Sensitivity Analysis Struktur Anjungan Lepas Pantai Terhadap Penurunan Dasar Laut BAB 2 DASAR TEORI

Transkripsi

1 BAB DASAR TEORI.1 SENSITIVITY ANALYSIS Sensitivty Analysis adalah suatu analisis untuk menghitung dan memeriksa suatu konstruksi terhadap perubahan dari lingkungan sekitarnya. Dalam laporan ini, suatu platorm akan dianalisis sensivitasnya akibat perubahan ketinggian muka air laut yang terjadi. Sensitivitas yang dimaksud adalah perubahan ketahanan strukturnya yang meliputi kemampuan layan, usia layan atigue, dan ketahanan terhadap gempa bumi.. FAKTOR DALAM PERENCANAAN ANJUNGAN LEPAS PANTAI..1 Faktor Fungsional Salah satu kriteria dalam menganalisis suatu anjungan adalah mengetahui ungsi anjungan, misalnya untuk produksi, penyimpanan, material handling, jumlah sumur bor, tipe pemboran, dan lain-lain. Konigurasi anjungan yang dikehendaki juga harus dapat diabrikasi dengan perlengkapan pemasangan yang tersedia... Kondisi Lingkungan Tahap ini merupakan analisis terhadap aktor-aktor lingkungan yang akan menyebabkan terjadinya gaya pada anjungan. Faktor tersebut diantaranya kedalaman air, kondisi air pasang, tinggi gelombang badai, kecepatan angin badai, gempa bumi, kondisi es, kecepatan arus, dan lainnya...3 Faktor Pondasi Karakteristik tanah dan dasar laut merupakan aktor penting yang harus diperhatikan. Data lain yang perlu diketahui misalnya sejarah geologi, data - 1

2 pemboran tanah, hasil eksperimen pemancangan pile, dan lain-lain. Diperlukan interpretasi data yang tepat dari hasil eksperimen untuk mengetahui pengaruhnya terhadap struktur di atas pondasi...4 Faktor Struktural Tahap selanjutnya adalah analisis dari strukturnya. Jumlah dek dan konigurasi struktur perlu ditentukan agar dapat memikul beban operasional dan ekstrim yang bekerja. Pada tahap ini, keamanan dan kelayakan penggunaan anjungan harus sudah pasti. Pengolahan interpretasi data diolah pada tahap ini juga...5 Fabrikasi dan Instalasi Pola dan urutan penempatan komponen struktur dalam proses pembangunan, pola instalasi, transportasi dek, jaket dan perlatan harus menjadi criteria dalam perencanaan dan desain struktur. Pertimbangan ekonomoi dan kemudahan pelaksanaan juga menjadi dasar pemikiran struktur pada tahap ini..3 PERENCANAAN PEMBEBANAN Anjungan harus dapat menopang beban yang bekeja. Beban-beban dalam perhitungan bergantung pada analisis yang dilakukan. Desain sebuah anjungan memperhitungkan semua beban dari saat konstruksi hingga masa layan dalam analisis. Namun, dalam proses pengujian kelayakan, beban-beban yang dimasukkan hanya pembebanan yang terjadi setelah pemasangan platorm. Hal pertama yang perlu dilakukan dalam mendesain suatu struktur adalah menentukan beban-beban yang bekerja pada struktur tersebut. Suatu struktur umumnya dimuati oleh beberapa tipe beban..3.1 Deinisi Pembebanan Beberapa macam pembebanan yang akan dialami oleh platorm, yaitu: -

3 1. Beban Mati Beban mati adalah berat sendiri dari struktur platorm dan semua peralatan permanen dan struktur pelengkap yang tetap keberadaannya. Beban mati harus memasukkan: a. Berat dari struktur anjungan di udara, semen pengisi (grouted) dan ballast jika ada. b. Berat dari peralatan dan struktur pelengkap yang dipasang permanen pada platorm. c. Gaya hidrostatik yang bekerja pada struktur di bawah permukaan laut termasuk tekanan dan daya apung.. Beban Hidup Beban hidup adalah beban yang bekerja pada platorm selama pemakaian yang bersiat tidak permanen selama masa operasi. Beban hidup harus memasukkan: a. Berat dari peralatan pengeboran dan produksi yang dapat ditambahkan atau dipindahkan dari platorm. b. Berat dari persediaan dan cairan dalam tangki penyimpanan. c. Gaya yang dikenakan pada struktur akibat operasi seperti pengeboran, penanganan bahan-bahan, dan beban helikopter. 3. Beban Lingkungan Sebelum melakukan analisis terhadap respon dari anjungan lepas pantai, perlu dilakukan estimasi kuantitati terhadap semua beban yang mempengaruhi platorm, terutama yang penting diperhitungkan adalah kondisi lingkungan. Kondisi lingkungan yang menjadi pertimbangan antara lain: a. Kondisi di atas permukaan laut, yaitu angin. b. Kondisi di permukaan laut, yaitu gelombang. c. Kondisi di bawah permukaan laut, yaitu arus. 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. Beban lingkungan harus diantisipasi - 3

4 dari segala arah kecuali diketahui hal tertentu yang membuat asumsi lain masuk akal. Beban kondisi ekstrem adalah beban pada kondisi dimana suatu hal yang sangat jarang terjadi, contohnya 100 tahun badai. Sedangkan beban kondisi operasional ditinjau pada masa 1 tahun operasi..3. Angin Pengaruh angin dalam kondisi ekstrem sangat signiikan pengaruhnya terhadap desain anjungan lepas pantai karena besarnya beban yang diakibatkan akan mempengaruhi kekuatan platorm di atas permukaan laut. Gaya angin pada struktur terjadi karena riction udara pada permukaan struktur dan karena adanya perbedaan tekanan di depan dan di belakang struktur. Pengaruh besarnya beban angin bergantung pada: a. Ukuran dan bentuk elemen struktur b. Besar kecepatan angin Besarnya kecepatan angin maksimum didapat dari estimasi analisis dari rekaman kondisi cuaca harian selama beberapa waktu Gaya Angin Gaya angin dapat diperhitungkan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut: 1 F = ρ Cs A V (.1) dimana: ρ = berat jenis udara Cs = koeisien bentuk A = luas obyek (t ) V = kecepatan angin (mph) ρ biasanya dianggap konstan terhadap perubahan tekanan dan suhu. Untuk suhu 60 F dan tekanan 14,7 lb/in, sehingga persamaannya menjadi: - 4

5 F = 0,0056 Cs A V (.) dimana: Cs = koeisien bentuk A = luas obyek (t ) V = kecepatan angin (mph) Cs = koeisien bentuk Koeisien bentuk sebagaimana direkomendasikan oleh API RPA adalah: Area proyeksi anjungan keseluruhan 1,0 Bagian silinder 0,5 Balok 1,5 Sisi bangunan 1,5 Koreksi kecepatan angin apabila tidak sama dengan ketinggian reerensi dalam meter disajikan dengan persamaan: V z x y = V10 (.3) 10 dimana: V 10 = kecepatan angin pada ketinggian 10 meter y = ketinggian yang diinginkan (m) 10 = ketinggian reerensi (m) x = eksponensial biasanya 1/8 atau 1/13 tergantung durasi hembusan angin rekomendasi dari API RP A x = 1/13 untuk angin yang berhembus keras x = 1/8 untuk angin yang berhembus terus-menerus.3.. Gaya Angin pada Bidang Miring Gaya pada permukaan datar dianggap tegak lurus permukaan untuk angin dari segala arah. Sedangkan untuk permukaan yang tidak tegak lurus terhadap arah angin, gaya angin harus diperhitungkan dengan menggunakan persamaan berikut: 1 F = ρ C A V cos α (.4) dimana: α = sudut arah angin dan arah normal dari permukaan elemen - 5

