BAB II DASAR TEORI

2.1 Struktur Tetap

Struktur tetap atau fixed platform merupakan struktur yang terpancang pada dasar laut.

Terdapat berbagai desain dari struktur jenis ini. Namun struktur tetap dapat diklasifikasikan

menjadi 5 tipe, yakni tipe jaket (jacket platform), tipe sederhana (minimal platform), struktur

berbasis gravitasi (gravity based structure), tipe jack-up, dan tipe compliant tower. Berikut

merupakan penjelasan lebih lanjut mengenai tipe-tipe struktur tetap tersebut.

2.1.1 Minimal Platform

Pada lokasi dengan kedalaman yang rendah, struktur tetap yang efisien utuk

digunakan adalah tipe struktur sederhana atau minimal platform. Tipe minimal platform

ini selain mudah untuk dibangun, harga pembuatannya pun cenderung lebih murah

dibandingkan dengan struktur tipe lain. Biasanya struktur seperti ini menyokong untuk

sumur minyak yang berukuran kecil, memiliki anjungan yang kecil namun cukup untuk

menopang seluruh peralatan yang dibutuhkan, sebuah crane yang kecil, sebuah boat

landing, dan sebuah heli deck berukuran minim.

Pada studi yang dilakukan oleh Chevron (Chakrabarti, et al ()), tipe minimal platform ini

biasanya dipilih untuk lokasi dengan kedalaman 150 ft (46 m), 200 ft (61 m). Berikut

merupakan tipe struktur sederhana pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Minimal Platform

2.1.2 Gravity Based Structure

Struktur lepas pantai yang diletakkan di atas dasar laut dengan memanfaatkan

bebannya sendiri disebut struktur berbasis gravitasi atau gravity based structure.

Struktur ini tidak perlu menggunakan jangkar untuk menahan strukturnya. Biasanya

struktur berbasis gravitasi dibangun di lokasi yang dekat dengan daerah pesisir dan

memiliki kedalaman yang dangkal. Struktur tipe ini biasanya dibangun dengan

menggunakan material baja atau beton dimana karena beratnya struktur ini secara

alamiah akan stabil. Gravity based structure ini dapat dilihat pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Gravity Based Structure

Sebuah gravity based structure dari baja yang sangat besar dibangun di Maureen

Field, Inggris pada tahun 1984 untuk keperluan operasi Phillips Petroleum. Semenjak

gravity based structure mulai dibutuhkan dengan volume dan ketinggian yang lebih

besar, beton menjadi pilihan untuk menjadi material dari struktur tipe ini. Struktur tipe

ini dengan beton sebagai materialnya yang pertama adalah Condeep B yang dibangun

di Beryl Field, Stavanger, Norway.

2.1.3 Jack-Up Structure

Tipe struktur jack-up ini merupakan struktur yang dapat berpindah dari satu tempat ke

tepat lain karena kaki dari pondasi ini merupakan struktur yang tidak permanen.

Kelebihan lain yang dimiliki struktur jack-up ini selain kehandalannya dalam

bermobilisasi adalah dapat ber-elevasi sesuai dengan kedalaman laut di lokasi

pengemboran. Jack-up structure ditunjukkan seperti pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Jack Up Structure

Tipe jack up ini biasanya berupa struktur dengan tiga kaki yang menopang sebuah

deck di atasnya. Kaki-kaki tersebut terbuat dari batang tubular. Struktur ini biasanya

digunakan untuk operasi eksplorasi pengeboran karena itu dirancang untuk dapat

berpindah-pindah. Struktur tipe ini biasanya untuk lokasi dengan kedalaman 305-361 ft

(93-110 m).

2.1.4 Compliant Tower

Struktur compliant tower ini mirip dengan strukur jaket. Namun struktur ini memiliki

kelebihan yang mampu menahan beban gaya lateral dengan tiangnya yang fleksibel.

Tiang fleksibel tersebut masih dapat menahan deck konvensional. Contoh dari

compliant tower ditunjukkan pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4 Compliant Tower

2.1.5 Jacket Platform

Tipe struktur jaket ini merupakan tipe struktur yang paling lazim digunakan dalam

operasi pengeboran dan produksi lepas pantai. Desain untuk tipe struktur ini pun

bervariasi. Struktur jaket ini terdiri dari batang-batang tubular yang terinterkoneksi

menjadi bentuk three-dimensional space frame. Struktur ini biasanya memiliki empat

sampai delapan kaki untuk mencapai kestabilan terhadap beban-beban gelombang.

Tiang utama tubular biasanya dipancangkan melalui jaket sampai ke dasar laut. Untuk

lebih jelasnya struktur jaket dapat dilihat pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5 Jacket Platform

Struktur jaket terdiri dari beberapa bagian, yaitu jaketnya sendiri, kemudian deck, dan

pondasi atau tiang. Jaket merupakan bagian bawah pada struktur yang berfungsi

menopang struktur bagian atas. Pada jaket biasanya terdapat struktur-struktur

tambahan seperti, boatlanding, konduktor dan penahannya, riser, walkways, dll. Jaket

ini sendiri nantinya berfungsi melindungi tiang baja yang ada di dalamnya. Maka dari

itu biasanya jaket berupa pipa baja tubular dengan ukuran tertentu sesuai dengan

tiang baja yang akan dilindungi didalamanya.

Pada jaket terdapat beberapa komponen struktur. Komponen-komponen struktur jaket

tersebut adalah sebagai berikut:

1. Jacket Leg

Jacket leg merupakan kaki-kaki jaket. Kaki-kaki inilah yang berupa pipa baja

tubular.

2. Braces

Braces ini merupakan pengaku kaki jacket. Biasanya braces ini terdapat di

elevasi-elevasi tertentu dengan terdapat komponen tambahan yang akan

dijelaskan pada poin berikutnya. Braces dan jacket leg dihubungkan oleh joint leg.

