Bab III Penilaian Struktur Eksisting

Transkripsi

1 Bab III Penilaian Struktur Eksisting III.1 Pendahuluan Rekayasa struktur umumnya mempunyai fokus pada tahapan desain struktur. Sehingga banyak literatur, panduan, dan rekomendasi praktis yang dibuat untuk mendesain struktur baru. Panduan dan rekomendasi praktis yang ada untuk penilaian struktur eksisting tidak mempunyai tingkatan yang sama dalam hal pengalaman praktisnya dan juga mempunyai beberapa keterbatasan dibandingkan dengan yang tersedia untuk regulasi dan rekomendasi praktis untuk desain. Proses penilaian adalah proses untuk memantau integritas dari platform dan menilai kelayakannya untuk dipergunakan sesuai tujuan pembangunannya. Pada proses ini, perubahan dari fungsi platform, perkiraan kondisi lingkungan, dan kondisi fisik (melalui inspeksi) dievaluasi untuk dapat menghitung resiko yang berhubungan dengan terus berjalannya kegiatan operasional pada platform. Tanpa kecuali, platform yang berusia lama yang tidak memenuhi standar untuk desain yang baru dan kriteria keselamatan yang ada akan memerlukan panduan untuk operator dalam menentukan keputusannya. Hasilnya dapat berupa upgrade platform, pengurangan personil, evakuasi menjelang badai, skenario mitigasi atau tidak digunakan lagi. Penilaian dari struktur eksisting perlu dilakukan untuk dapat tetap melaksanakan kegiatan operasionalnya karena ada beberapa hal baru, seperti metode baru produksi dan penemuan baru lainnya yang menyebabkan perubahan dari parameter pada waktu desain sebelumnya. Dari sudut pandang ekonomis, penggunaan dari struktur eksisting dalam beberapa kasus lebih disukai dibandingkan instalasi baru. Walaupun pada beberapa kondisi struktur harus dilakukan dilakukan modifikasi besar pada struktur. Penilaian juga dibutuhkan setelah penambahan peralatan tambahan, personil baru, juga karena beberapa kerusakan yang muncul. Tujuan dari penilaian struktur eksisting adalah untuk memastikan bahwa kemungkinan kegagalan dari struktur masih berada pada

2 kriteria yang disyaratkan untuk memperpanjang usia penggunaan struktur. Untuk mencapai hal tersebut maka beberapa prosedur penilaian telah diusulkan. Standar yang paling umum diterima untuk struktur lepas pantai adalah ISO Petroleum and Natural Gas Industries Offshore Structures Part 1: General Requirements ISO (2002). Standar ini memberikan peraturan desain dan penilaian terhadap struktur eksisting. Beberapa negara juga mengacu pada ISO tersebut untuk diaplikasikan pada peraturan dan standar mereka. Bagaimanapun ISO adalah standar yang masih umum, tidak terlalu spesifik memberikan panduan bagaimana dalam melakukan penilaian kembali. Standar ini memberikan beberapa indikasi bahwa format kode desain, format rasio cadangan kekuatan (Reserve Strength Ratio, RSR) dan format probabilitas telah diterima. ISO merujuk pada ISO (ISO 2004) untuk desain dan penilaian dari struktur baja lepas pantai. Beberapa detail prosedur penilaian untuk struktur eksisting terdapat di ISO Beberapa standar lainnya seperti API RP2A- WSD (API 2000) dan ISO/DIS (ISO 2000), juga memberikan prosedur detail untuk penilaian kembali struktur eksisting. Lebih lanjut, Joint Committee for Structural Safety (JCSS) telah membuat prosedur untuk penilaian kembali struktur eksisting. Operator yang mempunyai pengalaman pada bidang penilaian kembali telah membuat prosedur sendiri untuk penilaian tersebut. Terakhir, terdapat proyek riset yang dibiayai Uni Eropa yang termasuk di dalamnya paket untuk perpanjangan usia layan struktur (SAFERELNET 2004). Indonesia telah menetapkan syarat pemeriksaan berkala untuk mendapatkan sertifikasi kelayakan struktur untuk ijin beroperasi. Sementara penilaian dari segi reliabilitas baru dimulai untuk diaplikasikan pada struktur platform di Indonesia. Dalam kondisi umum, berdasarkan pada beberapa standar dan rekomendasi yang ada, prosedur penilaian yang ada terdiri dari beberapa langkah berikut : - Pertimbangan tentang perlunya penilaian kembali - Review informasi (desain, fabrikasi, instalasi, dan sejarah operasi) - Penelusuran kondisi struktur (kerusakan besar, perubahan besar, deviasi dari struktur) 22

3 - Analisa struktur (analisa desain, analisa kekuatan ultimate atau analisa probabilitas) - Pengambilan keputusan (struktur eksisting diterima langsung atau diperlukan perkuatan, atau tidak diterima) Standar dari prosedur diatas dapat dipresentasikan dalam bentuk bagan alir berikut : Gambar III. 1 Bagan Alir Penilaian Struktur Eksisting (sumber : Assessment of existing offshore structures for life extension, Ersdal, 2005) 23

4 Tujuan dari penilaian struktur eksisting adalah untuk memastikan bahwa struktur mempunyai tingkat keamanan yang memenuhi syarat. Tujuan yang rasional adalah bahwa struktur eksisting seharusnya mempunyai tingkat keamanan yang sama dengan struktur yang didesain baru. Untuk memastikan hal tersebut maka terdapat beberapa metode untuk mengevaluasi tingkat keamanan struktur. Cara yang memungkinkan untuk mengevaluasi tingkat keamanan struktur adalah dengan melakukan pembebanan dan melihat responnya atau dengan melakukan analisis untuk mengestimasi tingkat keamanannya. III.2 III.2.1 Keselamatan dari struktur Umum Tujuan dari analisa struktur adalah untuk mendapatkan struktur yang efektif dengan tingkat keselamatan yang mencukupi. Metode untuk mendesain struktur telah dibuat mulai dari trial and error sampai dengan desain linear elastik dengan perhitungan beban dan kekuatan dan pemeriksaan kode desain. Dalam desain linear elastik terdapat salah satu proses trial and error di dalamnya. Desain terhadap mode keruntuhan yang baru telah diperkenalkan dalam pemeriksaan kode seiring dengan bertambahnya pengalaman pada kecelakaan yang terjadi. Aspek yang penting dalam pengembangan konsep ini adalah pemahaman dari perilaku struktur seperti retak getas dan fatig. Pengembangan pada pembebanan struktur juga penting, seperti vibrasi dan hempasan impak gelombang. Desain linear elastik dan kode desain yang digunakan untuk struktur lepas pantai dewasa ini sudah baik. Jarang terjadi kegagalan struktur sewaktu beroperasi di lapangan. Bagaimanapun, hanya sedikit struktur lepas pantai yang dikenai oleh beban yang mirip dengan beban desain. Sehingga hanya sedikit saja kegagalan yang dapat terjadi dan kegagalan yang sering terjadi banyak diakibatkan oleh kesalahan dalam desain, fabrikasi atau installasi. Untuk struktur jacket adalah penting untuk mendesain terhadap beban global (seperti beban gelombang, beban gempa, dan beban tabrakan kapal) dan beban 24