6 A = luas area pada arah normal elemen Kecepatan angin pada arah normal elemen menjadi V cosα. Untuk circular cylinder dengan panjang L dan diameter D atau untuk pelat datar dengan panjang L dan lebar D, maka A = LD. Setelah F didapat, besar beban diproyeksikan kepada arah x dan y, sehingga F x = F cosα dan F y = F sinα..3.3 Gelombang Gelombang adalah maniestasi gaya-gaya yang bekerja pada luida. Tiupan angin pada permukaan air dapat menimbulkan gelombang. Ketika gelombang terbentuk, gaya gravitasi dan tegangan permukaan akan bereaksi untuk menimbulkan rambatan gelombang. Pengaruh gelombang di permukaan laut ditinjau dalam kondisi ekstrem menjadi pertimbangan penting dalam pengkajian kelayakan platorm karena besarnya beban yang dihasilkan akan berpengaruh terhadap platorm yang terendam air. Terdaopat 3 jenis gelombang: gelombang sinusoidal, gelombang enidal, gelombang solitary. Pada umumnya teori gelombang sinusoidal biasa digunakan untuk laut dalam dan teori gelombang enidal untuk laut dangkal. Untuk laut yang sangat dangkal, teori gelombang solitary lebih direkomendasikan. Karakteristik gelombang dimensi yang merambat dalam arah x dapat dilihat pada Gambar.1 berikut: - 6

7 Gambar.1 Kinematika Gelombang Dimensi (API) Keterangan gambar: L = Panjang gelombang H = Tinggi gelombang A = Amplitudo gelombang (=½ H) C = Cepat rambat gelombang u = Kecepatan horizontal partikel air w = Kecepatan vertikal partikel air MWL = Elevasi rata-rata kedalaman laut η(x,t) = Elevasi muka air di lokasi x pada saat t h = Kedalaman perairan Pemilihan Teori Gelombang Dalam perencanaan desain gelombang suatu struktur anjungan lepas pantai perlu ditentukan teori gelombang yang sesuai. Batrop el al (1990) menawarkan suatu diagram yang diperoleh dari hasil membandingkan kecepatan partikel air, percepatan, tinggi gelombang, dan panjang gelombang yang dihitung dari teori gelombang yang sering digunakan. Tahap pemilihan gelombang: 1. Input data yang diperlukan: d = kedalaman air (t) - 7

8 g = gaya gravitasi (t/s ) T = periode maksimum gelombang (s) V = kecepatan arus pada permukaan laut (t/s) H = tinggi gelombang maksimum (t). Untuk menghasilkan kombinasi beban yang maksimal, maka gelombang dan arus akan dihitung dengan arah yang sejajar. 3. Berdasarkan pertimbangan di atas, maka ada syarat yang harus dipenuhi agar graik penentuan apparent wave period bisa digunakan. Syaratnya adalah kedalaman relati d gt harus lebih besar dari 0,01. V 4. Hitung, kemudian plot graik apparent wave period, sehingga didapat gt nilai T app / T, sehingga besar T app bisa diketahui. Gambar. Graik Penentuan T app (API) 5. Hitung nilai d gt app dan H gt app. - 8

9 6. Plot nilai d gt app dan H gt app pada graik validasi teori gelombang, sehingga akan diketahui teori gelombang yang akan dipakai. Gambar.3 Graik Pemilihan Teori Gelombang (API).3.3. Teori Gelombang Stokes Stokes mengembangkan Teori Gelombang Airy dengan melanjutkan analisis sampai orde ketiga untuk mendapatkan ketelitian yang lebih baik dalam kecuraman maka gelombang (H/L). Pengembangan lebih jauh dilakukan oleh Skjelbreia dan Hendrickson (1961) sampai orde kelima. Hasil pengembangan tersebut dikenal sebagai Teori Gelombang Stokes orde kelima yang sampai saat ini banyak digunakan dalam perhitungan desain untuk gelombang dengan amplitudo kecil. Teori Gelombang Stokes orde kelima dianggap valid untuk kondisi perairan dimana rasio kedalaman H/L lebih besar dari 1/10. Kondisi ini umumnya sesuai - 9

10 dengan gelombang badai (storm wave) yang biasanya diperhitungkan dalam perencanaan bangunan lepas pantai Gaya Gelombang pada Tiang Silinder Tegak Gambar.4 Gaya Gelombang pada Silinder Tegak (API) Gaya pada tiang silinder tegak akibat gelombang pertama kali diperkenalkan oleh Morison dengan batasan diameter tiang relati kecil dibandingkan panjang gelombang yang menerpa tiang. 1 π D = ρcd u u+ ρc1 ax.(.5) 4 dimana: = gaya per satuan panjang ρ = kerapatan massa luida u = kecepatan partikel air pada kedalaman tertentu, tegak lurus terhadap tiang a x = kecepatan partikel air pada kedalaman tertentu, tegak lurus terhadap tiang D = diameter tiang C 1 = koeisien inersia C D = koeisien drag Suku pertama dari ruas kanan persamaan Morison merupakan komponen gaya seret (drag orce) yang besarnya sebanding dengan kuadrat kecepatan partikel. Tanda harga absolut digunakan untuk memastikan arah (dan tanda) komponen - 10

11 gaya seret sesuai dengan arah kecepatan partikel. Suku kedua dari ruas kanan merupakan komponen gaya inersia yang sebanding dengan percepatan partikel air. Unuk keperluan praktis perencanaan struktur anjungan lepas pantai, dapat digunakan nilai koesien drag dan inersia yang direkomendasikan dalam API RPA sebagai berikut: Smooth C D = 0.65, C M = 1.6 Rough C D = 1.05, C M = 1. Modiikasi nilai koeisien drag dan inersia diperlukan apabila pada batang tubular tersebut terdapat tambahan struktur/komponen lain, misalnya anode. Modiikasi koeisien drag dan inersia tersebut ditentukan dengan rumus sebagai berikut: C C A C + nac = d.. (.6) ' 1 d1 d A1 VC + nvc = m..(.7) ' 1 m1 m V1 dengan: A 1 = luas drag batang tubular C d1 = koeisien drag batang tubular A = luas drag komponen/anode C d = koeisien drag komponen/anode V 1 = volume batang tubular C m1 = koeisien massa batang tubular V = volume komponen/anode C m = koeisien massa komponen/anode n = jumlah komponen/anode Gaya total F diperoleh dengan cara mengintegrasikan persamaan Morisson sepanjang elemen struktur. Pada gambar silinder tegak di atas, gaya total dihitung dengan mengintegrasikan persamaan Morisson dari z = 0 sampai z = z. - 11

12 z F = ( z) dz.. (.8) 0 Dengan cara yang sama, momen total M pada z = 0 (sea loor) akibat gaya gelombang yang bekerja sepanjang z = 0 samapai dengan z = z adalah: M z = z ( z) dz (.9) 0 Titik tangkap resultan gaya gelombang yang bekerja pada tiang silinder tegak dihitung dengan persamaan: M z =..(.10) F dimana z dihitung dari dasar tiang (sea loor) Gaya Akibat Gelombang Stokes Dalam melakukan perhitungan gaya dan momen maksimum, dilakukan dengan menggunakan metode numerik dimana tiang silinder dibagi menjadi N segmen dan menghitung gaya pada setiap segmen dengan menggunakan persamaan: F(z) = F D (z) + F 1 (z) pada saat (t) gaya maksimum terjadi dan menganggap gaya yang terjadi merata sepanjang tiap segmen. Momen pada dasar tiang bisa didapat dengan menjumlahkan momen dari setiap segmen. Dari gambar.5, dapat dilihat bahwa tiang dibagi dalam dua segmen, dimana segmen terbawah memiliki panjang z 1 dan segmen atas memiliki panjang z z 1. Gambar.5 Pembagian Segmen Gaya Gelombang (API) Gaya yang terjadi pada segmen bawah adalah F(z 1 ) dan gaya yang terjadi pada segmen atas adalah F(z ) F(z 1 ). Dengan menganggap gaya tersebut terdistribusi - 1

