Well Tripod Platform Berbasis Resiko "

Transkripsi

1 Analisa Kekuatan Ultimate Struktur Jacket Well Tripod Platform Berbasis Resiko " Oleh Nasta Ina Robayasa Dosen Pembimbing Prof. Ir. Daniel M. Rosyid, Ph.D, CPM Dr. Eng. Rudi Walujo P, ST., MT JURUSAN TEKNIK KELAUTAN FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

2 Latar Belakang Masalah Ultimate Limit State (ULS) didefinisikan sebagai suatu kondisi dimana struktur member tertentu atau seluruh struktur gagal untuk menjalankan fungsi yang diharapkan. Analisa batas tegangan g ultimate dilakukan untuk mengetahui kekuatan maksimum struktur menahan beban yang terjadi. Dalam analisa ini menggunakan metode push-over dengan cara penambahan beban lateral sampai struktur mengalami keruntuhan. Dari hasil tersebut akan diketahui i Reserve Strength Ratio (RSR) atau rasio kekuatan cadangan struktur. JURUSAN TEKNIK KELAUTAN FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

3 Perumusan Masalah Adapun permasalahan lh yang menjadi jdipokok kkbh bahasan dl dalam tugas akhir ini adalah: 1. Berapa besar RSR (Reserve Strength Ratio) dari struktur jacket EWY? 2. Berapa PoF (Probability of Failure) akibat kondisi ultimate? 3. Bagaimana matriks resiko struktur jacket EWY? JURUSAN TEKNIK KELAUTAN FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

4 Tujuan Berdasarkan perumusan masalah di atas, tujuan yang ingin dicapai dari tugas akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Menentukan RSR (Reserve Strength Ratio) dari struktur jacket EWY dengan metode non-linier pushover analisis menggunakan software SACS Mengetahui UC (Unity Check) berdasarkan beban statis. 3. Mengetahui PoF (Probability of Failure) akibat kondisi ultimate. 4. Mengetahui matriks resiko struktur jacket EWY. Tujuan JURUSAN TEKNIK KELAUTAN FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

5 Manfaat Manfaat yang diharapkan dari analisa yang dilakukan adalah dapat diketahuinya nilai RSR (Reserve Strength Ratio) dan peluang kegagalan (Probability b bilit of Failure) ) struktur jacket tewy dengan metode analisis keandalan dan monte carlo. Kemudian dengan melakukan analisa resiko, maka akan diketahui matrik resiko struktur jacket EWY. Manfaat JURUSAN TEKNIK KELAUTAN FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

6 Batasan Masalah Untuk memfokuskan ruang lingkup dari permasalahan, maka permasalahan akan dibatasi pada hal-hal berikut: 1. Pemodelan Struktur jacket EWY. Software yang digunakan dalam pemodelan dan analisa struktur adalah SACS 5.2. Kaki jacket terpancang dengan tumpuan fixed. 2. Moda kegagalan dl dalam analisa hanya satu macam moda kegagalan, yaitu disebabkan oleh beban ultimate combine stress akibat beban lingkungan. 3. Analisis struktur menggunakan codes standard API RP-2A LRFD. JURUSAN TEKNIK KELAUTAN FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

7 Batasan Masalah 3.Struktur yang ditinjau untuk analisa adalah struktur pada bagian jacket. 4P 4.Peluang kegagalan. Menggunakan metode analisis keandalan simulasi Monte Carlo dibantu dengan software MATLAB Analisa resiko yang dilakukan adalah untuk mendapatkan matrik resiko. 6. Tidak meninjau biaya pada struktur jacket terpancang. JURUSAN TEKNIK KELAUTAN FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

8 Metodologi Penelitian Dalam Tugas Akhir ini secara umum proses pengerjaannya meliputi: START STUDI LITERATUR PENGUMPULAN DATA : STRUKTUR JACKET PLATFORM DATA LINGKUNGAN PEMODELAN JACKET PLATFORM DENGAN SOFTWARE SACS 5.2 ANALISIS STATIS INPLACE Input : 1. Sacinp 2. psiinp 3. Jcninp UC (UNITY CHECK ) API RP 2A LRFD Memenuhi? YA A JURUSAN TEKNIK KELAUTAN FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