3. Komponen Tambahan

Komponen tambahan yang lazim terdapat pada jacket platform adalah conductor

guide, riser, riser guard, boatlanding, padeye, dan mudmat.

Struktur bagian jaket berikutnya adalah deck yang merupakan bagian atasnya struktur

jaket. Struktur deck menjadi bagian yang dijadikan sebagai tempat peralatan

operasional seperti peralatan drilling, produksi, storage room, dan fasilitas operasional

lain yang diperlukan untuk kebutuhan operasional. Deck biasanya terderi dari deck

Struktur bagian berikutnya adalah pondasi. Pondasi ini biasanya berupa tiang (pile).

Tiang ini dipancangkan ke dasar laut dengan diselubungi oleh jaket. Sebagai pondasi,

tiang ini mampu untuk meneruskan seluruh gaya luar yang terjadi pada anjungan ke

dalam tanah.

Struktur jaket biasanya mampu menopang 2-3 dek dengan berbagai macam peralatan

operasi di atasnya. Struktur ini awalnya diletakkan di lokasi dengan kedalaman 500-

600 ft (150-180 m). Namun terdapat sebuah jaket tiga bagian yang besar dengan berat

sebesar 34.300 ton yang diinstal pada tahun 1979 di Cognac Field, Gulf of Mexico

dengan kedalaman 1000 ft (300 m). Semenjak itu struktur jaket berukuran besar mulai

bermunculan seperti Cerzeva Liguera (935 ft/ 285 m), Pompano (1290 ft/ 393 m), dan

Bullwinkle (1350 ft/ 412 m).

2.2 Pembangunan Anjungan Lepas Pantai Tipe Jaket (Jacket Platform)

2.2.1 Desain

Dalam pembangunan anjungan lepas pantai, khususnya tipe jaket, tahap pertama yang

dilakukan adalah tahap desain struktur. Dalam tahap desain sendiri ada tiga tahapan, yang

pertama adalah desain konseptual, kedua adalah dasar desain, dan yang terakhir adalah

detail desain. Desain konseptual merupakan tahapan menentukan definisi umum dari

setiap komponen sistem seperti fungsi anjungan, sistem sumur, fasilitas, transportasi,

living quarter, tempat penyimpanan, dan pengolahan, Tujuan dari pembuatan desain

konseptual ini adalah untuk dapat memperkirakan jadwal dan harga pembangunan.

Tahapan dasar desain meliputi daftar leralatan, spesifikasi, gambar struktur secara umum,

material struktur, kemudian pembuatan dokumen engineering-procurement-construction

(EPC) dan penjadwalan proyek pembangunan. Selanjutnya tahapan detail desain meliputi

analisis detail, gambar akhir, gambar fabrikasi, rancangan transportasi, dan rancangan

instalasi.

Menurut Yong Bai dalam buku Marine Structural Design, tahap desain secara umum

meliputi kegiatan:

1. Mengidentifikasi kebutuhan proyek.

2. Mengevaluasi kondisi lingkungan dan kondisi tanah.

3. Mengembangkan proposal desain awal yang memfokuskan pada metode instalasi.

4. Mengevaluasi metode instalasi mempertimbangkan feasibilitas teknis dan

ekonomi.

5. Menentukan dimensi struktur yang dapat menahan beban-beban in-place selama

kondisi operasi.

6. Mengevaluasi desain untuk memastikan bahwa struktur yang didesain mampu

menahan beban selama kegiatan transportasi dari lokasi fabrikasi sampai pada

lokasi instalasi.

7. Memperhitungkan aktivitas penanggungjawaban terhadap struktur setelah

ditinggal pasca masa operasi.

8. Memenuhi kualitas dan kebutuhan HSE (Health, Safety, and Environment).

2.2.2 Fabrikasi

Fabrikasi merupakan proses perakitan material struktur jaket yang dilakuan di fabrication

yard. Fabrication yard merupakan lapangan fabrikasi yang dapat dilihat contohnya pada

Gambar 2.6. Pada proses fabrikasi, struktur jaket ini dibagi menjadi beberapa bagian.

Pertama adalah merakit bagian jaket terlebih dahulu. Dua sisi yang lebih sempit biasanya

dibuat terlebih dahulu. Cara pembuatannya adalah dengan menyusun jaket dengan posisi

horizontal dan dapat diputar untuk menyelesaikan setiap sisinya. Proses pemutaran untuk

penyelesaian tiap sisinya (roll up) dibantu dengan beberapa crane berukuran besar seperti

yang tampak pada Gambar 2.7. Proses selanjutnya adalah memasang, mencocokkan,

dan mengelas bracing yang menghubungkan kaki bagian yang bawah ke bagian atasnya.

Bagian struktur yang kedua dibangun adalah deck. Proses fabrikasi deck dilakukan

dengan merakit secara bertahap pada setiap levelnya. Main beam, main truss, dan deck

plate akan dilas satu sama lain untuk membentuk lantai deck. Bagian lain adalah tiang

atau pile yang sebenarnya dapat difabrikasi sebelum atau bersamaan dengan proses

fabrikasi jaket dan deck. Tiang yang dirancang menggunakan baja berkualitas tinggi

sehingga tiang ini biasanya sangat berat. Tiang yang dipesan biasanya berupa potongan-

potongan tiang pada panjang tertentu. Saat tiang berada di fabrication yard, tiang-tiang ini

akan dilas satu sama lain sesuai dengan panjang yang akan diletakkan pada setiap kaki

jaket.

Gambar 2.6 Fabrication Yard

Gambar 2.7 Roll Up Saat Fabrikasi Jaket

2.2.3 Transportasi

Struktur jaket yang telah difabrikasi di darat perlu untuk ditransportasikan di lokasi pada

lepas pantai. Proses transportasi terdiri dari tiga tahap, yaitu load out, seafastening, dan

towing.

