Laporan Trp Idr Platform (Isi)
-
Upload
levani-dissy -
Category
Documents
-
view
42 -
download
8
description
Transcript of Laporan Trp Idr Platform (Isi)
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perkembangan teknologi perancangan bangunan lepas pantai
berkembang dengan pesat seiring meningkatnya kebutuhan akan energi
minyak dan gas bumi dunia. Indonesia merupakan salah satu negara penghasil
minyak di dunia. Sehingga teknologi perancangan bangunan lepas pantai
sangat dibutuhkan untuk proses eksplorasi di Indonesia.
Secara garis besar, jenis-jenis bangunan lepas pantai bisa dibedakan
menjadi dua tipe, yaitu tipe terapung (floating structure) seperti Drilling Ship,
Semi Submersible dan tipe terpancang (fixed structure) seperti Concrete
Gravity Plaform, Jack Up Platform, Jacket Platform. Dan sekarang sedang
dikembangkan tipe Tethered Paltform, yaitu bangunan lepas pantai yang
ditahan dengan tali-tali baja yang dihubungkan dengan dasar laut. Contoh tipe
ini adalah Tension Leg Platform (TLP) dan Guyed Tower. Untuk tugas
rancang kali ini, lebih membahas tentang perancangan bangunan lepas pantai
terpancang (Fixed Platform).
Anjungan terpancang mempunyai tiga struktur utama, yaitu
jacket/struktur penyangga deck, piles, dan bagian geladak atau bangunan atas.
Beban-beban operasional anjungan akan disangga oleh bangunan atas maupun
geladak anjungan. Sub-struktur jenis monopod harus mampu menahan beban
lingkungan dari sisi-sisinya dan menyalurkan beban tersebut bersama-sama
dengan beban operasional serta gravitasi ke dalam pondasi. Beban vertikal
dan momen putar dari struktur akan ditahan oleh kemampuan aksial tiang
pancang. Beban sisi dan beban-beban puntir pada dasar kaki jacket juga akan
disalurkan kedalam tanah dasar laut oleh kelenturan tiang pancang.n
Untuk mencapai tujuan dari pengembangan (modifikasi) struktur
terpancang maka hal-hal yang perlu diperhitungkan dalam perancangannya
yaitu antara lain pengaruh penambahan luasan deck dan peralatan terhadap
kekuatan struktur. Pemilihan bentuk deck setelah adanya penambahan
berdasarkan prinsip efisiensi, kemudahan pengerjaan dan pengaruhnya
1
terhadap penambahan beban yang harus diterima struktur akibat perubahan
bentuk dan konfigurasi struktur deck. Perhitungan beban-beban pada struktur
yang meliputi beban struktur dan peralatan, beban operasional dan beban
lingkungan, pemilihan bahan dan ukuran yang ekonomis sesuai dengan
standart yang telah ditentukan.
Pada Tugas Rancang Besar II ini, akan dirancang sebuah Wellhead
Platform. Proses perancangan platform ini didasarkan pada beberapa pedoman
yang digunakan pada dunia nyata, yaitu API RP2A LRFD, AISC, ASTM, dan
beberapa buku pedoman.
1.2 Perumusan Masalah
Adapun permasalahan yang akan dibahas dalam perancangan Wellhead
Platform adalah:
1. Bagaimana menentukan ukuran dan konfigurasi deck?
2. Bagaimana menentukan tata letak peralatan pada tiap deck?
3. Bagaimana menentukan profil plat yang digunakan dalam tiap deck?
4. Bagaimana menentukan profil secondary girder dan main girder pada
tiap deck berdasarkan momen maksimum pada tiap deck?
5. Bagaimana menentukan dimensi deck leg?
6. Bagaimana menentukan dimensi jacket?
7. Bagaimana menentukan dimensi jacket leg?
8. Bagaimana memodelkan dengan menggunakan software analisa
struktur SACS 5.3
9. Bagaimana menganalisa dan menghitung gaya beban yang bekerja
pada struktur?
10. Bagaimana menganalisa dan menentukan hasil dari pekerjaan
pemodelan dan input beban yang bekerja pada struktur?
2
1.3 Tujuan
Tujuan dari perencanaan dan perhitungan design monopod yaitu :
1. Menentukan ukuran dan konfigurasi deck.
2. Menentukan tata letak peralatan pada tiap deck.
3. Menentukan profil plat yang digunakan dalam tiap deck.
4. Menentukan profil secondary girder dan main girder pada tiap deck
berdasarkan momen maksimum pada tiap deck.
5. Menentukan dimensi deck leg.
6. Menentukan dimensi jacket.
7. Menentukan dimensi jacket leg.
8. Memodelkan dengan menggunakan software analisa struktur SACS 5.3
9. Menghitung dan menganalisa gaya beban yang bekerja pada struktur.
10. Menentukan hasil akhir (dimensi deck, dimensi jacket, dimensi pile) yang seuai dengan kondisi beban yang bekerja pada struktur.
1.4 Manfaat
Manfaat dari perancangan struktur bangunan lepas pantai ini adalah
memperoleh suatu konfigurasi struktur baru dengan efisiensi optimal dengan
kemampuan yang sesuai dengan tujuan awal dibangunnya struktur.
1.5 Batasan Masalah
Batasan masalah yang digunakan dalam perancangan ini adalah :
1. Bangunan lepas pantai yang akan dirancang adalah Wellhead Platform.
2. Beban lateral diasumsikan hanya datang dari delapan arah mata angin.
3. Beban axial merupakan kombinasi dari beban peralatan, deck dan
jacket.
4. Satuan yang digunakan adalah satuan US.
5. Profil member deck dan jacket yang dipakai merupakan member yang
mendapat pembebanan paling besar.
6. Standart Code yang digunakan AISC dan API RP2A-LRFD.
3
BAB II
DASAR TEORI
Struktur jacket adalah salah satu jenis struktur lepas pantai terpancang
yang terdiri dari struktur deck (main deck, cellar deck dan heli deck), jacket leg
sebagai penyangga deck, dan tiang pancang sebagai penyalur gaya – gaya yang
bekerja pada struktur ke dalam tanah. Penggunaan struktur jacket hanya terbatas
untuk perairan – perairan yang tidak terlalu dalam, dan konfigurasi deck yang
sederhana.
2.1 Perancangan
2.1.1 Perencanaan
Tahap perencanaan dalam pembangunan struktur lepas pantai merupakan
suatu tahapan awal yang akan menentukan bagaimana seharusnya pengolahan
berbagai data dilakukan. Dalam tahapan ini perlu diperhitungkan dengan matang
segala hal mulai dari awal sampai hasil akhir, dengan memasukkan berbagai
beban-beban yang bekerja pada struktur tersebut. Perhitungan pada proses
perencanaan berfungsi untuk menentukan srtruktur yang efisien dari berbaga
aspek sesuai dengan fungsi dan beban-beban yang bekerja. Selain perhitungan,
aspek kesetimbangan dalam desain juga digunakan dalam tahapan ini. Berbagai
pertimbangan mengenai pengambilan keputusan tentang tata letak equipment pada
masing-masing deck, sampai akses yang mudah digunakan dalam sebuah
bangunan lepas pantai tersebut.
2.1.2 Kriteria Perancangan
Kriteria perancangan yang digunakan adalah meliputi semua persyaratan
operasional dan kriteria lingkungan yang berpengaruh pada platform, baik dalam
kondisi operasi maupun dalam kondisi badai (Storm).
2.1.3 Code dan Standard
Perancangan harus mengacu pada aturan/code tertentu yang sudah berlaku
dalam dunia perancangan struktur. Code dan standard ini berguna kelak dalam
setiap pengambilan sebuah keputusan yang berkaitan dengan perencanaan
4
perancangan. Code yang biasa direkomendasikan adalah code API RP 2A LRFD.
Untuk Material struktur mengacu pada ASTM.
