Abstrak–
Pondasi pile mempunyai fungsi yang sangat vital dalam pengoperasian suatu fixed offshore structure. Hal ini dikarenakan pondasi pile menopang keseluruhan beban struktur untuk menjaganya agar tetap stabil. Jika dalam masa pengoperasianya struktur platform diberikan penambahan jumlah beban serta terjadi pengurangan daya dukung tanah maka tidak menutup kemungkinan struktur akan mengalami kemiringan. Oleh karena itu perlu tindakan pencegahan dengan memberikan buoyancy
tank kepada struktur kaki platform. Hal yang ditinjaudalam penelitian ini adalah nilai pile axial load dan unity
chek pada struktur. Struktur diskenariokan terjadipenambahan beban diatas deck sehingga distribusi beban tidak merata pada kaki jacket terutama pada PL1 dan PL4. Beban yang diinputkan sebesar 30 ton pada kaki PL1 dan PL4. Struktur kemudian diberi buoyancy tank untuk memberikan gaya angkat keatas sehingga mampu mengembalikan nilai pile axial load semula. Terdapat dua model pemasangan buoyancy tank, model horizontal dan vertikal. Dari hasil yang didapat, model horizontal yang paling baik untuk struktur tersebut karena memberikan gaya angkat yang merata. Untuk memasangkan buoyancy tank digunakan sambungan klem. Tegangan Lokal yang terjadi pada sambungan mode horizontal yaitu minimum sebesar 3.79 x 10
-6MPa dan maksimum sebesar 169 MPa.
Kata Kunci– Buoyancy tank, Pile axial load, unity check, tegangan lokal
I. PENDAHULUAN
Struktur lepas pantai (Offshore Structure) merupakan struktur yang digunakan untuk eksplorasi maupun eksploitasi minyak dan gas bumi. Secara garis besar terdapat dua macam struktur lepas pantai, yaitu struktur terapung (floating offshore structure) dan struktur terpancang (fixed offshore structure).
Pondasi pile mempunyai fungsi yang sangat fital dalam pengoperasian suatu fixed offshore structure. Hal ini dikarenakan pondasi pile menopang keseluruhan beban struktur untuk menjaganya agar tetap stabil. Jika dalam masa pengoperasianya struktur diberikan penambahan jumlah beban serta terjadi pengurangan daya dukung tanah maka tidak menutup kemungkinan struktur akan mengalami
kemiringan. Struktur yang awalnya berdiri tegak akan menjadi miring dan lambat laun akan roboh karena kehilangan stabilitas. Dari aspek itulah perlu adanya solusi agar struktur itu tetap stabil.
Struktur fixed offshore structure perlu dianalisa untuk mengetahui bagian kaki struktur mana yang terdapat penambahan beban pondasi pilenya. Setelah diketahui, maka diberikanlah suatu alternatif agar struktur tetap stabil dan tidak mengalami kemiringan dengan buoyancy tank.
Bouyancy tank merupakan suatu tanki udara yang dirancang sedemikian rupa sehingga dapat memberikan gaya angkat keatas. Bouyancy tank umumnya digunakan untuk mengangkat fixed offshore platform dari dalam air jika struktur tersebut sudah tidak digunakan lagi. Dalam penelitian ini, bouyancy tank digunakan untuk mempertahankan stabilitas suatu fixed offshore platform yang masih beroperasi dikarenakan adanya penambahan beban diatas deck atau menurunnya daya dukung tanah yang dapat menyebabkan kemiringan pada struktur sehingga struktur tetap dalam kondisi stabil. Buoyancy tank akan dipasangkan menempel pada struktur kaki yang mengalami penambahan beban.
Buoyancy tank diharapkan mampu menjaga kaki struktur agar tetap stabil akibat adanya penambahan beban dan pengurangan daya dukung tanah.
METODOLOGI
Metodologi yang dipakai dalam kajian Tugas Akhir ini adalah dengan menggunakan metode numerik yang kemudian dimodelkan dengan bantuan software. Prosedur pengerjaan yang dilakukan adalah:
1. Pada tahap awal dilakukan studi literatur dengan mencari referensi dari jurnal, tugas akhir, dan buku. Setelah itu mencari data yaitu data lingkungan dan data fisik Fixed Offshore Structure.
