5 Pemodelan Struktur

Bab 5 5 Pemodelan Struktur 5.1 Konfigurasi Umum Jacket Anjungan yang dimodelkan dalam Tugas Akhir ini merupakan suatu bangunan fixed platform tipe jacket yang memiliki 4 buah kaki yang terpancang ke dalam. Secara umum, deskripsi dari anjungan adalah sebagai berikut: 1. Substruktur berada sampai kedalaman 172 ft dari LAT (Low Astronomical Tide) dan terpancang ke dalam tanah dengan 4 buah kaki. 2. Horizontal framing terhadap MSL a. EL + 12.5 ft b. EL 26.75 ft c. EL 70.00 ft d. EL 119.00 ft e. EL 172.00 ft 3. Elevasi Jacket working point terhadap MSL a. EL + 18.00 ft transition work point b. EL + 15.5 ft top of jacket c. EL -172.00 ft mudline elevation 4. Lebar jacket (antara baris 1 and 2 ) adalah 40 ft 5. Panjang jacket (antara baris A and B ) adalah 40 ft 6. Ukuran Diameter terluar Leg adalah 47 inch dengan ketebalan 1 inch. BAB 5 Pemodelan Struktur 5-1

5.2 Model Komputer 5.2.1 Sistem Koordinat Sistem kordinat yang digunakan dalam pemodelan anjungan adalah sebagai berikut: 1. Arah +X : berada dari titik tengah anjungan menuju ke arah selatan anjungan 2. Arah +Y : berada dari titik tengah anjungan menuju ke arah timur anjungan 3. Arah +Z : tegak lurus keatas dengan titik asal (titik nol) berada pada MSL. Untuk mendapat gambaran yang lebih jelas terhadap system koordinat dari anjungan dapat dilihat pada Gambar 5.1. Platform North X 36.51 True North X B X X A 1 2 Gambar 5.1 Sistem koordinat untuk model anjungan. 5.2.2 Model Deck Pemodelan bagian deck untuk anjungan terbagi menjadi 4 bagian, yaitu: Main deck (+55.83 ft), Well Head Access (+40.25 ft), Cellar deck (+33.83 ft), dan Sub Cellar deck (+23.50 ft). Model dari setiap deck dapat dilihat pada Gambar 5.2 Gambar 5.5. BAB 5 Pemodelan Struktur 5-2

Gambar 5.2 Model main deck. Gambar 5.3 Model well head access. BAB 5 Pemodelan Struktur 5-3

Gambar 5.4 Model cellar deck. Gambar 5.5 Model sub cellar deck. BAB 5 Pemodelan Struktur 5-4

5.2.3 Model Struktur Jacket Model komputer untuk struktur jacket ini dibuat dengan menggunakan struktur rangka batang dengan koordinat asal (0,0,0) berada pada garis tengah struktur di MSL. Untuk jacket leg, pile dan konduktor dimodelkan berada pada kondisi flooded, sementara untuk bagian-bagian lain struktur dianggap tidak mangalami flooded. Pemodelan dari struktur jacket dapat dilihat pada Gambar 5.6 Gambar 5.14. Gambar 5.6 Jacket Row A. BAB 5 Pemodelan Struktur 5-5

Gambar 5.7 Jacket Row B. Gambar 5.8 Jacket Row 1. BAB 5 Pemodelan Struktur 5-6

Gambar 5.9 Jacket Row 2. Gambar 5.10 Plane at view +12.50 ft. BAB 5 Pemodelan Struktur 5-7

Gambar 5.11 Plane at view -26.75 ft. Gambar 5.12 Plane at view -70.00 ft. BAB 5 Pemodelan Struktur 5-8

Gambar 5.13 Plane at view -119.00 ft. Gambar 5.14 Plane at view -172.00 ft. BAB 5 Pemodelan Struktur 5-9

