ANALISA KEKUATAN ULTIMAT PADA KONSTRUKSI DECK JACKET PLATFORM AKIBAT SLAMMING BEBAN SLAMMING GELOMBANG Moch.Ibnu Hardiansah*1, Murdjito*2, Rudi Waluyo Prastianto*3 1) Mahasiswa Jurusan Teknik Kelautan, FTK-ITS *email : emaile_ibnu_hardiansah@yahoo.com 2,3) Dosen Jurusan Teknik Kelautan, FTK-ITS Abstract Tugas Akhir ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh pada deck struktur jacket platform akibat slamming gelombang dan menganalisa kekuatan ultimat yang mampu diterima oleh deck struktur jacket platform dengan penambahan beban slamming gelombang secara increment. Dalam analisa beban slamming gelombang, struktur yang digunakan adalah BKP-BG Platform dengan mengasumsikan mengalami penurunan tanah hingga terjadi slamming gelombang pada cellar deck BKP-BG Platform. Kedalaman yang digunakan dalam analisa beban slamming sebesar 42.35 m dengan variasi tinggi gelombang 7.5m, 8m, 8.32m dan 8.5m. Dari hasil analisa collapse, pada saat increment 6.75 struktur jacket platform telah terjadi kegagala struktur. Keyword :Jacket Platform, Slamming gelombang, kekuatan ultimat 1. Pendahuluan Jacket platform adalah jenis fixed offshore platform (terpancang) yang digunakan dalam kegiatan eksplorasi dan eksploitasi minyak dan gas bumi di laut dangkal. Selama beroperasi, struktur jacket platform mengalami berbagai macam kondisi pembebanan yaitu beban struktur itu sendiri (self weigth), beban peralatan (equipment load), beban hidup (live load) dan beban lingkungan (environmental load). Slamming gelombang merupakan kejadian yang dapat terjadi pada kondisi ekstrim gelombang air laut, dimana puncak gelombang mencapai deck terbawah dari struktur jacket platform (cellar deck). Slamming gelombang juga dapat terjadi akibat dari penurunan tanah (subsidence) dari struktur jacket platform hingga kondisi tinggi gelombang mencapai cellar deck. Untuk itu dibutuhkan analisa kekuatan ultimat untuk mengetahui kemampuan struktur menerima beban maksimum yang diakibatkan oleh slamming gelombang. Gambar 1. Struktur BKP-BG Platform
2. Analisa Beban Slamming Analisa beban slamming pada deck jacket platform menggunakan 3 metode. 2.1. Metode I Pada metode 1, beban slamming gelombang dianalisa dengan memperhitungkan gaya yang timbul pada struktur, yaitu gaya lateral (horizontal) dan gaya angkat (vertikal) akibat gelombang air laut. Beban horisontal dihitung dengan menggunakan persamaan Morison dan untuk beban vertikal menggunakan persamaan slam force (API RP 2A WSD, 2000) Persamaan Morison Keterangan : (1) F :Gaya gelombang per unit panjang(n/m) FD : Drag force per unit panjang (N/m) FI : Inertia force per unit panjang (N/m) Cd : Koefisien Drag W : Berat jenis air (N/m 3 ) G : Percepatan gravitasi (m/sec 2 ) A : Area member yang dianalisa per unit panjang (m) V : Volume member per unit length (m 2 ) U : Vektor kecepatan (karena gelombang dan/atau arus) pada arah axial member (m/sec) Cm : Koefisien Inertia du/dt : Vektor percepatan pada arah axial member (m/sec 2 ) Persamaan Slam Force D w g 2.2. Metode II : Diameter of horizontal member : Weight density of water (N/m3) : percepatan gravitasi (m/s2) Pada metode ini, analisa slamming gelombang dihitung dengan mendapatkan nilai tekanan slamming Ps, yang ditimbul akibat kecepatan vertikal gelombang dengan suatu koefisien slamming gelombang k max, yang dapat dituliskan dengan persamaan : Keterangan : Ps kmax ρ v (3) : space average slamming pressure : koefisien slamming gelombang, harga