Perancangan Struktur Jacket dantopside Anjungan Lepas Pantai Ditinjau dari Analisis Inplace

(1)

Perancangan Struktur

Jacket

dan

Topside

Anjungan Lepas Pantai

Ditinjau dari Analisis

Inplace

YUNIZAR PUTRA MAHARDIKA

1

_,

YESSI NIRWANA KURNIADI

2

_{, NUR LAELI HAJATI}

2

1

_{Mahasiswa, Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan}

Institut Teknologi Nasional, Bandung

2

_{Dosen, Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan}

Institut Teknologi Nasional, Bandung

Email: yunizar.putra@gmail.com

ABSTRAK

Pada penelitian ini, suatu struktur anjungan lepas pantai dirancang dengan metode analisis inplace pada kondisi operasional dan badai. Lingkungan perairan memberikan kontribusi besar terhadap kehandalan sehingga anjungan dapat memenuhi kriteria perancangan untuk kondisi yang ditentukan. Untuk mendukung analisis ini digunakan perangkat lunak SACS (Structure Analysis Computer System) dan hasil pemodelan didasarkan pada peraturan API RP2A WSD (American Petroleum Institute Recommended Practice 2A Working Stress Design). Analisis yang dilakukan yaitu dengan membandingkan 2 tipe bracing K-Brace dan X-K-Brace yang diaplikasikan pada struktur yang sama untuk mendapatkan nilai Unity Check (UC) pada seluruh member. Struktur tipe K-Brace dianggap unggul dalam hal keekonomisan, dan struktur tipe X-Brace unggul dalam kekakuan dan kapasitas penampang. Dengan begitu dapat direkomendasikan struktur tipe X-Brace lebih kuat dalam menahan beban.

Kata Kunci : anjungan lepas pantai, API, bracing, SACS, inplace, unity check.

ABSTRACT

On this research an offshore structure was designed with an inplace analysis on operating and storm condition. Environmental loads of offshore give a major contribution on offshore structure reliability to meet design criteria for specified condition. Software SACS (Structure Analysis Computer System) was used to support this analysis and modeling results based on API RP2A WSD (American Petroleum Institute Recommended Practice 2A Working Stress Design). Analysis was made by comparing the two types of bracing, K-Brace and X-Brace that were applied to the same structure in order to obtain the value of the Unity Check (UC) at all member. K-Brace type structure considered good in the economical side, and X-Brace type structure considered good at stiffness and section capacity. Therefore it is recommended that X-Brace type structure is stronger than K-Brace type structure.

(2)

1. PENDAHULUAN

Aktivitas industri lepas pantai (offshore) pertama muncul di tahun 1947 hingga sekarang ini banyak bergerak di bidang eksplorasi dan eksploitasi ladang minyak/gas di lepas pantai. Pada tahun 1947 untuk pertama kalinya anjungan lepas pantai struktur baja terpancang dengan massa 1200 ton yang diinstalasikan di Teluk Mexico pada kedalaman laut 20 feet (6 meter).

Perkembangan industri lepas pantai selama ini sangat tergantung dengan perkembangan industri minyak dan gas. Kenaikan harga minyak dan gas pada tahun 1973 telah mendorong pertumbuhan industri offshore termasuk usaha mencari ladang-ladang minyak dan gas baru di perairan dengan kondisi laut yang semakin ganas. Dengan demikian, meningkatnya harga minyak dunia dari satu sisi telah mendorong bertambahnya aktivitas di lepas pantai yang mengakibatkan bertambahnya kebutuhan bangunan-bangunan laut yang baru (Murdjito, 1998).

Fungsi utama struktur anjungan lepas pantai (offshore platform) adalah untuk mendukung bangunan bagian topside beserta fasilitas operasional di atas air laut selama waktu operasional dengan aman. Terlepas dari jenis operasionalnya, gerakan horisontal, gerakan vertikal, dan momen lentur suatu struktur anjungan lepas pantai merupakan kriteria penting yang sangat menentukan perilaku anjungan tersebut di atas air.