5.2.4 Sistem Penamaan Grup Untuk memudahkan pada saat memasukkan beban pada member, digunakan sistem grup untuk mengumpulkan member-member yang sejenis. Sistem penamaan dari grup yang ada pada model anjungan ini disajikan pada Tabel 5.1. Tabel 5.1 Sistem Penamaan Grup Member pada Anjungan Deskripsi Grup JACKET Leg LG* Pile PL* Wishbone W.B Conductor CN* Conductor Guide CG* Mudmat MMB Diagonal Bracing JD* Bracing at +12.50 ft A0* Bracing at -26.50 ft B0* Bracing at -70.00 ft C0* Bracing at -119.00 ft D0* Bracing at -172 ft E0* DECK Main Deck M** Well Head Access WB* Cellar Deck C** Sub Cellar Deck BS* Deck Vertical Members DL* Deck Vertical Diagonal Members X** 5.2.5 Dimensi Member Dimensi member yang digunakan dalam anjungan ini dapat dilihat pada Tabel 5.2. Member Group Diameter (inch) Tabel 5.2 Dimensi Member Group Wall Thickness (inch) Member Group Diameter (inch) Wall Thickness (inch) LG1 48.25 1.75 LGA 47.00 1.00 47.00 1.00 48.25 1.75 LG2 48.25 1.75 LGB 48.25 1.75 46.50 0.75 47.00 1.00 LG3 48.25 1.75 LGC 48.25 1.75 46.50 0.75 46.50 0.75 LG4 48.25 1.75 DL1 42.00 1.38 47.25 1.25 PL1 42.00 1.25 49.00 2.00 PL2 42.00 1.25 BAB 5 Pemodelan Struktur 5-10

Member Group Diameter (inch) Tabel 5.2 Dimensi Member Group (lanjutan). Wall Thickness (inch) Member Group Diameter (inch) Wall Thickness (inch) PL3 42.00 1.25 MMB W 16X30 PL4 42.00 1.25 MD1 IPE A600 PL5 42.00 1.25 MD2 IPE 270 W.B 45.00 1.25 MD3 W 12X30 CN1 14.00 0.50 MD4 W 8X40 CN2 30.00 1.00 MD5 IPE 600 CG1 15.00 1.00 MD6 12.75 0.50 JD1 22.00 1.25 MD7 C 250X80 JD2 24.00 0.63 MD8 L757506 JD3 26.00 0.75 MD9 L10010 JD4 30.00 0.88 MD0 C 250X80 JD5 30.00 1.25 MT1 W 36X230 JD6 10.75 0.50 MT2 W 21 X64 A01 20.00 0.75 WB1 W 10X22 A02 20.00 0.50 WB2 W 12X16 A03 14.00 0.38 BR1 6.63 0.37 A04 14.00 0.50 BR2 4.50 0.50 A05 12.75 0.38 CD1 W 27X178 A06 10.75 0.37 CD2 IPE A600 A07 6.63 0.37 CD3 IPE 270 A08 W 12X30 CD4 IPE 600 A09 L303006 CD5 W 10X49 B01 18.00 0.75 CD6 W 8X21 B02 14.00 0.50 CD7 W 38X31 B03 10.75 0.37 CD8 W 6X9 C01 20.00 0.63 CD9 W 12X30 C02 18.00 0.38 CE1 C 250X80 C03 14.00 0.75 CE2 C 8X115 C04 14.00 0.38 CE3 C 4X53 C05 14.00 0.50 CE4 C 6X82 C06 12.75 0.38 CE5 L757506 D01 20.00 0.50 CT1 W 36X230 D02 20.00 0.38 CT2 W 36X232 E01 26.00 0.63 BS1 IPE 300 E02 24.00 0.50 BS2 W 12X30 E03 24.00 0.50 BS3 MC 6X151 E04 24.00 0.50 BS4 W 8X31 E05 12.75 0.50 BS5 L404010 BAB 5 Pemodelan Struktur 5-11