2. Setelah memiliki data yang dibutuhkan, kemudian dilakukan pemodelan dengan menggunakan software SACS 5.2.
3. Setelah model selesai, dilakukan kemudian diinputkan beban-beban yang bekerja pada struktur tersebut (di- skenario-kan) dengan batasan masalah Tugas Akhir.
Skenario yang dimaksud yaitu menginputkan beban sehingga didapat dua pile yang terindikasi kinerjanya menurun.
Muflih Mustabiqul Khoir, Wisnu Wardhana dan Rudi Walujo Prastianto
Jurusan Teknik Kelautan, Fakultas Teknologi Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111
E-mail: [email protected]
Kajian Buoyancy Tank Untuk Stabilitas Fixed Offshore Structure Sebagai Antisipasi
Penambahan Beban Akibat Deck Extension
4. Setelah beban diinputkan, dilakukan analisa in place untuk mengetahui keadaan struktur sebelum diberikan bouyancy tank. Analisa inplace dilakukan saat kondisi operasi, untuk mengetahui kemampuan struktur tersebut.
Analisa Inplace adalah analisa yang dilakukan untuk mengetahui respon struktur terhadap beban strukturnya sendiri, tanpa dipengaruhi pembebanan lain seperti seismic, fatigue, maupun load out.
5. Setelah dilakukan analisa in place, diberikan bouyancy tank dengan variasi kedalaman dan konfigurasi.
6. Buoyancy tank diasumsikan berbentuk tubular non- floaded yang memiliki tebal dan berisi udara yang memiliki gaya angkat ke atas. Mengulangi analisa inplace dengan bantuan software SAC 5.2 setelah diberikan buoyancy pada struktur kaki.
7. Dilakukan pengecekan pada pemodelan dengan mempertimbangkan nilai UC-nya, jika memenuhi kriteria maka selesai dan jika tidak memenuhi kriteria maka kembali ke penempatan bouyancy tank.
8. Setelah pengecekan memenuhi kriteria, dilakukan analisa tegangan pada sambungan bouyancy tank dengan software Ansys 12.
HASIL DAN DISKUSI Pemodelan struktur
Pemodelan struktur jacket kaki empat, Gajah Baru Wellhead Platform, dilakukan dengan bantuan software SACS 5.2. Hasil pemodelan seperti pada Gambar 1.Data gambar struktur yang digunakan untuk pemodelan adalah data gambar dari technical drawing Gajah Baru Wellhead Platform. Dalam pemodelan geometri struktur, yang dimodelkan hanya struktur kaki jacket saja. Untuk beban topside diinputkan sebagai beban joint pada working point pada struktur jacket.
Gambar 1. Pemodelan Struktur
Pemodelan pembebanan dilakukan setelah model struktur selesai dibuat. SACS 5.2 dapat meminta input beban dari modul Precede ataupun model Data Generator. Input beban dapat dimasukkan sebagai beban dasar (Basic Load Condition) untuk kemudian dikombinasikan dengan aturan tertentu (Load Combination) agar menghasilkan kombinasi
pembebanan yang paling ekstrem. Detail perhitungan dan gambar pembebanan struktur pada load kondisi 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
Berat sendiri struktur yang digunakan adalah Nominal Self Weight dengan input water density 1.025 ton/m3. Berat ini dihitung otomatis oleh SACS 5.2 berdasarkan member yang dimodelkan saja.
Berat topside diinputkan sebagai beban joint pada working point struktur kaki jacket. Berat total topside saat kondisi operasi menurut data yang diperoleh yaitu 953 ton dengan pembulatan menjadi 1000 ton.
Beban skenario yang diinputkan yaitu 60 ton.
Skenario ini dimaksudkan untuk mengasumsikan beban jika suatu saat struktur jacket ini dilakukan penambahan beban pada deck atau perluasan deck (Deck Extention) sehingga menyebabkan penambahan beban yang diterima pada kaki jacket. Beban skenario ini diinputkan pada dua working point kaki jacket yaitu pada kaki A1 dan B1. Pembebanan dilakukan pada kaki ini karena jika diberi beban berlebih maka struktur dalam waktu yang lama dapat dimungkinkan terjadi kemiringan.