2.1.4 Struktur Pancang
Sebuah konstruksi jacket steel platform pada umumnya terdiri atas tiga
bagian utama (Mc Clelland, B., 1986) yaitu :
1. Geladak dan bangunan atas (deck and substructures).
Geladak adalah bagian yang berada diatas permukaan air dan merupakan
fasilitas utama jacket yang menentukan fungsi struktur. Konstruksi geladak jacket
platform berada pada ketinggian tertentu dari permukaan air tenang (SWL)
sehingga tidak terjangkau gelombang laut. Konstruksi geladak terdiri atas
beberapa kelompok jenis konstruksi (modules) dimana jumlah, kelengkapan dan
fasilitas yang ada pada geladak tergantung pada fungsi utama yang harus
dilaksanakan oleh jacket platform itu sendiri.
2. Jacket
Jacket merupakan badan jacket steel platform yang sebagian besar berupa
konstruksi pipa (tubular). Struktur jacket sebagian besar terendam air hingga
dasar laut. Fungsi utama struktur jacket adalah menopang konstruksi geladak dan
fasilitas produksi yang ada, menahan struktur dari beban lateral dan momen
guling akibat beban lingkungan (gelombang, arus, pasang surut).
3. Tiang Pancang (piles)
Tiang pancang merupakan struktur jacket platform yang dipancangkan ke
dalam dasar laut, hingga kedalaman 30 – 150 m. Fungsi utama tiang pancang
adalah sebagai pondasi struktur jacket yang menahan beban lateral dan aksial
yang ditransformasikan ke tanah. Untuk itu karakteristik pondasi jacket platform
selain ditentukan oleh perancangan tiang pancang itu sendiri juga ditentukan oleh
kondisi tanah yang ada (soil mechanics).
2.2 Beban pada bangunan Lepas Pantai
2.2.1 Internal Force (Q)
Mengacu pada rekomendasi di API RP 2A-LRFD section C.2.1 yang membahas
tentang pembebanan, setiap member, joint, dan pondasi struktur bangunan lepas
pantai seharusnya telah melalui cek kekuatan terhadap internal force (Q) yang
5
disebabkan oleh beberapa faktor beban gravitasi. Faktor-faktor yang digunakan
dapat dilihat pada persamaan 2.1 dibawah ini. Penjelasan mengenai D1, D2, L1
dan L2 akan dibahas pada sub-bab berikutnya.
Q = 1.3 D1 + 1.3 D2 + 1.5 L1 + 1.5 L2 ...............................................2.1
2.2.2 Beban mati (Dead Loads)
Beban mati merupakan beban yang berasal dari berat struktur platform
sendiri dan berat berbagai peralatan yang permanen serta struktur peralatan
tambahan yang beratnya tidak berubah dalam kondisi operasi. Berdasarkan API
RP 2A-LRFD, beban mati pada struktur meliputi :
1. Dead Loads 1 (D1) yang meliputi :
a. Berat struktur platform di udara, termasuk berat pipa, grout dan ballast.
b. Berat peralatan dan struktur peralatan tambahan yang menyatu secara
permanen pada platform.
c. Gaya hidrostatis yang berlaku pada struktur di bawah garis air termasuk
tegangan eksternal dan gaya apung (buoyancy).
2. Dead Loads 2 (D2) adalah beban pada platform yang meliputi berat
equipment dan objek-objek lainnya. Beban ini dapat berubah dari beberapa
macam moda operasi namun ada juga beberapa equipment yang tetap konstan
untuk periode waktu yang lama. Antara lain : berat peralatan pengeboran dan
peralatan produksi yang portabel, berat living quarters, peralatan menyelam,
heliport dan peralatan lainnya yang bisa dipindah-pindahkan.
2.2.3 Beban Hidup (Live Loads)
Beban hidup merupakan beban yang berlaku pada struktur selama
operasinya saja dan bisa berubah-ubah selama kondisi operasi atau dari kondisi
operasi ke kondisi yang lain. Berdasarkan API RP 2A-LRFD, beban hidup
meliputi :
1. Live Loads 1 (L1) meliputi berat fluida dan suplai yang
dikonsumsi, yang berada pada pipa dan tangki storage.
2. Live Loads 2 (L2) adalah gaya-gaya dengan durasi pendek bekerja pada
struktur selama operasi, misalnya drilling, material handling, vessel mooring
dan helicopter loading, akibat penggunaan crane.
6
2.2.4 Beban Lingkungan
Beban lingkungan merupakan beban yang berlaku pada platform melalui
fenomena alam meliputi angin, arus, gelombang, gempa bumi, salju, es dan
pergeseran lempeng bumi. Beban lingkungan termasuk juga variasi tekanan
hidrostatis dan gaya apung pada tiap member yang disebabkan oleh perubahan
tinggi muka air laut akibat gelombang dan pasang surut. Beban lingkungan harus
diantisipasi dari berbagai arah, kecuali jika pengetahuan tentang kondisi spesifik
menjadikan sebuah asumsi yang berbeda lebih masuk akal.
2.2.5 Beban Konstruksi
Beban konstruksi timbul dari proses fabrikasi, loadout, transportasi dan
instalasi. Berat konstruksi ini juga harus diperhitungkan dalam perancangan.
2.2.6 Beban Pemindahan dan Pemasangan Kembali
Khusus untuk platform yang akan dipindahkan ke lokasi yang baru, beban
yang berasal dari pemindahan, onloading, transportasi, upgrading dan
pemasangan kembali harus juga dipertimbangkan sebagai tambahan beban
konstruksi.
2.2.7 Beban Dinamis
Beban dinamis merupakan beban yang berlaku pada platform dalam kaitan
dengan respon terhadap eksitasi siklis natural atau reaksi terhadap tumbukan.
Eksitasi dari platform dapat berasal oleh gelombang, angin, gempa bumi atau
permesinan sedangkan tumbukan dapat berasal dari barge atau kapal yang
merapat ke platform maupun dari proses pengeboran.
2.3 Kondisi Pembebanan dan Penentuan Beban Kombinasi
Platform harus didesain untuk kondisi pembebanan yang sesuai dimana akan
menghasilkan efek yang paling buruk terhadap struktur. Kondisi pembebanan
harus meliputi kondisi lingkungan yang dikombinasikan dengan beban hidup dan
beban mati yang sesuai melalui cara-cara berikut :
a. Kondisi lingkungan saat operasi dikombinasikan dengan beban mati
dan beban hidup maksimum sesuai dengan kondisi operasi normal pada
platform.
7
b. Kondisi lingkungan saat operasi dikombinasikan dengan beban mati
dan beban hidup minimum sesuai dengan kondisi operasi normal pada
platform.
c. Kondisi lingkungan saat badai dikombinasikan dengan beban mati dan
beban hidup maksimum sesuai kondisi ekstrem pada platform.
d. Kondisi lingkungan saat badai dikombinasikan dengan beban mati dan
beban hidup minimum sesuai kondisi ekstrem pada platform.
2.4 Penentuan Teori Gelombang
Teori gelombang yang digunakan dalam perancangan suatu struktur
ditentukan berdasarkan region of validity menurut code yang ada. Code yang
digunakan dalam perancangan platform ini adalah API RP2A-LRFD. Grafik
region of validity tampak seperti dibawah ini. Data-data yang diperlukan antara
lain : tinggi gelombang (H), periode (T), kedalaman perairan (d). Pada grafik
region of validity, sumbu axis dinyatakan dengan
sedangkan sumbu ordinat dinyatakan dengan .