2.2.3.1 Load OutPada proses load out ini biasanya struktur jaket diluncurkan ke atas launch barge. Launch

barge ditambatkan pada ujung daratan dengan dilengkapi oleh water ballast agar barge

dan permukaan daratan sejajar. Proses penyejajaran antara barge dan daratan

(khususnya skid way) ini harus dilakukan dengan tepat. Pada zaman modern seperti

sekarang ini proses ini dapat dibantu oleh computer-controlled ballasting. Proses load out

dengan menggunakan skid way ini dapat dilihat pada Gambar 2.8. Kemudian winch pada

barge akan menarik struktur jaket ke atas barge. Cara lain untuk meletakkan struktur jaket

ke atas barge adalah dengan mengangkat struktur jaket dengan crane.

Gambar 2.8 Proses Loud Out

2.2.3.2 SeafasteningSaat struktur sudah berada di atas barge perlu dilakukan usaha untuk mempertahankan

posisi struktur di atas barge agar tidak bergeser, jatuh, ataupun rusak pada kondisi badai.

Biasanya menggunakan perhitungan kondisi badai dengan periode ulang 10 tahun. Proses

ini perlu mempertimbangkan aspek berat dan pusat massa dari struktur anjungan. Pada

seafastening beban-beban yang diperhitungkan untuk menjaga kekakuan dan stabilitas

struktur di atas barge adalah beban statis dan beban dinamis. Apabila proses seafastening

ini dengan tepat dan sesuai dengan prosedur maka dapat dijamin proses pengangkutan

atau towing nantinya dapat dilakukan dengan aman. Proses seafastening dapat dilihat

pada Gambar 2.9 berikut.

Gambar 2.9 Seafastening

2.2.3.3 TowingProses towing atau penarikan adalah proses pengangkutan struktur jaket di atas barge

yang ditarik oleh tug boat menuju site atau lokasi struktur yang akan diinstal. Proses ini

memerlukan perencanaan yang tepat dan cermat untuk menghindari kerusakan pada

struktur akibat dari kondisi angin dan laut. Pemilihan rute towing ini perlu dilakukan dengan

beberapa strategi untuk menghidnari kondisi udara dan badai yang buruk, menghindari

lokasi yang berbahaya, dan mencari rute yang menguntungkan dari sisi arus yang searah

dengan tujuan lokasi. Proses towing dapat dilihat pada Gambar 2.10 berikut.

Gambar 2.10 Towing

2.2.4 Instalasi

Proses instalasi struktur jaket, khususnya bagian jaket, biasanya dilakukan dalam tiga

tahap, yaitu Launching, Lifting, Floating, dan Upending. Penjelasan lebih lanjutnya adalah

sebagai berikut:

2.2.4.1 Launching Proses launching merupakan proses untuk memindahkan struktur jaket dari atas barge

untuk di pasang di atas dasar laut. Biasanya proses ini ditujukan untuk jaket yang

berukuran besar. Proses ini dilakukan dengan cara meluncurkan jaket dengan ditarik ke

salah satu ujung barge agar jaket tercebur ke dalam laut. Untuk menyeimbangkan posisi

barge, perlu digunakan juga pelampung atau buoyancy tank supaya baik barge ataupun

jaket tetap stabil saat proses ini berlangsung. Proses launching ini dapat dilihat pada

Gambar 2.11.

Gambar 2.11 Launching

2.2.4.2 LiftingPada jaket yang berukuran kecil, umumnya dapat langsung diangkat dari barge dengan

menggunakan satu atau dua buah crane barge untuk di pasang di atas dasar laut. Tali

sling pada crane harus dipasang di bawah center of gravity (pusat gravitasi) untuk

mendapatkan penyebaran sudut yang wajar. Proses lifiting ini dapat dilihat pada Gambar

2.12.

Gambar 2.12 Lifting

2.2.4.3 FloatingProses ini biasanya dilakukan pada saat jaket sudah berada di laut dan dibiarkan

mengapung sesuai gaya apung yang dimilikinya. Jaket ini dibiarkan mengapung agar

proses upending dapat dilakukan pada permukaan laut. Terkadang proses floating ini

memerlukan tambahan gaya angkat yang dapat disediakan oleh buoyancy tank yang

dipasangkan pada struktur.

2.2.4.4 UpendingProses upending merupakan proses pemberdirian struktur jaket yang awalnya terapung

posisi horizontal. Upending biasanya dilakukan dengan bantuan crane barge. Namun ada

pula upending yang tidak perlu menggunakan crane barge apabila benda tersebut dapat

direkayasa mampu tegak dengan prinsip kestabilan.

Proses upending ini dapat direncanakan untuk mengurangi resiko akibat aspek-aspek

dinamik yang berbahaya. Salah satunya akibat jaket memiliki massa sendiri dan memiliki

tambahan massa (massa hidrodinamik) dari semua besaran yang setara. Dengan

demikian proses upending ini perlu dilakukjan pada kondisi air laut yang sangat tenang.

Sling sebelumnya harus sudah dipasang terlebih dahulu agar dapat langsung siap diakses

di atas air untuk proses penarikannya.

Menurut API RP2A, secara umum proses upending tersebut dilengkapi dengan kombinasi

dari sebuah derrick barge (barge pengerek) dan sistem pembenaman (flooding) yang

terkontrol. Pada proses upending ini membutuhkan perencanaan yang tepat untuk

menentukan terlebih dahulu proses lifting yang simultan dan langkah-langkah

pembenaman yang terkontrol. Sistem pembenaman perlu didesain untuk mempertahankan

tekanan air yang mungkin dapat mengganggu selama proses lifting. Contoh proses

upending dapat dilihat lebih jelas pada Gambar 2.13

Gambar 2.13 Upending

2.3 Material Baja

Pada pendesainan struktur anjungan harus dilakukan sedemikan rupa sehingga seluruh

elemen struktur dapat memenuhi tegangan izin yang telah ditentukan oleh AISC

Specification for the Design, Fabrication, and Erection of Structural Steel for Buildings,

edisi terbaru. Seluruh persyaratan tegangan ijin pada baja tubular ini dibuat berdasarkan

API RP2A-WSD Recommended Practice for Planning, Designing, and Construction Fixed

Offshore Platform.