k max sebesar 9.0, yang diperoleh dari percobaan model fisik (Djatmiko, 1992.) : massa jenis air laut : kecepatan relative kecepatan vertikal gelombang 2.3. Metode III Pada metode ini, analisa beban slamming gelombang dilakukan dengan bantuan software Flow 3D. Dalam metode ini, cellar deck dimodelkan dengan plate (Gambar 2) (2) Keterangan : U : kecepatan partikel air saat mengenai deck Cs : koefisien slamming sebesar 5.5 (API RP 2A WSD, 2000) Gambar 2. Model Cellar Deck Langkah pertama dalam analisa ini adalah pembuatan boundary untuk analisa deck terhadap gelombang air laut yang ditunjukkan Gambar 3. langkah kedua memasukkan kriteria
kondisi lingkungan (tinggi gelombang, periode gelombang, kedalaman) seperti yang ditunjukkan Gambar 4. untuk menentukan secara otomatis pembebanan yang menyebabkan struktur runtuh. Pada analisa ini, beban yang dimasukkan adalah beban akibat slamming gelombang pada cellar deck. 4. Analisa Distribusi Tegangan Gambar 3. Menunjukkan Boundary condition untuk Fluida pada Model Analisa Analisa distribusi tegangan digunakan untuk mendapatkan pengaruh yang diakibatkan oleh beban slamming gelombang pada plate cellar deck jacket platform. Dalam analisa ini digunakan ANSYS 12 untuk mendapatkan bentuk sebaran tegangan yang terjadi pada beam dan plate pada cellar deck jacket platform. Gambar 5. Model Deck pada Analisa Distribusi Tegangan Gambar 4. Menunjukkan Input Kriteria Hasil dari analisa ini adalah besar pressure slamming gelombang yang mengenai cellar deck jacket platform. 3. Analisa Batas Tegangan Ultimate (Collapse Analysis Method) Untuk analisa ultimate dilakukan dengan menggunakan metode Collapse Analysis yaitu suatu metode yang dipakai dalam menganalisa keruntuhan struktur dan merupakan analisa non linier dengan pembebanan incremental lateral Dalam analisa ini terdapat 2 analisa yang dilakukan yaitu distribusi tegangan akibat slamming gelombang dan distribusi tegangan akibat slamming gelombang dan beban yang terdapat pada cellar deck. Dari hasil analisa ini juga diperoleh nilai tegangan maksimum yang terjadi pada deck. 5. Pembahasan Langkah pertama dalam analisa perhitungan beban slamming gelombang adalah penentuan kedalaman struktur jacket platform. Dalam hal ini struktur diasumsikan mengalami penurunan tanah (subsidence) hingga mencapai kedalaman tertentu dan terjadi slamming gelombang pada
cellar deck. Variasi kedalaman yang digunakan dalam analisa ini ditunjukkan Tabel 1. Tabel 1. Variasi Penentuan Kedalaman Analisa Beban Slamming Variasi Kedalaman Tinggi Periode m m detik 1 38.35 8.32 9.3 2 40.35 8.32 9.3 3 42.35 8.32 9.3 Dari hasil analisa ini diperoleh bahwa pada kedalaman 42.35 telah terjadi slamming gelombang pada cellar deck struktur jacket platform dan kedalaman ini digunakan sebagai kriteria kedalaman dalam perhitungan beban slamming gelombang di cellar deck. dari metode penrhitungan beban slamming lainnya. Variasi Tabel 3. Hasil Analisa Beban Slamming Water Depth Tinggi Gelambang Pressure (KN/m2) Metode m m 1 2 3 1 42.35 7.5 0.83 1.36 11.834 2 42.35 8 0.97 1.59 12.504 3 42.35 8.32 3.91 6.41 16.299 4 42.35 8.5 4.13 6.77 25.218 Gambar 6 menunjukkan bahwa pada analisa perhitungan beban slamming gelombang dengan menggunakan FLOW 3D telah terjadi slamming gelombang pada cellar deck jacket platform. Dalam perhitungan beban slamming gelombang yang terjadi, arah gelombang diasumsikan datang dari arah 0 derajat struktur jacket platform. Pada analisa ini tinggi gelombang