5 lokal (seperti beban gelombang lokal, hempasan gelombang dan induksi beban dinamik). Pada beberapa kasus kegagalan pada tingkatan lokal dapat menghasilkan situasi yang berbahaya. Kegagalan dapat bermula dari tingkatan lokal (seperti akibat kelebihan beban dari satu elemen atau retak fatig pada sambungan) dan menyebabkan situasi kritis. Contohnya adalah elemen yang gagal dapat jatuh dan merusak installasi penting lainnya ataupun manusia dll. Keruntuhan dari bagian atas seperti living quarter, juga dapat menjadi permasalahan serius. Bagaimanapun, masalah utama adalah jika kegagalan lokal menjalar menjadi keruntuhan total dari struktur. Ketika mendesain struktur baru, metode yang paling banyak digunakan untuk memastikan keselamatan struktur adalah dengan menggunakan analisa linear elastik dan pemeriksaan komponen dengan formula standar. Elemen dan sambungan diperiksa untuk kondisi melewati batas (ULS), fatig (kondisi batas fatig), dan untuk kondisi beban kecelakaan seperti ledakan, kebakaran, tabrakan kapal (kondisi batas kecelakaan). Kebanyakan standar dan rekomendasi praktis memasukkan beberapa mode kegagalan yang relevan. Sehingga struktur yang didesain berdasarkan standar tersebut diasumsikan memiliki tingkat keselamatan yang cukup. Tingkat keselamatan struktur pada beberapa kasus tergantung kepada kekuatan sistem struktur untuk menahan beban global, pendekatan alternatif adalah untuk mengevaluasi kekuatan sistem secara langsung. Hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan analisa linear elastik atau analisa non-linear elasto-plastik. Analisa non-linear paling banyak digunakan untuk hal tersebut. Analisa umumnya dilakukan menggunakan program elemen hingga non-linear untuk mengakomodasi adanya non-linearitas geometri dan perilaku material. Menurut teori batas bawah (lower bound) pada teori plastisitas, hasil dari analisa non-linear itu mendekati, tetapi lebih kecil, dari beban runtuh dari struktur dibandingkan dengan analisa linear elastik. Pemeriksaan analisa keruntuhan hanya dapat untuk memeriksa margin keselamatan terhadap beban desain (ULS) dan beban kecelakaan (ALS). Kondisi batas fatig (Fatigue Limit State, FLS) juga perlu untuk 25

6 diperhatikan, karena tidak termasuk dalam bagian sistem analisa non-linear. Kondisi batas fatig dapat diperhitungkan sama seperti metode yang digunakan untuk analisa kondisi batas fatig pada analisa linear dengan pemeriksaan komponen. Pada masa sekarang belum banyak yang mendesain struktur berdasarkan analisa keruntuhan non-linear, tetapi pemeriksaan kapasitas sistem dari desain struktur semakin diperhatikan sebagai pemeriksaan yang harus dilakukan pada struktur. Alternatif ketiga adalah penggunaan metode probabilistik untuk analisis. Metode probabilistik telah diperkenalkan akhir-akhir ini sebagai pendekatan untuk mendesain dan meninjau kembali struktur. Analisa probabilitas dapat dalam bentuk analisa reliabilitas struktur (Structural Realibility Analysis, SRA) atau analisa kuantitatif resiko (Quantitative Structural Risk Analysis, QSRA). Pada SRA, parameter yang digunakan pada analisa linear dan pemeriksaan komponen maupun analisa keruntuhan non-linear merupakan variabel random yang memenuhi distribusi probabilitas yang diharapkan untuk parameter tersebut dibandingkan dengan nilai karakteristik. Kemungkinan kondisi batas dilewati kemudian dihitung, menggunakan formula yang sama dengan yang digunakan pada analisa deterministik. Hasilnya yaitu kemungkinan kegagalan (probability of failure) adalah kemungkinan terlewatinya kondisi batas yang disyaratkan kode, dan bukan kondisi kegagalan keseluruhan dari struktur. Analisa dapat dilakukan berdasarkan komponen, memeriksa reliabilitas komponen individu terhadap target reliabilitas minimum. Analisa dapat juga dilakukan berdasarkan sistem, memeriksa pembebanan total dan kekuatan sistem terhadap target reliabilitas. Perbedaan antara SRA dan QSRA adalah bahwa SRA hanya menyertakan ketidak pastian yang berkaitan dengan parameter fisik dan kekurangan informasi tentang parameter fisik dan model yang digunakan dalam analisis, sedangkan QSRA juga menyertakan mode kesalahan yang dihasilkan dari kesalahan manusia dan kejadian kecelakaan. QSRA juga menyertakan konsekuensi dari beberapa mode kesalahan yang dapat terjadi. SRA dan QSRA memberikan ukuran langsung dari keamanan, dan merupakan pilihan yang jelas untuk mengevaluasi keselamatan 26