2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Definisi Anjungan Lepas Pantai

Anjungan lepas pantai adalah bangunan yang beroperasi di lepas pantai. Hal yang dimaksud dengan lepas pantai adalah bagian lautan yang permukaan dasarnya di bawah pasang surut terendah atau bagian lautan yang berada di luar daerah gelombang pecah arah ke laut (Soedjono, 1999).

2.2 Jenis Kegiatan

Adapun klasifikasi kegiatan/pekerjaan pada anjungan lepas pantai yang dibagi kedalam 5 (lima) bagian, yaitu Exploration, Exploration, Exploratory Drilling, Development Drilling, Production Operation, dan Transportation. Keseluruhan kegiatan ini merupakan elemen yang terdapat pada saat perencanaan sampai kepada pengekplorasian atau operasional dari anjungan lepas pantai (Soedjono, 1999).

2.3 Jenis dan Fungsi Anjungan Lepas Pantai

Terdapat beberapa jenis anjungan lepas pantai antara laiin jenis struktur terpancang, struktur terapung, dan struktur lentur. Ketiganya memiliki fungsi yang berbeda-beda berdasarkan tujuan operasional dan dibangun dengan berdasarkan kedalaman laut.

Fungsi utama struktur anjungan lepas pantai (offshore platform) adalah untuk mendukung bangunan topside beserta fasilitas operasional di atas air laut selama waktu operasi dengan aman. Terlepas dari jenis operasionalnya, gerakan horisontal dan vertikal suatu struktur

offshore platform merupakan kriteria penting yang sangat menentukan perilaku anjungan tersebut di atas air (Tawekal, 2012).

2.4 Tahapan Perencanaan Struktur

Dalam tahap perencanaan struktur lepas pantai terdapat berbagai bidang ilmu dan teknologi yang terlibat. Keterkaitan antara bidang-bidang yang terlibat dalam sebuah perencanaan struktur lepas pantai merupakan hal yang sangat penting dan sangat vital mengingat

(3)

anjungan lepas pantai merupakan struktur yang berdiri di atas laut dengan berbagai macam jenis beban lingkungan yang bekerja pada anjungan. Membutuhkan perencanaan yang matang agar struktur anjungan lepas pantai dapat memikul seluruh beban-beban lingkungan yang ada dan memenuhi perencanaan kelelahan struktur untuk kelangsungan umur anjungan lepas pantai tersebut. Tahapan perencanaan struktur dibagi atas tiga kriteria, yaitu kriteria operasional, kriteria lingkungan, dan kriteria fabrikasi dan instalasi (Rosyid, 1996). 2.5 Beban Anjungan Lepas Pantai

Keandalan struktur ditentukan oleh kondisi luar, beban-beban yang bekerja pada struktur anjungan tersebut, konfigurasi struktur, dan mutu material struktur. Secara umum jenis beban yang bekerja pada struktur anjungan lepas pantai dapat dikelompokkan menjadi Beban Mati (dead load), Beban Hidup (live load),, Beban Lingkungan (environmental load),

Beban Konstruksi, Beban Pelepasan dan Pemasangan Ulang, Beban Dinamis (Tawekal, 2012).

2.6 Metode Analisis Perencanaan

Sesuai dengan karakteristik beban yang bekerja pada struktur anjungan, yakni sifat beban statis atau dinamis serta perilakunya yang deterministik atau stokastik, maka dalam perancangan anjungan lepas pantai dikenal beberapa tahapan analisis yang disesuaikan dengan kebutuhan dan jenis anjungan yang dirancang. Beberapa contoh analisis yang digunakan dalam perancangan anjungan adalah Analisis Statik (Inplace Analysis), Pile Analysis, Fatigue Analysis, Seismic Analysis, Loadout Analysis, Transportation Analysis, Installation/Stability Analysis, Pile Driven Analysis. Pada tugas akhir ini metode analisis yang digunakan hanya analisis inplace yang merupakan analisis dengan memperhatikan beban-beban lingkungan yang ada dengan kala ulang 1 tahun pada kondisi operasional dan kala ulang 100 tahun pada kondisi badai (Rosyid, 1996).

