PERENCANAAN FIXED TRIPOD STEEL STRUCTURE JACKET PADA LINGKUNGAN MONSOON EKSTRIM Edwin Dwi Chandra, Mudji Irmawan dan Murdjito Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rachman Hakim, Surabaya 60111 Email : edwindwichandra@gmail.com ABSTRAK Kegagalan struktur jacket EI-322-A platform yang berada di lingkungan monsoon menyebabkan perlunya analisis dan perencanaan struktur jacket pada lingkungan monsoon yang lebih baik sesuai dengan peraturan yang ada. Pada tugas akhir ini dilakukan perencanaan perancangan struktur jacket jenis fixed jacket platform dengan tiga kaki (Tripod) sesuai dengan peraturan API RP2A-WSD khususnya pada lingkungan monsoon. Rasio tegangan dan Tubular Joint merupakan parameter penting dalam mendesain jacket pada kondisi statik terutama bila struktur berada pada kondisi lingkungan ekstrim (Monsoon). Dalam Tugas Akhir ini dilakukan analisis untuk mencari profil-profil yang digunakan dalam perancangan jacket serta pengecekan parameter desain tubular joint (γ, β, dan τ) apakah telah memenuhi persyaratan API RP2A-WSD serta bagaimana kecenderungannya akibat perubahan yang terjadi pada parameter tubular joint. Tugas akhir ini menghasilkan profil-profil yang digunakan dalam perencanaan jacket adalah sebagai berikut : Untuk Main Leg, digunakan diameter luar (OD) = 56 dan tebal dinding (Wt) berkisar 1,75-2,25. Untuk Bracing Diagonal, digunakan OD = 18-26 dan Wt = 0,75. Sedangkan untuk Bracing Horizontal digunakan OD = 20-28 dan Wt = 1. Selain itu didapatkan bahwa nilai member stress dan joint can stress menjadi semakin besar seiring bertambahnya nilai γ dan β. Sedangkan nilai τ cenderung bekurang seiring bertambahnya nilai member stress dan joint can stress. Nilai γ, β, dan τ minimum dan maksimum yang terjadi adalah sebagai berikut : γ MIN = 14,00 dan γ MAX = 19,326 sehingga masih masuk kedalam batas yang disyaratkan API RP2A-WSD (γ = 10 30). Nilai β MIN = 0,429 dan β MAX = 0,526 sehinga masih masuk kedalam batas yang disyaratkan API RP2A-WSD (β = 0,2 1,0). Sedangkan untuk nilai τ MIN = 0,275 dan τ MAX = 0,500 sehinga juga masuk kedalam batas yang disyaratkan API RP2A-WSD (τ = 0,2 1,0). Kata kunci : Perencanaan, Offshore Structure, Jacket, Tubular Joint, Monsoon I. PENDAHULUAN Banyak kasus mengenai terguling dan tenggelamnya struktur anjungan lepas pantai pada lingkungan monsoon. Sebagai contoh adalah tenggelamnya anjungan lepas pantai Mumbai High North Platform di India akibat badai Monsoon [8]. Monsoon adalah musim yang ditandai dengan angin kencang serta gelombang yang tinggi pada laut lepas. Salah satu faktor utama penyebab terguling dan tenggelamnya anjungan lepas pantai ialah akibat kegagalan pada struktur penumpu (jacket) platform yang tidak mampu menerima beban lingkungan yang besar pada lingkungan monsoon. Kegagalan pada struktur jacket biasanya terjadi pada member dan sambungan tubular joint struktur jacket. Member adalah elemen penyusun struktur steel jacket yang terdiri dari Main Leg, Diagonal Bracing, dan Horizontal Bracing. Hal yang harus diperhatikan dalam merencanakan member jacket adalah rasio tegangan atau Unity Check (UC). UC adalah perbandingan antara tegangan yang terjadi dengan tegangan ijin. Dalam perencanaan jacket, tegangan yang terjadi pada member harus lebih kecil daripada tegangan