Beban lingkungan terdiri atas beban angin arus dan gelombang. Untuk beban angin dibebankan di setiap joint masing masing deck leg terhadap sumbu-x dan sumbu-y.
Sedangkan untuk beban arus dan gelombang dikombinasikan jadi satu arah pembebanan untuk memberikan pembebanan paling ekstrim terhadap struktur. Untuk banyaknya arah pembebanan arus dan gelombang terhadap struktur dibagi menjadi 8 arah pembebanan seperti pada Gambar 2. Teori gelombang yang dipakai yaitu teori gelombang stokes orde 5.
Gambar 2. Arah Pembebanan
Skenario Pemasangan dan Penempatan Buoyancy tank Pada pemodelan buoyancy tank digunakan software SAC 5.2. Model buoyancy tank dimodelkan dengan tipe struktur tubular Non-flooded. Terdapat dua model pemasangan buoyancy tank yaitu model pemasangan secara vertikal dan horizontal.
Pemasangan buoyancy tank ada dua model
pemasangan. Model pemasangan yang pertama adalah secara
vertikal dan model pemasangan yang kedua adalah secara
horizontal. Dua model pemasangan ini, yaitu model vertikal
dan horizontal diaplikasikan pada struktur jacket untuk
memberikan gaya angkat pada struktur kaki jacket sehingga
diupayakan akan memberikan efek yang positif pada struktur kaki yang diskenariokan mengalami penurunan kondisi pile.
Dibawah ini adalah tabel data struktur hasil pemodelan sebelum adanya penambahan beban skenario.
Gambar 3. Perbandingan UC pile sebelum pembebanan
Dari Gambar 3 ini dianggap sebagai data awal dalam skenario pembebanan. Skenario pembebanan dilakukan dengan menambahkan beban joint pada working point jacket sebesar 30 ton pada working point A1 (101L) dan B1 (181L) sehingga total keseluruhan struktur menerima beban tambahan sebesar 60 ton.
Gambar 4. Perbandingan UC pile setelah pembebanan
Gambar 4 ini dipakai sebagai acuan pembanding struktur setelah diberikan buoyancy tank. Struktur kemudian diberikan buoyancy tank dengan variasi kedalaman (10.9 m, 29.293 m, 51.238 m) dan model (vertikal dan horizontal).
Buoyancy tank hanya dipasangkan pada variasi kedalaman tersebut karena jika terlalu keatas (kedalaman 6.67 m) dikhawatirkan dapat mengganggu vessel yang akan merapat dan juga masih pada daerah ketinggian pasang surut air laut sehingga tanki tidak tercelup sempurna dan tidak memberikan gaya apung yang efektif.
Model vertikal
Model pemasangan yang pertama adalah dengan dipasangkan secara vetikal. Pada model pemasangan ini, buoyancy tank dipasangkan menempel sejajar dengan kaki jacket. Buoyancy tank dipasangkan dengan menggunakan klem pada kaki jacket. Ukuran diameter dan panjang buoyancy tank dihitung sesuai dengan beban yang diskenariokan yaitu 60 ton. Jumlah tanki untuk model vertikal
dirancang sesuai beban yang diterima masing-masing kaki yaitu 2 buah tanki dengan kapasitas daya apung masing- masing 30 ton. Untuk panjang buoyancy tank ditetapkan sesuai dengan jarak antar joint sehingga diameter buoyancy tank dapat ketahui. Buoyancy tank dipasangkan dengan variasi kedalaman pada 10.9 m, 29.293 m, 51.238 m seperti pada gambar 5. Untuk model vertikal ini dipasangkan pada kaki A1 dan B1.
Gambar 5. Pemasangan buoyancy tank vertikal dengan variasi kedalaman
Model Horizontal
Model yang kedua adalah dengan dipasangkan secara horizontal. Pada model pemasangan ini, model akan dipasangkan menempel sejajar dengan brace tetapi tumpuan tetap pada kaki jacket. Pemasangan buoyancy tank pada kaki jacket menggunakan klem. Panjang buoyancy tank dibatasi pada jarak antar join kaki jacket yang sejajar. Buoyancy tank dipasangkan dengan variasi kedalaman pada 10.9 m, 29.293 m, 51.238 m seperti gambar 6.