9 Metodologi Penelitian A ANALISIS PUSHOVER Input : 1. Sacinp (model input) 2. Load Increment (lateral loads) 3. Clpinp (collapse input) MENENTUKAN RSR MENENTUKAN MODA KEGAGALAN STRUKTUR JACKET ANALISIS KEANDALAN metode simulasi Monte Carlo UNTUK MENDAPATKAN PoF MEMBER dengan Software MATLAB 7.0 MENGHITUNG PoF SISTEM STRUKTUR JACKET A JURUSAN TEKNIK KELAUTAN FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

10 Metodologi Penelitian A MENENTUKAN KRITERIA KONSEKUENSI MENENTUKAN MATRIK RESIKO Selesai Gambar 3. 1 Diagram alir tugas akhir JURUSAN TEKNIK KELAUTAN FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

11 Pemodelan Struktur A 24 Conductor Luar 24 Conductor Luar 24 Conductor Luar 24 Conductor Dalam TN PN 10 3/4 Riser B 10 3/4 Riser 6 5/8 Riser Boatlanding Keterangan Profil Member 3 2 Main Deck : Main girder Secondary girder Cellar Deck: Main girder Secondary girder Jacket : Horizontal brace Diagonal brace Jacket leg W 33 x 201 W 14 x 48 W 24 X 104 W 14 X 30 OD 12,75 in; t =0,75in OD 20in; t = 0,5 in OD 34 in; t = 1 in JURUSAN TEKNIK KELAUTAN FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

12 Data Lingkungan Tabel 3.1 Water Depth yang digunakan dalam In-Place Analysis Deskripsi Highest Astronomical Tide (HAT) Periode Ulang 1-tahun 100-tahun 3.8 ft 3.8 ft Storm Tide 0.30 ft 0.50 ft Water Depth (MSL ft ft ½HAT+Storm Tide) Sumber : berdasarkan data dari TRIPATRA ENGINEERING JURUSAN TEKNIK KELAUTAN FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

13 METODOLOGI Metode analisis Pushover Beban pada analisa pushover ini dibedakan menjadi dua arah beban, yaitu beban Vertical Loads yang terdiri dari beban pada Selfweight, beban deck, Appurtenances dan live load, sedangkan beban lateralnya terdiri dari Environmental Loads (Gelombang, Angin dan Arus). Beban lateral kemudian dinaikkan (increment) dan beban vertical dijadikan beban konstan. Berikut ini adalah contoh pemodelan Full Plastic collapse analysis menggunakan SACS 5.2 :

14 Pemodelan Collapse Input pada Software SACS 5.2

15 Alur pemodelan Collapse pada Software SACS 5.2 START Collapse Input Load sequence Penentuan non linear member Run Full Plastic Collapse analysis END

16 PEMBAHASAN 4.1 Analisa Design level Tabel 4.1 Nilai UC (Unity Check) Berdasarkan API RP 2A LRFD struktur 100-YEARS STORM EWY well platform dikategorikan dalam LOCATION MEMBE GROUP UC LC R Low Consequense karena produksi 699L- Leg LG L utama pada EWY jacket platform Pile Above Mudline PL P-299P 104 Diagonal Brace : adalah gas dan merupakan kategori 319L- El. (-) (-)97-4" B L sumur tua Setelah dilakukan proses 401L- El. (-) 97-4" - (-)57-4" B L running linier static analysis with pile 519L- El. (-) 57-4" - (-)22-4" B L soil interaction, maka didapatkan nilai El. (-) 22-4" - (+)12-601L- B " 599L UC terbesar pada kondisi 100-years storm Horizontal Plan Brace: adalah sebagai berikut : El. (-) 142 BC L El. (-) 97-4" BC L 101 El. (-) 57-4" BC El. (-) 22-4" BC El. (+) 12-8" (Walkway) BC L 110 Main Deck MG Cellar Deck SG Deck Leg DL Crane DL JURUSAN TEKNIK KELAUTAN FAKULTAS TEKNOLOGI KELAUTAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

17 PEMBAHASAN Reserve Strength Ratio Berikut hasil analisa Ultimate strength (push over analysis) yang berupa kekuatan cadangan struktur RSR (Reserve Strength Ratio) disajikan dalam table 4.2 berikut: RSR = Beban Struktur Collapse Beban kondisi awal Directions Tabel 4.2 Nilai RSR RSR

18 Struktur Collapse PEMBAHASAN

19 Proses Analisa Keandalan PEMBAHASAN START Pushover analysis Design Level Analysis Output Ultimate Strength (resistance) Output Member Force RNG Simulasi Monte Carlo Moda Kegagalan PoF (Probability of Failure)