7 dari struktur. Metode untuk menentukan keputusan berdasarkan SRA dan QSRA juga diusulkan dalam standar dan literatur. Mencakup perbandingan antara probabilitas kegagalan yang dihitung dengan target probabilitas kegagalan. III.2.2 Struktur eksisting dan desain baru Ketika memfokuskan pada struktur eksisting pada menjelang akhir masa usia layannya, atau karena telah terdapat peristiwa yang mengubah parameter desain, dibandingkan dengan desain dari struktur baru, maka pertanyaan yang muncul adalah apakah keamanan yang ditentukan pada desain masih valid. Menggunakan metode analisis yang disebutkan di atas, tetapi dengan memperhatikan pengalaman dan hasil inspeksi,merupakan metode yang dapat mengevaluasi keamanan dari penggunaan struktur selanjutnya. Alternatifnya, tujuan dari inspeksi dan perawatan struktur dapat digunakan untuk memastikan kondisi struktur tetap seperti sewaktu keadaan setelah dibangun. Juga bagian struktur yang tidak memenuhi penilaian kembali dapat diperkuat, misalnya digrout, atau diganti menggunakan komponen struktur yang baru. Cara lain untuk mengurangi resiko terhadap kegagalan struktur adalah dengan mengenalkan pencegahan resiko dan prosedur mitigasi, misalnya prosedur evakuasi. Evakuasi dapat menjadi pilihan jika bencana utama disebabkan oleh kejadian yang dapat diramalkan seperti pembebanan gelombang yang berlebihan atau karena beban gelombang di dek. Evakuasi menjadi bukan merupakan tindakan pencegahan yang mencukupi apabila degradasi kekuatan adalah bencana yang utama yang terjadi pada struktur, dimana struktur dapat gagal pada kondisi laut yang rendah. Pada banyak kasus terdapat perbedaan yang signifikan antara pengetahuan tentang struktur eksisting dengan struktur pada kondisi desain. Adalah penting untuk memperhatikan fakta ini apabila akan mengevaluasi keamanan dari struktur eksisting. Jika struktur diperhatikan dan dipelihara secara baik, pengetahuan tentang kondisi struktur dapat bertambah. Hal in dapat menambah informasi tentang struktur selain data konstruksi dan operasional untuk meningkatkan 27

8 akurasi dari analisa struktur, yang akan mengurangi ketidak pastian pada kinerja struktur. Kode desain struktur harus berada pada bagian aman untuk mengatasi ketidak pastian (pemilihan material, metode fabrikasi, dll) pada tahapan desain. Cara konservatif ini dapat dihindari pada penilaian kembali struktur eksisting untuk mengurangi margin keselamatan. Tetapi juga dapat terjadi kurangnya informasi tentang struktur eksisting misalnya karena manajemen data yang buruk. Hal ini akan meningkatkan ketidak pastian tentang struktur seperti dibandingkan dengan pada saat desain. Sehingga konsekuensinya dibutuhkan margin keselamatan yang besar. Untuk struktur eksisting dapat disimpulkan bahwa belum terjadi kegagalan. Struktur masih dapat menahan beban yang mengenainya. Sejarah dari beban yang diterima tidak dapat diketahui dengan detail. Data inspeksi dapat menunjukkan retak akibat fatig, marine growth, dan parameter lainnya yang penting untuk menentukan beban yang bekerja pada struktur. Informasi dari sertifikat material dan sertifikat las dapat memberikan informasi tentang kualitas baja dan las nya. Lebih lanjut, dapat dilakukan pengukuran simultan dari gelombang dan arus dan tegangan dan gerakan struktur yang berkaitan. Akhirnya, untuk struktur eksisting, terkadang lebih ekonomis untuk melakukan analisa yang lebih detail, inspeksi baru, tes dan pengukuran dibandingkan dengan mendesain kembali dan menambah berat baja, mengkonfigurasi kembali komponen struktur atau mengganti struktur eksisting dengan struktur yang baru. Sebaliknya, pada desain struktur baru, analisa detail terkadang lebih mahal dibandingkan perubahan struktur pada awal tahapan desain. Berikut adalah beberapa perbedaan yang dibahas oleh Kallaby et al (1994) dan Moan dan Vardal (2001) yang disimpulkan pada tabel berikut : Lingkungan Tabel III. 1 Penilaian kembali dan desain Kriteria Desain Kriteria Penilaian Peramalan dari kumpulan data Seperti pada kriteria untuk struktur baru eksisting dengan penambahan dan penggunaan dari : - review yang sudah dilakukan - pengalaman dari lapangan yang berdekatan - penambahan data dari keadaan 28

9 Kriteria Desain Beban Kecenderungan evaluasi yang konservatif untuk tujuan yang ditetapkan dari struktur Pondasi Peramalan dari investigasi lapangan dan pengujuan laboratorium dari tanah Model struktur Analisa tegangan Hasil Topologi dan dimensi dapat berubah Tidak ada laporan inspeksi Modelling secara konservatif menggunakan presentase global untuk mengatasi detail yang kurang dan asumsi geometrik yang sederhana Waktu untuk analisa termasuk kritis Terikat untuk memenuhi kode praktis dan dokumen regulasi Struktur mempunyai elemen dan sambungan yang memenuhi persyaratan untuk digunakan Kriteria Penilaian lapangan Evaluasi yang konservatif dari catatan asbuilt dan penggunaan survey terkini dari : - marine growth - perlengkapan - pengurangan/penambahan/perubahan - berat bagian atas - areal angin Seperti kriteria pada struktur baru dengan penambahan dari : - informasi subsidence - review yang dilakukan - pengalaman dari lapangan yang berdekatan - analisa setelah pemancangan - survey gerusan dan perbaikan Dimensi struktur tetap dan sudah diketahui Inspeksi pada saat operasi dapat dilakukan Karakteristik aktual dari baja berdasarkan sertifikat material dapat digunakan Performa struktur dapat diukur dan digunakan untuk update analisa struktur Kualitas dari analisis termasuk kritis Waktu yang mencukupi untuk pengujian model, menghilangkan konservatisme jika memungkinkan, mempelajari redundansi untuk menentukan kapasitas ultimate dari struktur dan pondasi, kajian sensitifitas dari bermacam parameter untuk meningkatkan tingkat kepercayaan Struktur mempunyai beberapa tegangan yang melebihi tegangan lelehnya, tetapi beberapa standar penilaian mengijinkan untuk terjadinya beberapa kelelehan jika struktur mempunyai kapasitas dan redundansi yang telah teruji (Sumber : Assessment of existing offshore structures for life extension, Ersdal, 2005) Kebanyakan dari item di atas dapat memperbaharui informasi yang harus diikutkan pada penilaian dari struktur eksisting. Jika informasi terbaru memberikan hasil yang positif sehubungan dengan keamanan struktur, maka harus diperhitungkan dalam prosedur penilaian. Pada situasi lain, informasi dapat mengindikasikan pengurangan faktor keamanan dari struktur, yang juga harus diperhitungkan dalam penilaian kembali. 29