Gambar 6. Pemasangan buoyancy tank horizontal dengan variasi kedalaman
Data buoyancy tank yang akan dipasangkan Tabel 1. Data Buoyancy tank
Model Elevasi
Diam eter (m)
Kete bala n (cm)
Panjang (m)
Kapasi tas Tangk
i (m3)
1 (ver) (-) 10.9 m sampai (-)
29.293 m 1.41 1.9 19.30 30
2 (ver) (-) 29.293 m sampai (-)
51.239 m 1.31 2.1 22.05 30
0 0.2 0.4 0.6
0 5 10
UC
LOAD CASE
UC PILE
pl1 pl2 pl3 pl4
0 0.2 0.4 0.6 0.8
0 5 10
UC
LOAD CASE
UC PILE
pl1
pl2
pl3
pl4
3 (ver) (-) 51.239 m sampai (-)
70.063 m 1.42 2.54 18.82 30
1 (hor) (-) 10.9 m 2.18 2.1 16.04 60
2 (hor) (-) 29.293 m 1.96 2.54 19.88 60
3 (hor) (-) 51,239 m 1,77 2.8 24.27 60
Tabel 1 ini merupakan data buoyancy tank yang dipakai untuk kajian.
Analisa
Nilai hasil yang perlu ditinjau setelah pemberian buoyancy tank yaitu pile axial load dan unity check sebagai indikasi adanya gaya angkat atau tidak pada struktur yang telah dipasang buoyancy tank. Pemasangan buoyancy tank pada struktur ternyata dapat memberikan efek gaya angkat keatas. Hal ini terbukti dari hasil running SACS 5.2 yang menunjukkan bahwa terjadi pengurangan nilai axial load dan unity check setelah pemasangan buoyancy tank dilakukan.
Model Vertikal
Gambar 7. UC struktur setelah pemasangan buoyancy tank vertikal pada kedalaman 10.9 m
Pada gambar 7 jika diamati lebih detail, terjadi selisih antara sebelum pembebanan, setelah pembebanan, dan setelah pemberian buoyancy tank. Pada gambar 7 ini UC yang dihasilkan model vertikal kurang stabil. Ada beberapa load case yang bertambah UC nya karena pemberian buoyancy tank.
Gambar 8. UC struktur setelah pemasangan buoyancy tank vertikal pada kedalaman 29.293 m
Pada gambar 8 dapat diketahui UC tiap pile memiliki hasil yang hampir sama dengan UC pada gambar 7. Buoyancy tank model vertikal dengan kedalaman 29.293 m ini masih terdapat ketidakstabilan seperti pada kedalaman 10.9 m.
Gambar 9. UC struktur setelah pemasangan buoyancy tank vertikal pada kedalaman 51.239 m
Pada gambar 10 dapat diketahui bahwa untuk load case 5 sampai 9 pada kedalaman 51.239 m ini memiliki hasil UC yang paling baik.
Dari grafik hasil running SACS 5.2 untuk buoyancy tank model vertikal pada kedalaman 10.9 m tersebut dapat diketahui bahwa buoyancy tank ini telah dapat memberikan gaya angkat keatas rata-rata sebesar 76% dari beban yang diskenariokan. Hal ini dikarenakan buoyancy tank memiliki berat struktur yang tidak diperhitungkan dalam perhitungan design buoyancy tank sehingga gaya angkat tidak bisa 100%
dari beban yang diskenariokan.
