Analisa Modifikasi Struktur Boatlanding pada Fixed Offshore Platform Akibat Tubrukan Crewboat

Transkripsi

1 Analisa Modiikasi Struktur Boatlanding pada Fixed Oshore Platorm Akibat Tubrukan Crewboat Ekhvan Hendra S, Murdjito, Handayanu Mahasiswa Jurusan Teknik Kelautan, FTK-ITS Sta Pengajar Jurusan teknik Kelautan, FTK-ITS Abstrak Boatlanding sebuah struktur ixed oshore platorm berada pada daerah splash zone. Hal ini mengakibatkan proses repairing yang dilakukan terhadap struktur ini cukup rumit, sehingga membutuhkan inovasi baru dalam segi desain agar dapat mempermudah proses repairingnya. Riset ini bertujuan untuk mendapatkan desain boatlanding baru yang mempunyai attachement diatas permukaan air tenang (MSL) dan kuat untuk menahan beban akibat tubrukan crewboat yang merapat. Penelitian ini dilakukan pada Jacket LC platorm yang dimiliki oleh Pertamina ONWJ. Jacket ini dioperasikan pada kedalaman 9 t. Analisa dilakukan dengan bantuan sotware SACS untuk memodelkan design platorm dan boatlanding. Dengan melakukan analisa ship impact, didapatkan bahwa struktur boatlanding modiikasi dapat menyerap energy tubrukan sebesar 8. KJ sebelum mengalami deormasi plastis, dan energi terbesar terjadi pada kondisi side impact pada elevasi LLWL. Untuk mengetahui kriteria umum kekuatan struktur, dilakukan analisa dengan menggunakan metode elemen hingga dengan bantuan sotware ANSYS. Dari hasil peneitian didapat bahwa modiikasi boatlanding masih dapat bertahan untuk kondisi operasional, dan mengalami collaps untuk kondisi accidental, meskipun demikian kaki jacket masih dalam kondisi aman. Kata kunci : boatlanding, ship impact, clamp, analysis. PENDAHULUAN Oshore Jacket Platorm sudah sangat banyak digunakan di dunia industri eksploitasi minyak dan gas bumi dengan kondisi lingkungan yang sangat bervariasi. Disamping pembebanan operational normal, platorm juga dihadapkan pada beban-beban yang lain, antara lain beban angin, gelombang, arus, dll. Pada saat yang bersamaan, platorm bisa saja dihapkan pada beban-beban yang tidak teduga, semisal beban akibat kejatuhan benda berat dari atas atau beban akibat benturan dari kapal yang merapat (Liang Jin et al 005). Tercatat sebanyak 7 kasus tubrukan telah terjadi di wilayah North Sea pada kurun waktu (Kenny 988). Boatlanding merupakan salah satu struktur tambahan pada oshore platorm yang dapat mereduksi energi benturan akibat kapal yang merapat, sehingga tidak langsung mengenai member dari platorm. Pada penelitian kali ini, dilakukan desain modiikasi struktur boatlanding pada LC platorm yang sudah mengalami kerusakan. Modiikasi dilakukan dengan mengubah attachment boatlanding pada elevasi di atas MSL dan menggunakan system clamp pada sambungan kaki jacket. Dilakukan analisa ship impact dengan bantuan sotware SACS 5. untuk mengetahui besarnya energi yang mampu diserap oleh struktur boatlanding modiikasi akibat beban tubrukan kapal dan mengetahui besarnya deormasi yang terjadi. Parameter Kekuatan struktur modiikasi akan ditentukan oleh besarnya tegangan yang terjadi. Gambar Struktur Boatlanding yang telah rusak (PHE ONWJ). DASAR TEORI. Kategori Tubrukan Tubrukan yang terjadi tergolong menjadi tiga kategori (Gjerde et al 999) yaitu: a. Low-energy collision : Kategori ini sering terjadi pada kapal berukuran kecil dengan kecepatan mendekati kecepatan normal saat vessel mendekat atau menjauhi struktur. Energi yang dihasilkan sekitar MJ. Frekuensi kejadian >0-4 per tahun. b. Accidental collision : Kategori ini sering terjadi pada vessel yang mengalami driting pada kondisi lingkungan yang buruk. Kondisi ini dapat terjadi karena vessel berada pada jarak yang Jurnal Tugas Akhir 0

