Bab 1 1 Pendahuluan 1.1 Latar Belakang Sumber daya alam mineral di Indonesia memilik potensi yang cukup besar untuk dieksplorasi, terutama untuk jenis minyak dan gas bumi. Sumber mineral di Indonesia sebagian besar berada di wilayah lautan, sehingga diperlukan suatu cara khusus dalam pengeksplorasiannya. Untuk itu dibangunlah suatu struktur anjungan lepas pantai yang dapat memfasilitasi kegiatan eksplorasi dan produksi minyak dan gas bumi. Suatu analisis struktur lepas pantai berbeda dengan perhitungan struktur di daratan, hal ini dikarenakan banyaknya beban-beban yang lebih kompleks yang menggambarkan suatu kondisi perairan di lokasi kajian. Dalam suatu analisis struktur, diperlukan suatu desain struktur yang aman dan dapa memenuhi kebutuhan selama panjang umur layannya. Seiring dengan peningkatan kemampuan teknologi eksplorasi minyak dan gas, serta ditemukannya cadangan minyak yang cukup besar di laut dalam, maka teknologi bangunan lepas pantai juga mengalami kemajuan pesat. Hal ini dapat dilihat dari berkembangnya beberapa alternatif konsep struktur yang dioperasikan. Beberapa konsep struktur bangunan lepas pantai yang lazim dioperasikan hingga saat ini, dapat dikelompokkan menjadi tiga kelompok utama, yaitu : 1. Anjungan terpancang (Fixed Offshore Platform) Anjungan lepas pantai terpancang merupakan anjungan paling tua dan paling banyak dibangun, untuk kegiatan eksplorasi minyak dan gas. Suatu anjungan lepas pantai dikategorikan sebagai anjungan terpancang bila anjungan tersebut dalam operasinya bersifat menahan gaya-gaya lingkungan tanpa mengalami displacement/ deformasi yang berarti. Jenis Tripod di Selat Makassar 1-1
Di laut yang dangkal anjungan dapat dipancangkan ke dasar laut. Kaki-kaki terbuat dari beton atau baja memanjang dari anjungan ke dasar laut. Untuk struktur dari beton, berat dari kaki-kaki akan membuat anjungan menyandar di dasar laut. Penggunaan anjungan terpancang tipe jacket hanya ekonomis untuk pengoperasian pada perairan dengan kedalaman 1000 1600 ft. Contoh anjungan terpancang diantaranya adalah : a. Jacket template Contoh anjungan terpancang ini memiliki ciri khas, yaitu jacket bagi conductor dan template untuk pemancangan pile. Tipe ini dikembangkan untuk operasi dilaut dangkal dan laut sedang yang dasarnya tebal, lunak dan berlumpur. Anjungan ini disokong oleh tiang baja yang dipancang melalui kaki-kaki dari struktur rangka baja ke dasar laut. Tiang pancang ini juga menyokong struktur terhadap beban lateral yang dialami yang diakibatkan oleh angin, gelombang, dan arus. Gambar 1.1 menunjukkan ilustrasi sebuah anjungan tipe jacket template. Gambar 1.1 Anjungan tipe jacket template. Jenis Tripod di Selat Makassar 1-2
b. Concrete Gravity Platform. Anjungan jenis ini dipasang apabila tanah keras di dasar laut tidak jauh dari permukaan lumpur. Pondasi struktur dibuat berbentuk lingkaran dan terbuat dari beton. Pondasi yang berat ini menyokong beberapa tower yang kemudian menyokong deck baja. 2. Anjungan terapung (Floating Offshore Platform) Anjungan lepas pantai terapung merupakan anjungan yang mempunyai karakter bergerak mengikuti gerakan gelombang. Ciri khas dari Floating Offshore Platform (FOP) adalah mobilitas dan kemampuannya mengantisipasi gerakan akibat gelombang dan arus laut. Contoh anjungan terapung diantaranya adalah : a. Semi-submersible platform Jenis anjungan ini memiliki kemampuan membor di laut dalam. Sistem kerja anjungan ini adalah pada saat udara dikeluarkan dari lambung bawah, rig tidak seluruhnya terendam ke dasar laut tapi hanya sebagian, masih mengapung di atas titik pemboran. Lambung bawah diisi dengan air untuk memberikan kestabilan pada rig. Rig semisubmersible ditahan di lokasi oleh sauh atau dengan sistem dynamic positioning. Gambar 1.2 Semi-submersible platform. b. Jack-up platform Rig jack-up digunakan untuk pemboran di perairan darat yang dangkal yang tenang seperti di danau, rawa, sungai dan kanal. Rig jack-up ini berupa anjungan besar yang mengapung yang harus ditarik dengan kapal tunda ke lokasi. Setelah rig jack- Jenis Tripod di Selat Makassar 1-3
