DAN MOMEN YANG
BEKERJA PADA JACKET PLATFORM TERHADAP GELOMBANG
AIRY DAN GELOMBANG STOKES. Tugas akhir diajukan sebagai syarat
untuk menempuh ujian sarjana di Program Studi S-1 Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha, Bandung.
Penyusun merasa bersyukur dan berterimakasih kepada pihak-pihak yang sudah membantu dan bekerjasama selama penyusunan Tugas Akhir ini, kepada: 1. Ibu Olga Catherina Pattipawaej, Ph.D., selaku dosen pembimbing yang selalu
membimbing selama pengerjaan Tugas Akhir ini.
2. Ibu Ir. Maria Christine Sutandi, M.Sc., Bapak Robby Yussac Tallar, S.T., M.T., Dipl. IWRM., Ph.D., Bapak Ir. Daud Rahmat Wiyono, M.Sc., selaku dosen-dosen penguji pra sidang dan USTA.
3. Bapak Dr. Yosafat Aji Pranata, S.T., M.T., selaku Ketua Program Studi S-1 Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha.
4. Bapak Dr. Anang Kristianto, S.T., M.T., selaku dosen wali.
5. Dosen-dosen Program Studi S-1 Teknik Sipil yang telah berjasa memberikan ilmu-ilmunya.
6. Bapak Ir. Hendrayana, Ibu Susiana, S.Pd., selaku orang tua.
7. Wildani, Weindiani, Wahyudin, S.Pd., Ahmad Taufik, Siti Sophiah, dan Naila Alika Putri, selaku saudara terdekat yang selalu memberi semangat.
8. Resimas Friskiansyah, S.T., sebagai orang yang selalu memberi motivasi. 9. Teman-teman JJM Zelina Alviana, S.T., Mahendra Ginting, S.T., Rhenato
50 Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR PUSTAKA
[1] Chakrabakti, S., 2005, Handbook of Offshore Engineering, Volume 1, Elsevier, USA.
[2] Departement of The Army, 1984, Shore Protection Manual, Volume 1, U.S.Goverment Printing Office, Washington D.C.
[3] Departement of The Army, 1984, Shore Protection Manual, Volume 2, U.S.Goverment Printing Office, Washington D.C.
[4] Graff, W.J., 1981, Introduction to Offshore Structure, Gulf Publishing Company, Texas.
[5] McClelland, B. dan Reifel, M.D., 1986, Planning and Design of Fixed
Offshore Platforms, Van Nostrand Reinhold Company, Canada.