13 secara merata, titik tangkap gaya resultan akan terletak di tengah setiap segmen sehingga momen pada tiang di dasar perairan dapat dituliskan sebagai berikut: 1 1 M = Fz 1 1+ ( F F1 )( z z1)..(.11) Harga t harus dicari dimana gaya yang terjadi maksimum. Secara umum, momen yang terjadi pada dasar tiang bila kita membagi tiang menjadi N segmen adalah: M 1 = F F z + z N ( n n 1)( ) n n 1.(.1) n= 1 dimana F 0 = 0 dan z 0 = Apparent Wave Period Arus yang searah dengan gelombang cenderung memperbesar panjang, sedangkan arus yang berlawanan memperkecil panjang gelombang. Apparent wave period (T app ) adalah periode gelombang relati terhadap arus sejajar eekti. Untuk gelombang yang merambat pada suatu proil arus, penentuan apparent wave period dilakukan dengan menyelesaikan persamaan di bawah ini secara bersamaan. λ λ = + V1 (.13) T T app = πλ gtanh( π d / λ).(.14) T app 4 π / h 0 4 π( z+ d) V1 = Uc ( z)cosh dz sinh(4 πd / λ) d λ...(.15) dimana: λ = panjang gelombang d = kedalaman laut badai U c (z) = komponen proil arus untuk kondisi tetap pada arah gelombang z g = percepatan gravitasi V 1 T = kecepatan arus sejajar eekti = periode gelombang relati terhadap obyek tetap - 13

14 Faktor Kinematika Gelombang Kinematika gelombang umum dua dimensi dari teori gelombang Stream Function atau Stokes 5 tidak memperhitungkan penyebaran arah gelombang atau ketidakseragaman dalam bentuk proil gelombang. Karakteristik nyata ini dimodelkan dalam analisis gelombang deterministik dengan mengalikan kecepatan dan percepatan mendatar dari penyelesaian gelombang dua dimensi umum dengan aktor kinematika gelombang. Pengukuran kinematika gelombang memiliki aktor berkisar antara 0.85 sampai 0.95 untuk badai tropis dan 0.95 sampai 1.00 untuk badai bukan tropis Marine Growth Semua bagian dari struktur (member, conductor, riser, struktur tambahan, dan lain-lain) yang terbenam, luas penampangnya diperbesar dikarenakan adanya marine growth. Diameter eekti dari elemen adalah D = D c +t, dimana D c adalah diameter luar dan t adalah ketebalan marine growth rata-rata yang dapat diperoleh dari pengukuran keliling dengan pita pengukur 1 sampai 4 inci. Pertambahan luas melintang ini mengakibatkan gaya gelombang yang diterima oleh struktur menjadi lebih besar..3.4 Arus Arus memiliki pergerakan yang konstan. Arus di laut biasanya terjadi akibat adanya pasang surut dan gesekan angin pada permukaan air (wind-drit current). Kecepatan arus bekerja pada arah horizontal dan bervariasi menurut kedalaman. Besar dan arah arus pasang surut di permukaan biasanya diasumsikan sekitar 1% dari kecepatan angin pada ketinggian 30 t di atas permukaan air. Untuk kebutuhan rekayasa, variasi arus pasang surut terhadap kedalaman biasanya diasumsikan mengikuti proil pangkat 1/7 dan variasi arus akibat gesekan angin diasumsikan linier terhadap kedalaman. Variasi arus ditunjukkan pada Gambar.6 berikut: - 14

15 Gambar.6 Distribusi Beban Arus (API) Dalam kondisi badai, arus terjadi bersamaan dengan gerakan air akibat gelombang. Arah arus pasang surut bisa tidak sama dengan arah rambat gelombang, tetapi wind-drit current biasanya diasumsikan searah dengan gerakan gelombang. Arus yang terjadi bersamaan dengan gelombang akan mempengaruhi karakteristik gelombang. Akan tetapi, pengaruh arus bisa diabaikan untuk kondisi gelombang saat badai, sehingga kebutuhan desain, dalam perhitungan gaya akibat arus dan gelombang yang bekerja pada struktur dilakukan dengan menambahkan kecepatan arus dengan kecepatan horizontal akibat gelombang. Metoda ini sesuai dengan rekomendasi API yang ditunjukan pada Gambar.7 berikut: Gambar.7 Diagram Perhitungan Arus dan Gelombang (API) - 15

16 Current Blockage Factor Kecepatan arus di sekitar anjungan berkurang dari kondisi mengalir bebas oleh aktor hambatan. Dengan kata lain, kehadiran struktur mengakibatkan arus menyebar, sebagian arus mengelilingi struktur dan tidak melaluinya, dan kecepatan arus di sekitar berkurang. Current blockage actor dihitung dengan persamaan sebagai berikut: ( C ) 1 + d D i 4 W 1 (.16) Dimana Σ(C d D) i adalah penjumlahan dari drag diameter dari seluruh elemen yang terpotong oleh suatu bidang mendatar tertentu dan W adalah lebar keseluruhan dari anjungan tegak lurus terhadap arus pada elevasi tersebut Kinematika Gelombang dan Arus Gabungan Kinematika gelombang yang telah disesuaikan dengan penyebaran arah dan ketidakseragaman harus digabungkan dengan proil arus yang telah disesuaikan dengan aktor hambatan, karena proil arus hanya ditentukan untuk kedalaman air rata-rata pada kriteria desain, harus digunakan beberapa cara untuk memperpanjang atau memperpendek proil arus tersebut terhadap ketinggian gelombang lokal. Untuk proil arus dimana perpanjangan linear merupakan pendekatan yang dapat diterima, V z arus pada jarak z di atas kedalaman laut rata-rata, dapat diperhitungkan dari proil arus yang telah ditentukan pada elevasi z dengan menggunakan persamaan sebagai berikut: - 16

17 ( z + d) d Vx = V ' z. (.17) ( z' + d) ( d +η) dimana: V z = arus tertentu pada elevasi z d η = kedalaman air pada saat badai = jarak antara permukaan gelombang dengan keadaan laut rata-rata (η dan z positi di atas kedalaman laut rata-rata dan sebaliknya) Penelitian telah menunjukkan bahwa sebuah proil arus yang diperpanjang secara non-linear cocok digabungkan dengan kinematika gelombang yang telah terpengaruh Doppler. Perpanjangan non-linear memperhitungkan arus yang telah dipanjangkan (V z ) untuk sebuah partikel yang berada pada elevasi z, berdasarkan kecepatan V z yang telah ditentukan di proil arus pada elevasi z sebagai berikut: V z = V ' z z' + η sinh(π ( z' + d) / λn (.18) z sinh(πd / λn ) dimana λ n adalah panjang gelombang untuk ketinggian H dan periode T app tertentu..3.5 Gaya Apung Tekanan air pada struktur yang tenggelam, timbul karena berat air di atasnya dan pergerakan luida di sekitar struktur yang diakibatkan oleh gelombang. Tekanan air pada struktur yang tenggelam dapat memperbesar tegangannys. Gaya yang diakibatkan oleh gelombang telah dihitung dalam persamaan Morison. Besar gaya apung yang bekerja pada struktur terendam dalam luida: F = γ V (.19) dimana: γ = berat jenis air - 17