3. ANALISIS DATA 3.1 Data Aktual

Pengumpulan data dilakukan dengan tujuan untuk masukan (input) perhitungan yang akan dilakukan dalam perencanaan struktur jacket dan topside. Data yang digunakan pada perencanaan struktur jacket dan topside dalam tugas akhir ini merupakan data yang sesuai dengan kondisi di lapangan yang sumbernya diperoleh dari PT. ZEE Engineering yang sudah berpengalaman dalam membangun anjungan lepas pantai.

Anjungan yang dianalisis adalah sebuah struktur baja yang dirancang tidak berpenghuni, terdiri atas 3 kaki jacket dengan pile di dalam kaki jacket dan topside deck untuk mendukung peralatan di atasnya. Anjungan ini dirancang dengan luasan deck 42’ X 25’ pada titik kerjanya. Konstruksi jacket ini mendukung Cellar dan Sub Cellar Deck, Mezzanine Deck dan

Main deck (Drilling deck) dan 4 buah well conductors. Anjungan ini terletak pada kedalaman perairan 74,875 ft. Berikut adalah data elevasi komponen anjungan:

1. Kedalaman Perairan : 74,875 ft

2. Level Deck : Main Deck (+) 58’-0” ft

Mezzanine Deck (+) 41’-8” ft

Cellar Deck (+) 33’-0” ft

Sub Cellar Deck (+) 23’-0” ft 3. Konduktor : 4 buah (∅ 30 inch).

(4)

Pemodelan struktur anjungan lepas pantai dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Pemodelan struktur tipe K-Brace dan X-Brace

Data elevasi muka air dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1. Data Elevasi Muka Air

Deskripsi _{1 year (ft)}Operating _{100 year (ft)}Storm

Mean Sea Level (MSL)

High Astronomical Tide (HAT) Storm Surge (SS) 74,875 3,8 0,5 74,875 3,8 0,8 Analysis Water Depth (MSL+½HAT+SS) 77,275 77,575

Data kecepatan arus dapat dilihat pada Tabel 2.

Tabel 2. Data Arus

Percent of Depth

(%)

Kecepatan Arus

(ft/sec) of Depth Percent (%)

Kecepatan Arus (ft/sec) 1-year 100-years 1-year 100-years

0 3,0 4,0 60 1,8 2,4 10 2,8 3,7 70 1,6 2,2 20 2,6 3,4 80 1,4 2,0 30 2,4 3,2 90 1,2 1,7 40 2,2 2,9 100 0,8 1,0 50 2,0 2,6

(5)

Data gelombang dapat dilihat pada Tabel 3.

Tabel 3. Data Gelombang

Operasional (1 tahun) Storm (100 tahun)

Tinggi Maksimum, [ft] 16,7 28,3

Periode Maksimum, [detik] 7,1 9,4

Data kecepatan angin dapat dilihat pada Tabel 4.

Tabel 4. Nilai Kecepatan Angin

Return Period(years) 1 hour average(mph)

1 38

100 68

Nilai koefisien seret dan inersia dapat dilihat pada Tabel 5.

Tabel 5. Nilai koefisien seret (𝑪_𝒅) dan koefisien inersia (𝑪𝒎)

Section 𝑪𝒅 𝑪𝒎

Smooth members 0,715 1,760

Rough members 1,155 1,320

Jacket Walkways 2,000 2,000

Sumber: API RP 2A (21st_{Edition, 2000)}

Data beban angin dapat dilihat pada Tabel 6.

Tabel 6. Wind Load Load

Case Description Total Load (kips)

601 1-year Wind Load 𝑋 dir. 8,720

602 1-year Wind Load 𝑌 dir. 7,560

611 100-years Wind Load 𝑋 dir. 27,680 612 100-years Wind Load 𝑌 dir. 24,100

(6)

Data beban gelombang dan arus dapat dilihat pada Tabel 7.