10 Beberapa prosedur mengijinkan untuk memberikan kriteria batas yang lebih rendah untuk digunakan dalam penilaian kembali struktur dibandingkan dengan proses desain, misalnya faktor beban yang lebih rendah atau kriteria rasio cadangan kekuatan yang lebih rendah. Moan dan Vardal menyimpulkan dari tabel di atas bahwa pada desain Ketidak pastian memerlukan margin keselamatan yang besar, tetapi pada situasi penilaian kembali Penurunan ketidak pastian dan penurunan margin keamanan dapat dilakukan. Penurunan kriteria batas tersebut harus didasarkan pada fakta bahwa ketidak pastian tentang pembebanan atau kapasitas dari struktur telah berkurang. Penurunan ketidak pastian tersebut bukan merupakan hal yang pasti terdapat pada penilaian kembali semua struktur. Ketidak pastian akibat beban adalah relatif sulit untuk dikurangi dan membutuhkan pengukuran yang simultan dari lingkungan dan respon struktur. Lebih lanjut, ketidak pastian yang cukup besar tentang beban lingkungan umumnya terkait dengan kondisi lingkungan pada masa datang, misalnya gelombang masa depan. Mengurangi ketidak pastian ini akan membutuhkan pengukuran yang cukup panjang. Bagaimanapun, beberapa kemungkinan telah disebutkan pada tabel di atas. Jika kriteria batas yang lebih rendah diijinkan, maka harus didasarkan pada pengurangan ketidakpastian dalam pengalaman beberapa tahun. Untuk struktur dimana kemungkinan kegagalan didominasi dari mode kegagalan fatig, maka tidak adanya deteksi adanya penjalaran retak, misalnya setelah 20 tahun usia layan, dapat menjadi indikator dari bertambahnya reliabilitas. Bagaimanapun, untuk struktur yang didominasi oleh mode kegagalan ULS atau ALS maka hal tersebut bukan merupakan indikasi yang tepat. Sebagai contoh; struktur yang didominasi oleh kegagalan terhadap gelombang di dek hanya akan menerima manfaat dari adanya catatan pengalaman tentang kejadian adanya gelombang di dek. Metode probabilitas akan mengambil reduksi atau peningkatan ketidak pastian untuk diperhitungkan dan dinyatakan dalam bentuk perbaharuan dari tingkat keamanan struktur dalam cara yang rasional. Pembaharuan tingkat keamanan ini harus diperhitungkan dalam penilaian kembali struktur eksisting. 30

11 III.3 Prosedur penilaian Dasar dari prosedur penilaian terdapat pada ISO/DIS yang mengacu pada peraturan Norwegia (PSA 2004). Mengingat review dari API RP2A WSD (API 2000) dan ISO/DIS (ISO 2000) fokus lebih ke arah perbedaan dari standar tersebut dengan ISO/DIS III.3.1 Proses penilaian yang diusulkan pada ISO/DIS Standar menyebutkan bahwa adalah kewajiban dari pemilik untuk memelihara dan menunjukkan kemampuan platform dalam melaksanakan operasinya pada lokasi yang diberikan. Tujuannya adalah untuk menunjukkan bahwa kemungkinan tahunan dari kegagalan yang parah dari struktur cukup rendah. Probabilitas tahunan yang diijinkan berdasarkan pada persyaratan peraturan yang diberikan oleh standar dan ketentuan praktis untuk industri pada suatu daerah tersebut. ISO/DIS secara jelas menyebutkan bahwa filosofi desain dari struktur eksisting memperbolehkan terdapatnya kerusakan terbatas pada komponen individu, tetapi cadangan terhadap kegagalan sistem secara keseluruhan maupun cadangan terhadap deformasi masih memenuhi syarat. Standar ini dimaksudkan untuk diaplikasikan pada jacket substruktur eksisting, tetapi dapat juga digunakan untuk struktur bagian atas. 31

12 Gambar III. 2 Prosedur penilaian yang diusulkan pada ISO (Sumber : Assessment of existing offshore structures for life extension, Ersdal, 2005) 32

13 Prosedur ISO/DIS menyertakan pemeriksaan pada keadaan batas ultimate dan keadaan batas fatig. Umumnya, jika dimulai penilaian dari platform, maka struktur akan menjalani penilaian dengan kemungkinan 5 tingkatan analisa dan 2 metode empiris. Metode empiris pertama adalah dengan membandingkan struktur dengan struktur yang serupa. Metode empiris yang kedua adalah penilaian terhadap pengalaman terdahulu. Tingkatan 1 penilaian adalah analisa linear dan pemeriksaan komponen. Tingkat 2 juga dilakukan analisa linear dan pemeriksaan komponen, tetapi sekarang dengan beban dan ketahanan yang lebih detail. Tingkat 3 adalah analisa redundan linear elastik. Tingkat 4 adalah analisa non-linear pada sistem termasuk pemeriksaan komponen sebagai bagian yang terintegrasi dari analisa sistem non-linear. Akhirnya pada tingkatan ke-5 adalah pemeriksaan berdasarkan analisa reliabilitas struktur. Jika struktur memenuhi penilaian pada suatu tingkatan, maka tidak diperlukan penilaian pada tingkatan yang lebih tinggi. Pencegahan dan pengukuran mitigasi untuk mengurangi rasio kejadian dan konsekuensi dari kegagalan struktur harus sudah diperhitungkan dalam setiap tingkatan penilaian. Bagan alir dari prosedur penilaian yang diusulkan pada ISO/DIS adalah seperti gambar 3.2 Plaform eksisting seharusnya menjalani penilaian kembali untuk menunjukkan kemampuan memenuhi tujuan jika terdapat satu atau lebih kondisi berikut : - Perubahan dari desain asli atau dasar penilaian sebelumnya : Penambahan personil atau fasilitas Modifikasi fasilitas Terdapat kriteria lingkungan yang lebih berat Terdapat kriteria ketahanan komponen atau pondasi yang lebih berat Perubahan fisik dari dasar desain awal platform seperti gerusan atau penurunan Melebihi usia layan yang dimaksudkan - Kerusakan atau penurunan dari komponen struktur primer. Kerusakan kecil dapat diterima, tetapi pengaruh kumulatif dari kerusakan seharusnya didokumentasikan dan diperhitungkan untuk penilaian ketahanan global. 33