18 V = volume benda yang tenggelam.3.6 Ketinggian Aman Dek Gelombang yang mengenai dek terbawah dari duatu anjungan dapat menimbulkan gaya yang besar dan momen guling. Kecuali jika anjungan memang didesain untuk dapat menahan gaya-gaya ini, ketinggian dari dek harus cukup untuk menyediakan ruang bebas di atas puncak dari gelombang desain. Sebagai tambahan, suatu air gap harus disediakan untuk mengantisipasi geombang yang lebih besar dari gelombang desain. API RPA bagian.3.4g menyatakan bahwa untuk menghindari gaya tersebut, ketinggian dari dek terbawah harus berada pada elevasi di atas puncak gelombang desain ditambah dengan daerah aman. Suatu kisaran aman atau air gap sebesar 5 t ditambahkan ke ketinggian puncak gelombang untuk mengantisipasi penurunan anjungan, ketidakpastian kedalaman laut, dan untuk kemungkinan terjadinya gelombang yang sangat besar untuk menentukan elevasi minimum dari dek terbawah anjungan yang diperlukan untuk menghindari terpaan gelombang pada dek..4 KOMBINASI PEMBEBANAN Anjungan harus didesain dengan kombinasi pembebanan yang akan menghasilkan pengaruh yang paling membahayakan terhadap struktur. Kombinasi pembebanan ini terdiri dari beban lingkungan, beban mati dan beban hidup yang sesuai. Pembagian beban yang dikombinasikan: 1. Beban gravitasi Beban gravitasi terdiri dari: a. Berat sendiri platorm b. Beban peralatan c. Beban lainnya - 18

19 Kombinasi dari ketiganya diperhitungkan sebagai beban mati nominal.. Beban angin Beban angin dianalisis untuk kondisi operasional dan kondisi ekstrem. Beban ini bekerja pada 1 mata angin dimana setiap arahnya diproyeksikan pada arah utara dan arah timur. Koeisien beban angin dibedakan atas arah angin yang sedang ditinjau. Hal ini dilakukan agar desain yang dihasilkan lebih akurat dan menyerupai kondisi sebenarnya. 3. Beban gelombang dan arus Beban ini diperlukan untuk analisis kondisi operasional dan kondisi ekstrim. Penganalisisannya berdasarkan 1 mata angin. Koeisien untuk gelombang dan arus diperoleh dari besarnya dinamik ampliikasi aktor (DAF). Besarnya DAF untuk kondisi operasional dan ekstrim memiliki nilai yang berbeda. Tiap elemen platorm harus didesain dengan kombinasi pembebanan yang mengakibatkan tegangan terbesar dengan turut mempertimbangkan tegangan izin pada kondisi pembebanan yang sedang ditinjau. Komponen penyusun dari kombinasi pembebanan adalah: a. Beban mati, yang digunakan adalah beban mati nominal. b. Beban angin yang diproyeksikan pada arah x dan y. c. Beban gelombang dan arus pada arah mata angin yang sedang ditinjau..5 PERENCANAAN STRUKTUR BAJA TUBULAR.5.1 Baja Struktur Baja struktur dikenal dengan ASTM (American Society or Testing and Materials). Pada desain struktur, tegangan leleh dan tarik menjadi kuantitas acuan yang digunakan oleh spesiikasi-spesiikasi seperti AISC (American Society or Steel Construction)., sebagai variable siat untuk menentukan kekuatan atau - 19

20 tegangan ijinnya. Persyaratan umum untuk jenis baja tercakup antara lain dalam spesiikasi ANSI/ASTM. Platorm harus didesain sedemikian rupa sehingga seluruh elemen dapat memenuhi tegangan ijin yang telah ditentukan oleh AISC Speciication or the Design, Fabrication and Erection o Structural Steel or Bulidings. Seluruh persyaratan tegangan ijin pada baja tubular ini dibuat berdasarkan API RPA edisi 1 WSD Recommended Practice or Planning, Designing and Construction Fixed Oshore Platorm..5. Kriteria Tegangan Struktur lepas pantai biasanya menggunakan baja struktur biasa. Material baja akan tetap bersiat elastis selama tegangan yang terjadi tidak melampaui tegangan leleh. Tujuan utama dari desain adalah memiliki ukuran komponen yang sesuai sehingga kondisi elastis tetap dipenuhi selama dibebani beban rencana (designlevel loading). Faktor keamanan (saety actor) biasanya diterapkan untuk mendapatkan tegangan ijin (allowable stress = yield stress / saety actor) yang kemudian dijadikan kriteria tegangan yang tidak boleh dilewati selama struktur dibebani gaya rencana. Peraturan yang digunakan pada analisis berikut adalah API RPA edisi 1 adalah Working Stress Design (WSD). Metode ini sesuai dengan spesiikasi AISC yang disebut Allowable Stress Design (desain tegangan ijin)..5.3 Batang Tarik Keadaan batas kekuatan yang berpengaruh bagi suatu batang tarik dapat berupa pelelehan penampang lintang bruto batang pada tempat yang jauh dari titik sambungan atau retakan dari suatu bersih eekti (melalui lubang) pada sambungan. - 0

21 API RP A edisi 1-WSD memberikan batas kekuatan tarik ijin (F t ) untuk batang tubular yang dikenai beban sebagai berikut: F = 0, 6...(.0) t F y Tegangan batas tersebut merupakan pelelehan umum dari penampang lintang bruto atas panjang bruto. Batas tegangan ijin tersebut menerapkan angka keamanan sebesar 1, Batang Tekan Pada umumnya batang tekan akan mengalami tekuk atau lenturan tiba-tiba akibat ketidakstabilan sebelum mencapai kekuatan penuh material baja yang bersangkutan. Hanya batang yang pendek saja yang dapat dibebani sampai ke tegangan lelehnya. Oleh karena itu, tekuk merupakan hal utama dalam pembahasan batang tekan Tekuk Global Berdasarkan API RP A edisi 1-WSD, untuk elemen dengan rasio D/t kurang dari atau sama dengan 60, tegangan tekan ijin (F a ) harus dihitung menggunakan persamaan sebagai berikut: F a ( Kl / r) 1 Fy Ce = untuk Kl / r C 3 c... (.1) 3( Kl / r) ( Kl / r) 5 / 3 + 8C 8C c 3 c F a 1π E = untuk Kl / r C c...(.) 3 ( Kl / r) dimana: C c = π E F y 1 E = Modulus Elastisitas Young, ksi (MPa) K = Faktor panjang eekti l r = panjang batang tak tersokong, in (m) = radius girasi, in (m) - 1

22 .5.4. Tekuk Lokal Untuk elemen dengan rasio 60 < D/t 300 dan tebal silinder t 0,5 in (6 mm), ganti tegangan tekuk lokal kritis (nilai minimum dari F xe atau F xc ) untuk F y dalam menentukan C c dan F a. Rumus F xe atau F xc diberikan sebagai berikut: Tegangan Tekuk Lokal Elastis (F xe ) F xe = CE t/d...(.3) Secara teoretis, nilai C = 0,6, tetapi reduksi nilai C = 0,3 diijinkan untuk memperhitungkan pengaruh ketidaksempurnaan geometrik. Tegangan Tekuk Lokal Inelastis F xc = F y [1,64 0,3 (D/t) 1/4 ] F xe... (.4) Panjang Eekti Analisis yang rasional untuk menentukan aktor panjang eekti harus mempertimbangkan kekakuan dan pergerakan sambungan. Penilaian secara tepat mengenai derajat kekekangan momen pada struktur umumnya sangat sulit. Kekekangan momen tersebut dipengaruhi oleh batang-batang yang tidak berdekatan yang mengikat ke kolom tekan. Untuk kebutuhan praktis, API RP A edisi 1-WSD memberikan rekomendasi aktor panjang eekti sebagai berikut: Tabel.1 Faktor Panjang Eekti Situasi Faktor Panjang Eekti (K) Faktor Reduksi (Cm) Kaki Struktur Atas Terkekang 1.0 (a) Portal (tak terkekang) K (a) () Tiang dan Kaki Jacket Penampang Komposit 1.0 (c) Kaki Jacket Ungrouted 1.0 (c) Tiang Pancang Ungrouted 1.0 (b) Elemen Web Penopang Dek -