Gambar 1. Grafik Region of Applicability
8
2.4.1 Teori Gelombang yang Digunakan
Berdasarkan API RP-2A LRFD pada penentuan teori gelombang
menggunakan region of applicability of stream function maka dari data yang ada
baik pada saat operasi maupun ekstrim(Storm) diperoleh teori gelombang Stokes
orde 5 (lima). Persamaan teori gelombang Stokes orde 5 diberikan notasi yang
sama dengan notasi yang digunakan pada teori Airy. Untuk tinggi gelombang H,
angka gelombang k, dan frekuensi dengan arah-x positif, fluktuasi permukaan
bebas air dari SWL, menurut teori Stokes fifth-order, dideskripsikan dengan
persamaan (Dawson ,1991)
= .............................................................(2.2)
dengan, F1, F2, dst diberikan
F1 = a F2 = a2 F22 + a4F24
F3 = a3F33 + a5 F35
F4 = a4F44
F5 = a5F55
dengan F22, F24, dst, adalah parameter profil gelombang yang tergantung kh dan a,
untuk a diperoleh dari persamaan :
kh = 2 ( a +a3 F33 + a5 ( F35 + F55)) ..................................................(2.3)
Kecepatan partikel air horizontal u, dan vertikal v (pada jarak x, waktu t,dan
tinggi y diatas seafloor) diekspresikan
.......................
............(2.4)
........................
............(2.5)
dimana G1, G2, dst diberikan
G1 = a G11 + a3 G13 + a5 G15
9
G2 = 2 ( a2 G22 + a4 G24 )
G3 = 3 (a3 G33 + a5G35 )
G4 = 4 a4G44
G5 = 5 a5 G55
Dengan G11, G13, G15, dst merupakan parameter kecepatan gelombang yang
bergantung nilai kh. Berikut tabel 1, harga parameter profil gelombang, dan tabel
2, parameter kecepatan gelombang.
Tabel 1. Parameter profil gelombang
h/λ F22 F24 F33 F35 F44 F55
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.50
0.60
3.892
1.539
0.927
0.699
0.599
0.551
0.527
0.507
0.502
-28.61
1.344
1.398
1.064
0.893
0.804
0.759
0.722
0.712
13.09
2.381
0.996
0.630
0.495
0.435
0.410
0.384
0.377
-138.6
6.935
3.679
2.244
1.685
1.438
1.330
1.230
1.205
44.99
4.147
1.259
0.676
0.484
0.407
0.371
0.344
0.337
163.8
7.935
1.734
0.797
0.525
0.420
0.373
0.339
0.329
Tabel 2. Parameter Kecepatan
h/ G11 G13 G15 G22 G24 G33 G35 G44 G55
0.1
0
0.1
5
0.2
0
0.2
5
0.3
0
1.00
0
1.00
0
1.00
0
1.00
0
1.00
0
-
7.39
4
-
2.32
0
-
1.26
3
-
-
12.7
3
-
4.86
4
-
2.26
6
-
2.99
6
0.86
0
0.32
6
0.15
4
0.07
6
-
48.1
4
-
0.90
7
0.68
0
0.67
3
5.942
0.310
-
0.017
-
0.030
-
0.020
-
0.012
-
121.
7
2.84
3
1.09
3
0.44
0
0.23
7.67
1
-
0.16
7
-
0.04
4
-
0.00
0.89
2
-
0.25
7
0.00
6
0.00
5
0.00
10
0.3
5
0.4
0
0.5
0
0.6
0
1.00
0
1.00
0
1.00
0
1.00
0
0.91
1
-
0.76
5
-
0.69
6
-
0.66
2
-
0.63
5
-
0.62
8
1.41
5
-
1.07
7
-
0.92
5
-
0.85
0
-
0.79
0
-
0.77
7
0.03
8
0.02
0
0.00
6
0.00
2
0.60
1
0.55
6
0.52
8
0.50
3
0.50
2
-
0.006
-
0.002
-
0.001
1
0.15
2
0.11
7
0.09
2
0.08
6
5
0.00
2
0.00
2
0.00
1
0.00
0
0.00
0
1
0.00
0
0.00
0
0.00
0
0.00
0
Selain itu ada penambahan lain yang berhubungan dengan frekuensi gelombang
dan angka gelombang. Hubungan ini diberikan oleh persamaan :
..........................................(2.6)
dengan C1 dan C2 adalah parameter frekuensi (tabel 3)
Tabel 3. Parameter frekuensi dan tekanan
h/ C1 C2 C3 C4
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.50
8.791
2.646
1.549
1.229
1.107
1.055
1.027
1.008
383.7
19.82
5.044
2.568
1.833
1.532
1.393
1.283
-0.310
-0.155
-0.082
-0.043
-0.023
-0.012
-0.007
-0.001
-0.060
0.257
0.077
0.028
0.010
0.004
0.002
0
11
0.60 1.002 1.240 -0.001 0
Stokes orde 5 memberikan solusi untuk hubungan c=/k,
......................................(2.7)
Koefisien kecepatan ditulis,
Un = .............................................................(2.8)
Vn = ...............................................................(2.9)
n = 1,2,3 , ……
Untuk Sn = sinh nkh dan koefisien Amn untuk m≠n dan Ann untuk m = n diberikan
Amn= ........(2.10)
Ann = untuk m=n..................................................(2.11)
NB : m+n 5 diabaikan
A12 = A21; A41 = A14
Koefisien Sn diberikan
S0 = -2U1 V1
S1 = 2 V1 – 3 U1 V2 – 3 U2 V1 – 5 U2 V3
S2 = 4 V2 – 4 U1 V3 – 4 U3 V1
S3 = 6V3 – U1V2 + U2 V1 – 5 U1V4 –5U4 V1
S4 = 8V4 – 2 U1 V3 + 2 U3V1 + 4 U2V2
S5 = 10 V5 – 3 U1V4 + 3U4V1 – U2V3 + U3V2
Koefisien Bn diberikan
B1 = V3 – 1/10 V5
B2 = V2 – ½ Ky – ¼ V4
B3 = V3 – 3/2 V1 – 3/10 V5
12
B4 = V4 – ½ Ky - V2
B5 = V5 – 5/2 V1- 5/6 V3
2.4.2 Perhitungan Gaya Gelombang (Persamaan Morison)
Gaya total F(y) yang bekerja pada pile dengan tinggi y di atas seafloor
dapat diekspresikan menjadi komponen gaya drag dan inersia, FD dan FI sebagai
berikut (API RP – 2A LRFD)
F(y) = FD(y) + FI(y)
= Cd A U + Cm V ..........................................
(2.12)
dengan:
F = Vektor gaya hidrodinamis per satuan panjang
FD = Vektor gaya drag per satuan panjang
FI = Vektor gaya inersia per satuan panjang
Cd = Koefisien drag
w = Berat jenis air
g = Percepatan gravitasi
A = Luas silinder per satuan panjang (=diameter sebagai bidang frontal)
V = Volume silinder per satuan panjang
D = Diameter efektif dari silinder termasuk marine growth
U = Komponen vektor kecepatan dari air
U = Harga mutlak dari U
Cm = Koefisien inersia
U = Komponen vektor percepatan lokal
t
Berdasarkan API-RP 2A LRFD didapatkan untuk :
Permukaan smooth Cd = 0.65 , Cm = 1.6
13
Permukaan kasar Cd = 1.05 , Cm = 1.2
Pada gambar berikut ini dapat dilihat gaya-gaya luar yang bekerja pada struktur.
Gambar 2. Gaya-gaya eksternal yang bekerja pada Fixed Jacket Platform
2.5 Perhitungan Gaya Arus
Arus merupakan faktor yang sangat penting dalam mendesain suatu
platform karena mempengaruhi gaya yang bekerja pada platform dan elevasi
terhadap boat landings, fenders dan deck. Total arus merupakan jumlah vektor
dari pasang surut, sirkulasional, dan badai yang membangkitkan arus. Arus
pasang surut biasanya lemah di perairan dalam setelah shelf break. Arus
sirkulasional relatif tetap, sedang skala besar menonjol untuk sirkulasi oceanic
secara umum. Badai pembangkit arus biasanya disebabkan oleh tegangan angin
dan tekanan atmosfer dengan gradien keseluruhannya mengikuti badai.
Profil Arus
Terlebih dahulu menentukan variasi dari kecepatan arus dan arah dengan
kedalaman.