14 Informasi yang mencukupi harus dikumpulkan untuk dapat melakukan penilaian kembali secara engineering dari keseluruhan integritas struktur platform. Informasi dari kondisi struktur platform dan fasilitasnya, dengan perhatian khusus pada data yang tidak bisa diverifikasi langsung (seperti penetrasi tiang pancang), sebaiknya dikumpulkan. Inspeksi umum pada bagian atas, bagian basah dan pondasi sebaiknya dilakukan dan keputusan apakah inspeksi yang lebih detail dibutuhkan adalah tergantung dari engineering judgement. Perubahan dari desain awal atau penilaian awal sebelumnya, indikasi dari kondisi lingkungan yang lebih berat, merupakan salah satu alasan dilakukannya penilaian baru. Data metocean yang dibutuhkan untuk penilaian adalah sama dengan yang dibutuhkan untuk desain. Menurut ISO/DIS 19902, struktur dapat ditinjau dengan membandingkannya terhadap struktur serupa yang terdekat, dimana kesamaan tersebut mencukupi dan struktur yang dijadikan pembanding adalah cukup dapat memenuhi kebutuhannya (fit for purpose). Terdapat serangkaian persyaratan untuk struktur yang ditinjau dan struktur yang dijadikan pembanding. Pembandingan dengan struktur yang serupa bukan merupakan fokus dari tesis ini sehingga tidak dibahas lebih lanjut. Umumnya, penilaian dari komponen struktur dilakukan sesuai dengan standar analisa desain pada ISO/DIS 19902, dengan memperhatikan kondisi sekarang atau kebutuhan kondisi masa mendatang, memperhitungkan setiap kerusakan, perbaikan, gerusan, modifikasi dan banyak faktor lainnya yang dapat mempengaruhi kinerja struktur atau integritasnya. Analisa kekuatan ultimate (tingkat 4 analisa non linear dan pemeriksaan komponen) dimaksudkan untuk menunjukkan bahwa struktur mempunyai kekuatan yang cukup dan kestabilan untuk menahan kelebihan yang signifikan pada beban yang diberikan. Kelebihan tegangan lokal dan potensial kerusakan lokal diijinkan, tetapi keruntuhan total atau deformasi yang berlebih dihindari. 34

15 Rasio antara beban desain (umumnya beban 100 tahun) dan kapasitas ultimate / pada saat runtuh kemudian ditentukan, dan biasanya dinyatakan sebagai rasio cadangan kekuatan (reserve strength ratio, RSR). RSR seharusnya ditentukan untuk semua arah gelombang dan nilai terendah yang didapatkan adalah RSR dari struktur. Kriteria ijin dari RSR dapat saja berbeda tergantung dari persyaratan lokal, tetapi kriteria ijin secara umum pada ISO/DIS adalah jika pemeriksaan RSR ditemukan memenuhi syarat, maka tidak dibutuhkan analisis selanjutnya. Tingkatan tertinggi dari penilaian adalah analisa reliabilitas struktur (SRA). Pada ISO dinyatakan bahwa penggunaan SRA memerlukan perhatian ekstra dan disana terdapat pengetahuan yang tidak mencukupi dari statistik untuk dapat membuat suatu persyaratan atau rekomendasi untuk dimasukkan dalam standar. ISO/DIS menyatakan bahwa karena reliabilitas yang ditentukan oleh SRA adalah sangat tergantung dari pengetahuan kemampuan dari analis dan data yang mendasarianya, maka tidak dimungkinkan untuk menyediakan kriteria ijin dalam standar tersebut. Direkomendasikan bahwa validasi yang menyeluruh dari teknik dan aplikasi dari teknik tersebut dilakukan, bahwa kriteria ijin telah disepakati antara pembuat peraturan dan pemilik, dengan menyadari ruang lingkup dalam menentukan RSR dan hasil dari SRA kemudian dikombinasikan dengan memperhatikan biaya dan keuntungan dari perkuatan atau perbaikan lainnya yang harus dilakukan. Jika dapat ditunjukkan bahwa struktur telah dapat menahan kejadian yang tidak lebih ringan dari keadaan dimana struktur tersebut ditinjau maka dapat diasumsikan bahwa struktur tersebut diterima. Bagaimanpun, kejadian masa lalu harus mewakili dari semua komponen dan arah badai. Diberikan beberapa batasan dalam penggunaan penilaian dengan pengalaman terdahulu misalnya bahwa disebutkan jika pembebanan lingkungan melebihi beban desain lingkungan, maka disarankan database lingkungan direview dan peristiwa tersebut dimasukkan dalam database, dan analisis berikutnya menunjukkan bahwa peristiwa tersebut kemudian tidak mewakili kondisi ekstrim. 35

16 Tiga metode yang berbeda untuk meninjau struktur dengan memperhatikan fatig telah diusulkan. Penilaian menunjukkan durabilitas fatig mencukupi bila satu dari beberapa kriteria di bawah ini dipenuhi : - Hasil dari penilaian fatig menurut klausul 16 (ISO/DIS 19902) menunjukkan bahwa umur fatig untuk semua elemen dan sambungan adalah minimum sama dengan usia layan dan sejarah inspeksi tidak menunjukkan tidak adanya retak fatig atau kerusakan yang tidak dapat dijelaskan - Penilaian fatig menurut klausul 16 telah mengidentifikasi sambungan dengan umur fatig terendah dan inspeksi periodik pada sambungan ini tidak menemukan retak fatig atau kerusakan yang tidak dapat dijelaskan. - Ketika usia fatig dari setiap elemen dan sambungan yang telah dihitung, lebih kecil dari usia layan dari struktur dan kerusakan fatig telah diindentifikasi, struktur dapat diasumsikan memenuhi kebutuhan karena prediksi mekanika fraktur dari perambatan retak menunjukkan usia yang mencukupi dan inspeksi periodik mengawasi perambatan retak dari elemen atau sambungan yang dikhawatirkan. III.3.2 Proses penilaian yang diusulkan pada API RP2A WSD API RP2A WSD (API 2000) adalah standar yang paling banyak digunakan untuk desain struktur tetap lepas pantai di USA. Standar tersebut juga banyak digunakan di negara lain di luar US, dan Indonesia juga mengadopsi peraturan dari standar tersebut. Bagaimanapun, standar tersebut menarik karena merupakan satu-satunya standar yang ada yang mengatur penilaian dari struktur eksisting ke tingkatan yang lebih detail. Standar dinyatakan dapat diaplikasikan hanya untuk meninjau struktur eksisting platform, dimana telah didesain menurut standar API dari edisi 20 atau sebelumnya. Struktur yang didesain setelah edisi 21, sebaiknya ditinjau berdasarkan kriteria awal yang digunakan untuk desain. Dengan klausul tersebut 36