23 Aksi In-plane 0.8 (b) Aksi Out-o-plane 1.0 (a) atau (b) (4) Penguat Brace Panjang Face-to-ace dari Diagonal 0.8 (a) atau (b) Utama (4) Untuk K Brace 0.8 (c) Segmen Lebih Panjang dari X Brace 0.9 (c) Secondary Horizontal 0.7 (c) Elemen Penghubung Penopang Dek 1.0 (a), (b) atau (c) (4) Nilai aktor reduksi Cm ditujukan untuk tabel di atas, adapun penjelasan konotasi pada tabel di atas adalah: (a) (b) M, tetapi tidak boleh kurang dari 0.4 dan tidak boleh lebih dari M 0.85 a (c) , atau 0.85, yang manapun lebih kecil F e.5.5 Batang Lentur Tegangan lentur ijin (F b ) harus dihitung dengan menggunakan persamaan: F = 0, 75 untuk b F y D (SI) t F y D 1500 t F y F D 0 untuk y Fb =,84 1, 74 Fy Et D < (SI) F t y F y 1500 < F D t 3000 y F y - 3

24 F D 3000 D 0 untuk < 300 F y t y Fb =,7 10, 58 Fy Et D < 300 (SI) t F y.5.6 Kombinasi Beban Lentur dan Aksial Hampir semua batang dalam sebuah struktur terkena momen lentur dan beban aksial (tarik atau tekan) sekaligus. Gaya tekan aksial akan menambah momen lentur yang besarnya sama dengan gaya tekan aksial dikalikan dengan deleksi. Beberapa kemungkinan kombinasi beban lentur dan aksial, serta beberapa kecenderungan model kegagalannya adalah: b. Tarik aksial dan lentur, biasanya gagal karena leleh c. Tekan aksial dan lentur, biasanya gagal karena tekuk pada bidang lentur. d. Tekan aksial dan lentur biaksial pada penampang yang kaku terhadap puntir, biasanya gagal karena tekuk pada salah satu arah utama Kombinasi Tekan Aksial dan Lentur Berdasarkan API RP A edisi 1-WSD, dalam mendesain suatu batang tubular yang dikenai kombinasi tekan dan lentur harus memenuhi persyaratan berikut: F a a C + m bx + a 1 F' e F by b bx + a by dan + 1, 0...(.5) 0,6F F y a Apabila 0, 15, maka persamaan yang digunakan untuk mengganti persamaan F a di atas adalah: F a a + bx F + b by b 1,0...(.6) Persamaan tersebut mengasumsikan kalau nilai yang sama dari C m dan F e sesuai untuk bx dan by. Jika nilai lain dapat diterapkan, maka persamaan berikutlah yang digunakan untuk menggantikan persamaan sebelumnya: - 4

25 F a a + Cmx 1 F' bx a ex Cmy + 1 F' F b by a ey dimana: F a = tegangan ijin aksial F b = tegangan ijin terhadap momen a = tegangan aksial yang terjadi b = tegangan yang terjadi akibat lentur 1,0... (.7) C m = aktor reduksi/pembesaran momen yang berkaitan dengan kekangan ujung F e = Euler buckling stress.5.6. Kombinasi Tarik Aksial dan Lentur Batang tubular yang dikenai kombinasi tarik aksial dan bending, berdasarkan API RP A edisi 1-WSD harus memenuhi persyaratan berikut: F a a + bx F + b by 1,0...(.8) Komponen dari persamaan di atas harus ditentukan berdasarkan kondisi tarik pada batang tubular..5.7 Tarik Aksial dan Tekanan Hidrostatis Pada saat tegangan regangan elemen longitudinal dan keruntuhan terjadi bersamaan, persamaan interaksi berikut harus dipenuhi: A + B + v A B 1,0...(.9) dimana: A = a y ( 0, ) + b 5 F b SF x A harus dapat menunjukkan kombinasi regangan maksimum - 5

26 B = F h hc SF h v = rasio Poisson = 0,3 F y = kuat leleh, ksi (MPa) a = nilai absolut untuk tegangan aksial, ksi (MPa) b = nilai absolut yang diakibatkan oleh tegangan lentur, ksi (MPa) h = nilai absolut untuk tegangan tekan, ksi (MPa) F hc = tegangan hoop kritis Untuk: Tekuk Elastik F he untuk F he 0,55 F y Tekuk Inelastik F he = 0,45 F y + 0,18 F he untuk 0,55 F y < F he F y 1,31Fy F he = 1,15 + F / F F he = F y ( ) y he untuk 1,6 F y < F he 6, F y untuk 6, F y < F he SF x = aktor keamanan untuk tarik aksial SF h = aktor keamanan untuk tekanan hoop.5.8 Tekan Aksial dan Tekanan Hidrostatis Pada saat tegangan tekan longitudinal dan tegangan tekan hoop terjadi bersamaan, maka persamaan yang harus dipenuhi: F a h hc ( 0,5 ) + F y + SFh b SF 1,0 x + F b y SF b 1,0...(.30) Persamaan di atas seharusnya menunjukkan kombinasi tegangan tekan terbesar. Pada saat x > 0,5 F ha, persamaan ini harus terpenuhi: F x aa 0,5F ha 0,5F ha + F b ha 1,0... (.31) - 6

27 dimana: F aa = F xe SF x F ha = F he SF h SF x = aktor keamanan untuk tekan aksial SF h = aktor keamanan untuk lentur x = a + b + (0,5 h ), x seharusnya menunjukkan kombinasi tegangan tekan maksimum F xe = CE t/d F xc = F y [1,64 0,3 (D/t) ¼] F xe F xc = F y jika (D/t) 0,6 Untuk: Tekuk Elastik F he untuk F he 0,55 F y Tekuk Inelastik F he = 0,45 F y + 0,18 F he untuk 0,55 F y < F he F y 1,31Fy F he = 1,15 + F / F F he = F y ( ) y.6 SAMBUNGAN BAJA TUBULAR he untuk 1,6 F y < F he 6, F y untuk 6, F y < F he.6.1 Sambungan Sederhana Sambungan sederhana adalah sambungan yang terdiri dari tidak terlalu banyak cabang dan tidak terjadi overlap. Ada beberapa klasiikasi sambungan seperti K, T, Y, dan X yang ditentukan berdasarkan pola sambungan dan pola pembeban. Untuk dapat dianggap sebagai sambungan tipe K, punching load pada brace harus diseimbangkan oleh punching load pada brace di seberang sambungan pada bidang yang sama. Untuk sambungan T & Y, punching load didekati sebagai gaya geser balok di chord. Untuk sambungan X, punching load diteruskan melalui chord ke brace di seberang. Untuk brace yang meneruskan sebagian bebannya - 7

28 sebagai sambungan K dan sebagian sebagai sambungan T & Y atau sambungan X, interpolasikan berdasarkan masing-masing bagian secara keseluruhan. Gambar.8 Tipe-tipe Sambungan Tubular (API) Kemampuan layan sambungan dapat dihitung dengan perhitungan punching shear atau beban nominal pada brace. Kedua pendekatan tersebut diharapkan menghasilkan kesimpulan yang sama. Beberapa terminologi dan parameter geometri dari sambungan sederhana baja tubular adalah sebagai berikut: - 8