Tabel 7. TotalWave and Current Load Load

Case Description

Total Load (kips) Load

Total Load (kips)

𝑿 𝒀 𝑿 𝒀

701 1-year Wave and Current

Load 0° 142,831 3,797 751

100-years Wave and Current

Load 0° 430,284 6,260

Load 30° 122,581 68,982 752 100-years Wave and Current Load 30° 365,099 201,591 703 1-year Wave and Current Load 60° 69,278 115,812 753 100-years Wave and Current Load 60° 201,947 355,926 704 1-year Wave and Current Load 90° 1,477 132,745 754 100-years Wave and Current Load 90° 0,860 412,672

Load 120° -68,061 115,525 755

Load 120° -198,393 355,656

Load 150° -122,089 65,751 756

Load 150° -362,352 196,694

Load 180° -145,466 -1,765 757

Load 180° -432,593 -4,087

Load 210° -124,365 -67,998 758

Load 210° -368,633 -201,332

Load 240° -69,039 -114,726 759

Load 240° -204,011 -354,237

710 1-year Wave and Current Load 270°

-0,457 -130,252 760 100-years Wave and Current Load 270°

-0,312 -410,050 711 1-year Wave and Current

Load 300°

66,865 -113,907 761 100-years Wave and Current Load 300°

200,201 -354,158 712 1-year Wave and Current

Load 330° 121,042 -63,969 762

(7)

Jenis beban yang bekerja pada anjungan dapat dilihat pada Tabel 8.

Table 8. Jenis-jenis beban yang bekerja pada anjungan Load

SACS Modelling Load (Kips) Basic Weight Contingency Factored Load

1 Structural Dead Load

a. Topside 168,138 20% 201,767

b. Jacket 217,541 20% 261,049

c. Pile (above mudline) 90,504 20% 108,603

d. Conductor (above mudline) 111,696 20% 134,035

e. Marine Growth 125,412 20% 150,494

Sub Total : Computer Generated Dead Load 713,291 855,949

11 Jacket Non Generated Dead Load 97,122 20% 116,546

21 Non Generated Dead Load – Main Deck 27,520 20% 33,024

22 Non Generated Dead Load – Cellar Deck 12,918 20% 15,502

23 Non Generated Dead Load – Subcellar Deck 2,433 20% 2,920

24 Non Generated Dead Load – Wellhead Deck 4,244 20% 5,093

25 Non Generated Dead Load – Deck Misc. 34,005 20% 40,806

Sub Total : Non Generated Dead Load 178,242 213,891

111 Equipment Operating Load – Main Deck 72,469 20% 86,963

112 Equipment Operating Load – Cellar Deck 18,259 20% 21,911

113 Equipment Operating Load – Subcellar Deck 9,100 20% 10,920

Sub Total : Equipment Operating Load 99,828 119,794

211 Piping Operating Load – Main Deck 40,488 20% 48,586

212 Piping Operating Load – Cellar Deck 51,817 20% 62,180

250 X-Mas Tree Load 40,000 0% 40,000

Sub Total : Piping Operating Load 132,305 150,766

301 E & I Load – Main Deck 5,000 20% 6,000

302 E & I Load – Cellar Deck 7,018 _20% 8,422

Sub Total : E & I Load 12,018 14,422

401 Open Area Live Load – Main Deck (200 psf) 218,197 0% 218,197

402 Open Area Live Load – Cellar Deck (100 psf) 44,188 0% 44,188

403 Open Area Live Load – Subcellar Deck (100 psf) 17,976 0% 17,976

404 Open Area Live Load – Wellhead Deck (100 psf) 22,699 0% 22,699

405 Open Area Live Load – Jacket Walkway (100 psf) 18,659 0% 18,659

Sub Total : Open Area Live Load 321,719 321,719

501 Crane (Self Weight) Load 58,000 20% 69,600

502 Crane Maximum Axial (Operating) Load 22,000 100% 44,000

Sub Total : Total Topside Operating Loads 645,870 720,301 T O T A L 1537,403 1790,141

3.3 Hasil Analisis Inplace

Hasil analisis inplace menunjukkan bahwa platform memadai untuk beban operasi platform. Anjungan lepas pantai ini telah dirancang untuk beban operasi topside sebesar 720,301 kips.