Tegangan izin yangdibahas meliputi tegangan izin pada kondisi aksial tekan, aksial tarik,

lentur, geser, kombinasi aksial tekan dengan lentur, dankombinasi aksial tarik dengan

lentur. Tegangan izin AISC dapt diperbesar menjadi sepertiganya ketika teganganyang

diakibatkan oleh gaya lateral dan vertikal kondisi beban lingkungan yang diakibatkan oleh

kondisi lingkungan. Penampang yang didesain dengan cara ini tidak boleh kurang dari

penampang yang diperlukan untuk desain akibat beban hidup dan beban mati tanpa

peningkatan sepertiga tengangani izin.

Struktur anjungan lepas pantai pada umumnya menggunakan baja biasa. Material baja

akan bersifat elastic selama tegangan yang terjadi tidakmelalui tegangan lelehnya. Pada

pendesaianan, tujuan utamanya adalah menentukan dimensi komponen yang sesuai

sehingga kondisi elastic tetap dipenuhi selama dibebani beban rencana. Faktor keamanan

safety factor biasanaya diterapkan untuk mendapatkan tegangan izin (allowable stress =

yield stress/ safety factor) yang kemudian menjadi kriteria tegangan yang tidak boleh

dilewati selama struktur dibebani gaya rencana. Metode yang umum digunakan adalah

Working Stress Design (WSD) dalam API RP2A dan sesuai dengan spesifikasi AISC yang

disebut Allowable Stress Design atau desain tegangan yang diizinkan,

Terdapat berbagai tegangan yang diperhitungkan dalam desain, yaitu tegangan tarik

aksial, tegangan tekan aksial, tegangan lentur, kombinasi tekan aksial dengan lentur,

kombinasi aksial dengan lentur, tarik aksial dan tekanan hidrostatis, dll. Semua tegangan

itu dapat mudah diketahui dalam desain dengan bantuan software elemen hingga yang

digunakan dalam pemodelan struktur nantinya.

2.4 Perencanaan Beban Pada Struktur

Setiap anjungan lepas pantai yang didesain, harus mampu menopang beban yang

mengenai struktur anjungan tersebut. Beban-beban yang mengenai struktur dan kemudian

diperhitungkan disesuaikan dengan jenis analisis yang akan dilakukan. Secara umum

analisis anjungan lepas pantai secara lengkap memperhitungkan semua beban mulai dari

fabrikasi, instalasi, sampai masa layan.

2.4.1 Defenisi Pembebanan

Beban-beban yang mengenai struktur lepas pantai secara umum menurut Ir. Ricky

Lukman Tawekal, MSE, Ph.D dalam catatan kuliah KL 4121 Bangunan Lepas Pantai 1

adalah sebagai berikut:

1. Beban Mati

Beban mati merupakan beban dari struktur itu sendiri berikut semua peralatan

permanen dan struktur tambahan yang tidak berubah dalam modus operasi.

Beban mati meliputi beban-beban berikut:

a. Berat dari struktur anjungan di udara, termasuk tiang pancang, semen pengisi,

dan ballas apabila ada.

b. Berat dari peralatan dan struktur tambahan yang dipasang permanan pada

anjungan.

c. Gaya hidrostatik yang bekerjBerata pada struktur di bawah permukaan laut.

Gaya hidrostatis meliputi teknaan dan gaya apung.

2. Beban Hidup

Beban merupakan beban yang bekerja pada struktur pada modus operasi atau

pada perpindahan dari satu modus operasi ke modus operasi lainnya. Beban

hidup antara lain:

a. Berat dari peralatan kegiatan produksi, misalnya pengeboran, yang dapat

ditambahkan atau dipindahkan dari struktur.

b. Berat dari ruang tempat tinggal, helideck, penyokong hidp, perlengkapan

penyelamat, peralatan menyelam, dan perlengkapan lain yang dapat

ditambahkan atau dipindahkan dari struktur anjungan.

c. Berat dari persediaan dan cairan dalam tangki penyimpanan.

d. Gaya yang dikenakan pada struktur akibat operasi, misalnya kegaitan

pengeboran, penambatan kapal pada boat landing, dan beban dari helicopter

pada helideck.

e. Gaya yang dikenakan pada struktur akibat deck crane. Gaya ini didapatkan

dari gaya pada saat diam maupun bergerak serta beban matinya.

3. Beban Lingkungan

Beban lingkungan merupakan beban yang bekerja pada struktur akibat fenomena

alam yang terjadi seperti angin, arus, gelombang, gempa bumi, pergerakan kerak

bumi, dll. Beban lingkungan juga turut memasukkan perubahan tekanan

hidrostatik dan gaya apung pada elemen yang diakibatkan oleh adanya perubahan

permukaan laut karena gelombang dan pasang surut.

4. Beban Konstruksi

Beban konstruksi merupakan beban yang timbul pada proses konstruksi dari

struktur, mulai dari proses fabrikasi, load out, transportasi, instalasi, dsb.

5. Beban Pemindahan dan Pemasangan

Beban ini merupakan beban yang terjadi pada struktur yang akan dipindahkan ke

lokasi baru, mulai dari beban yang timbul akibat pemindahan, penaikan ke

tongkang, transportasi, perbaikan, dan pemasangan ulang.

6. Beban Dinamik

Beban dinamik adalah beban yang bekerja pada anjungan yang merupakan

respon dari adanya beban berulang atau benturan. Respon dapat diakibatkan oleh

gelombang, angin, gempa bumi, ataupun mesin yang bekerja pada struktur.

Benturan dapat diakibatkan oleh adanya kapal yang merapat ke anjungan atau

pada saat proses pengeboran.