5.2.6 Model Anjungan Model lengkap SACS untuk anjungan dapat dilihat pada Gambar 5.10 dibawah ini. Gambar 5.15 Model SACS untuk anjungan. 5.3 Pemodelan Pembebanan Pemodelan pembebanan dilakukan setelah model struktur selesai dibuat. SACS 5.1 dapat meminta input beban dari modul Precede ataupun modul Data Generator. Input beban dapat dimasukkan sebagai beban dasar (Basic Load Condition) untuk kemudian dikombinasikan dengan aturan tertentu (Load Combination) agar menghasilkan kondisi pembebanan yang paling ekstrim. 5.3.1 Beban Mati Beban mati keberadaannya permanen pada platform dan akan selalu dihitung pada semua kombinasi pembebanan. Yang termasuk kedalam beban mati adalah berat sendiri struktur, beban peralatan, WOR dead load, dan Hook crane. BAB 5 Pemodelan Struktur 5-12

A. Berat Sendiri Struktur Berat sendiri struktur yang digunakan adalah Nominal Self Weight dengan input water density 64.2 lb/ft 3. Berat ini dihitung otomatis oleh SACS 5.1 berdasarkan member yang dimodelkan saja. Properties penampang dan model struktur merupakan faktor yang menentukan berat sendiri struktur ini. B. Beban Peralatan (Deck Equipment) Beban deck adalah beban peralatan diatas deck yang diterapkan sesuai dengan data peralatan yang terdapat pada masing-masing deck. Pembebanan dari setiap deck untuk beban peralatan lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 5.16 Gambar 5.19. Gambar 5.16 Main deck equipment (LC2). BAB 5 Pemodelan Struktur 5-13

Gambar 5.17 Cellar deck equipment (LC2). Gambar 5.18 Sub cellar deck equipment (LC2). BAB 5 Pemodelan Struktur 5-14

5.3.2 Beban Hidup Gambar 5.19 Jacket walkway equipment (LC2). Beban hidup pada anjungan mencakup beban angin, arus, dan gelombang. Beban hidup dihitung pada 8 arah untuk mendapatkan kondisi pembebanan yang paling membahayakan anjungan tersebut. A. Beban Angin 1. Beban Angin pada Main Deck MAIN DECK INPUT Operation Storm Reference Elevation z R 33.00 ft 33.00 ft Wind Speed For 1 Hour Average V(1hr,z R ) 37.84 ft/s 57.20 ft/s Current Elevation z 55.83 ft 55.83 ft Kecepatan angin pada ketinggian 55.83 ft selama 1 jam : (Operation) 0. 125 0. 125 z 55. 83 v55 = v33 = 37. 84 33 33 = 40.50 ft/sec (Storm) 0125. 0125. z 55. 83 v55 = v33 = 57. 20 33 33 = 61.42 ft/sec Gaya angin yang terjadi pada main deck dapat dilihat pada Gambar 5.20. BAB 5 Pemodelan Struktur 5-15

Y X Elv. he Z Y X Current deck e h a Ax Elv. Z 1 H Ay a XZ View YZ View Elv. Z 2 Gambar 5.20 Gaya angin pada main deck. Elevasi Main Deck (Z1) Elevasi Cellar Deck (Z 2 ) Tinggi Peralatan (He) a = 0.5 (Z 1 - Z 2 ) = 0.5 (55.83 33.83) Tinggi Wind Area (H) = he + a = 13 + 5.5 = 55.83 ft = 33.83 ft = 2.00 ft = 11.00 ft = 13.00 ft Gaya Angin dalam arah sumbu X Panjang Y = 76.83 ft Luas Proyeksi (Y x H) = 998.83 ft 2 F = v CsA = 62.381 kips (operation) Gaya angin total pada main deck dibagi merata ke 4 joint, sehingga masing-masing joint mendapat gaya angin sebesar : 15.595 kips (operation) F = v CsA = 142.543 kips (storm) Gaya angin total pada main deck dibagi merata ke 4 joint, sehingga masing-masing joint mendapat gaya angin sebesar : 35.636 kips (storm) Gaya Angin dalam arah sumbu Y Panjang X = 73.00 ft Luas Proyeksi (X x H) = 949.00 ft 2 F = v CsA = 59.269 kips (operation) Gaya angin total pada main deck dibagi merata ke 4 joint, sehingga masing-masing joint mendapat gaya angin sebesar : 14.817 kips (operation) F = v CsA = 135.432 kips (storm) BAB 5 Pemodelan Struktur 5-16