divariasikan untuk mengetahui besar beban slamming yang terjadi pada cellar deck struktur jacket platform (Tabel 2) Tabel 2. Variasi Kondisi Lingkungan Perhitungan Beban Slamming Variasi Water Depth Tinggi Gelambang Pressure (KN/m2) Metode m m 1 2 3 1 42.35 7.5 0.83 1.36 11.83 2 42.35 8 0.97 1.59 12.50 3 42.35 8.32 3.91 6.41 16.29 4 42.35 8.5 4.13 6.77 25.21 Hasil analisa perhitungan beban slamming gelombang pada cellar deck jacket platform ditunjukkan pada Tabel 3. dari masing-masing metode yang digunakan. Pada perhitungan menggunakan Flow 3D diperoleh nilai terbesar Gambar 6. Menunjukkan bahwa gelombang telah menyentuh cellar deck. Pada analisa collapse, nilai beban slamming gelombang dengan perhitungan metode 1 variasi 3 yang digunakan sebagai input beban slamming pada analisa collapse. Hal ini dikarenakan, dalam analisa beban slamming metode 1 menggunakan teori gelombang Stokes 5 dalam memperoleh kecepatan dan percepatan gelombang serta kecepatan vertikal gelombang. Berdasarkan analisa collapse yang telah dilakukan, menunjukkan bahwa pada increment load (load step) ke 6.75 telah terjadi kegagalan struktur (Gambar 11.).
Gambar 7. Analisa Collapse pada increment 1 Gambar 10. Analisa Collapse pada increment 4 Gambar 8. Analisa Collapse pada increment 2 Gambar 9. Analisa Collapse pada increment 3 Gambar 11. Analisa Collapse pada increment 5 Pada gambar diatas menunjukkan bahwa ketika increment load 1 sudah terjadi plastisitas pada beberapa beam. Dengan bertambahnya increment load terlihat semakin banyak beam yang terdapat pada cellar deck yang mengalami plastisitas hingga 100%. Analisa distribusi tegangan yang terjadi pada cellar deck struktur jacket platform dengan memasukkan perhitungan beban slamming gelombang dari perhitungan metode 1. Hasil dari analisa ini ditunjukkan oleh Gambar 12. Sedangkan Gambar 13 menunjukkan sebaran tegangan yang terjadi akibat beban slamming gelombang dan beban yang terdapat pada cellar deck.
mendapatkan hasil yang paling besar dari masing-masing metode yang telah dilakukan tiap variasi. 3. Pada increment 6.75 cellar deck struktur jacket platform mengalami kegagalam dengan terjadi plastisitas maksimum pada beam cellar deck. 4. Diperoleh besar tegangan yang terjadi pada analisa distribusi tegangan sebesar 8.42x10 7 Pa. Gambar 12. Distribusi Tegangan dengan Memasukkan Beban Slamming 9. DAFTAR PUSTAKA Chakrabakti,S.K., 1987, Hydodynamics of Offshore Structure, Computational Mechanics Publications Southampton, Boston, USA. Yudhistira, 2006, Analisa Ultimate Strenght Struktur Jacket LWA Berbasis Resiko dengan MicroSAS, Jurnal Tugas Akhir, Jurusan Teknik Kelautan-ITS. Surabaya. Gambar 13. Distribusi Tegangan dengan Memasukkan Beban Slamming dan beban yang terdapat pada cellar deck Dari hasil analisa ini diperoleh besar tegangan yang terjadi pada cellar deck untuk distribusi tegangan dengan memasukkan beban slamming gelombang sebesar 8.42x10 7 Pa Faltinsen, O.M., 1990, SEA LOADS ON SHIPS AND OFFSHORE STRUCTURES, Cambridge University Press,Australia. Firmansyah, Harry., dan Akhmad Rafiudin, 2008, Analisis Linier dan Non Linier Struktur Anjungan Lepas Pantai Akibat Subsidence.Laporan Tugas Akhir. Institut Teknonologi Bandung. Bandung. 6. Kesimpulan Dari hasil analisa yang telah dilakukan, diperoleh : 1. Pada kedalaman 42.35 m telah terjadi slamming gelombang pada cellar deck struktur jacket platform 2. Dari hasil analisa perhitungan beban slamming gelombang, pada metode 3