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