Gaya angin total pada main deck dibagi merata ke 4 joint, sehingga masing-masing joint mendapat gaya angin sebesar : 33.858 kips (storm) 2. Beban Angin pada Cellar Deck CELLAR DECK INPUT Operation Storm Reference Elevation z R 33.00 ft 33.00 ft Wind Speed For 1 Hour Average V(1hr,z R ) 37.84 ft/s 57.20 ft/s Current Elevation z 33.83 ft 33.83 ft Kecepatan angin pada ketinggian 33.83 ft selama 1 jam : (Operation) 0. 125 0. 125 z 33. 83 v34 = v33 = 37. 84 33 33 = 39.32 ft/sec (Storm) 0125. 0125. z 33. 83 v34 = v33 = 57. 20 33 33 = 59.43 ft/sec Gaya angin yang terjadi pada cellar deck dapat dilihat pada Gambar 5.21 di bawah. Y X b Elv. Z 1 Z Y X Current deck b a Ax Elv. Z 2 H Ay a XZ View YZ View Elv. Z 3 Gambar 5.21 Gaya angin pada cellar deck. Elevasi Main Deck (Z1) Elevasi Cellar Deck (Z 2 ) Elevasi Sub Cellar Deck (Z 3 ) Tinggi Peralatan (He) b = 0.5 (Z 1 - Z 2 ) = 0.5 (55.83 33.83) a = 0.5 (Z 2 Z 3 )= 0.5 (33.83 23.50) Tinggi Wind Area (H) = b + a = 11 + 5.5 = 55.83 ft = 33.83 ft = 23.50 ft = 22.00 ft = 11.00 ft = 5.17 ft = 16.17 ft Gaya Angin dalam arah sumbu X Panjang Y = 86.50 ft Luas Proyeksi (Y x H) = 1398.40 ft 2 F = v CsA = 82.309 kips (operation) BAB 5 Pemodelan Struktur 5-17

Gaya angin total pada cellar deck dibagi merata ke 4 joint, sehingga masing-masing joint mendapat gaya angin sebesar : 20.577 kips (operation) F = v CsA = 188.077 kips (storm) Gaya angin total pada cellar deck dibagi merata ke 4 joint, sehingga masing-masing joint mendapat gaya angin sebesar : 47.019 kips (storm) Gaya Angin dalam arah sumbu Y Panjang X = 98.00 ft Luas Proyeksi (X x H) = 2156.00 ft 2 F = v CsA = 253.800 kips (operation) Gaya angin total pada cellar deck dibagi merata ke 4 joint, sehingga masing-masing joint mendapat gaya angin sebesar : 63.450 kips (operation) F = v CsA = 579.938 kips (storm) Gaya angin total pada cellar deck dibagi merata ke 4 joint, sehingga masing-masing joint mendapat gaya angin sebesar : 144.985 kips (storm) 3. Beban Angin pada Sub Cellar Deck SUB CELLAR DECK INPUT Operation Storm Reference Elevation z R 33.00 ft 33.00 ft Wind Speed For 1 Hour Average V(1hr,z R ) 37.84 ft/s 57.20 ft/s Current Elevation z 23.50 ft 23.50 ft Kecepatan angin pada ketinggian 23.50 ft selama 1 jam : (Operation) 0125. 0125. z 23. 5 v23 = v33 = 37. 84 33 33 = 37.18 ft/sec (Storm) 0125. 0125. z 23. 5 v23 = v33 = 57. 20 33 33 = 56.20 ft/sec Gaya angin yang terjadi pada sub cellar deck dapat dilihat pada Gambar 5.22. BAB 5 Pemodelan Struktur 5-18