ijinnya (UC<1). Sambungan tubular joint adalah sambungan antara main leg dengan bracing jacket atau sambungan antar bracing jacket. Terdapat beberapa parameter yang harus diperhatikan dalam mendesain tubular joint agar tidak terjadi kegagalan struktur. Parameter tersebut ialah γ (rasio perbandingan diameter dengan tebal dinding member), β (rasio perbandingan diameter bracing dengan diameter leg jacket), dan τ (perbandingan tebad dinding bracing dan main leg). Selain itu, hal lain yang perlu diperhatikan dalan perencanaan jacket khususnya pada lingkungan monsoon adalah penggunaan peraturan (code) yang tepat. Anjungan yang direncanakan dengan peraturan API RP2A-WSD cukup kuat untuk menanggulangi kondisi lingkungan ekstrim serta sangat baik untuk digunakan sebagai pedoman dalam perancangan anjungan lepas pantai pada lingkungan ekstrim khususnya monsoon [9]. Dalam Tugas Akhir ini dilakukan analisis untuk mencari profil-profil yang digunakan dalam perancangan member jacket serta pengecekan parameter desain tubular joint (γ, β, dan τ) apakah telah memenuhi persyaratan API RP2A- 1
WSD serta bagaimana kecenderungannya akibat perubahan yang terjadi pada parameter tubular joint. II. METODOLOGI Metodologi yang dilakukan pada penulisan tugas akhir ini tergambar dalam flowchart pengerjaan dibawah ini. III. PEMBAHASAN DAN HASIL 3.1 Pengumpulan Data Sebelum melakukan perencanaan, dilakukan pengumpulan data yang meliputi data data umum platform rencana, data deck, data beban lingkungan. Data Platform yang akan dimodelkan: Tabel 3.1 Data umum platform 3.2 Pembebanan Dalam penyusunan tugas akhir ini pembebanan dan kombinasi beban mengacu kepada API RP2A-WSD chapter 2.3. Pembebanan dilakukan pada dua kondisi, yakni kondisi operasi dan badai. Kedua kondisi tersebut dibedakan oleh besar dari beban lingkungan dan beban hidupnya. Beban lingkungan yang dikenakan pada jacket ialag beban gelombang, arus, dan angin. Untuk beban gelombang dan arus, dihitung terhadap 12 arah datangnya beban. Sedangkan untuk beban angin dihitung berdasarkan luasan topside yang terkena hembusan angin. Untuk pembebanan secara keseluruhan dikategorikan menjadi 27 kondisi beban dan dapat dilihat pada pustaka [11] Bab IV, Tabel 4.13. Untuk kombinasi pembebanan digunakan 12 kombinasi yang dikenakan pada platform pada masing masing kondisi operasi dan badai serta dapat dilihat pada pustaka [11] Bab IV, Tabel 4.14 dan 4.15. 3.3 Profil Jacket Perencanaan jacket dilakukan dengan menggunakan profil baja EN S355. Pada awalnya, perencanaan jacket menggunakan dimensi profil sebagai berikut [8]: 2
Tabel 3.2 Profil Awal Jacket LG7 LG6 LG5 XB4 HB4 LG4 XB3 HB3 LG3 XB2 HB2 LG2 XB1 Dimensi-dimensi profil rencana jacket diatas kemudian dimodelkan pada program bantu SACS 5.2 bersama dengan deck serta pembebanan yang telah direncanakan. Dari analisis statik yang dilakukan dengan program bantu diketahui bahwa profil-profil yang digunakan untuk perencanaan awal tidak cukup kuat. Sehingga dilakukan trial and error dimensi profil member jacket yang kemudian dihasilkan profil yang efisien (UC mendekati 1,0) beserta lokasinya adalah sebagai berikut : HB1 Gambar 3.1 Lokasi Member Jacket Dari hasil analisis statik menggunakan profil pada tabel 3.3, diperoleh rasio tegangan (UC) maksimum member terjadi