29 Gambar.9 Detail Sambungan Sederhana (API) θ = sudut brace (dari chord) g = jarak renggang, in (mm) t = ketebalan brace, in (mm) T = ketebalan chord, in (mm) d = diameter brace, in (mm) D = diameter chord, in (mm) Selain parameter di atas, ada lagi parameter lain, yaitu: β = τ = d D t T L α = D ζ = g D D γ = T Punching Shear Punching Shear yang bekerja dapat dihitung dengan rumus: v p = τ sin θ...(.3) dimana = gaya aksial nominal, lentur in-plane atau lentur out-plane pada brace (punching shear untuk masing-masing dipisah). - 9

30 Gambar.10 Gaya Aksial Nominal, Lentur In-plane, Lentur Out o Plane (API) Tegangan punching shear yang diijinkan pada dinding chord adalah yang terkecil dari geser AISC ijin (0,4 F y ) atau: Fyc v pa = QqQ (ditambah peningkatan sebesar 1/3 jika memungkinkan)...(.33) 0,6γ Kapasitas v pa harus dievaluasi secara terpisah untuk setiap komponen pembebanan brace dan menggunakan aktor Q q dan Q yang bersesuaian. Q q adalah aktor untuk memperhitungakan eek pembebanan dan geometri. Q adalah aktor untuk memperhitungkan keberadaan tegangan nominal longitudinal pada chord. Q = 1,0 λγa...(.34) dengan: λ = 0,030 untuk tegangan aksial brace ( ax ) = 0,045 untuk tegangan lentur in-plane ( bz ) = 0,01 untuk tegangan lentur out o plane ( by ) A = AX + IPB 0,6F yc + OPB (ditambah peningkatan 1/3 jika mungkin).. (.35) AX IPB OPB,, adalah tegangan nominal aksial, lentur in-plane, lentur out-oplane pada chord. (Catatan: Q = 1,0 apabila tegangan serat paling ekstrim dari chord adalah tegangan tarik) Tabel. Nilai Q q Tipe dan Tipe Pembebanan Brace Geometri Tarik Tekan Lentur IP Lentur OP - 30

31 K overlap 1,8 1,8 K gap (1,1 + 0,/β) Q g (1,1 + 0,/β) Q g T & Y 1,1 + 0,/β 1,1 + 0,/β 3,7 + 0,67/β (3,7 + 0,67/β)Q β X 1,1 + 0,/β (0,75 + 0,/β) Q β X dgn diaph 1,1 + 0,/β 1,1 + 0,/β 0, 3 1 Q β = β ( 0, 833β ) untuk β > 0,6 Q β = 1,0 untuk β 0,6 Q g = 1,8 0,1 g/t untuk γ 0 Q g = 1,8 4 g/t untuk γ > 0 Untuk kombinasi tegangan aksial dan lentur pada brace, persamaan interaksi berikut dapat digunakan: V V p pa IPB V + V p pa OPB 1,0... (.36) V V p pa AX V p V p + arcsin + 1, 0 π V pa V pa IPB OPB... (.37) (arcsin dalam radian).6.1. Beban Nominal Kapasitas sambungan ijin dalam hal ini beban nominal brace adalah: P a FycT = QuQ (ditambah 1/3 peningkatan jika mungkin) 1,7 sinθ M a FycT = QuQ (0,8d ) (ditambah 1/3 peningkatan jika mungkin) 1,7 sinθ dengan: P a = kapasitas ijin untuk beban aksial brace M a = kapasitas ijin untuk momen lentur brace Q u = aktor kekuatan ultimate yang bergantung pada sambungan dan beban - 31

32 Tabel.3 Nilai Q u Tipe Sambungan Tipe Pembebanan pada Brace & Geometri Tarik Aksial Tekan Aksial Lentur In-plane Lentur Out-plane K (3, β) Q g T & Y (3, β) 3, β (3,4 + 7 β) Q g Tanpa diaphragm (3, β) (3, β) Q g Dengan diaphragm (3, β) Untuk kombinasi aksial dan lentur pada brace, digunakan persamaan interaksi: M M a IPB + M M a OPB 1,0...(.38) P P a M M + arcsin + 1, 0... (.39) π M a M a IPB OPB (arcsin dalam radian).6. Penyaluran Beban Melintasi Chord Sambungan yang bebannya disalurkan melewati chord dapat diperiksa untuk keruntuhan umum sesuai rekomendasi API. Untuk sambungan yang diperkuat dengan meningkatkan ketebalan dan memiliki rasio diameter chord brace kurang dari 0,9, beban cabang aksial ijin (allowable axial branch load) dihitung dari persamaan: L P = P( 1) + [ P() P(1) ] untuk L,5 D (.40),5D P = P() untuk L >,5 D dimana: P(1) = kapasitas brace ijin dengan menggunakan ketebalan elemen chord nominal. P() = kapasitas brace ijin dengan menggunakan ketebalan sambungan..7 PONDASI PILE - 3

33 .7.1 Umum Pondasi harus didesain untuk dapat menahan beban statik, siklik, dan transien tanpa mengalami deormasi yang berlebihan atau getaran pada platorm. Desain pondasi dan perhitungan kekuatan pondasi memerlukan tersedianya data tanah yang memadai dari hasil observasi lapangan. Penentuan ukuran pondasi pile perlu memperhatikan hal-hal seperti diameter, penetrasi, ketebalan pile, kekuatan material, metode instalasi, tahanan mudline, dan lain-lain. Deleksi dan rotasi perlu dikontrol pada beberapa lokasi kritis seperti pile tops, titik perubahan kelengkungan, mudline, dan lainnya. Faktor keamanan adalah sebesar,0 untuk kondisi operasional dan 1,5 untuk kondisi beban ekstrim, seperti yang dianjurkan oleh API RPA. Perlu diperhatikan saat mendesain pondasi struktur lepas pantai yaitu tanah adalah materi non-linier yang kekakuannya dapat berubah karena pengaruh beban, Oleh karena itu, periode struktur bisa berbeda bergantung pada beban yang bekerja pada struktur. Pada umumnya kegagalan tanah terjadi karena geser. Perhitungan kekuatan geser tanah dapat dilakukan dengan menggunakan lingkaran Mohr..7. Kekakuan Tanah Kekakuan tanah dapat diperoleh dengan berbagai macam tes pada tanah. Perilaku tanah biasanya non-linier, sehingga karakteristik tanah seperti Modulus Young (E), Modulus Ratio (G), Poisson Ratio (v), dan lainnya dapat berubah tergantung pada pembebanannya. Perilaku non-linier tanah disebabkan karena partikel tanah bergerak relati antar partikel ketika dibebani. Untuk menentukan kekakuan tanah antara lain digunakan cara Kekakuan Tangent dan Kekakuan Secant. - 33

34 Gambar.11 (a) Kekakuan Secant (b) Kekakuan Tangen (API) Kekakuan Secant mengambil nilai kemiringan garis antara titik sumbu koordinat dengan titik tertentu pada kurva P-Y, sedangkan Kekakuan Tangent mengambil nilai kemiringan garis singgung kurva pada titik tertentu kurva P-Y. Untuk analisis ragam (Modal Analysis), analisis atigue, dan analisis seismik perlu dilakukan linearisasi pondasi untuk mendapatkan satu nilai kekakuan dari tanah dari siat tanah yang non-linier. Metode Kekakuan Secant lebih tepat digunakan pada analisis tersebut karena mengakomodasi lebih banyak siklus displacement..7.3 Kapasitas Aksial Pile Kapasitas aksial pile terdiri atas kapasitas tekan dan kapasitas tarik. Pada umumnya pile mengalami tekan, kecuali pada kondisi tertentu yang menyebabkan terjadinya momen guling sehingga pile mengalami kondisi tarik. Pada kondisi tekan, kapasitas pile ditentukan oleh tahanan selimut (skin riction) dan tahanan ujung (end bearing). Pada kondisi tarik biasanya hanya tahanan selimut saja yang dihitung, sedangkan tahanan ujung dapat diabaikan. Rumus yang digunakan untuk menghitung kapasitas aksial pile: Q = Q P + Q S... (.41) - 34