up ditarik ke lokasi, tiga atau empat kakinya diturunkan sampai menyentuh dasar laut, anjungannya terletak di atas permukaan air. Sesuai untuk perairan dangkal. Contoh-contoh rig jack-up dapat dilihat pada Gambar 1.3. Gambar 1.3 Jack-up platform. 3. Anjungan struktur lentur (Compliant Offshore Platform) Tujuan pengembangan konsep anjungan struktur lentur adalah untuk memenuhi persyaratan fungsi-fungsi khusus seperti faktor ekonomi dan faktor teknis. Anjungan ini biasanya lebih ringan dari struktur jenis lain karena memiliki kekakuan yang tidak besar. Beberapa anjungan struktur lentur memanfaatkan gaya apung untuk menahan beban yang bekerja pada struktur tersebut. Station keeping merupakan salah satu pertimbangan yang dianggap cukup penting dalam perencanaan anjungan struktur lentur. Oleh karena itu diperlukan sistem penambatan yang mampu menjaga struktur tersebut agar selalu berada di lokasi dalam batas-batas yang telah ditentukan. Contoh : Articulated Tower, Guyed Tower, Tension Leg Platform, dan lain-lain. a. Compliant tower Terdiri dari menara yang sempit, menyambung dari pondasi di dasar laut ke anjungan. Menara ini fleksibel sehingga dapat digunakan di laut dalam karena dapat mengabsorbsi tekanan-tekanan yang diakibatkan oleh angin dan laut bahkan dalam kondisi badai. b. Anjungan seastar Mirip dengan rig semisubmersible tetapi juga menggunakan sistem tension leg yaitu suatu tendon yang isinya kosong yang memanjang dari dasar laut ke anjungan terapung. Fleksibilitasnya memungkinkan pergerakan ke arah samping sehingga tahan akan gaya-gaya dari laut dan angin, tanpa memutuskan kaki-kakinya. Jenis Tripod di Selat Makassar 1-4
Umumnya beroperasi untuk reservoar yang kecil di laut dalam (sampai 1000 meter kedalaman air laut). c. Tension Leg Platform Tension leg platform adalah versi lebih besar dari anjungan Seastar. Kaki-kaki yang panjang dan fleksibel dipancangkan di dasar laut. Kaki-kaki ini memungkinkan pergerakan arah menyamping dengan sedikit pergerakan vertikal. Dapat beroperasi sampai kedalaman air 2000 meter. Gambar 1.4 Tension Leg platform. Dari sekian banyak tipe-tipe anjungan yang ada, salah satu yang membedakan adalah daerah dimana anjungan tersebut beroperasi. Ada tipe anjungan yang bisa beroperasi dilaut dangkal seperti jacket platform, ada juga tipe anjungan yang beroperasi dilaut dalam seperti tension leg platform. Gambar 1.5 akan lebih menjelaskan pembagian anjungan berdasarkan daerah pengoperasiannya. Jenis Tripod di Selat Makassar 1-5
Gambar 1.5 Daerah pengoperasian platform. 1.2 Tujuan Tugas akhir ini bertujuan untuk: 1. Memenuhi persyaratan kelulusan Sarjana Teknik Sipil Institut Teknologi Bandung; 2. Mengenal dunia konstruksi anjungan lepas pantai; 3. Memahami pemodelan struktur dan analisis struktur anjungan lepas pantai dengan bantuan program SACS; 4. Memahami penerapan kode-kode desain dalam perencanaan anjungan lepas pantai; 5. Memahami analisis struktur dari anjungan lepas pantai sesuai dengan kode desain; 6. Mengetahui kemampulayanan struktural, usia layan dan tahanan terhadap gempa dari anjungan lepas pantai yang dibahas. 1.3 Lingkup Pembahasan Anjungan lepas pantai yang dianalisis dalam tugas akhir ini adalah tipe anjungan jacket. Elemen penyusun struktur ini, biasanya menggunakan elemen baja tubular, baik untuk kaki utama maupun elemen pengaku (bracing). Biasanya kaki tersusun vertikal, kecuali untuk kaki bagian luar. Hal ini biasanya didesain agar struktur lebih efisien, terutama dalam menahan beban horizontal. Dalam analisis terhadap struktur ini, untuk mengetahui kemampuan dalam menahan beban lingkungan, bisa dilakukan metode-metode seperti untuk gelombang dan arus Jenis Tripod di Selat Makassar 1-6