Y X b Elv. Z 1 Z Y X Current deck b a Ax Elv. Z 2 H Ay a XZ View YZ View Elv. Z 3 Gambar 5.22 Gaya angin pada sub cellar deck. Elevasi Cellar Deck (Z1) Elevasi Sub Cellar Deck (Z 2 ) Elevasi Jacket Walkway (Z 3 ) Tinggi Peralatan (He) b = 0.5 (Z 1 - Z 2 ) = 0.5 (55.83 33.83) a = 0.5 (Z 2 Z 3 )= 0.5 (33.83 23.50) Tinggi Wind Area (H) = b + a = 11 + 5.5 = 33.83 ft = 23.50 ft = 12.50 ft = 22.00 ft = 5.17 ft = 5.50 ft = 10.67 ft Gaya Angin dalam arah sumbu X Panjang Y = 55.42 ft Luas Proyeksi (Y x H) = 591.14 ft 2 F = v CsA = 31.113 kips (operation) Gaya angin total pada sub cellar deck dibagi merata ke 2 joint, sehingga masing-masing joint mendapat gaya angin sebesar : 15.557 kips (operation) F = v CsA = 71.094 kips (storm) Gaya angin total pada sub cellar deck dibagi merata ke 2 joint, sehingga masing-masing joint mendapat gaya angin sebesar : 35.547 kips (storm) Gaya Angin dalam arah sumbu Y Panjang X = 16.13 ft Luas Proyeksi (X x H) = 172.05 ft 2 F = v CsA = 9.056 kips (operation) Gaya angin total pada sub cellar deck dibagi merata ke 2 joint, sehingga masing-masing joint mendapat gaya angin sebesar : 4.528 kips (operation) BAB 5 Pemodelan Struktur 5-19

F = v CsA = 20.692 kips (storm) Gaya angin total pada sub cellar deck dibagi merata ke 2 joint, sehingga masing-masing joint mendapat gaya angin sebesar : 10.346 kips (storm) 4. Beban Angin pada Jacket Walkway JACKET WALKWAY INPUT Operation Storm Reference Elevation z R 33.00 ft 33.00 ft Wind Speed For 1 Hour Average V(1hr,z R ) 37.84 ft/s 57.20 ft/s Current Elevation z 12.50 ft 12.50 ft Kecepatan angin pada ketinggian 12.50 ft selama 1 jam : (Operation) 0125. 0125. z 12. 5 v12 = v33 = 37. 84 33 33 = 35.08 ft/sec (Storm) 0125. 0125. z 12. 5 v12 = v33 = 57. 20 33 33 = 53.03 ft/sec Gaya angin yang terjadi pada jacket walkway dapat dilihat pada Gambar 5.23 di bawah. Y X b Elv. Z 1 Z Y Current deck b Ax Elv. Z 2 H Ay X XZ View Gambar 5.23 Gaya angin pada jacket walkway. YZ View Elevasi Sub Cellar Deck (Z 1 ) Elevasi Jacket Walkway (Z 2 ) b = 0.5 (Z 1 Z 2 )= 0.5 (23.50 12.50) Tinggi Wind Area (H) = b = 23.50 ft = 12.50 ft = 5.50 ft = 5.50 ft Gaya Angin dalam arah sumbu X Panjang Y = 52.86 ft Luas Proyeksi (Y x H) = 290.75 ft 2 F = v CsA = 13.622 kips (operation) Gaya angin total pada jacket walkway dibagi merata ke 4 joint, sehingga masing-masing joint mendapat gaya angin sebesar : 3.406 kips (operation) BAB 5 Pemodelan Struktur 5-20