2.4.2 Kondisi Pembebanan

Dalam menentukan desain beban lingkungan, perlu diketahui kondisi pembebanan, yaitu

gaya yang bekerja pada struktur untuk kejadian desian tertentu. Misalnya saja pada

kondisi operasional, beban lingkungan adalah gaya yang bekerja pada strktur akibat

keadaan yang tidak terlalu berbahaya pada kegiatan operasional sehari-hari.

Struktur anjungan biasanya harus didesain untuk kondisi pembebanan yang sesuai yang

menghasilkan efek paling berbahaya bagi struktur. Kondisi pembebanan tersebut harus

mengikutsertakan kondisi lingkungan yang dikombinasikan dengan beban hidup dan

beban mati. Kemudian pada lama kondisi pembebanan yang dipertimbangkan, beban

lingkungan harus dikombinasikan dengan cara yang sesuai dengan kemungkinan kejadian

tersebut. Tiap elemen pada struktur harus didesian untuk kondisi pembebanan yang

mengakibatkan tegangan terbesar pada elemen. Tentu dengan turut mempertimbangkan

tegangan ijin untuk kondisi pembebanan yang mengakibatkan tegangan tersebut.

2.4.3 Gelombang

2.4.3.1 Gaya HidrodinamikGaya hidrodinamik yang mengenai objek silinder dapat dihitung dengan terlebih dahulu

menghitung perbandingan dari panjang gelombang terhadap diameter elemen. Jika nilai

perbandingan lebih besar dari 5 (> 5), maka elemen tidak secara signifikan merubah

gelombagn yang terjadi. Dengan demikian dapat dipilih persamaan Morison yang

digunakan untuk menghitung gaya gelombang. Persamaan Morison melakukan penjumlah

dari gaya seret dan gaya inersia seperti dalam persamaan berikut:

F=FD+F I=CDW2g

AU|U|+CMWgVδUδt

(2.1)

Dimana:

F adalah gaya hidrodinamik per satuan panjang yang bekerja perpendicular terhadap

sumbu elemen, lb/ft (N/m)

FDadalah gaya seret per satuan panjang yang bekerja tegak lurus terhadap sumbu

elemen dan U, lb/ft (N/m)

F I adalah gaya inersia per satuan panjang yang bekerja tegak lurus terhadap sumbu

elemen dan aU/at, lb/ft (N/m)

CD adalah koefisien seret

W adalah berat jenis air, lb/ft3 (N/m3)

g adalah percepatan gravitasi, ft/sec2 (m/sec2)

A adalah area proyeksi tegak lurus terhadap sumbu silinder per satuan panjang (D untuk

silinder), ft (m)

V adalah volume terpindahkan dari silinder per satuan panjang, ft2(m2)

D adalah diameter efektif dari elemen silinder termasuk marine growth, ft (m)

U adalah koponen kecepatan karena gelombang dan/atau arus dari air yang tegak lurus

sumbu elemen, ft/sec (m/sec)

|U| adalah nilai mutlak dari U, ft/sec (m/sec)

CM adalah koefisien inersia

Adalah komponen percepatan lokal dari air yang tegak lurus sumbu elemen, ft/sec2

(m/sec2)

Selain menggunakan persamaan Morison, ada pula yang disebut dengan teori difraksi

dimana akan digunakan apabila ukuran dari struktur mencakup sebagian besar dari

panjang gelombang. Daerah difraksi ini biasanya dianggap terjadi pada saat lebar dari

elemen melebihi 1/5 dari panjang gelombang. Teori difraksi digunakan karena perlu

dihitung tekanan yang terjadi pada struktur akibat gelombang dan gelombang yang

tersebar.

2.4.3.2 Pemilihan Teori GelombangDalam perencanaan desain gelombang pada suatu struktur anjungan lepas pantai perlu

ditentukan teori gelombang yang sesuai. Baltrop (1990) memberikan suatu diagram yang

diperoleh dari hasil membadningkan kecepatan partikel air, percepatan, tinggi gelombang,

dan panjang gelombang yang dihitung dari teori gelombang yang sering digunakan.

Terdapat diagram daerah aplikasi dari stream function, Stokes 5 th, dan teori gelombang

linier yang dimodifikasi API RP 2A-WSD untuk keperluan desain, seperti yang terlihat pada

Gambar

Tahapan pemilihan teori gelombang:

Input data yang diperlukan:

Tabel 2.1

Lambang Arti Satuan

d Kedalaman air ft

g Gaya gravitasi ft/sec2

T Periode maksimum gelombang S

V Kecepatan arus pada permukaan laut ft/sec

H Tinggi gelombang maksimum ft

Gelombang dan arus akan dihitung dengan arah sejajar untuk menghasilkan kombinasi

beban yang maksimal. Berdasarkan pertimbangan di atas, maka terdapat syarat yang

harus dipenuhi agar grafik penentuan apparent wave period bisa digunakan. Syaratnya

adalah besarnya kedalaman relatif (d/gt2) harus lebih besar dari 0.01.

Selanjutnya hitung V/Gt lalu plot grafik apparent wave period, sehingga didapat nilai

Tapp/T sehingga besar Tapp dapat dihiutung. Apparent wave periode atau Tapp adalah

periode gelombang relative terhadap arus sejajar efektif.

Untuk menggunakan grafik validasi teori gelombang, sehingga akan diketahui teori

gelombang yang akan dipakai, plot nilai d/g Tapp2 dan H/g Tapp2. Untuk suatu nilai Tapp,

ketinggian gelombang tertentu dan kedalaman laut apda saat badai, kinematika

gelombang dua dimensi dapat dihitung dengan menggunakan teori gelombang Stream

Function yang sesuai. Dalam banyak kasus, teori gelombang stokes 5 akan menghasilkan

keakuratan hasil yang dapt diterima. Daerah aplikasi pada stokes 5 dan berbagai derajat

dari penyelesaian stream function pada bidang H/g Tapp2, d/g Tapp, dapat dilihat pada

Gambar 2.14.