20 PEMBAHASAN Persamaan untuk moda kegagalan untuk combined axial dan bending stress berdasarkan API RP 2A LRFD, dapat ditulis sebagai berikut: 1-cos π P + (M y ) 2 + (M z ) 2 2 Pn M p Dimana: P = axial load pada elemen member, dalam satuan unit force (Kips). P n = ultimate axial capacity, dalam satuan unit force (Kips). M y = bending moment pada elemen member arah y axis, dalam satuan unit moment (Kips-in) M z = bending moment pada elemen member arah z axis, dalam satuan unit moment (Kips-in) M P = plastic bending moment pada elemen member, dalam satuan unit moment (Kips-in) Dimana komponen P dan M adalah komponen acak dari gaya aksial dan momen, Kemudian nilai P dan M ini akan dijadikan variable acak dan disimulasikan dengan mengenerate RNG.

21 Pemodelan PoF pada MATLAB 7.0 PEMBAHASAN

22 PEMBAHASAN

23 PEMBAHASAN Menentukan PoF (Probablity of Failure) Sistem Dari perhitungan hasil keandalan tingkat member pada EWY jacket platform diatas, kemudian dilakukan perhitungan tingkat sistem menggunakan metode RBD (Reliability Block Diagram). Dimana untuk rangkaian sistem seri adalah saat member mengalami kegagalan pada kondisi incremental load yang sama sedangkan untuk rangkaian system parallel adalah saat member mengalami kegagalan pada kondisi incremental load yang berbeda. Berikut ini sebagai contoh perhitungan keandalan system 90 derajat : Tabel 4.4 hasil perhitungan keandalan tingkat member. Probability of Failure (PoF) 90 degree Increment Member Plasticity Probability of Failure (pof) Kean dalan Increment L-599L Increment L-599L Increment L-799L Increment L-399L Increment L-399L Increment L-399L Increment L-399L Increment L-501L Increment L-399L

24 PEMBAHASAN Gambar 4.1 RBD arah 90 o Gambar 4.2 RBD arah 90 yang sudah dikelompokkan

25 PEMBAHASAN

26 PEMBAHASAN Stlhdilkk Setelah dilakukan analisa PoF PFsistem it menggunakan RBD maka didapatkan PoF sistem pada masing-masing arah pembebanan: Arah Pembebanan (Derajat) PoF Sistem 0 1.8E E E E E E+0000E E E E 06

27 System Redundancy PEMBAHASAN SR = Beban pada saat struktur collapse Beban pada saat 1 member collapse Arah Pembebanan System Redundancy (Derajat) Dari tabel 4.6. harga system redundancy d pada arah 270. Harga ini divalidasi dengan harga yang pernah diteliti oleh Bomel.Ltd (2003) di perairan North Sea sebesar 1.04, harga ini masih bisa diterima untuk kondisi perairan di Indonesia yang memang beban lungkungannya relatif lbihk lebih kecil.

28 Matriks Resiko ISO 2000 PEMBAHASAN

29 Matriks Resiko ISO 2000 PEMBAHASAN

30 PEMBAHASAN a) Matriks Resiko Keandalan Struktur dan Safety Personel EWY wellhead platform merupakan platform drilling dengan personel (drilling crew) kategori API RP-2A, yaitu : L-1 : adanya personel tanpa evakuasi (manned non evacuated). Berdasarkan kriteria tersebut, maka CoF safety personel menurut ISO 2000 termasuk dalam kategori CoF ranking A (Insignificant). Harga PoF terbesar adalah 2.36 x 10-6 berdasarkan matriks resiko ISO 2000 maka harga PoF sistem struktur jacket termasuk dalam PoF no.1 (Negligible) tidak signifikan. Berdasarkan kesimpulan dari matriks resiko diatas, maka EWY platform tidak menyebabkan fatality yang signifikan terhadap kerusakan struktur maupun keselamatan personel (drilling crew).

31 PEMBAHASAN b) Matriks Resiko Kerusakan lingkungan (Environmental Damage) Produksi utama pada EWY jacket platform adalah gas. Dengan tekanan operasi 90 psf, temperature hasil produksi 85 F, dengan kandungan CO2 yang sangat rendah dan H2S 0,5 ppm (Part Per Minion). Berdasarkan data ini maka EWY jacket platform termasuk dalam kategori CoF ranking A (no pollution) dengan PoF terbesar adalah 2.36 x 10-6 berdasarkan matriks resiko ISO 2000 maka harga PoF termasuk dalam ranking PoF no.1 (Negligible). Berdasarkan kesimpulan diatas maka EWY platform tidak menyebabkan kerusakan yang signifikan terhadap lingkungan.