2 dekat dengan platorm. Frekuensi kejadian 0-4 per tahun. c. Catastrophic collision : Kategori ini terjadi karena adanya vessel dengan ukuran yang cukup besar dan kecepatan tubrukan yang besar atau kombinasi dari keduanya sehingga dapat menghasilkan energi tubrukan yang dapat Dengan F = gaya impact (MN) Po = minimum crushing strength bagian yang terkena tumbukan dari vessel dan bagian impact dari struktur landing platorm. c = kekakuan akibat tumbukan pada vessel (MN/m) a = koeisien massa tambah (sideway impact =,4 ; stern / bow impact =,) m = displacement vessel (Kg) V = kecepatan merapat relati (m/s) Total energi kinetik yang terjadi akibat tumbrukan kapal diketahui dengan menggunakan persamaaan: meruntuhkan struktur. Frekuensi kejadian <0-4 per tahun. E = E m a V amv...() = Energi Kinetik (N) = Massa benda/kapal (kg) = Koeisien massa tambah benda/kapal =,4 untuk tubrukan samping =, untuk tubrukan depan atau belakang = Kecepatan tubrukan (m/s) Gambar. Tipikal tubrukan vessel & kurva deormasi (Norsok N-004). Penyerapan Energi Sebuah bangunan lepas pantai akan menyerap energi sebagai akibat dari: d. Deormasi plastis lokal (denting) dari tubular member. e. Kelenturan elastis/plastis dari member.. Regangan elastis/plastis dari member. g. Fender, jika ada. h. Deormasi global struktur i. Deormasi kapal Secara umum, tahanan terhadap tumbukan kapal bergantung pada interaksi antara kerusakan (denting) member dan kelengkungan (bending) member. Deormasi global dari struktur dapat diabaikan. Pengurangan energi tubrukan dapat terjadi dalam banyak kasus dimana ukuran vessel dan atau peralatan operasi vessel tersebut dibatasi..3 Energi Tubrukan (Impact Energy) Dalam HSE Oshore Technology Report, 00 direkomendasikan bahwa gaya impact dirumuskan sebagai berikut : F = Po F = V c. a. m...() Jurnal Tugas Akhir 0.4 Massa tambah Sebuah objek yang mengalami pergerakan dalam media cair akan mengalami pertambahan massa sebagai akibat adanya massa air yang ikut bergerak. Total berat vessel yang digunakan dalam analisa tubrukan sangat bergantung pada massa tambah.. API RP A memberikan koeisien massa tambah.4 untuk tubrukan samping (side impact) dan. untuk tubrukan depan (bow/stern impact). M = ms + ma...(3) Dengan: M = Massa total (kg) ms = massa struktur/vessel (kg) ma = massa tambah (kg) = 0.4ms untuk jenis side impact = 0.ms untuk jenis bow/stern impact.5 Tegangan Von Mises Tegangan Von Mises yang terjadi dinyatakan melalui persamaan: Dengan: σ v = tegangan von mises, Pa σ = tegangan sumbu-x, Pa σ = tegangan sumbu-y, Pa σ 3 = tegangan sumbu-z, Pa...(4)