Gambar 2.14 Daerah Aplikasi Teori Gelombang

2.4.3.3 Koefisien HidrodinamikaSeperti yang dibahas pada gaya hidrodinamika, terdapat koefisien-koefisien hidrodinamika

yang menjadi variabel perhitungan, yaitu CD dan CM . Koefisien CD merupakan

komponen gaya seret yang bersesuaian dengan daerah terpaan dari badan struktur dan

kuadrat dari kecepatan arus. Hal ini muncul dari gangguan arus akibat badan struktur.

Gaya inersia terdiri dari dua komponen: gaya yang bekerja pada massa air yang

telahdigantikan oleh badan struktur, atau gaya Froud-Krylof, dan gaya yang bekerja pada

massa air yang ditahan oleh badan struktur atau disebut gaya massa tambahan.

Sedangkan koefisien CM mempengaruhi besar gaya inersia selain volume yang

dipindahkan, V juga mempengaruhi besar gaya inersia.

Dalam analisis pada situasi beban biasa, gaya gelombang global dapat diperhitungkan

dengan menggunakan nilai-nilai berikut untuk kasus silinder yang tidak tertutup.

Halus CD = 0.65 CM = 1.6

Kasar CD = 1.05 CM = 1.2

Terdapat Tabel 2.2 menunjukkan nilai CD dan CM untuk berbgai diameter akrena banyak

bukti eksperimen menunjukkan bahwa nilai dari koefisien hidrodinamika bergantung pada

diameter elemen dan bilangan Reynolds.

Tabel 2.2

Diameter (in)Coefficient of Drag (CD) Coefficient of Inertia (CM)

Normal Tangential Normal Tangential

12 0.610 0.0 1.39 0.0

24 0.665 0.0 1.40 0.0

48 0.720 0.0 1.45 0.0

72 0.756 0.0 1.67 0.0

96 0.781 0.0 1.67 0.0

120 0.799 0.0 1.71 0.0

2.4.4 Arus

Yong Bai pada buku Marine Structural Design mengatakan bahwa terdapat kategori-

kategori arus yang paling umum, yaitu:

1. Arus pasang surut

2. Arus sirkulasi

3. Arus akibat Badai

4. Arus Eddy dan Loop

Total arus merupakan penjumlahan vector dari arus-arus tersebut. Variasi dari kecepatan

dan arah arus dengan elevasi direpresentasikan oleh sebuah profil arus. Profil total arus

yang diasosiasikan dengan kondisi badai ekstrim perlu dispesifikasikan untuk desain. Pada

area geografis tertentu, gaya arus dapat menjadi salah satu beban desain yang

berpengaruh. Dengan demikian perlu ada pemilihan profil arus yang sesuai dengan

kebutuhan pembebanan pada desain.

Sama dengan penjelasan pembebanan beban arus menurut API RP2A-WSD, gaya akibat

arus dan gelombang yang bekerja pada struktur merupakan penjumlahan dari keceptan

arus dan keceptan partikel arah x horizontal.

2.4.5 Angin

Angin merupakan salah satu faktor desain yang signifikan. Kondisi angin yang digunakan

dalam desain sebaiknya ditentukan secara tepat dari data koleksi angin dan secara

konsisten terasosiasi dengan parameter lingkungan. Dua metode yang biasanya

digunakan untuk menghitung efek angin dalam desain adalah:

1. Gaya angin dianggap konstan dan dihitung berdasarkan kecepatan rata-rata satu

menit.

2. Gaya angin yang berfluktuasi dihitung berdasarkan komponen yang tetap,

kecepatan rata-rata satu jam ditambah komponen variasi waktu dihitung dari

spektrum hembusan angin empiris.

Pemilihan metode diatas ditentukan dari parameter sistem dan tujuan dari analisis.

Kecepatan angin pada desain biasanya merujuk pada elevasi 10 meter di atas muka air

tenang (still water level).

Pada pembebanan gaya angin pada desain struktur menurut API RP2A-WSD dapat

dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:

F=12ρCS AV

2 (2.2)

Keterangan:

F adalah gaya yang diterima struktur akibat angin (N)

ρ adalah massa jenis udara (kg/m3)

CS adalah koefisien bentuk

A adalah luas proyeksi area yang tertumbuk oleh angin (m2)

V 2 adalah Kecepatan angin pada elevasi yang ditinjau (m/s)

Nilai CS menurut API RP2A-WSD dapat dilihat pada Tabel berikut:

Tabel 2.3

No Bentuk CS

1 Sisi Bangunan 1.5

2 Balok 1.5

3 Area Proyeksi

Keseluruhan

1

4 Bagian Silinder 0.5

2.4.6 Dinamik

Beban dinamik merupakan beban yang dikenai pada platform sebagai respon yang

mengeksitasi siklus alami atau merupakan reaksi akibat tumbukan. Beban-beban dinamik

ini biasanya berupa beban operasional mesin, gempa bumi, tumbukan barge atau kapal,

dll.

2.5 Analisis In-Place

Dalam mengecek kestabilan dari struktur jaket perlu dilakukan analisis in-place yang

merupakan analisis statik terhadap struktur jaket. Analisis perlu dilakukan dengan asumsi

bahwa struktur dan tiang memiliki kekakuan liner sedangkan tanah memiliki kekakuan non-

liier.

Biasanya dalam melakukan analisis in-place, terdapat dua kondisi perhitungan. Kondisi

pertama adalah kondisi operating yaitu kondisi dengan menggunakan beban lingkungan

dengan periode ulang 1 tahunan. Pada kondisi ini load factor untuk beban hidup adalah

sebesar 1.00 dan nilai faktor untuk tegangan izin adalah sebesar 1.00

Kondisi yang kedua adalah kondisi badai atau storm menggunakan beban lingkungan

denganp periode ulang 100 tahunan. Pada kondisi ini faktor pengali untuk beban hidup

adalah sebesar 0.75 sedangkan untuk faktor pengali tegangan izin yang berlaku adalah

sebesar 1.333.