35 = qap + i ASi dimana: Q = kapasitas aksial ultimate pile Q P = kapasitas ultimate tahanan ujung Q S = kapasitas tahanan selimut q = tahanan ujung satuan ultimate ujung pile A P = luas ujung pile A Si = luas permukaan pile i = tahanan selimut satuan ultimate.8 ANALISIS IN-PLACE Analisis inplace adalah analisis untuk mengetahui kemampuan layan struktur. Tahapan yang dilakukan sebelum melakukan analisis ini adalah: 1. Melakukan pemodelan struktur. Memasukkan input-input beban yang bekerja Setelah kedua tahap tersebut dilakukan, selanjutnya dilakukan analisis terhadap kemampuan struktur untuk menahan beban-beban yang bekerja. Analisis ini dilakukan untuk kondisi operasional dan kondisi ekstrem. Input beban dilakukan dapat dibagi menjadi bagian, yaitu beban dasar dan beban kombinasi. Beban dasar meliputi berat struktur di udara, bouyancy, peralatan, kelengakapan dek dan jacket, crane, angin, gelombang, dan arus. Selain beban- - 35

36 beban tersebut, perlu diperhatiklan pengaruh dari marine growth, gaya apung dan korosi pada daerah splash zone. Beberapa output yang dihasilkan dalam analisis inplace ini adalah sebagai berikut: 1. Unity check member untuk kondisi operasional dan ekstrim.. Joint punching shear check untuk kondisi operasional dan ekstrim. 3. Pile saety actor untuk kondisi operasional dan ekstrim. 4. Periode natural struktur. Rasio Tegangan Member Unity check member untuk kondisi operasional disyaratkan kurang dari 1, sedangkan untuk kondisi ekstrim batasnya dinaikkan 33,33% menjadi 1,33. Semua member baik tubular maupun non-tubular akan ditampilkan nilai unity checknya. Di dalam ile model struktur, hanya opsi maksimum unity check saja yang diaktikan, artinya dari berbagai kondisi pembebanan hanya pembebanan yang menghasilkan unity check maksimum saja yang ditampilkan dalam laporan. Joint Punching Shear Check Sambungan yang ditunjau hanya sambungan tubular saja dan dipilih dengan input ile joint can option. Besaran yang menjadi output adalah unity check joint can. Untuk kondisi operasional disyaratkan kurang dari 1, sedangkan untuk kondisi ekstrim batasnya dinaikkan 33,33% menjadi 1,33. Faktor Keamanan Pile Pile memiliki kapasitas tertentu dalam menahan beban aksial yang terjadi. Rasio antara kapasitas aksial pile dengan beban maksimum yang terjadi merupakan nilai saety actor untuk pile. Saety actor untuk kondisi operasional disyaratkan minimum,0, sedangkan untuk kondisi ekstrim dan seismik disyaratkan minimum 1,50. Periode Natural Struktur - 36

37 Periode natural struktur diperoleh dari analisis modal. Yang diambil sebagai periode natural struktur adalah periode untuk mode pertama struktur karena biasanya nilainya yang paling besar dan menentukan. Biasanya hanya beberapa mode pertama saja yang menentukan dalam perhitungan. Periode natural struktur akan digunakan pada perhitungan DAF (Dynamic Ampliication Factor) yang dipakai sebagai aktor kombinasi pembebanan untuk beban arus dan gelombang..9 ANALISIS FATIGUE Struktur baja mengalam luktuasi tegangan dalam jumlah yang banyak dapat mengalami retak bahkan pada tegangan yang kecil. Fluktuasi tegangan disebabkan oleh beban lingkungan seprti angin dan gelombang, atasu getaran dari mesin. Reatk kecil dapat berkembang menjadi lebih besar dan dapat mengakibatkan kerusakan struktur. Retak kecil tersebut disebabkan oleh antara lain cacat pada bahan, titik dari ketidakhomogenan lokal, dan titik perubahan drastis dari geometri struktur. Struktur yang menggunakan sanmbungan las juga rentan terhadap atigue sehingga memerlukan pengawasan yang kontinyu. Berdasarkan API RPA edisi 1, pada analisis atigue struktur dimodelkan sebagai space rame untuk mendapatkan respon struktur berupa tegangan nominal member untuk gaya gelombang yang bekerja. Analisis atigue mengabaikan perhitungan arus sehingga nilai current blockage actor dan apparent wave period tidak digunakan. Digunakan nilai wave kinematic actor 1,0 dan conductor shielding actor 1,0 untuk gelombang atigue. Nilai koeisien inersia (Cm) dan koeisien seret (Cd) bergantung pada level sea state sesuai parameter Keulegan- Carpenter. Untuk gelombang kecil, dapat digunakan nilai Cm =,0, Cd = 0,8 untuk member kasar dan Cd = 0,50 untuk member halus. Usia desain atigue untuk joint dan member sebaiknya minimum dua kali usia layan yang diharapkan (SF =,0). - 37

38 Data gelombang sebaiknya diperoleh dengan mengumpulkan data sea states yang diharapkan pada jangka waktu yang cukup panjang. Data tersebut pada akhirnya akan diolah menjadi spektra density energi gelombang dan parameter isik bersama dengan rekuensi kejadian. Dengan melakukan analisis atigue, kita dapat menentukan sisa masa layan dari sambungan las elemen silinder sebuah struktur. Analisis atigue ini ada beberapa parameternya..9.1 Kurva S-N Kurva S-N adalah karakteristik atigue yang umum digunakan dari suatu bahan yang mengalami tegangan berulang dengan besar yang sama. Kurva tersebut diperoleh dari tes spesimen baja yang diberi beban berulang dengan jumlah N siklus sampai terjadi kegagalan. Besarnya N berbanding terbalik dengan rentang tegangan S. Kurva ini menyediakan inormasi karakteristik atigue dengan amplitudo pembebanan konstan. Kurva S-N yang digunakan berdasarkan API RPA edisi 1-WSD bagian 5.4 ditunjukkan pada gambar berikut: - 38

39 Gambar.1 Kurva S-N Berdasarkan API Secara matematis, persamaan kurva dapat dituliskan sebagai berikut: m 6 N Δσ = 10...(.4) Δσ re dengan: N = banyaknya siklus beban sampai member mengalami kegagalan. Δ σ Δ σre = rentang tegangan = rentang tegangan pada siklus sebanyak 10 6 kali. Kurva X dapat digunakan untuk proil las terkontrol dan memiliki ketebalan cabang sambungan kurang dari 5 mm. Untuk proil las terkontrol yang sama tetapi ketebalannya lebih besar, perlu penggunaan koreksi eek skala. Kurva X dapat digunakan untuk proil las tanpa kontrol, tetapi sesuai dengan proil standar pelat (ANSI/AWS) dan memiliki ketebalan cabang sambungan kurang dari 16 mm. Untuk proil pelat yang sama etapi ketebalannya lebih besar, perlu - 39