3 .6 Kriteria Tegangan Ijin Tegangan tarik ijin Ft menurut API RP A (00), untuk member silinder ditentukan dari: Ft = 0.6F....(5) Dengan : Fy adalah kekuatan yield.7 Konsep Metode Elemen Hingga Perpindahan setiap struktur tertentu dalam bentuk jumlah terhingga dari koordinat perpindahan diskrit, yang menggabungkan beberapa ciri dari kedua prosedur, massa tergumpal dan koordinat tergeneralisasi, kini menjadi populer, pendekatan ini, yang merupakan dasar metode elemen terhingga analisis kontinum struktur, memberikan idealisasi sistem yang baik dan dapat diandalkan dan terutama eekti dalam analisis komputer digital. Langkah pertama dalam idealisasi elemen-terhingga dari setiap struktur, meliputi pembagiannnya menjadi jumlah bagian yang tepat, atau elemen-elemen. Ukurannya sembarang, bisa semuanya berukuran sama atau semua berbeda. Pada ujung-ujung bagian dimana mereka saling dihubungkan, disebut titik-titik simpul. Perpindahan titik-titik simpul ini kemudian menjadi koordinat tergeneralisasi dari struktur. Lendutan struktur selengkapnya dapat dinyatakan berkenaan dengan koordinat tergeneralisasi ini dengan menggunakan kumpulan yang sesuai dari ungsi perpindahan yang diasumsikan..7. Matrik Kekakuan Kekakuan atau stiness pada dasar merupakan kemampuan perubahan bentuk suatu elemen. Gaya luar yang bekerja ini dirubah dari bentuk uniorm ke bentuk diskrit pada nodal orce dan disebut sebagai equivalent nodal orce. Penyusunan matrik kekakuan secara keseluruhan dalam satu struktur dapat digambarkan sebagai berikut: 3 Gambar 3 Node matriks kekakuan sederhana (Hastanto,000) Masing-masing titik simpul mempunyai kekakuan AE Maka matrik kekakuan dari struktur L dibentuk dengan menjumlahkan suku-suku matrik kekakuan masing-masing simpul yang berorientasi Jurnal Tugas Akhir 0 pada titik simpul yang sama. Akan lebih mudah dipahami sebagai berikut: Elemen Elemen x K * = x x K * = x (6)...(7) Terlihat bahwa ada suku kekakuan yang berorientasi pada titik yang sama yaitu ke titik. Suku matrik yang berorientasi ke titik harus dijumlahkan sehingga matrik kekakuan struktur secara menyeluruh adalah: AE L 0 0 x.* x x.8 Mekanikal Clamp 3 = 3...(8) Mekanikal clamp adalah sebuah sistem clamp dimana begian luarnya dibentuk dari dua atau lebih segmen yang ditempatkan mengelilingi tubular join. Untuk menyatukannya digunakan baut panjang (Harwood et al 988). Aplikasi Aplikasi dari mekanikal clamp dibuat berdasarkan kategori utama :. Strengthening atau penguatan untuk satu atau lebih brace member pada sambungan tubular yang diakibatkan beban statis maupun atigue.. Menghubungkan satu atau lebih member baru pada struktur atau sambungan tubular yang sudah ada. Gambar 4 Aplikasi Mekanikal Clamp (Harwood et al, 988) 3

4 3. PERMODELAN Pemodelan struktur jacket LC platorm menggunakan sotware SACS. Data gambar struktur yang digunakan untuk pemodelan adalah dari technical drawing LC Platorm. Dimana data gambar tersebut meliputi dimensi jacket dan jenis material. Dalam pemodelan geometri struktur, semua struktur dimodelkan termasuk dek-dek, kaki jacket, dan boat landing. Desain Clamp mengacu pada code OTH Grouted and Mechanical Strengthening and Repair o Tubular Steel Oshore Structures, konigurasi bolt mengacu pada AISC 9th edition, dan bolt diasumsikan union pada clamp. Gambar 7. Model Clamp 4. HASIL DAN PEMBAHASAN 4. Analisa Ship Impact Analisa ship impact dilakukan dengan bantuan sotware SACS 5. untuk mengetahui besarnya energi yang mampu diserap oleh struktur boatlanding modiikasi akibat beban tubrukan kapal dan mengetahui besarnya deormasi yang terjadi. Gambar 5. Model LC Platorm Desain modiikasi boatlanding yang dibuat pada penelitian ini adalah dengan mengubah beberapa parameter yang telah ditentukan pada sebuah boatlanding, yakni parameter modiikasi bentuk, perubahan attachment boatlanding dengan menggunakan sistem clamp, serta letak elevasi (ketinggian) boatlanding terhadap pasang -surut. Analisa dilakukan dengan mengkalkulasikan kecepatan crewboat yang merapat dengan massa crewboat dan added massnya. Dengan asumsi kecepatan operational 0.5 m/s dan kecepatan accidental.5 m/s (Jorgen Amdahl, 980), kapal akan ditubrukkan dengan joint member boatlanding pada tiap-tiap elevasi pasang surut (HHWL, MSL, LLWL) dan kondisi tabrakan untuk Bow Impact dan Side Impact. Gambar 6. Model Modiikasi Boatlanding Gambar 8. Idealisasi Tubrukan Jurnal Tugas Akhir 0 4

5 Analisa ship impact dilakukan pada 3 elevasi pasang surut pada daerah North West Java yaitu : HHWL =. m MSL = 0.6 m LLWL. = 0.05 m Kondisi Accidental Untuk jenis tabrakan Bow Impact, energi maksimal KJ pada elevasi LLWL. Kondisi Operasi Untuk jenis tabrakan Bow Impact, energi maksimal 6.56 KJ pada elevasi LLWL. Gambar. Kurva Absorbed Energy Accidental Bow Impact Untuk jenis tabrakan Side Impact, energi maksimal KJ pada elevasi LLWL. Gambar 9. Kurva Absorbed Energy Operational Bow Impact Untuk jenis tabrakan Side Impact, energi maksimal 8. KJ pada elevasi LLWL. Gambar. Kurva Absorbed Energy Accidental Side Impact Gambar 0. Kurva Absorbed Energy Operational Side Impact Dari analisa ship impact yang telah dilakukan, didapatkan bahwa energi terbesar yang bekerja pada struktur boatlanding terjadi pada saat kondisi accidental side impact pada elevasi LLWL. 4. Analisa Lokal Sistem Clamp Dari analisa ship impact yang telah dilakukan, telah didapatkan energi dan deormasi maksimal pada Jurnal Tugas Akhir 0 5