Member dan join telah diperiksa menggunakan standar AISC dan API RP 2A-WSD. Penambahan sebesar 1/3 kali terhadap allowable stress dilakukan untuk kondisi badai

(8)

100-tahunan. Seluruh member dan join memiliki nilai unity check tidak lebih dari 1,0. Seluruh rangka tubular jacket setelah dianalisis cukup untuk menahan tekanan hidrostatik. Ringkasan hasil analisis dipaparkan pada beberapa tabel berikut ini. Hasil analisis terbagi menjadi 2 bagian berdasarkan jenis bracing yang digunakan, yaitu yang pertama jenis K-Brace dan yang kedua jenis X-Brace.

Rangkuman hasil analisis dapat dilihat pada Tabel 9.

Table 9. Summary of Result

No _PemeriksaanAspek Kondisi K-Brace X-Brace Rekomendasi

1 Total Topside Operating Load (kips)

720,301 720,301 X-Brace

2 Maximum Base _{Shear (kips)}

1 Year-Operating

𝐹𝑥 = +151,551 (arah

pengaruh lingkungan 0°) pengaruh lingkungan 180°) 𝐹𝑥 = -151,742 (arah K-Brace 𝐹𝑦 = +140,305 (arah

pengaruh lingkungan 90°)

𝐹𝑦 = +135,798 (arah

pengaruh lingkungan 90°) X-Brace 100

Years-Storm

𝐹𝑥 = -460,273 (arah

pengaruh lingkungan 180°) pengaruh lingkungan 180°) 𝐹𝑥 = -447,687 (arah X-Brace 𝐹𝑦 = +436,772 (arah

𝐹𝑦 = -418,492 (arah

pengaruh lingkungan 240°) X-Brace

3 Maximum Overturning Moment (kips) 1 Year-Operating 𝑀𝑥 = +17.024,809 (arah pengaruh lingkungan 270°) 𝑀𝑥 = +17.857,183 (arah

pengaruh lingkungan 300°) K-Brace 𝑀𝑦 = -11.876,714 (arah

𝑀𝑦 = -11.435,918 (arah

pengaruh lingkungan 180°) X-Brace 100

Years-Storm

𝑀𝑥 = +34.658,539 (arah

pengaruh lingkungan 240°) 𝑀𝑥

= +33.987,325 (arah

pengaruh lingkungan 240°) X-Brace 𝑀𝑦 = -1.063,246 (arah

𝑀𝑦 = -1.028,851 (arah

pengaruh lingkungan 210°) X-Brace

4 Maximum Member Stress Unity Check (UC) 1

Year-Operating 0,86 (member 5001-5044, Main Deck Primary Beam) 0,74 (member 5001-5044, Main Deck Primary Beam) X-Brace 100

Years-Storm

0,82 (member 205-301, Jacket Diagonal Bracing at

row 1-3)

0,8 (member 205-301, Jacket Diagonal Bracing at

row 1-3) X-Brace 5 Maximum Joint Punching Shear Unity Check 1

Year-Operating 0,46 at Deck Brace 0,43 at Deck Brace X-Brace 100 Years-Storm 0,75 at Jacket Elev. (-)74'-10.5" 0,71 at Jacket Elev. (-)74'-10.5" X-Brace 6 Maximum Global Lateral Displacement (inch) 1

Year-Operating 4,09 (from allowable = 5,91) 3,84 (from allowable = 5,91) X-Brace 100