F = v CsA = 31.128 kips (storm) Gaya angin total pada jacket walkway dibagi merata ke 4 joint, sehingga masing-masing joint mendapat gaya angin sebesar : 7.782 kips (storm) Gaya Angin dalam arah sumbu Y Panjang X = 40.85 ft Luas Proyeksi (X x H) = 224.70 ft 2 F = v CsA = 10.528 kips (operation) Gaya angin total pada jacket walkway dibagi merata ke 4 joint, sehingga masing-masing joint mendapat gaya angin sebesar : 2.632 kips (operation) F = v CsA = 24.056 kips (storm) Gaya angin total pada jacket walkway dibagi merata ke 4 joint, sehingga masing-masing joint mendapat gaya angin sebesar : 6.014 kips (storm) B. Beban Arus dan Gelombang Agar menghasilkan kondisi pembebanan yang paling berbahaya, arus dan gelombang selalu dibuat searah. Untuk kondisi operasional dan ekstrim. Ketinggian dan perioda gelombang untuk semua arah menggunakan data seperti pada Tabel 4.4 sedangkan data arus menggunakan data seperti pada Tabel 4.6 dan Tabel 4.7. Arus dan gelombang diperhitungkan pada 12 arah. Perhitungan beban gelombang dilakukan menurut teori gelombang yang berlaku, untuk itu perlu dilakukan pengujian berdasarkan daerah validasi teori gelombang menurut API RP2A. Perhitungan gelombang dapat dilihat seperti di bawah ini : 1. Kondisi Operating : H = 10.70 ft T = 7.60 sec dan d = elevasi mudline = 172 ft d 172 = = 0. 092 2 2 gt 32. 2( 7. 6) H 10. 7 = = 0. 006 2 2 gt 32. 2( 7. 6) menurut grafik daerah validasi gelombang API RP2A, maka dipakai teori gelombang stokes 5 th. 2. Kondisi Ekstrim : H = 16.30 ft T = 8.10 sec d = elevasi mudline = 172 ft BAB 5 Pemodelan Struktur 5-21

d 172 = = 0081. 2 2 gt 32. 2( 8. 1) H 16. 3 = = 0008. 2 2 gt 32. 2( 8. 1) menurut grafik daerah validasi gelombang API RP2A, maka dipakai teori gelombang stokes 5 th. Grafik mengenai daerah aplikasi teori gelombang dapat dilihat pada Gambar 3.3 dalam Bab 3 Dasar Teori. Untuk mencari gaya gelombang pada struktur dapat digunakan persamaan Morison. Dimana persamaan Morison dapat digunakan apabila perbandingan diameter dan panjang gelombang lebih kecil atau sama dengan 0.2. Member tubular terbesar yang digunakan pada struktur mempunyai diameter D = 48.25 in = 4.02 ft, sehingga : Kondisi Operating Panjang Gelombang L 0 0 2 2 = gt 32.2(7.6) 2π = 2π =296.008 ft d 172 0.581 L = 296.008 = Dari tabel C-1 pada Shore Protection Manual didapat : d L = 0.582 maka L= 295.634 ft D 4.021 0.014 L = 295.634 = < 0.2 Kondisi Storm Panjang Gelombang L 0 0 2 2 = gt 32.2(8.1) 2π = 2π =336.237 ft d 172 0.512 L = 363.237 = Dari tabel C-1 pada Shore Protection Manual didapat : d L = 0.514 maka L= 334.891 ft D 4.021 0.012 L = 334.891 = < 0.2 Sehingga persamaan morison dapat digunakan untuk menghitung beban gelombang yang bekerja pada struktur untuk kondisi operating maupun storm. Contoh pembebanan gelombang dan arus untuk kondisi operating dan storm pada arah 0 o dapat dilihat pada Gambar 5.24 dan Gambar 5.25. BAB 5 Pemodelan Struktur 5-22

Gambar 5.24 Beban arus dan gelombang pada arah 0 o untuk kondisi operating. Gambar 5.25 Beban arus dan gelombang pada arah 90 o untuk kondisi storm. BAB 5 Pemodelan Struktur 5-23

C. Beban Hidup Beban hidup lain yang diterapkan adalah beban peralatan pada deck yang dapat dipindahkan, beban personil, beban dari tempat tinggal dan lain-lain. Beban hidup yang diterapkan pada tiap deck sesuai dengan yang tertera pada Tabel 4.13. Kondisi pembebanan untuk live load pada tiap deck dapat dilihat pada Gambar 5.26 Gambar 5.28. Gambar 5.26 Beban hidup untuk main deck (LC3). BAB 5 Pemodelan Struktur 5-24

Gambar 5.27 Beban hidup untuk well head access (LC4). Gambar 5.28 Beban hidup untuk jacket walkway (LC7). BAB 5 Pemodelan Struktur 5-25