14
ai r ga p
Overturning moment(wind, wave, current)gay
aangin
Resultan Gaya
gelombang
+ Arus
Resultan pembebananakibat berat peralatandan berat struktur(termasuk
buoyancy
tekantarik
gaya raksi
pile
mudline
permukaan
SWL
Gaya Arus
Gaya akibat arus terbagi atas dua gaya yaitu gaya angkat(lifting) pada
kaki jacket yang bergerak vertikal dan gaya drag yang bergerak horisontal.
Dimana gaya–gaya ini memiliki rumusan yaitu :
Fl = ½ cl Vc2 A ………………………………… (2.13)
Fd = ½ cd Vc2 A ………………………………… (2.14)
Dengan :
Fl = gaya angkat (N)
Fd = gaya drag (N)
cl = coeficient gaya angkat
cd = coeficient drag
= massa jenis air(kg/m3)
A = luas yang ditinjau (m2)
Vc = kecepatan arus (m/dt2)
Untuk menentukan Cd, Cm, dan Cl didapatkan dari American Petroleum Institut
(API-RP2A) sebagai berikut :
Cm = 0.2, untuk struktur silinder
= 2.4, untuk bentuk struktur persegi panjang
Cd = 0.7, untuk struktur silinder
= 1.5-2.0, untuk struktur persegi panjang
Perhitungan kecepatan arus per kedalaman diperoleh dari persamaan :
Gambar 3. Gaya arus yang bekerja pada platform
V(z) = Vwind …………………………………
(2.15)
15
Dengan,:
V wind = kecepatan angin dipermukaan
ho = kedalaman referansi pengaruh angin
Hubungan Arus dengan Gelombang
Jika gelombang mengalami superposisi maka kecepatan arus harus
ditambahkan secara vektor dengan kecepatan parsial gelombang sebelum
gaya total dihitung.
2.6 Perhitungan Gaya Angin
Kriteria angin dalam mendesain struktur ditentukan oleh analisis kumpulan
data angin yang tepat. Gaya angin mempengaruhi struktur di atas permukaan air
seperti deck houses dan derricks yang ada di atas platform. Beban angin
merupakan beban dinamis, tapi beberapa struktur akan meresponnya pada model
statis yang paling mendekati. Pada perairan yang lebih dalam dan untuk compliant
structure beban angin yang sangat signifikan harus dianalisa secara detail. Analisa
dinamis platform diindikasikan ketika area angin berisi energi pada frekuensi
yang mendekati frekuensi natural platform.
Gaya drag angin pada obyek dapat dihitung sebagai berikut (API RP-2A
LRFD):
………………………………… (2.16)
Dengan :
F = gaya angin
ρ = berat jenis udara
(0.0023668 lb sec2/ft untuk temperatur dan tekanan standar )
μ = kecepatan angin, ft/s
CS = koefisien bentuk
A = luas area, ft2
Kecepatan angin (V) yang dimaksud disini adalah kecepatan angin yang
merupakan hasil pengukuran pada ketinggian 10 m di atas permukaan laut
didapatkan dari :
16
V = V10 ………………………………… (2.17)
Dengan:
V = kecepatan angin pada ketinggian y (m)
V10 = kecepatan angin pada ketinggian 10 m
Y = ketinggian dimana kecepatan angin dihitung
X = faktor eksponen (API-2A LRFD, 1/3-1/8)
Bila harga x tidak ditentukan maka diambil x = 1/7 sebagai pendekatan .
Koefisien bentuk direkomendasikan untuk sudut pendekatan angin
perpendicular sebagai berikut:
Beams……………………............................… …1.5
Sisi bangunan…………….............................….1.5
Bagian silinder………............................….……0.5
Seluruh luas proyek pada platform………..1.0
2.7 Desain struktur baja
Baja dibagi menjadi beberapa grup (Klasifikasi ASTM) :
Grup 1 untuk mildsteel dengan spesifikasi minimum tegangan yield
280 Mpa atau 40 ksi.
Grup 2 untuk intermediet strength steel dengan spesifikasi minimum
tegangan yield lebih dari 280 Mpa dan kurang dari 360 Mpa atau 52
ksi.
Grup 3 untuk high strength steel dengan spesifikasi minimum tegangan
yield lebih dari 360 Mpa.
Selain itu baja juga diklasifikasikan menjadi tiga kelas yaitu kelas A, kelas
B, dan kelas C. Baja kelas A cocok digunakan pada temperatur subfreezing. Baja
kelas B cocok untuk penggunaan dimana thickness, cold work, restraint, stress
consentration, impact loading, dan pengurangan redundansi indicate the need
untuk meningkatkan keuletan. Baja kelas C merupakan tipe baja yang mempunyai
kesuksesan sejarah aplikasi pengelasan struktur pada temperatur diatas titik beku.
Contoh aplikasinya pilling, jacket bracing and leg, dan deck beam and leg.
17
2.7.1 Ukuran Awal Struktur Jacket
Untuk memperkirakan ukuran awal jacket dapatdilakukan dengan
memakai harga perbandingan sebagai berikut :
Angka kerampingan (slenderness ratio) yang dirumuskan dengan
Dengan:
k = Buckling length factor.
L = Panjang elemen.
R = Jari-jari girasi.
Besarnya harga k berkisar antara 0,5 - 2 sedangkan besarnya harga
berkisar antara 70 – 110. Jari-jari girasi untuk silinder berdinding tipis adalah r =
0,35D.
Perbandingan diameter dan ketebalan (diameter wall to thickness ratio)
yang dirumuskan dengan :
Besarnya harga perbandingan berkisar antara 19 - 90. Bila harga D/t ratio
ini mendekati 70, maka harus dilakukan pemeriksaan terhadap local buckling
yang kemungkinan dapat terjadi.
2.7.2 Cylindrical Member Design
Axial Tension
Cylindrical member pada beban axial tensile didesain untuk kondisi yang
aman yaitu :
ft < Fy …………………………………(2.18)
dengan :
Fy = besarnya tegangan yield, pada satuan tekanan
ft = axial tensile dengan faktor beban
= faktor resistan untuk tegangan axial, yang nilainya = 0.6
18
Axial Compreesion
Cylindrical member yang mendapat beban kompresi axial sebaiknya didesain
dengan memenuhi kondisi :
fc < Fen………………………………… (2.19)
dengan :
Fen = tegangan kompresi axial
fc = tegangan kompresi axial dengan faktor beban
= faktor resistan untuk tegangan kompresi axial, yang nilainya 0.85
Column Buckling
Untuk < :
Fen = [ 1.0 – 0.25 2 ] Fy …………………… (2.20)
Untuk > :
Fen = ……………………………………… (2.21)
= …………………………………(2.22)
dengan :
= parameter slenderness dari column
E = modulus elastisitas Young
K = faktor panjang efektif
L = panjang column
R = jari-jari girasi
Local Buckling
a. Elastic Local Bucling
Fxe = 2 Cx E ………………………………… (2.23)
dengan :
Fxe = besarnya tegangan elastis buckling lokal
19
Cx = koefisien dari critical buckling
D = diameter luar
t = ketebalan dinding
x = jarak titik dari sumbu longitudinal member
b. Inelastic Local Buckling
Fxc = Fy untuk < 60 ………………………………… (2.24)
Fxc = [ 1.64 – 0.23 ] Fy ≤ Fxc……………………………(2.25)
dengan :
Fxc = besarnya tegangan inelastis buckling lokal
Bending
fb < Fbn………………………………… (2.26)
dengan :
fb = , tekanan bending dengan faktor beban, M < Mp jika M > My
S = modulus elastisitas
M = momen bending
My = momen yield elastis
b = resistan factor untuk bending, besarnya 0.75
Fbn = tegangan bending
Besarnya tegangan bending untuk tubular member diperoleh dari :
Fbn = Fy ………………………………… (2.27)
Untuk < 10340 / Fy (Fy dalam MPa)
Untuk < 1500 / Fy (Fy dalam ksi)
Fbn = [ 0.84 – 1.74 Fy t ] Fy………………………………… (2.28)
Untuk 10340 / Fy < < 20680/ Fy (Fy dalam MPa)
20
Untuk 1500 / Fy < < 3000 / Fy (Fy dalam ksi)
Fbn = [ 0.72 – 0.58 (Fy t) ] Fy………………………………… (2.29)
Untuk 3000 / Fy < ≤ 300 (Fy dalam MPa)
Untuk 3000 / Fy < ≤ 300 (Fy dalam ksi)
dengan :
Z = modulus plastis
Tabel 4. Effective Length Factor and Reduction Factor
SITUATION Effective Length
factor K
Reduction factor
Cm(1)
Super Stucture
Brace
Portal (unbrace)
Jacket Leg
Grouted Composite Section
Ungrouted Jacket Leg
Ungrouted Pilling Between
Shim point
Deck Truss Web Members
In-Plane Action
Out-Plane Action
Jacket Brace
Face-to-face length of Main
Diagonal
Face-toface length to
centerline of joint
Length of K Braces(3)
Longer Segment Length of
X Brace (3)
1.0
K(2)
1.0
1.0
1.0
0.8
1.0
0.8
0.8
0.9
0.7
(a)
(a)
(c)
(c)
(b)
(b)
(a) or (b)(4)
(b) or (c)(4)
(c)
(c)
21
Secondary Horizontal
Deck Truss Chord Members
1.0 (c)
(a),(b) or (c)(4)
dengan :
a) Cm = 0.85
b) 0.6 – 0.4 tidak boleh lebih dari 0.85 atau kurang dari 0.4, dimana
rasio momen terkecil maupun terbesar pada akhir dari unbrace
c) 1 – 0.4 atau kurang dari 0.85
2.8 Desain Pondasi Pile dan Kapasitas Dukung Ultimate Tanah
Untuk menahan pembebanan dari struktur jacket diperlukan pondasi
dengan memperhitungkan daya dukung tanah untuk melihat kemampuan tanah
saat dilakukan pemancangan tiang pancang (pile).