32 51K 5.1 Kesimpulan KESIMPULAN DAN SARAN 1. Unity Check (UC) terbesar pada struktur EWY platform adalah 0.75 pada member grup PL1 kondisi i 100-years storm. 2. Reserve Strength Ratio (RSR) dari struktur EWY adalah terkecil adalah pada arah pembebanan 270 derajat. RSR ini masih dalam batas aman karena masih lebih besar dari RSR minimum yang telah disyaratkan dalam API RP 2A LRFD untuk platform kategori Low Consequence yaitu Probability of Failure (PoF) sistem struktur jacket terbesar adalah 2.36 x 10-6 pada arah pembebanan 330 derajat. PoF ini termasuk dalam kategori peluang kegagalan (Negligible) tidak signifikan PoF ranking no.1 berdasarkan matriks resiko ISO Berdasarkan hasil analisa matriks resiko ISO 2000 dapat diambil kesimpulan bahwa EWY platform tidak menyebabkan kerusakan yang signifikan terhadap struktur jacket dan tidak menimbulkan fatality terhadap personel (drilling crew). Berdasarkan kriteria lingkungan platform ini juga tidak menyebabkan kerusakan yang signifikan terhadap lingkungan. g

33 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Saran Pada penulisan tugas akhir kedepannya penulis menyarankan kepada mahasiswa yang mengambil tugas akhir tentang fixed offshore structure supaya mengembangkan lagi tentang analisa nonlinear untuk kasus-kasus seperti Ship Impact, analisa transportasi Seafastening dan kasus-kasus lainnya.

34 Daftar Pustaka American Bureau of Shipping. (2003). Risk Evaluations for the Classification of Marine- Related Facilities. Houston. USA American Petroleum Institute. (1993). Recommended Practice For Planning and Constructing Fixed Offshore Platform Load and Resistance Factor Design. API Recommended Practice 2A (RP 2A) LRFD. Andrews J. D, Moss T. R. (2002). Reliability and Risk Assessesment, Second Edition, ASME PRESS, Three Park Avenue, USA BOMEL Consultants. (2001). Joint Industry Project: Methodology for system-based calibration of North West European Annex Environmental load factor to ISO fixed steel structures code Report No C925\04\016R Rev 0, November 2001, BOMEL Consultants, Ledger House, Maidenhead, Berkshire, SL6 2NR, UK. Brockenbrough, R.L & Johnston, B.G. (1981). USS stell design manual. USC Corp., Pittsburgh, PA. Ghosn, M., and Moses, F. (1986). Reliability calibration of a bridge design code. J. Struct. Eng., 112 (4), Harinaldi. (2005). Prinsip-prinsip Statistik. Erlangga, Jakarta. Hastanto, E. S. (2005). Analisa Ultimate Strenght Struktur Jacket LE Berbasis Keandalan. Jurusan Teknik Kelautan, FTK-ITS, Surabaya. ISO. (2000). Proccess Management. International Standarization Organization.

35 Daftar Pustaka ISSC. (2006). Ultimate Strength. Volume. 1. Southampton, UK McClelland, Bramlette. (1986). Planning and Design of Fixed Offshore Platform. Van Nostrand Reinhold Company. NTS (1998). Design of steel structures, N-004. Norwegian Technology standards Institution, Oslo. Onoufriou, T. (2000). Developments in structural system reliability assessments of fixed steel offshore platforms. Journal of Reliability and Safety, Guilford UK Popov, E. P. (1993). Mekanika Teknik. Jakarta: Penerbit Erlangga. Rosyid, D.M. (2007). Pengantar Rekayasa Keandalan, Airlangga University Press, Surabaya. Soedjono, J. J. (1999). Perancangan Sistem Bangunan Laut, Fakultas Teknologi Kelautan, ITS, Surabaya. Walker, S., 2005, Mumbai High North Accident, HSE Presentation to Marine Safety Forum, Mumbai. Yudhistira, 2008, Analisa Kekuatan Ultimate Struktur Jacket LWA Berbasis Resiko dengan MicroSAS, ITS, Surabaya.