menggunakan teori gelombang stokes, persamaan morison; untuk angin menggunakan formula API, dan metoda-metoda analisis lainnya. Kemudian semua beban-beban tersebut dikombinasikan baik dalam kondisi operasi maupun kondisi ekstrim, untuk memperoleh total maksimum dari beban terhadap struktur. Beban-beban yang diperhitungkan akan digunakan untuk mendapatkan tegangan maksimum ditiap elemen. Jika elemen memiliki ukuran yang sesuai, maka akan terlihat tegangan masuk dalam batas aman terhadap kegagalan. Analisa tegangan harus mempertimbangkan juga interaksi dari struktur dengan pondasi. Terutama untuk kondisi tanah yang lunak, dimana akan menghasilkan defleksi dan rotasi yang besar pada tiang. Adapun tahapan yang dilakukan dalam proses analisis struktur adalah memperoleh data yang diperlukan untuk analisis, lalu memodelkan struktur dan pembebanan sesuai dengan kondisi sebenarnya, dilanjutkan dengan analisis rasio kekuatan elemen dan sambungan, usia layan fatigue, dan analisis terhadap daya tahan gempa. Adapun spesifikasi desain yang dipakai dalam analisis platform ini menggunakan API RP 2A, 21st Edition (WSD) Recommended Practice for Planning, Designing, and Construction Fixed Offshore Platform. American Petroleum Institute, Washington DC, July 1, 2000. Segala hal yang berkaitan dengan desain dari platform jacket tipe tetap ini mengacu kepada API. Mulai dari pembebanan, pemodelan struktur sampai kepada analisis (in-place, fatigue, dan seismic). Proses pemodelan struktur, analisis beban, dan analisis struktur dilakukan dengan menggunakan program SACS (Structural Analysis Computer System). SACS adalah program analisis struktur baik untuk struktur lepas pantai maupun struktur umum. SACS memiliki kemampuan analisis statik, analisis dinamik, perhitungan beban lingkungan seperti beban gelombang, arus dan angin, cek dan desain member, analisis pada saat peluncuran, analisis kekuatan sambungan, analisis umur fatigue, analisis terhadap daya tahan gempa, analisis tiang pancang, serta analisis keruntuhan non-linier. 1.4 Sistematika Laporan Sistematika pembahasan yang digunakan dalam penyusunan tugas akhir ini adalah BAB 1 PENDAHULUAN Bab ini memberikan gambaran secara umum mengenai bangunan lepas pantai dilihat dari segi definisi maupun tipe-tipe bangunan lepas pantai, selain itu akan dijelaskan juga mengenai tujuan tugas akhir, ruang lingkup yang dikaji dan Jenis Tripod di Selat Makassar 1-7
sistematika laporan. BAB 2 BAB 3 BAB 4 BAB 5 BAB 6 BAB 7 DASAR TEORI Bab ini berisi ilmu-ilmu dasar yang diperlukan dalam bahasan struktur baja dari anjungan lepas pantai. Bab ini berisi hal-hal yang harus dipertimbangkan sebelum melakukan analisis struktur dari anjungan lepas pantai. Bab ini juga menjelaskan beban desain, beban lingkungan, serta teori dasar mengenai analisis elemen baja tubuler dan sambungan tubuler. KRITERIA DESAIN Bab ini memaparkan gambaran umum kasus anjungan lepas pantai yang ditinjau, deskripsi struktural anjungan, data parameter desain, dan beban-beban yang bekerja seperti beban gelombang, angin, arus, dan sebagainya. ANALISIS IN-PLACE Bab ini berisi tentang proses pemodelan komputer dalam melakukan analisis inplace, parameter-parameter yang digunakan, serta hasil yang diperoleh dari analisis in-place. ANALISIS FATIGUE Bab ini berisi tentang proses pemodelan komputer dalam melakukan analisis fatigue, parameter-parameter yang digunakan, serta hasil yang diperoleh dari analisis fatigue. ANALISIS SEISMIK Bab ini berisi tentang proses pemodelan komputer dalam melakukan analisis seismic, parameter-parameter yang digunakan, serta hasil yang diperoleh dari analisis seismic. PENUTUP Berisi kesimpulan dari uraian dan hasil perhitungan yang dilakukan serta saran terhadap hasil yang didapat. Jenis Tripod di Selat Makassar 1-8