1. Ukuran pondasi
Ketika merancang pondasi paramete-parameter yang harus diperhatikan
adalah : diameter, penetration , ketebalan dinding, tipe tip, spacing, banyaknya
tiang pancang, geometri, lokasi, mud line restraint, kekuatan material, dan
parameter lain, yang mendukung kekuatan pondasi.
2. Respon pondasi, defleksi dan rotasi.
Defleksi dan rotasi dari pile dan total sistem pondasi sebaiknya dicek pada
semua lokasi kritis yang meliputi pile tops, points of contraflecture, mudline, dan
lain-lainnya.
3. Kapasitas pondasi
Kekuatan pile dibuktikan dengan tubular steel yang telah dicek terlebih
dahulu tegangannya untuk kondisi axial load maupun bending.
Kapasitas axial pile harus memenuhi kondisi berikut :
PDE PE QD ............................................................(2.30)
PDo Po QD ............................................................(2.31)
Dengan :
22
QD = ultimate axial pile capacity
PDE or PDO = axial pile load untuk kondisi ekstrim (operating)
PE = pile resistance factor pada kondisi ekstrim
PO = pile resistance factor pada saat beroperasi (=0.7)
4. Pile capacity untuk axial bearing load.
Ultimate bearing capacity dari pile dapat dirumuskan
QD = Qf + Qp = f As + q Ap .................................................................(2.32)
Dengan :
Qf = skin friction resistance, in force units
Qp = total and bearing, in force units
F = unit skin friction capacity, in stress units
As = side surface area of pile
q = units and bearing capacity ; in stress units
Ap = gross end area of pile
QS
Qp
Gambar 4. Reaksi pada Pile
BAB III
23
METODOLOGI PERANCANGAN
3.1 Bagan Alir
Pada perancangan struktur lepas pantai ada beberapa tahapan dalam
pengerjaannya, sebagai berikut :
24
MULAI
Data :Production Platform
4 LegsLWL = 80 ft
Orientasi Platform (-) 100
Konfigurasi awal deck :Tata letak peralatanMaterial yang digunakanUkuran awal deckPerancangan framing
Beban statis deck member
Ukuran awal dan profil member (standar ASTM)
Konfigurasi jacket :Tinggi desain jacketJumlah panelTata letak bracing,riser
Penentuan beban deck yang diterima deck-leg
A
A
C
25
A
Dimensi awal chord dan bracing
Pemodelan dengan software SACS
Data beban lingkungan :Beban angin : Kondisi operasi dan badaiBeban gelombang & arus : Kondisi operasi dan badai
B
Dimensi awal pile
Ultimat bearing capacity
Memenuhi
ultimate
loading?
ya
tidak
Gambar 5. Bagan Alir Perancangan
3.2 Penjelasan Bagan Alir
26
B
Pembahasan hasil analisa statis
Design report
SELESAI
Running analisa statis
Running code check :Profil member ASTMTubular member API RP 2A LRFD
Running joint punching shear check
Analisa
terpenuhi ?
C
ya
tidak
Langkah pertama dalam perancangan adalah menentukan jenis platform
yang akan didesain. Dalam perancangan ini jenis platform yang akan didesain
adalah Production Platform. Langkah yang kedua adalah menentukan jumlah
deck dan legs dari platform, kemudian meninjau arah orientasi platform dari true
north. Langkah berikutnya adalah menentukan konfigurasi awal deck dan beban-
beban statis yang bekerja pada deck member dimana ukuran awal dan profil
membernya telah disesuaikan dengan code yang dipakai, yaitu berdasarkan
ASTM. Setelah itu, menentukan besarnya beban deck.
Langkah berikutnya adalah mendesain struktur jacket dengan terlebih
dahulu menentukan konfigurasi jacket dan dimensi awal dari chord dan
bracingnya. Kemudian melakukan pemodelan dengan SACS dengan
memperhatikan beban lingkungan yang bekerja baik pada kondisi operasi maupun
kondisi badai. Dari hasil running pemodelan yang telah dilakukan kemudian dicek
dengan code yang dipakai yaitu API RP2A LRFD untuk tubular member dan
ASTM untuk profil member. Apabila hasil analisa telah sesuai dengan code yang
ada maka dilanjutkan dengan pembahasan analisa statis. Tetapi jika tidak
memenuhi maka kembali ke langkah awal yaitu dengan mengubah ukuran awal
dan profil member atau dalam flowchart dihubungkan dengan konektor C. Setelah
analisa statis maka dimensi awal pile dapat ditentukan. Kemudian hasilnya dicek
apakah memenuhi ultimate bearing capacity dan ultimate loading atau tidak. Jika
memenuhi maka dapat dilanjutkan dengan design drawing tetapi jika tidak
memenuhi maka kembali pada langkah menentukan kembali dimensi awal pile.
Langkah terakhir adalah menyusun laporan perancangan .
BAB IV
27
KRITERIA PERANCANGAN
4.1 Jenis Platform
Jenis Platform yang dirancang adalah Production Platform dengan
rancangan umum jumlah kaki jacket 4 kaki, jumlah deck 3 (Main Deck, Cellar
Deck, dan HeliDeck), jumlah crane 1 unit. Code yang digunakan API RP 2A-
LRFD dan ASTM.
4.2 Arah Orientasi Platform
Arah pembebanan lingkungan sesuai orientasi platform (-10°) dari true
north. Sehingga dengan mengambil arah utara platform (platform north) sebagai
acuan maka diasumsikan arah utara platform adalah 00. Namun dalam pemodelan
yang digunakan berdasarkan arah acuan SACS, arah utara platform adalah 900
dari arah utara sebenarnya. Berdasarkan API RP-2A LRFD untuk struktur lepas
pantai, ditinjau dari 8 arah dengan pertambahan kemiringan sebesar 450. Dengan
acuan arah 0 0 adalah arah utara platform (-100 dari true north) maka 8 arah untuk
platform adalah 10°, 55°, 100°, 145°, 190°, 235°, 280°, dan 325°.