Pada zaman modern sekarang ini analisis in-place dapat dilkuakn dengan menggunakan

bantuan computer, yaitu dengan menggunakan perangkat lunak SACS. Pada analisis ini

nantinya akan didapatkan output berupa:

1. Pile Safety Factor (SF) untuk kondisi analisis operating dan storm

2. Unity Check (UC) pada member dan pile below mudline check pada kondisi

analisis operating dan storm. Nilai UC adalah hasil bagi dari tegangan aktual

dengan teganan izin.

UC=Tegangan aktualTeganganizin

(2.3)

3. Joint punching shear check pada member tubular dalam kondisi analisis operating

dan storm.

2.6 Analisis Seismik

Dalam analisis seismik biasanya terdapat dua bagian analisis. Analisis yang pertama

adalah analisis strength dan yang keua adalah analisis ductility. Analisis strength dilakukan

untuk memastikan struktur memiliki kekuatan dan kekakuan untuk menghindari terjadinya

kerusakan struktur. Sedangkan analisis ductility dilakukan untuk memastikan struktur

masih memiliki kapasitas kekuatan yang cukup besar supaya tidak terjadi failure ketika

gempa dengan frekuensi yang besar yang jarang terjadi mengenai struktur, walaupun

akibat gempa tersebut struktur jmengalami kerusakan.

Pada analisis yang dilakukan dengan bantuan perangkat lunak SACS akan didapatkan

parameter output berupa:

1. Pile Safety Factor

2. Unity Check

3. Joint Punching Shear Check

Dalam analisis seismik diperlukan adanya input data gempa. Data gempa dapat berupa

nilai PGA atau Peak Ground Acceleraton yang merupakan percepatan batuan dasar yang

timbul akibat gempa. Nilai PGA dapat dihitung dengan periode ulang 500 tahun dengan

perhitungan berdasarkan SNI Gempa 03-1726-2010 seperti pada gambar berikut:

Gambar tersebut digunakan untuk menentukan zona gempa yang digunakan untuk

mencari nilai koefisien PGA melalui grafik nilai koefisien PGA seperti pada gambar berikut:

Nilai PGA dapat ditentukan dengan melakukan pendekatan logaritmik pada periode ulang

100 tahun untuk analisis strength dan 800 untuk analisis ductility. Persamaan yang

digunakan adalah sebagai berikut:

PGASLE (100 tahun )=Clog (T SLE)log(500)

(2.4)

PGADLE (800tahun )=Clog (T DLE)log(500)

(2.5)

Dimana:

C adalah koefisien PGA (dilihat dari grafik)

PGASLE adalah nilai PGA untuk strength level

T SLE adalah periode ulang (tahun) untuk strength level (100 tahun)

PGADLE adalah nilai PGA untuk ductility level

T DLE adalah periode ulang (tahun) untuk ductility level (800 tahun)

Input data gempa lain yang dimasukkan ke dalam perhitungan analisis seismik adalah

spektrum kecepatan. Data spektrum ini terdiri dari spektrum percepatan, spektrum

percepatan, dan spektrum perpindahan (berurutan SA, SV, SD).

2.7 Analisis Fatigue

Analisis Fatigue dapat dilakukan dengan berbagai metode, yaitu metode

deterministik dan spektral. Analisis fatigue deterministik dilakukan untuk struktur yang tidak

peka terhadap gaya dinamik dan untuk kondisi dimana semua gelombang yang

menyebabkan fatigue memiliki periode gelombang yang panjang.

Metode analisis fatigue yang yang akan digunakan pada pemodelan dalam tugas

akhir ini adalah menggunakan analisis fatigue spektral. Analisis fatigue spektral melakukan

pendkatan secara statistik untuk menghitung kerusakan fatigue untuk struktur yang

mengalami pembebanan dinamik yang memiliki sifat tetap secara statistic untuk jumlah

siklus tegangan yang banyak, misalnya gaya angin dan gelombang. Metode ini

memanfaatkan spektrum gelombang dan transfer function. Dengan begitu menunjukkan

hubungan antara rasio respon struktur terhadap ketinggian gelombang sebagai fungsi dari

frekuensi gelombang untuk suatu kisaran frekuensi gelombang. Dengan demikian analisis

fatigue spektral ini memperhitungkan distribusi nyata dari energi untuk seluruh kisaran

frekuensi gelombang.

Dalam melakukan analisis fatigue, diperlukan adanya parameter-parameter yang

digunakan. Parameter-parameter tersebut adalah sebagai berikut:

1. Kurva S-N

Kurva S-N merupakan karakteristik fatigue yang digunakan dari suatu bahan

yang mengalami tegangan berulang dengan besar yang sama. Kurva ini

didapatkan dari tes spesimen baja yang diberi beban berulang dengan jumlah

N siklus hingga terjadi failure. Besarnya jumlah N berbanding terbalik dengan

rentang tegangan S (selisih dari tegangan maksimum dikurangi tegangan

minimum). Kurva S-B tersebut merepresentasikan informasi karakteristik

fatigue dengan amplitudo pembebanan konstan. Berikut merupakan gambar

kurva S-N menurut API-RP2A untuk tubular joint:

Gambar 2.15 Kurva S-N

Kurva S-N dapat dinyatakan dalam persamaan matematis sebagai berikut:

N=2x 106( ∆σ∆σ ref

) (2.6)

Dimana:

N adalah jumlah banyaknya siklus beban sampai member mengalami failure.

∆ σ adalah rentang tegangan (teganan maksimum – tegangan minimum).

∆ σref adalah rentang pada siklus sebanyak 2 x 106 kali

M adalah kemiringan (gradient) pada kurva S-N

2. Aturan Miner-Palmgren

Untuk menentukan seberapa dekat nilai siklus dari rentang tegangan yang

menyebabkan failure yang kemudian disebut dengan kerusakan fatigue dapat

menggunakan aturan Miner-Palmgren sebagai berikut:

D=∑i=1

N NappliediNresisted i

(2.7)

Dimana:

D adalah besar kerusakan dalam 1 tahun.