40 menggunakan koreksi eek skala. Adapaun rumus koreksi eek skala diberikan sebagai berikut: Gambar.13 Las dengan Proil Kontrol dan Tanpa Proil Kontrol (API) Tegangan ijin = 0,5 t S = o...(.43) to dimana: S o = tegangan ijin dari kurva S-N t = ketebalan member cabang t o = ketebalan batas cabang Untuk member yang berada di bawah permukaan laut dan terdapat perlindungan katodik serta amplitudo yang konstan, batas ketahanan terhadap atigue (endurance limit) terjadi sampai 10 8 siklus. Sambungan di daerah splash zone dapat diabaikan pada perhitungan atigue karena beban siklik yang terjadi akibat sea states dianggap tidak signiikan. Untuk sambungan yang mengalami beban siklik dengan amplitudo berubah seperti pada umumnya terjadi pada beban lingkungan, batas ketahanan terhadap atigue dapat diasumsikan sebesar 10 7 untuk kurva X dan 10 7 untuk kurva X. Kurva X dan X digunakan dengan rentang tegangan hot spot yang sesuai dengan stress concentration actornya. - 40

41 .9. Aturan Miner Kurva S-N hanya menyediakan inormasi untuk pembebanan dengan amplitudo konstan. Untuk pembebanan lingkungan dengan amplitudo yang bervariasi, kurva S-N dilengkapi dengan peraturan yang dikenal dengan Aturan Miner. Aturan ini memungkinkan perhitungan kerusakan berdasarkan atigue (D) dengan beberapa amplitudo pembebanan berbeda. Konsep kerusakan atigue adalah dasar dari peraturan ini. Kerusakan atigue (D) untuk sambungan yang mengalami pembebanan dengan amplitudo konstan dapat dirumuskan secara sederhana sebagai berikut: n D =... (.44) N dengan: D = kerusakan dalam 1 tahun n = jumlah siklus pada rentang tegangan yang bekerja N = jumlah siklus pada rentang tegangan yang diijinkan sesuai kurva S-N Apabila joint mengalami pembebanan dengan ampiltudo yang bervariasi, siklus pembebanan dapat dibagi menjadi beberapa grup yang memiliki rentang tegangan yang sama. Kerusakan atigue yang terjadi adalah penjumlahan dari kerusakan atigue dari masing-masing grup. Aplikasi dari Aturan Miner dapat dirumuskan sebagai berikut: D = m i= 1 n N i i... (.45) dengan: D = kerusakan dalam 1 tahun n i = jumlah siklus pada rentang tegangan yang bekerja pada grup ke-i N i = jumlah siklus pada rentang tegangan grup ke-i yang diijinkan sesuai kurva S-N m = jumlah pembagian grup rentang tegangan. Kerusakan atigue sebaiknya ditinjau pada delapan titik di sekeliling sambungan tubular. - 41

42 Kegagalan atigue akan terjadi apabila nilai kerusakan atigue (D) telah mencapai satu. Jadi, umur atigue dari struktur besarnya adalah satu per kerusakan per tahun..9.3 Stress Concentration Factor (SCF) Pada kondisi tegangan yang kompleks, terkadang tidak begitu pasti tegangan mana yang harus digunakan untuk kurva S-N. Untuk itu, sebuah eek konsentrasi tegangan dapat digunakan pada perhitungan tegangan yang bekerja berupa SCF. Stress Concentration Factor (SCF) adalah perbandingan antara tegangan di daerah hot spot dengan tegangan nominal pada penampang. Faktor ini dipengaruhi oleh besaran-besaran dari sambungan, konigurasi sambungan, dan load path gaya. Tegangan di daerah hot spot adalah tegangan di sekitar diskontinuitas struktur, contohnya sambungan. Ilustrasi tegangan di daerah hot spot sebagai berikut: Gambar.14 Lokasi Tegangan Hot Spot (API) Stress Concentration Factor diperoleh dari analisis inite elemen, pengetesan model, atau persamaan empiris tertentu. Beberapa persamaan empiris yang dikenal antara lain Kuang, Kellog, Lloyds Register, dan lainnya. Persamaan SCF yang sering digunakan adalah Ethymiou..9.4 Dynamic Ampliication Factor (DAF) Dynamic Ampliication Factor (DAF) harus dipertimbangkan untuk memasukkan pengaruh dari resonansi gelombang pada struktur. Semakin dekat periode gaya dengan rekuensi alami dari struktur, maka nilai DAF akan semakin besar. - 4

43 Persamaan berikut ini digunakan untuk menghitung nilai DAF untuk masingmasing periode gelombang. 1 DAF =... (.46) dimana: rasio rekuensi, ( 1 Ω ) + ( ξω) Ω = ω ω s ω = π, T s = periode natural T s = rekuensi gaya luar rekuensi natural ω = π, T w = periode gelombang (gaya luar) T w ξ = rasio redaman = 0,05 Persamaan DAF di atas dapat diplot untuk memperlihatkan pengaruh rasio rekuensi (Ω) terhadap amplitudo, seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut: Gambar.15 Pengaruh DAF pada Struktur (API) Kurva di atas memperlihatkan bahwa keberadaan damping berpengaruh sebagai berikut: 1. Apabila damping naik maka amplitudo menurun.. Apabila damping naik maka puncak dari kurva akan terjadi di bawah rekuensi natural. - 43

44 .9.5 JONSWAP Spektra JONSWAP (Joint North Sea Wave Project) spectra adalah salah satu ormula spektra elevasi permukaan air yang banyak digunakan. Spektra ini dikembangkan berdasarkan pengamatan di Laut Utara. Melalui spektra ini, dapat diperoleh inormasi mengenai penyebaran periode gelombang dan probabilitas penyebaran arah gelombang di laut. Permukaan air laut yang acak sebenarnya dapat dijabarkan sebagai penjumlahan dari beberapa gelombang laut dengan periode dan ase tertentu (Deret Fourier). Amplitudo dapat juga direpresentasikan sebagai rekuensi. Apabila permukaan air laut ini dapat disusun atas sederetan gelombang dengan rekuensi tertentu, maka dalam data tersebut dapat disajikan dalam bentuk spektrum berupa histogram amplitudo vs rekuensi. JONSWAP spektra ditunjukkan seperti pada gambar berikut: Gambar.16 Spektra Gelombang JONSWAP (API) Secara matematis, Lewis & Allos (1990) merumuskan JONSWAP spektra sebagai berikut: S ηη αg = (π ) exp 4 p 4 a γ...(.47) - 44

45 dengan: a = σ exp ( ) p σ p = σ A untuk p σ B untuk > p α = 103,39 mo 0,687 g -1,375 Tp -,750 γ =, mo 0,887 g -1,774 Tp -3,550 σ A = 1, mo -0,331 g 0,66 Tp 1,35 σ B = 1, mo -0,165 g 0,330 Tp 0,660 Hs mo = 16 Tp = 1 p Hs = tinggi gelombang signiikan. Tp = periode puncak spektral G = percepatan gravitasi.9.6 Metode Analisis Fatigue Berdasarkan API RPA edisi 1 bagian 5, analisis atigue detail sebaiknya dilakukan pada struktur lepas pantai tipe jacket. Analisis detail atigue disarankan menggunakan metode analisis spectral. Metode ini dapat menentukan besarnya respon tegangan untuk setiap kondisi sea state. Eek dinamik juga perlu diperhitungkan untuk kondisi sea state yang memiliki energi dekat dengan rekuensi natural platorm. Meskipun demikian, metode lain dapat juga digunakan apabila memang dapat mewakili keadaan nyata yang terjadi. Sebagai pengganti analisis atigue detail, dapat digunakan analisis atigue yang disederhanakan untuk joint tubular pada platorm tipe jacket apabila kondisinya sebagai berikut: 1. Kedalaman kurang dari 1 meter.. Konstruksi baja daktail. 3. Memiliki raming structural berlebih. - 45