True north
- 100 Platform north
Gambar 6. Arah orientasi platform
4.3 Kondisi Lingkungan
Dari data yang diberikan dapat diketahui bahwa :
Kedalaman perairan/Depth (LWL) = 80 ft
Data Gelombang:
28
Kondisi Operasi
Hmax = 12 ft
T = 7.1 s
Kondisi Badai
Hmax = 18 ft
T = 10 s
MSL = LWL + ½ total pasang surut operasi
MSL = 80 + ½ (6.1) = 83.05 ft
Dalam desain digunakan gelombang kondisi operasi dan kondisi badai.
Teori gelombang ditentukan dari grafik Regions of Applicability of stream
Function API RP2A-LRFD dengan parameter-parameter berikut :
d/(gT2) = 0.063 H/(GT2) = 0.004
Dari parameter tersebut didapat bahwa teori gelombang yang digunakan
adalah Stream Function. Karena letak titik perpotongan parameter juga lebih
mendekati Stoke orde 5, maka dalam analisa digunakan teori gelombang Stoke
orde 5.
Arus
Kondisi Operasi
Kecepatan Arus (permukaan) = 3.5 knot
Kecepatan Arus (dasar laut) = 1.8 knot
Kondisi Badai
Kecepatan Arus (permukaan) = 4.1 knot
Kecepatan Arus (dasar laut) = 2.2 knot
Storm Surge = 1 ft
Dalam desain digunakan arus kondisi operasi dan badai.
Angin
Kondisi Operasi, v = 50 mph
Kondisi Badai , v = 80 mph
Dalam desain digunakan angin kondisi operasi dan badai.
4.4 Koefisien Hidrodinamika
29
Koefisien hidrodinamika sesuai code API-RP 2A LRFD adalah :
Permukaan smooth Cd = 0.65 , Cm = 1.6
Permukaan kasar Cd = 1.05 , Cm = 1.2
4.5 Data Tanah
Termasuk tipe tanah C, yaitu competent sands, silts, and stiff clays and
overlying rock – like materials
4.6 Marine Growth
Marine Growth mengakibatkan pertambahan OD (Outside Diameter)
Jacket sebesar 2.5 in.
4.7 Splash Zone
Proteksi terhadap splash zone (bagian struktur pada daerah pecahnya
gelombang) dipasang dengan persyaratan khusus berdasarkan “Handbook of
Offshore Engineering”.
30
BAB V
PERANCANGAN AWAL
5.1 Deck
5.1.1 Konfigurasi Awal Deck
Gambar desain konfigurasi deck yang meliputi geometri deck, dimensi
deck dan tata letak peralatan/ruangan pada tiap-tiap deck terdapat pada lampiran
A. Perencanaan tata letak peralatan/ruangan, properti girder dan framing pada
tiap-tiap deck dapat dilihat pada lampiran B. Begitu juga dengan beban masing-
masing peralatan juga ada pada lampiran B.
Tabel 5. Geometri awal perancangan deck
Panjang (ft) Lebar (ft) Luas (ft2)
Main deck 80 60 4800
Cellar deck 80 60 4800
Heli Deck 45 45 2025
5.1.2 Tata Letak Peralatan dan Ruangan Main Deck
Main deck dirancang memiliki luasan 4800 ft2 yang memungkinkan untuk
menampung beberapa peralatan yang dibutuhkan. Main deck ditumpu oleh 4 kaki
jacket dan 4 deck leg. Dirancang untuk dapat manahan beban hidup sebesar 120
psf (dalam kondisi operasi) serta 110 psf (dalam kondisi badai). Penataan
peralatan dan ruangan selain harus sesuai kebutuhan yang diperlukan pada main
deck, juga harus mempertimbangkan beberapa hal, diantaranya faktor
keselamatan, perlindungan terhadap fasilitas produksi, serta kemudahan untuk
mengakses peralatan dan perawatannya.
5.1.3 Tata Letak Peralatan dan Ruangan Cellar Deck
Cellar deck ditumpu oleh 4 deck leg dan 4 kaki jacket. Terletak di antara
main deck dan subcellar deck dengan luasan 4800 ft2. Cellar deck dirancang untuk
dapat manahan beban hidup sebesar 120 psf (kondisi operasi) dan 75 psf (kondisi
badai). Tidak layaknya main deck dan subcellar deck, bangunan/peralatan yang
diletakkan di cellar deck lebih sedikit dan dipilih yang berukuran lebih kecil
31
karena luasannya yang lebih kecil. Conductor diletakkan di bagian kanan deck
dekat main beam kanan, menyambung dari main deck ke subcellar deck. Riser
diletakkan di bagian kanan deck dan dimulai pada deck ini.
5.1.4 Tata Letak Peralatan dan Ruangan Heli Deck
Heli deck digunakan sebagai tempat landas helikopter yang sesuai, dan
dirancang untuk Bell Helicopter Boeing. Dalam perancangan memang tidak ada
bangunan/peralatan yang diletakkan di heli deck.
5.1.5 Penentuan Profil Awal Member Deck
Dalam penentuan profil member pada deck, mengacu pada API RP 2A-
LRFD dan AISC. Dari perhitungan manual, diperoleh profil untuk tiap-tiap deck
adalah sebagai berikut (hitungan manual dapat dilihat di lampiran B) :
Tabel 6. Profil awal member tiap deck
Item Label Properties Tebal (in)
Cellar Deck
Plate 5/16 in thickness
Secondary Girder SGS W16 X 40
Main Girder MGC W18 X 65
Main Deck
Plate 5/16 in thickness
Secondary Girder SGM W16 x 31
Main Girder MGM W18 x 55
Heli Deck
Plate 1/8 in Thickness
Secondary Girder SGH W4 x 13
Main MGH W5 X 16
5.1.6 Perhitungan Awal Deck Leg
Sketsa awal penentuan tata letak dan geometri jacket dapat dilihat pada
lampiran A-2. Tinggi kaki jacket dari seabed didapatkan sebesar 92.49 ft. Untuk
menentukan dimensi deck leg maka harus ditentukan pembebanan total dari deck
32
diatasnya yaitu dengan mencari reaksi total dari masing-masing tumpuan pada deg
leg. Maka didapatkan dimensi deck leg pada tiap deck (lihat tabel dibawah ini) :
Tabel 7. Dimensi Awal Deck Leg
Main Deck Cellar Deck Heli Deck
OD (Outer Diameter)/in 32 32 32
t (thickness)/in 0.8 0.8 0.8
L (Panjang)/ft 26.19 11 15.86
5.2 Jacket
5.2.1 Konfigurasi Awal Jacket
Dalam perancangan awal ini, akan dirancang jacket sesuai dengan kondisi
lingkungan, beban aksial dan beban lateral yang diterima. Penentuan konfigurasi
jacket meliputi geometri jacket, dimensi jacket, jumlah panel elevasi jacket,
jumlah row jacket dan jumlah kaki jacket.
Geometri dan dimensi jacket
Member jacket terdiri dari jacket legs, horizontal bracing dan diagonal
bracing. Tinggi jacket total adalah 92.49 ft, dihitung sesuai dengan kondisi
lingkungan. 4 kaki jacket dirancang dengan rasio better 1:10 (y:z = 1 :10).
Bracing yang digunakan adalah tipe K.
Jumlah elevasi jacket
Setiap elevasi jacket dirancang setiap 43.5 ft, sehingga jumlah elevasi
jacket adalah 4 elevasi.
Jumlah row jacket
Jumlah row jacket dirancang 2 row, yaitu row A dan row B.
Untuk konfigurasi dan dimensi jacket, dapat dilihat di lampiran B-2.
5.2.2. Profil Awal Tubular Member
Dari perhitungan manual (pada lampiran B), diperoleh profil awal tubular
member pada jacket, sebagai berikut :
Tabel 8. Profil awal tubular member
33
Group OD ( in ) t ( in )
Jacket leg 38 0.8
Horisontal Bracing 14 0.35
Diagonal Bracing 14 0.35
5.3 Pile
5.3.1 Tipe Pondasi Pile
Pondasi pile yang digunakan adalah type stell pile dengan material
ASTM A36. Material ini memiliki sy = 21.6 ksi dan sy = 240 Mpa.