Pile yang perlu ditinjau adalah pile yang terkena langsung beban tambahan yaitu pada PL1 dan PL4. Untuk perbandingan variasi kedalaman diketahui bahwa pemasangan pada kedalaman 10.9 m, PL1 memiliki hasil yang paling baik saat kondisi Load case 1 sampai 4, sedangkan saat kondisi load case 5 sampai 9, pemasangan pada kedalaman 51.238 m yang paling baik. Hal ini menunjukkan bahwa pemasangan model vertikal pada PL1 memilki hasil yang kurang stabil saat terkena beban gelombang dan arus. Tetapi pada PL4 pemasangan yang memiliki nilai yang paling tinggi yaitu pada kedalaman 51.239 m. Tapi perlu diperhatikan lagi bahwa tujuan memberikan buoyancy tank pada penelitian ini adalah untuk mengembalikan lagi nilai axial load pada pile sebelum adanya skenario pembebanan. Jika dibandingkan dengan keadaan awal, pada kedalaman 51.239 m memiliki hasil yang melebihi nilai axial load awal sehingga hal ini akan menyebabkan penambahan axial load pada pile lain karena PL4 memiliki gaya angkat yang berlebih. Pada PL4 yang memiliki hasil yang mendekati nilai axial load awal yaitu pada kedalaman 29.293 m. Sehingga pemasangan yang optimal untuk model vertikal yaitu pada kedalaman 29.293 m.
Model Horizontal
Dari tabel-tabel hasil running SACS 5.2 untuk buoyancy tank model horizontal pada kedalaman 10.9 m tersebut dapat diketahui bahwa buoyancy tank ini telah dapat memberikan 0
0.2 0.4 0.6 0.8
0 5 10
UC
Load case
UC Pile
PL1 PL2 PL3 PL4
0 0.2 0.4 0.6 0.8
0 5 10
UC
Load case
UC Pile
PL1 PL2 PL3 PL4
0 0.2 0.4 0.6
0 5 10
UC
Load case
UC Pile
PL1
PL2
PL3
PL4
gaya angkat keatas rata-rata sebesar 85% dari beban yang diskenariokan. Hal ini dikarenakan buoyancy tank memiliki berat struktur yang tidak diperhitungkan dalam perhitungan design buoyancy tank sehingga gaya angkat tidak bisa 100%
dari beban yang diskenariokan.
Gambar 10. UC struktur setelah pemasangan buoyancy tank horizontal pada kedalaman 10.9 m
Pada gambar 10 dapat diketahui bahwa hasil UC lebih stabil dari pada model vertikal untuk semua load case.
Gambar 11. UC struktur setelah pemasangan buoyancy tank horizontal pada kedalaman 29.293 m
Pada gambar 11 dapat diketahui bahwa UC pada kedalaman ini stabil tetapi masih kurang baik daripada kedalaman 10.9m. Hal ini dikarenakan berat buoyancy tank yang lebih berat.
Gambar 12. UC struktur setelah pemasangan buoyancy tank horizontal pada kedalaman 51.239 m
Pada gambar 12 dapat diketahui bahwa UC pada kedalaman ini stabil tetapi masih kurang baik daripada kedalaman 10.9m. Hal ini dikarenakan berat buoyancy tank yang lebih berat, menggunakan plat 2.8 cm.
Dari hasil running SACS 5.2 dapat diketahui bahwa pemasangan yang memiliki nilai axial load yang paling baik terdapat pada buoyancy tank model horizontal pada kedalaman 10.9 m. Model horizontal ini lebih stabil untuk semua load case daripada model vertikal karena pemasangannya yang mendatar dan rata sehingga memiliki gaya angkat yang stabil dan merata. Pemasangan model horizontal yang paling optimal yaitu pada kedalaman 10.9 m.
Distribusi tegangan lokal pada sambungan
Buoyancy tank ini dipasangkan ke kaki jacket dengan menggunakan sambungan klem. Ada dua model sambungan klem yang dianalisa, yaitu model sambungan vertikal dan model sambungan horizontal. Sambungan model vertikal untuk memasangkan buoyancy tank model vertikal dan sambungan model horizontal untuk memasangkan buoyancy tank model horizontal.
Gambar 13. Disitribusi tegangan lokal padasambungan vertikal
Gambar 14. Distribusi tegangan lokal pada sambungan horizontal
0 0.2 0.4 0.6
0 5 10
UC
Load case
UC Pile
PL1 PL2 PL3 PL4
0 0.2 0.4 0.6
0 5 10
UC
Load case
UC Pile
PL1 PL2 PL3 PL4
0 0.2 0.4 0.6
0 2 4 6 8 10
UC