17 API membatasi kemungkinan digunakannya penilaian kembali struktur eksisting dalam rangka mengurangi biaya struktural dengan membangun platform yang direncanakan mempunyai modul tambahan tetapi modul tersebut belum diperhitungkan sebelumnya dalam desain. Pemilihan elemen dari penilaian platform, kategori dari tingkat keselamatan untuk penilaian kembali tidak berbeda jauh dengan prosedur ISO Terdapat dua analisa potensial yang disebutkan dalam API RP2A WSD, analisa tingkat desain dan analisa kekuatan ulitmate. Analisis itu sendiri kurang lebih sama dengan yang disebutkan pada ISO 19902, dengan kriteria ijin yang berbeda. Prosedur analisa tingkat desain mirip dengan yang digunakan untuk mendesain platform baru, termasuk aplikasi dari semua faktor keamanan, penggunaan dari tegangan leleh karakteristik dibandingkan tegangan leleh rata-rata, dll. Bagaimanapun, beban lateral lingkungan dapat dikurangi sampai 85% dari kondisi 100 tahun untuk platform dengan konsekuensi tinggi, dan 50% untuk platform dengan konsekuensi rendah. Pada analisa kekuatan ultimate, rasio cadangan kekuatan (RSR) didefinisikan sebagai rasio dari kapasitas beban lateral ultimate terhadap beban lateral lingkungan 100 tahunan. RSR sebesar 1.6 dibutuhkan untuk platform dengan konsekuensi tinggi dan 0.8 untuk platform dengan konsekuensi rendah. Sebagai tambahan, penilaian dengan perbandingan terhadap platform serupa, penilaian dengan menggunakan kemungkinan kegagalan dan penilaian berdasarkan kejadian terdahulu merupakan alternatif prosedur penilaian yang diterima dengan beberapa batasan. Secara umum metode penilaian ini terlihat mirip dengan yang ada pada ISO III.3.3 Prosedur penilaian yang diusulkan pada ISO/DIS ISO/DIS (ISO 2000) adalah rancangan standar internasional, dan perubahan dari standar ini dapat muncul pada versi final. Dua standar yang telah disebutkan di atas didasarkan pada analisa cadangan kekuatan dan analisa desain, 37

18 sedangkan pada ISO/DIS secara umum adalah standar penilaian berdasarkan reliabilitas. Elemen pemilihan struktur untuk ditinjau juga tidak berbeda jauh dengan prosedur ISO Tujuan dari penilaian harus dinyatakan dalam bentuk kebutuhan kinerja mendatang dari struktur dengan persetujuan dari pemilik, pihak berwenang dan engineer. Kinerja mendatang yang dibutuhkan seharusnya dinyatakan dalam rencana penggunaan dan rencana keselamatan. Skenario yang berhubungan dengan perubahan pada kondisi struktur harus dinyatakan dalam rencana keselamatan (safety plan) untuk mengidentifikasi situasi kritis yang mungkin untuk struktur. Kata-kata dalam standar ini mungkin berbeda dengan ISO 19902, tetapi elemen-elemennya mempunyai kemiripan. Standar ini mencakup pilihan untuk penilaian awal (preliminary assessment) dan, jika dibutuhkan, penilaian detail. Penilaian awal mencakup verifikasi dokumen, pemeriksaan dari kejadian besar, perubahan kondisi tanah dan penggunaan salah dari struktur serta inspeksi awal dari struktur untuk kerusakan yang mungkin dari struktur. ISO/DIS menyatakan bahwa inspeksi awal dapat secara jelas menunjukkan kekurangan khusus dari struktur, atau bahwa struktur tersebut reliabel untuk penggunaan lebih lanjut setelah usia layannya, dalam kasus ini penilaian detail tidak diperlukan. Apabila terdapat ketidak pastian dalam tindakan, tindakan yang mempengaruhi propertis struktur, penilaian detail direkomendasukan. Bagian 4.5 dari ISO/DIS adalah bagian untuk penilaian detail dari struktur. Penilaian detail seperti dijelaskan pada ISO/DIS mencakup elemen yang sama dengan ISO/DIS 19902, mencakup pencarian dan review dokumen detail, inspeksi detail dan pemeriksaan material, penentuan tindakan, penentuan propertis struktur dan analisa struktur. Degradasi dari struktur eksisting dimasukkan dalam pertimbangan. 38

19 Bagian menyatakan bahwa verifikasi dari struktur eksisting seharusnya dilakukan untuk memastikan tingkat reliabilitas struktur menunjukkan tingkat kinerja struktur yang diharapkan. Pada informasi di lampiran F menyebutkan bahwa tingkat target reliability yang digunakan untuk melakukan verifikasi dari struktur eksisting dapat ditentukan berdasarkan kalibrasi dari kode yang ada, konsep minimum dari biaya yang diharapkan dan atau perbandingan dengan resiko sosial lainnya. Persyaratan juga sebaiknya menunjukkan jenis dan kepentingan dari struktur, kemungkinan konsekuensi kegagalan dan kriteria sosioekonomis. Usulan dari target probabilitas kegagalan untuk beberapa kondisi batas juga diberikan. Pendekatan alternatif pada intervensi struktur, yang sesuai untuk keadaan tertentu, adalah untuk mengendalikan atau memodifikasi resiko dengan memberikan pembatasan beban, merubah aspek penggunaan dari struktur, penerapan pengawasan dan pengendalian. ISO/DIS juga terbuka untuk penilaian yang dibutuhkan berdasarkan pada kinerja yang memuaskan di masa lalu dengan beberapa pembatasan. Klien dalam hubungannya dengan pihak berwenang sebaiknya membuat keputusan akhir dari intervensi struktur, berdasarkan penilaian engineering dan rekomendasi dari laporan dan juga memperhatikan semua informasi yang ada. III.3.4 Proses penilaian yang diusulkan oleh Joint Committee on Structural Safety (JCSS) Prosedur penilaian untuk struktur eksisting oleh JCSS dipublikasikan oleh Diamantidis (2001). Berdasarkan pada metode probabilitas dalam meninjau struktur, dan memberikan rekomendasi serta masukan untuk analisa reliabilitas struktur dan penilaian secara umum. JCSS juga mempublikasikan Probabilistic Model Case (JCSS 2001), memberikan masukan tentang penggunaan analisa reliabilitas struktur. 39