5.3.2 Tipe Tanah
Pada bab IV telah dikemukakan bahwa data tanah yang diperoleh adalah
tipe tanah C. API RP 2A-LRFD menjelaskan secara detail tentang tipe tanah C
yang dapat dilihat pada gambar 7. Dibawah ini :
Gambar 7. Tipe tanah API RP 2A-LRFD
5.3.3 Properti Pile yang direncanakan
Sebelumnya kami (perancang) menentukan properti pile yang akan
digunakan dalam pemodelan struktur lepas pantai statis seperti Outer Diameter
(OD), jari-jari pile (r), panjang pile (L), ketebalan dinding pile (t). Perancang
kemudian melakukan metode trial and error, dimana semua faktor properti pile dicoba
dalam perhitungan dan dirancang untuk tidak melebihi batas ijin yang ditentukan (API RP 2A
LRFD). Perhitungan kekuatan pile akan dibahas pada sub-bab selanjutnya. Berikut ini adalah
properti yang direncanakan :
OD = 32 In = 0.8128 m
34
L = 6 OD
= 192 in = 16 Ft
t = 0.57 in ≈ 0.6 M
ID = OD - 2t
= 30.4 in = 0.77216 M
R = 0.35 OD
= 11.2 in = 0.28448 M
5.3.4 Ultimate Bearing Capacity (Qd)
Berdasarkan API RP 2A LRFD sec. G-4 halaman 65 didapatkan rumus :
Qd = Qf + Qp
= f. As + q.Ap
Dimana,
Qf = skin friction resistance (lb)
Qp = total end bearing (lb)
f = unit friction capacity (lb/ft2)
As = side surface area of pile (ft2)
= 2 π r L
L = panjang pile
R = radius girasi
q = unit end bearing capacity (lb/ft2)
Ap = gross end area of pile (ft2)
Kemudian dilakukan perhitungan untuk mencari nilai-nilai tersebut :
Ap = π r2
= 5.5822 ft2
As = 2 π r L
133.9733 ft2
Berdasarkan API RP2A LRFD tabel G.4.3-1, Friction Values tanah yang
di dapat sebesar 1.4 kips/ft2, dan Limiting Unit End Bearing Values sebesar 60
kips/ft2. Dapat dilihat pada gambar 9, dibawah ini :
35
Gambar 8. Parameter Desain untuk tanah kohesive API RP2A-LRFD
sehingga didapat,
f = 1.4 kips/ft2
q = 60 kips/ft2
Jadi,
Qd = f. As + q.Ap kips
= 522.496 Kips
5.3.5 Kapasitas pondasi
Kekuatan pile dibuktikan dengan tubular steel yang telah dicek terlebih
dahulu tegangannya untuk kondisi axial load maupun bending. Kapasitas axial
pile harus memenuhi kondisi berikut (API RP 2A-LRFD) :
PDE PE QD ............................................................(2.30)
PDo Po QD ............................................................(2.31)
Dengan :
QD = ultimate axial pile capacity
PDE or PDO = axial pile load untuk kondisi ekstrim (operating)
PE = pile resistance factor pada kondisi ekstrim
PO = pile resistance factor pada saat beroperasi (=0.7)
36
Nilai PDO didapatkan dari jumlah beban aksial yang terberat yang menimpa
deck leg ditambahkan dengan berat dari deckleg itu sendiri. Lampiran perhitungan
untuk mengetahui detail perhitungan dapat dilihat pada lampiran B.
P (deck leg) = 359.388 kips (diambil nilai yang terbesar)
Karena struktur yang kami rancang adalah jacket platform dengan empat
kaki, sehingga berat dari deck legnya dikalikan 4 (karena berat tiap deckleg sama)
yaitu :
W deck leg = 0.796928036 kips
Jadi, Nilai PDO dari struktur pile ini adalah sebagai berikut.
PDO =Beban terbesar yang diterima salah satu
deckleg + berat deck leg
= P (deck leg) + W (deck leg) kips
= 359.388 + 0.7969 kips
= 360.185 kips
Check Capacity
Berdasarkan persamaan 2.31 dimana faktor ketahanan pile saat kondisi
operasi = 0.7, sehingga diperoleh perhitungan sebagai berikut :
PDO ≤ 0.7 x Qd
360.185 ≤ 365.7472 kips
Perancangan pile telah memenuhi cek kekuatan untuk pembebanan.
BAB VI
PEMODELAN NUMERIS
37
Proses analisa statis untuk struktur jacket dilakukan dengan bantuan
software analisa struktur, dalam hal ini adalah SACS 5.3. Proses pemodelan
struktur dilakukan berdasarkan tahapan sebagai berikut:
6.1 Pembuatan Model Geometri
Pembuatan model struktur di dalam SACS 5.3 dilakukan pada modul
alpha. Proses pembuatan model mengikuti langkah – langkah sebagai berikut :
a. Penentuan Sistem Satuan
Sistem satuan apa yang digunakan dalam proses perancangan ini dan semua
perhitungan dan data harus sesuai dengan system satuan yang dipakai. Satuan
yang dipakai adalah feet.
b. Pembuatan Joint
Pembuatan joint dilakukan dengan memasukkan koordinat dari masing
masing joint tersebut.
c. Pembuatan elemen member dengan menyambung joint –
joint yang telah dibuat.
6.2 Pendefinisian Material Properti dan Member Section
Pendefinisian member section dan material properti dilakukan pada modul
beta. Semua atribut baik jenis profil, dimensi dan ukuran dari semua struktur yang
dipakai diberikan pada modul ini (lebih jelas pada lampiran).
6.3 Pembebanan
Pembebanan yang dilakukan meliputi semua beban statis dan
dikombinasikan dengan beban – beban lingkungan. Beban-beban tersebut antara
lain: beban sendiri, beban pada deck, beban lingkungan (gelombang, arus dan
angin) dan kombinasi antara beban sendiri, beban lingkungan pada kondisi
operasional dan badai. Kombinasi yang dilakukan berdasarkan faktor skala yang
telah ditentukan oleh API RP2A LRFD section C.2.1. yang telah kami bahas di
bab II sebelumnya. Berikut adalah persamaan yang digunakan :
Q = 1.3 D1 + 1.3 D2 + 1.5 L1 + 1.5 L2.........................2.1
38
Gambar 9. Section C.3.1.1 pada API RP 2A LRFD
Gambar 10. Section C.3.1.4 pada API RP 2A LRFD
6.4 Running Program Struktur
Setelah semua tahapan desain dan pendefinisian material properti, member
section jenis tumpuan dan semua yang harus dilakukan maka dapat dilakukan
proses analisa statis dengan menjalankan modul noah untuk memperoleh data
defleksi, member stress, reaksi tumpuan dan semua data yang diinginkan.
6.5 Evaluasi Kekuatan Struktur
Kondisi pembebanan dan respon member dapat dilihat pada output
program. Dimana dapat diketahui member stress, defleksi, support reaksi. Dari
data tersebut dapat diambil kesimpulan apakah struktur aman atau tidak, dengan
asumsi struktur akan gagal jika tegangan yang bekerja melebihi tegangan ijin yang
diperbolehkan, hal tersebut bisa diketahui dari nilai unity check (UC) pada tiap
beban dengan nilai kurang dari 1.
BAB VII
HASIL PERMODELAN NUMERIS
39
Setelah melakukan permodelan di SACS 5.2, maka didapatkan hasil-hasil
permodelan untuk deck, jacket dan kondisi beban lingkungan.