Years-Storm 5,38 (from allowable = 5,42) 5,11 (from allowable = 5,42) X-Brace

7 Maximum Topside Deflection (inch)

Main Deck 0,59 (from allowable = 0,72) 0,53 (from allowable = 0,72) X-Brace Wellhead Deck 0,27 (from allowable = 0,36) 0,21 (from allowable = 0,36) X-Brace Cellar Deck 0,41 (from allowable = 0,48) 0,30 (from allowable = 0,48) X-Brace Subcellar Deck 0,13 (from allowable = 0,18) 0,09 (from allowable = 0,18) X-Brace

Pada Gambar 2 dan Gambar 3 di bawah dapat dilihat bahwa nilai-nilai base shear

dan overturning moment yang ada pada masing-masing kala ulang 1 tahun dan 100

tahun memiliki grafik naik dan turun yang teratur. Grafik ini dapat mempermudah

(9)

dalam menganalisa besarnya gaya-gaya yang ada pada arah tertentu. Rentang nilai

maksimum positif (+) dan nilai maksimum negatif (-) pada grafik dapat diperkecil

dengan menganalisa faktor-faktor apa saja yang berpengaruh.

Gambar 2. Grafik base shear 1 year-operating dan 100 years-storm

(10)

4. KESIMPULAN

Kesimpulan yang diperoleh dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Dengan analisis statis struktur dapat diketahui beban total dari struktur jacket yang dirancang, yaitu sebesar 720,301 Kips.

2. 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.

3. Perbandingan hasil yang didapat pada anjungan bracing tipe K-Brace dengan anjungan

bracing tipe X-brace tidak berbeda jauh, dimana anjungan tipe X-Brace lebih dominan dalam menahan beban-beban yang ada ditunjukan dari nilai UC (Unity Check) yang memiliki nilai lebih kecil dari anjungan tipe K-Brace. Hal ini menunjukkan bahwa anjungan tipe X-Brace memiliki kekakuan yang lebih besar dibandingkan dengan anjungan tipe K-Brace, namun demikian anjungan tipe K-Brace tetap dapat menahan setiap beban yang ada, dan dengan jumlah member yang cenderung lebih sedikit, anjungan tipe K-Brace lebih ekonomis dibandingkan dengan anjugan tipe X-Brace.

4. Hasil dari analisis inplace untuk Global Lateral Displacement dan Topside Deflection

memiliki nilai yang tidak jauh berbeda antara kedua jenis anjungan dan masih dibawah nilai yang disyaratkan.

Dengan demikian, kedua jenis anjungan yang telah dibuat dan dianalisis telah memenuhi syarat yang ditentukan berdasarkan API RP2A-WSD 21st_{edition dan AISC-ASD 9}th_edition.

Namun dari anjungan yang ada, masing-masing memiliki keunggulan. Untuk X-Brace unggul dalam kekakuan dan untuk K-Brace unggul dalam keekonomisan karena diduga memiliki jumlah kuantitas member yang lebih sedikit, tanpa melihat faktor biaya lain seperti biaya pembangunan di darat, transportasi menuju tempat instalasi, ataupun dari metode analisis lain selain daripada analisis inplace.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada ZEE Engineering Consultancy Company yang telah meminjamkan lisensi software SACS dan data-data yang digunakan dalam penelitian ini.

DAFTAR RUJUKAN

API RP 2A American Petroleum Institute, Recommended Practice for Planning, Designing and Constructing Fixed Offshore Platforms – Working Stress Design, API RP 2A – WSD, 21st

Edition, December 2000, Errata and Supplement of 1, 2 and 3.

Murdjito. (1998). Bangunan Lepas Pantai. Buku Kuliah FT Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Surabaya: FT Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Rosyid, D.M. (1996). Perancangan Struktur Anjungan Lepas Pantai. Pelatihan Segitiga Biru, FT Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Surabaya: FT Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Soedjono, JJ, Soejantoko. (1999). Perancangan Sistem Bangunan Laut. P2T2 FT Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Surabaya: FT Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Tawekal, R.L. (2012). Perencanaan Bangunan Lepas Pantai. Bandung: Penerbit Institut Teknologi Bandung.