20 Secara umum prosedur yang ada tidak berbeda jauh dengan yang prosedur sebelumnya, tetapi dua elemen difokuskan langsung pada aspek yang penting. Pertama adalah pendefinisian skenario bencana. Dalam bentuk rencana penggunaan (utilisation plan) dan rencana penggunaan mendatang dari struktur yang ditinjau, daftar bencana yang dapat terjadi pada struktur harus didefinisikan. Istilah skenario bencana (hazard scenario) adalah konsep yang luas. Dibuat untuk menggambarkan situasi, dimana struktur dapat mengalami kejadian yang membahayakan integritasnya dan membahayakan resiko nyawa manusia. Konsep skenario bencana secara khusus diterapkan pada struktur eksisting karena aplikasi langsung dari kode yang ada tidak dimungkinkan. Kedua adalah rencana keselamatan (safety plan). Rencana keselamatan in memberikan ukuran keselamatan yang berkaitan dengan skenari bencana yang didefinisikan. Pengukuran dapat dilakukan untuk beberapa kategori : - Menghilangkan skenario bencana pada sumber yang dapat menyebabkan bencana - Menghindari skenario bencana dengan mengubah tujuan konsep struktur - Mengendalikan skenario bencana dengan peralatan keselamatan, sistem peringatan seiring dengan pemeriksaan, pengawasan, inspeksi yang diikuti oleh koreksi pengukuran yang mencukupi - Mengatasi skenario bencana dengan membuat margin keamanan yang memadai - Menerima skenario bencana karena tidak dapat diatasi oleh beberapa cara di atas Daftar dari resiko yang diterima menjelaskan bagian yang mendapat keuntungan dari penerimaan resiko tersebut dan bagian yang menerima konsekuensinya. Skenario bencana dan rencana keselamatan untuk mencegahnya dilakukan seiring dengan pemeriksaan dari mode keruntuhan yang baru untuk struktur lama seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya. 40

21 III.4 Komentar terhadap standar yang ada ISO adalah standar yang paling relevan untuk struktur tetap lepas pantai (jacket), yang menjadi fokus tesis ini. Sehingga hal hal yang akan dibahas mengacu pada standar ini. ISO juga merupakan prosedur yang baik untuk meninjau struktur eksisting untuk perpanjangan usia layan. III.4.1 Identifikasi bencana dan mode keruntuhan dan pengukurannya ISO/DIS dan JCSS memberikan rekomendasi eksplisit untuk mengidentifikasi bencana dan mode keruntuhan, juga mendefinisikan dan memberikan pengukuran keamanan untuk menanggulanginya. Hal ini merupakan hal yang penting dalam semua prosedur standar penilaian struktur eksisting. Rekomendasi serupa pada ISO/DIS dan API RP2A ESD lebih implisit. Dua standar ini lebih memfokuskan pada standar jacket lepas pantai, dan sepertinya tujuan dari standar ini adalah untuk memperhitungkan bencana dan mode keruntuhan tambahan daripada menjelaskan prosedur untuk mengevaluasi bencana dan mode keruntuhan tambahan tersebut. Bagaimanapun, contoh dari tidak disertakannya bencana dan mode keruntuhan dapat dikarenakan : - Beberapa retak fatig yang mengurangi kapasitas struktur dalam satu periode inspeksi, yang membawa pada kemungkinan kegagalan yang tinggi dan tidak dapat diterima - Korosi pada struktur yang membawa pada kerusakan yang sebelumnya tidak terdapat pada perhitungan desain struktur - Penurunan atau pemburukan iklim gelombang yang menambah kemungkinan terjadinya gelombang di dek Prosedur ISO/DIS 19902, ISO/DIS dan JCSS lebih lanjut memberikan rekomendasi untuk mencegah resiko, mengendalikan resiko dan menghindari bencana. Untuk struktur jacket lepas pantai, prinsip dari pengendalian resiko dan menghindari bencana dapat diilustrasikan dengan membuat rencana mitigasi dan evakuasi personil. 41

22 III.4.2 Pemeriksaan keadaan batas ultimate Dalam konteks analisa struktur terhadap kondisi batas ultimate, standar yang ada memerlukan jenis analisis yang sama. Sehingga pembahasan difokuskan pada jenis analisis daripada standar itu sendiri. Analisa linear dan pemeriksaan komponen (pemeriksaan tingkat desain) Keselamatan struktur biasanya dianggap secara implisit diijinkan jika struktur didesain berdasarkan kode desain yang direkomendasikan. Hal ini berdasarkan fakta bahwa kebanyakan kode desain disusun lebih dari setahun, dan faktor keamanan telah ditentukan sampai pada level yang pantas berdasarkan ijin penerimaan resiko pada masyarakat penggunanya. Lebih lanjut, faktor beban dan ketahanan telah dikalibrasi melalui analisa realibilitas. Dengan kombinasi dengan identifikasi bencana dan mode keruntuhan yang diikuti dengan pengukuran untuk mengatasinya, analisa linear dan pemeriksaan komponen menurut standar yang berlaku merupakan metode yang baik untuk meninjau kembali struktur eksisting. Bagaimanapun, jika terdapat ketidak pastian yang signifikan pada struktur dan statusnya, maka penggunaan kode desain standar dapat tidak mencukupi karena kode tersebut tidak memperhitungkan peningkatan ketidak pastian tentang struktur dengan merekomendasikan faktor keamanan yang lebih tinggi untuk situasi tersebut. Tindakan yang dapat dilakukan untuk memperhitungkan perubahan ketidak pastian atau pembebanan yang terjadi ketika menggunakan analisa linear dan pemeriksaan komponen adalah dengan mengubah faktor keamanan yang dibutuhkan ketika ketidak pastian secara signifikan meningkat. Faktor keamanan sebelumnya ditentukan berdasarkan asumsi ketidak pastian yang terdapat dalam formula desain dan perhitungan beban. Jika ketidak pastian tersebut berkurang, maka faktor keamanan yang disyaratkan juga berkurang. Pengurangan faktor keamanan yang dimungkinkan tidak secara otomatis dilakukan terhadap semua struktur eksisting, tetapi harus berdasarkan pada dokumentasi aktual tentang perubahan ketidak pastian tentang struktur tersebut. 42