pada kondisi badai dengan nilai sebagai berikut: Tabel 3.4 UC Maksimum Member Kondisi Badai Tabel 3.3 Profil Jacket untuk Perencanaan Dari tabel diatas dapat dilihat bahwa UC dari semua jacket member memenuhi persyaratan API RP2A-WSD karena memiliki nilai dibawah 1,0 yang menandakan bahwa tegangan yang terjadi pada member member tersebut berada dibawah tegangan izin-nya. Sedangkan untuk joint can, rasio tegangan terkritis terjadi di bracing diagonal pada kondisi badai dengan nilai sebagai berikut: 3
korelasi antara parameter tubular joint dengan rasio tegangan yang terjadi pada member dan jacket akibat variasi. Contoh Pembuatan Grafik Korelasi: 1. Grafik Korelasi γleg dengan UC Leg Dalam perhitungan γ Leg, digunakan diameter (D) dan tebal (T) dinding dari leg yang memiliki rasio tegangan yang terbesar. Karena baik pada kondisi operasi maupun badai rasio tegangan maksimum leg terjadi pada LG6, maka untuk perhitungan γ Leg digunakan D dan T LG6. Tabel 3.6 Variasi Parameter γ LG6 Gambar 3.2 UC Joint Can Terkritis Beserta Lokasinya Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa seluruh Joint Can memenuhi persyaratan API RP2A-WSD karena memiliki rasio tegangan < 1,0. Dalam mendesain jacket pada kondisi statik terdapat dua parameter utama yakni member stress dan joint can stress. Kedua parameter utama tersebut termasuk kedalam kategori desain tubular joint. Untuk mendesain tubular joint diperlukan minimum variabel desain yakni γ, β, dan τ. Ketiga variabel tersebut adalah rasio hubungan perbandingan antara diameter dengan wall thickness, diameter braces dengan diameter leg, dan wall thickness braces dengan wall thickness leg. Setelah itu nilai γ diplotkan terhadap rasio tegangan (UC) hasil variasi parameter tubular joint yang diperoleh dari analisis statis menggunakan program bantu. Tubular joint dapat dikatakan memenuhi parameter desain apabila nilai γ, β, dan τ berada pada range nilai dibawah ini: Tabel 3.5 Limitasi Parameter Tubular Joint [7] Untuk mengetahui kecenderungan yang terjadi akibat perubahan parameter tubular joint, maka dilakukan variasi pada parameter tubular joint. Variasi dilakukan dengan pengurangan diameter dan tebal dinding tubular member (Main Leg, Diagonal Bracing, dan Horizontal Bracing). Hasil Variasi tersebut kemudian menghasilkan grafik 4 Grafik 3.1 Korelasi γ Leg dengan UC Leg Dari Grafik diatas dapat dilihat bahwa pada leg, nilai γ masih berada dalam typical range (12-20) yang disyaratkan apabila dilakukan pengurangan wall thickness hingga 7mm. Nilai γ LEG semakin membesar seiring dengan bertambahnya nilai UC Leg. Tetapi setelah nilai γ melewati 16, terjadi kecenderungan bahwa UC Leg menuju ke nilai yang tetap dan stabil (grafik mendatar). 2. Grafik Korelasi β XB dengan UC XB Digunakan d XB2 dan D LG6 untuk perhitungan β XB pada kondisi operasional dan badai. Sama halnya seperi menghitung β HB, variasi parameter tubular joint dilakukan pada diameter leg jacket dan kemudian