7.1 Deck
7.1.1 Pembebanan Vertikal
Respon struktur deck untuk pembebanan vertikal menunjukkan performance
yang baik dimana tidak ada stress rasio yang melebihi 1. Platform berfungsi
sebagai production platform. Dengan rincian beban vertikal yang terjadi pada
struktur sebagai berikut :
Tabel 9. Beban Vertikal pada Deck (kondisi operasi)
Load condition Load ID
Subcellar
Deck
Cellar
Deck
Main
Deck
Heli
Deck
SD CD MD HD
1Self Weight
(kips)
SW
248.996 395.772 363.877 16.519
10,11,12Equipment
(kips)
EQSD EQCD EQMD -
58.261 282.867 236.59 -
2,3,5,6,8,9Live Load
(kips)
LLSD LLCD LLMD LLHD
667.566 1010.976 869.841 -
4,7Perpipaan
(kips)
PLSD PLCD PLMD -
- 157.405 233.615 -
13,14,15 Crane (kips) - - - -
7.1.2 Pembebanan Horisontal
Pembebanan arah horizontal pada struktur deck ditimbulkan oleh gaya angin,
gelombang dan arus. Berdasarkan hasil output running analisa struktur tidak
ada elemen struktur deck yang gagal akibat beban-beban tersebut. Karena
output pada SACS menyebutkan berat (kips) di deck sebagai kesatuan
struktur, maka nilai pembebanan horizontal deck dan jacket jadi satu. Nilai
40
pembebanan horisontal pada struktur dapat secara detail dilihat pada lampiran
F.
7.1.3 Member Stress Check
Untuk struktur deck stress pada member terjadi akibat pembebanan
kombinasi dari beban mati, beban hidup dan beban lingkungan. Terdapat tiga
stress terbesar yang terjadi pada member module deck yaitu pada :
Tabel 10. UC member pada Deck
Group ID MemberUC
OperasiUC Badai
Deck Leg 689L-789L 0.43 0.28
Main Girder MD 819L-9233 0.62 0.48
Secondary Girder MD 9268-9224 0.60 0.52
Main Girder CD 9153-789L 0.63 0.52
Secondary Girder CD 9426-9429 0.42 0.39
Main Girder SD 9610-689L 0.65 0.42
Secondary Girder SD 9065-9005 0.64 0.70
Main Girder HD 9399-9400 0.16 0.17
Secondary Girder HD 9386-9387 0.40 0.45
Dapat diketahui bahwa kondisi yang menimbulkan tegangan terbesar pada
struktur deck terjadi akibat beban kombinasi. Beban kombinasi ini terdiri dari
berat sendiri, beban lingkungan (beban angin, beban gelombang dan beban arus)
dan beban peralatan yang ditempatkan pada deck yang ditransfer kedalam bentuk
beban merata baik untuk kondisi operasi dan kondisi badai.
7.2 Jacket
Struktur jacket sebagai penyangga utama deck akan mengalami beban deck dan
beban merata. Struktur jacket memiliki berat 1091.12 Kips. Berdasarkan pada
output running program analisa maka kita akan memiliki data member stress rasio
dari struktur seperti dibawah ini.
41
Tabel 11. UC member pada Jacket
Group ID Member UC
KBR 202L-302K 0.38
KBS 504L-0001 0.27
LG2 102L-202L 0.14
LG3 202L-302L 0.12
LG4 302L-402L 0.06
LG5 402L-502L 0.09
Pile 1 (PL1) 004P-104P 0.69
Pile 2 (PL2) 101P-201P 0.60
Pile 3 (PL3) 201P-301P 0.61
Pile 4 (PL 4) 301P-401P 0.56
Pile 5 (PL 5) 401P-501L 0.56
Data diatas merupakan stress rasio terbesar dari struktur jacket. Dimana kondisi
ini disebabkan oleh pembebanan kombinasi antara berat sendiri, beban lingkungan
( beban angin, beban arus, beban gelombang) dan beban yang bekerja pada deck
akibat peralatan yang ditempatkan di situ.
BAB VIII
REDESAIN PEMODELAN
42
Pada bab ini akan dibahas mengenai redesain yang dilakukan kelompok
kami sebagai perancang struktur lepas pantai statis melalui pemodelan numeris
dengan software SACS 5.3. Redesain dilakukan karena pemodelan struktur masih
mengalami kegagalan. Hal ini diketahui dari UC masih bernilai lebih dari satu
( >1) di member, joint, dan pile pada struktur.
Untuk memudahkan dalam membandingkan hasil perhitungan manual
(API RP 2A LRFD) dengan hasil pemodelan numeris SACS 5.3 dapat dilihat pada
tabel dibawah ini :
Tabel 12. Tubular Member
Jenis Label
Diameter (in) Tebal (in)
Perhitungan
Manual
Hasil
Permodelan
Perhitungan
Manual
Hasil
Permodelan
Deck Leg DL 32 32 0.8 0.8
Jacket Leg LG 37.8 37.8 0.9 0,9
Brace BR 14 14 0.35 0.35
Pile PL 32 32 0.8 0.8
Tabel 13. Non Tubular Member
Jenis Label
Section Label
Perhitungan
Manual
Hasil
Permodelan
Main Girder Main Deck MG1 W 30 x 90 W 27 x 368
Secondary Girder Main Deck MG2 W 24 x 76 W 30 x 108
Main Girder Cellar Deck CG1 W 30 x 99 W 40 x 277
Secondary Girder Cellar Deck CG2 W 27 x 84 W 30 x 116
Main Girder Helideck MGH W 12 x 14 W 12 x 19
Secondary Girder Helideck SGH W 5 x 16 W 5 x 16
43
Dari kedua tabel di atas dapat dilihat bahwa bagian struktur yang kami
lakukan redesign yaitu seluruh bagian Non-Turbular Member, kecuali Secondary
Girder pada Helideck. Hal ini disebabkan karena pada saat kami merunning
bagian struktur diatas dengan dimensi asli dari hasil perhitungan manual, kami
mendapatkan beberapa kegagalan pada bagian-bagian di atas.
Untuk mengatasinya, kami mereview member yang gagal tersebut
kemudian dengan metode trial and error, kami mengganti dimensinya dan
dilakukan recalculate hingga UC yang di dapat < 1. Setelah di dapat UC yang
memenuhi, barulah kami mendapatkan dimensi baru yang aman untuk struktur
kami. Untuk keterangan tabel yang lebih jelas, dapat dilihat pada Lampiran.
BAB IX
KESIMPULAN
44
Berdasarkan hasil analisa perhitungan manual dan analisa pemodelan struktur
lepas pantai statis dengan menggunakan SACS 5.3 dapat ditarik kesimpulan
sebagai berikut :
1. Pengerjakan tahap pre-eliminary design (perancangan awal) dilakukan
dengan perhitungan manual menggunakan Microsoft Excel. Perhitungan
tersebut didasarkan pada API RP-2A LRFD.
2. Hasil analisa pekerjaan pre-eliminary design dilakukan dengan pembuatan
model pada SACS 5.3 dengan mengkombinasikan beban yang didasarkan
pada perhitungan awal. Setelah dilakukan running ternyata masih ada
member dari struktur yang mengalami kegagalan. Hal ini dapat diketahui
dari nilai UC masih lebih dari 1, atau pada hasil running muncul warna
merah. Kemudian dilakukan redesain dengan mengubah dimensi dan
bahan dari member-member struktur menggunakan metode trial and error.
DAFTAR PUSTAKA
45
AISC (1994). Manual for Steel Construction: Allowable Stress Design 9th Edition.
American Institute of Steel Construction, Inc. Chicago.
American Petroleum Institute (1993). API RP 2A: Recommended Practice for
Planning, Designing and Constructing Fixed Offshore Platform-Load
Resistant Factor Design 1st Edition. washington.
McClelland, B., dkk (1986). Planning and Design of Fixed Offshore Platform.
Van Nostrand Reinold. New York
Dawson, Thomas H. (1983). Offshore Structural Engineering, Practic-Hall, Inc.
New Jersey
Murdjito (2002). Buku Panduan Kulian Konstruksi Bangunan Laut II-
Perencanaan Bangunan Lepas Pantai. Surabaya
46