23 Dengan memperhitungkan hubungan antara ketidak pastian dengan faktor keamanan maka bisa dimungkinkan terjadi peningkatan faktor keamanan dalam tingginya ketidak pastian tentang struktur dan pembebanan. Prosedur dalam menskala faktor keamanan menggambarkan pengetahuan aktual tentang struktur dan pembebanan yang dibutuhkan sebelum kemudian digunakan pada metode selanjutnya. Perhatian lebih harus dilakukan pada keadaan dimana ketidak pastian dominan, seperti kasus dengan beban gelombang. Analisa linear dan pemeriksaan komponen dengan pengurangan tingkat beban Standar menerima adanya pengurangan tingkatan beban dengan menurunkan faktor keamanan atau mempercayai bahwa struktur eksisting lebih reliabel dibandingkan pada tahapan desain. Peningkatan kepercayaan pada struktur eksisting harus dilakukan berdasarkan peningkatan pengetahuan tentang struktur. Penurunan faktor beban kemudian terlihat sebagai tindakan untuk mengurangi ketidak pastian dalam melakukan analisa detail pada struktur yang telah menerima beban yang sama dengan atau lebih besar dari beban desain. Penurunan tingkatan beban memang sedikit janggal, ketika lebih sering dibahas mengenai kekuatan dan kinerja struktur. Sebagai contoh, apabila struktur telah mengalami pembebanan gelombang yang berlebih dan tidak mengalami kerusakan, maka ketidak pastian tentang kekuatan struktur (kemampuan menahan beban gelombang) dapat dikurangi. Sehingga, dalam tesis ini tidak direkomendasikan untuk mengurangi tingkat beban dalam meninjau struktur, tetapi lebih kearah evaluasi untuk mengurangi ketidak pastian dalam konteks probabilitas dan mengurangi faktor keamanan terhadap kekuatan strukturnya. Tingkat beban juga dapat dikurangi berdasarkan perubahan penggunaan dari struktur, seperti diindikasikan dalam ISO/DIS untuk instalasi tanpa manusia. Jika beban desain yang berbeda diterima untuk instalasi tanpa manusia dibandingkan dengan instalasi dengan manusia, maka penurunan beban terhadap perubahan penempatan manusia harus diperhitungkan. Bagaimanapun, evaluasi tersebut tidak difokuskan dalam tesis ini. 43

24 Analisa non-linear dan pemeriksaan komponen Analisa non-linear dan pemeriksaan komponen menyertakan analisa keruntuhan atau analisa push-over. Hal itu dilakukan untuk menetapkan rasio cadangan kekuatan dari struktur. Terdapat beberapa variasi dalam persyaratan tentang kriteria ijin dari struktur yang didasarkan pada nilai RSR. Sebagai contoh, API mensyaratkan RSR>1.6 untuk platform dengan konsekuensi tinggi, dan RSR>0.8 untuk platform dengan konsekuensi rendah, dimana persyaratan RSR>1.85 diberikan oleh ISO/DIS Tidak terdapat referensi yang jelas darimana dasar pengambilan kriteria tersebut. Evaluasi terhadap kebutuhan RSR harus disusun, dan dievaluasi dalam hubungannya dengan beban hidup dan mati pada bagian atas, kerusakan. Identifikasi dari indikator keamanan struktur sangat dibutuhkan. ISO/DIS mengidentifikasi RSR sebagai indikator yang memadai dalam penilaian kembali menggunakan analisa non-linear dan pemeriksaan komponen. Pengaruh dari pembebanan gelombang di dek, pembebanan bagian atas dan kekuatan kondisi rusak harus dievaluasi dan dihubungkan dengan RSR. Jika diperlukan, kriteria yang mengkombinasikannya harus disusun. Penilaian berdasarkan analisa redundan linear atau non-linear (analisa RSR), jika dikombinasikan dengan indikator yang lain dari faktor keamanan, merupakan metode yang baik dimana identifikasi bencana dan mode keruntuhan telah dilakukan. Pendekatan probabilitas Keberatan utama dalam menggunakan analisa reliabilitas struktur (SRA) dalam penilaian struktur adalah bahwa SRA tidak menghitung kemungkinan kegagalan dari struktur yang menyatakan kemungkinan kegagalan sebenarnya, dan bahwa tidak terdapat target reliabilitas yang secara umum disepakati. Keberatan tambahan adalah bahwa hanya sedikit pihak yang mempunyai pengetahuan untuk melakukan analisa reliabilitas struktur yang sesuai. Sehingga penggunaan dari SRA untuk meninjau struktur eksisting seharusnya didokumentasikan dengan baik oleh analis dan terbuka untuk evaluasi lebih lanjut oleh pihak lain. 44

25 Tidak ada kriteria ijin untuk SRA yang diberikan pada ISO/DIS 19902, tetapi lebih ke arah rekomendasi untuk mencari kriteria ijin yang telah disepakati dengan regulasi lokal. Dalam ISO/DIS 13822, target reliabilitas yang digunakan untuk verifikasi dari struktur eksisting direkomendasikan untuk disusun berdasarkan satu atau lebih dari metode berikut : - Kalibrasi dengan kode yang ada - Biaya total minimum yang diharapkan - Perbandingan dengan resiko sosial lainnya 45

26 Bab III Penilaian Struktur Eksisting III.1 Pendahuluan III.2 Keselamatan dari struktur III.2.1 Umum III.2.2 Struktur eksisting dan desain baru III.3 Prosedur penilaian III.3.1 Proses penilaian yang diusulkan pada ISO/DIS III.3.2 Proses penilaian yang diusulkan pada API RP2A WSD III.3.3 Prosedur penilaian yang diusulkan pada ISO/DIS III.3.4 Proses penilaian yang diusulkan oleh Joint Committee on Structural Safety (JCSS) III.4 Komentar terhadap standar yang ada III.4.1 Identifikasi bencana dan mode keruntuhan dan pengukurannya.. 41 III.4.2 Pemeriksaan keadaan batas ultimate Gambar III. 1 Bagan Alir Penilaian Struktur Eksisting Gambar III. 2 Prosedur penilaian yang diusulkan pada ISO Tabel III. 1 Penilaian kembali dan desain