Nappliedi adalah jumlah siklus pada rentang tegangan yang bekerja pada

grup ke-i.

Nresisted i adalah jumlah siklus pada rentang tegangan yang diijinkan pada

grup ke-i.

N adalah jumlah pembagian grup rentang tegangan .

3. Stress Concentration Factor

Untuk memeriksa kerusakan fatigue dari suatu batang seragam terhadap

suatu tegangan aksial adalah sangat mudah. Namun ketika bentuk struktur

kompleks akan sulit untuk menentukan variasi tegangan karena terdapat

konsentrasi-konsentrasi tegangan, khususnya ketika aliran tegangan berubah

arah secara tiba-tiba.

Terdapat tiga cara umum untuk menuntaskan permasalahan tersebut, yakni:

1. Memodelkan dengan elemen hingga.

2. S-N Curves dengan Built-in SCFs.

3. Menggunakan faktor konsentrasi tegangan atau stress concentration

factor.

Pendekatan dengan cara ini umum digunakan pada tubular joints, dimana

persamaan parametrik telah dikembangkan oleh beberapa insinyur

berdasarkan analisis elemen hingga. Persamaan-persamaan tersebut

tidak hanya dengan geometri join tetapi juga bergantung pada bagaimana

beban diaplikasikan. Itu artinya tipe join hanya dapat ditentukan setelah

distribusi beban pada struktur ditentukan. Pada kasus ini rentang

tegangan dapat didefinisikan sebagai rentang tegangan nominal dikalikan

stress concentration factor, seperti pada persamaan di bawah ini.

S=Snominal x SCF (2.8)

Dimana:

S adalah rentang tegangan.

Snominal adalah rentang tegangan nominal.

SCF adalah stress concentration factor.

2.8 Analisis Upending

Analisis upending disini termasuk analisis lifting dan floating. Acuan gerakan floating

adalah sumbu z dimana floating bergerak vertikal ke atas dan ke bawah. Proses lifting

yang dianalisis menggunakan bantuan crane barge. Pada analisis ini kondisi

kesetimbangan yang terjadi pada struktur hanya melibatkan dua gaya yang saling

berkaitan, yakni gaya apung dan gaya berat benda itu sendiri dan satu gaya tambahan

yakni gaya angkat dari tali sling.

Kondisi kesetimbangan pada analisis ini akan berlaku apabila memenuhi persamaan

berikut:

ΣFZ→Fbuoyancy+F sling=W (2.9)

ΣM X→Fbuoyancy ∙ xbuoyancy+F sling ∙ xsling−W ∙ xG=0 (2.10)

ΣM Z→Fbuoyancy ∙ zbuoyancy+F sling ∙ zsling−W ∙ zG=0 (2.11)

Pada analisis upending, struktur memiliki enam derajat kebebasan sebagai respon gerak.

Enam gerakan respon tersebut terdiri dari gerak translasi dan rotasi. Gerakan tersebut

adalah gerak angkat (heave), gerak angguk (pitch), gerak oleng (roll), gerak geser (sway),

gerak luncur (surge), dan gerak geleng (yaw). Namun karena proses upending biasanya

dilakukan pada kondisi laut tenang, maka seringnya tiga gerak akibat arus seperti sway,

surge, dan yaw diabaikan.

2.9 Kriteria Pemodelan Untuk Analisis Upending

Berdarkan Nobel Denton: Guidelines For The Transportation & Installation of Steel

Jackets, terdapat beberapa kriteria pemodelan seperti reserve buoyancy, seabed

clearance, dan minimum stability.

2.9.1 Reserve Buoyancy

Reserve Buoyancy yang digunakan pada analisis upending tidak kurang dari nilai yang

ditunjukkan pada Tabel 2.4 berikut:

Tabel 2.4 Reserve Buoyancy

Case Intact Damaged

Launched jacket after

launch15% 5%

During upend by ballasting,

without crane assistanceSufficient to maintain required seabed clearance

Lifted jacket, if required to

be re-rigged prior to upend10% 5%

2.9.2 Seabed Clearence

Clearance selama proses launching dan upending, antara member jaket yang paling

bawah dan seabed ditunjukkan dengan perhitungan dan/ atau tes model tidak kurang dari

yang ditunjukkan pada table berikut. Pasang surut terendah yang diperkirakan selama

instalasi dipertimbangkan. Kombinasi dari berat jaket, kontingensi berat, posisi pusat

gravitasi, buoyancy, dan scenario kerusakan juga dipergunakan pada analisis.

Tabel 2.5 Seabed Clearence

Case

Clearance after allowing for all tolerances (including weight,

tide, CoG & site survey)

Intact Damaged

During launch Greater of 10% of water

depth or 5m> 0m

During upend by controlled

ballasting, with or without

crane assist

5m > 0m

Self-upending jacket during

upend

Greater of 10% of water

depth or 5m> 0m

2.9.3 Minimum StabilityKestabilan benda terapung dapat diketahui dengan melihat letak titik metasentrik dan

hubungannya dengan titik lain. Kondisi kestabilan dapat dipenuhi apabila titik metasentrik

(M) berada di atas titik berat benda (G). Dengan demikian jarak garis GM bernilai prositif

dan benda akan mendapatkan efek dari righting moment yang cenderung membalikkan

benda ke posisi semula.

Tinggi metasentis minimum setelah launching dan selama upending sebaiknya tidak

kurang dari nilai yang ditunjukkan pada tabel .. berikut.

Tabel 2.6 Minimum GM

Case Intact GM Damaged GM

After launch, transerve, and

longitudinal

0.5 m 0.2 m

During upend, transverse 0.5 m 0.2 m

During upend, longitudinal > 0.0 m* > 0.0 m*

After upending, before final

positioning, both direction

0.5 m 0.2 m