6 struktur boatlanding yang selanjutnya digunakan untuk mengkalkulasikan pada sistem landing dan clamp dengan menggunakan metode elemen hingga dengan bantuan sotware ANSYS. Kondisi Operasi Untuk jenis tabrakan Bow Impact, maksimal adalah sebesar 83.8 Mpa, pada elevasi LLWL Gambar 3. Stress yang Bekerja Pada Boatlanding dan Clam, kondisi operational Bow Impact Untuk jenis tabrakan Side Impact, maksimal adalah sebesar 0. Mpa, pada elevasi LLWL Kondisi Accidental Untuk jenis tabrakan Bow Impact, maksimal adalah sebesar Mpa, pada elevasi LLWL Gambar 5. Stress yang Bekerja Pada Boatlanding dan Clam, kondisi accidental Bow Impact Untuk jenis tabrakan Side Impact, maksimal adalah sebesar 3340 Mpa, pada elevasi LLWL Gambar 6. Stress yang Bekerja Pada Boatlanding dan Clam, kondisi accidental Side Impact Gambar 4. Stress yang Bekerja Pada Boatlanding dan Clam, kondisi operational Side Impact Jurnal Tugas Akhir 0 6

7 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5. Kesimpulan Dari hasil perhitungan dan analisa dapat diperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut,. Desain Modiikasi Boatlanding memungkinkan untuk diaplikasikan jika mengingat parameter kekuatan yang telah dihasilkan. Struktur Modiikasi dapat menyerap energi maksimal sebesar 8. KJ pada kondisi operasi, dan KJ pada kondisi accidental 3. Stress maksimal yang bekerja pada struktur Modiikasi adalah sebesar 83.8 Mpa untuk bow impact dan 0. Mpa untuk side impact pada kondisi operasi. Hal ini memungkinkan struktur masih berada pada kondisi elastisnya, dan layak untuk beroperasi. Sedangkan pada kondisi accidental, member boatlanding sudah batas yielding dan berada pada kondisi plastis. Sumiwi, A. D., 009, Respon Dinamis Akibat Benturan Kapal Pada Anjungan Jacket, Tugas Akhir Jurusan Teknik Kelautan; ITS, Surabaya. Popov, E. P., 993, Mekanika Teknik, Penerbit Erlangga, Jakarta. Rahawarin, A.K.,009, Analisa Keruntuhan Jacket Fixed Platorm Akibat Tubrukan Supply Vessel, ITS, Surabaya. Rosyid, D.M., 009, Optimasi, ITS Press, Surabaya. Sumiwi, A. D., 009, Respon Dinamis Akibat Benturan Kapal Pada Anjungan Jacket, Tugas Akhir Jurusan Teknik Kelautan; ITS, Surabaya. Visser, W., 004, Ship collision and capacity o brace member o ixed steel oshore platorm, HSE Research report, Netherlands. 5. Saran Saran yang dapat diberikan untuk penelitian selanjutnya yaitu :. Model boatlanding dimodelkan dengan substructure modelling sehingga dapat diketahui dent yang terjadi. Model Bolt pada clamp didetailkan dengan menggunakan contact region tersendiri 3. Menghitung kelelahan struktur/ bolt. DAFTAR PUSTAKA Amdahl, J. and Johansen, A. 00, High-Energy Ship Collision With Jacket Legs, Proceedings o the Eleventh (00) International Oshore and Polar Engineering Conerence, June 00, Pages American Petroleum Institute, 00, Recommended Practice For Planning and Constructing Fixed Oshore Platorm Working Stress Design, API Recommended Practice A (RP A) WSD Gjerde, P., Parsons S.J., Igbenabor, S.C., 999, Assessment o jack-up boat impact analysis methodology, Marine Structures (99), Pages Kenny, J.P., 988, Protection o Oshore Installations Against Impact, Oshore Technology Inormation, OTI Jurnal Tugas Akhir 0 7