diplotkan kedalam suatu grafik bersama nilai UC maksimum member XB Tabel 3.8 Variasi Parameter τ HB Tabel 3.7 Variasi Parameter β XB Setelah itu nilai β diplotkan terhadap rasio tegangan (UC) hasil variasi parameter tubular joint yang diperoleh dari analisis statis menggunakan program bantu. Setelah itu nilai τ diplotkan terhadap rasio tegangan (UC) hasil variasi parameter tubular joint yang diperoleh dari analisis statis menggunakan program bantu. Grafik 3.2 Korelasi β XB dengan UC XB Secara general nilai β semakin membesar seiring dengan berkurangnya nilai UC member. Dari Grafik diatas dapat dilihat bahw baik padaa kondisi operasi dan badai, nilai β masih berada dalam typical range nilai β (0,4 β 0,8). Hanya saja pada kondisi badai, nilai β XB dibatasi pada angka 0,514 karena nilai UC telah mencapai 1,00. 3. Grafik Korelasi τ HB dengan UC HB Perhitungan τ ini menggunakan τ HB1 dan T LG6 baik pada kondisi operasi maupun badai karena memiliki rasio tegangan yang terbesar di kedua kondisi tersebut. Maka τ HB kondisi operasional dan badai memiliki nilai yang sama. Grafik 3.2 Korelasi β XB dengan UC XB Secara garis besar nilai τ HB semakin membesar seiring dengan berkurangnya nilai UC HB. Dari Grafik diatas dapat dilihat bahwa pada Horizontal Braces, nilai τ masih berada dalam typical range yang disyaratkan apabila dilakukan pengurangan wall thickness hingga 7mm (lihat batas dari garis putus-putus) baik pada kondisi operasi maupun badai. Dapat dilihat pula bahwa seiring bertambahnya nilai τ, maka semakin kecil pengurangan nilai UC di setiap pengurangan 1mm wall thickness. 4. Pembuatan Grafik Lainnya melalui Prosedur yang sama seperti diatas untuk : a) Grafik Korelasi γ HB member dengan UC HB b) Grafik Korelasi γ XB member dengan UC XB c) Grafik Korelasi β HB member dengan UC HB d) Grafik Korelasi τ XB member dengan UC XB e) Grafik Korelasi γ XB joint can dengan UC XB f) Grafik Korelasi β XB joint can dengan UC XB g) Grafik Korelasi τ XB joint can dengan UC XB Telah dilakukan pada pustaka [11] Bab VI. 5
IV. KESIMPULAN Dari penyusunan Tugas Akhir ini, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Analisa Statik main design jacket menghasilkan profilprofil yang efisien sebagai berikut : Untuk Main Leg, digunakan diameter luar (OD) = 56 dan tebal dinding (Wt) berkisar 1,75-2,25. Untuk Bracing Diagonal, digunakan OD = 18-26 dan Wt = 0,75. Sedangkan untuk Bracing Horizontal digunakan OD = 20-28 dan Wt = 1 9. Puskar, F.J. 2004. Hurricane Lili s Impact on Fixed Platforms and Calibration of Platform Performance to API RP 2A. Offshore Technology Conference. 10. Troufay and Cauvin. 1983. Materiel Petrole. Le Havre. France. 11. Chandra, Edwin Dwi. 2013. Perencanaan Fixed Tripod Steel Structure Jacket Pada Lingkungan Monsoon Ekstrim. 2. Hasil dari pengecekan parameter desain jacket kondisi statik dengan variasi pada parameter tubular joint menunjukkan bahwa nilai γ, β, dan τ dalam perencanaan ini masih masuk kedalam limitasi yang disyaratkan menurut API RP2A-WSD. Nilai γ, β, dan τ minimum dan maksimum yang terjadi pada jacket adalah sebagai berikut : γ MIN = 14,00 dan γ MAX = 19,326 sehingga masih masuk kedalam batas yang disyaratkan API RP2A-WSD (γ = 10 30). Nilai β MIN = 0,429 dan β MAX = 0,526 sehinga masih masuk kedalam batas yang disyaratkan API RP2A-WSD (β = 0,2 1,0). Sedangkan untuk nilai τ MIN = 0,275 dan τ MAX = 0,500 sehinga juga masuk kedalam batas yang disyaratkan API RP2A-WSD (τ = 0,2 1,0). Jadi nilai member stress dan joint can stress menjadi semakin besar seiring bertambahnya nilai γ dan β. Sedangkan nilai τ cenderung bekurang seiring bertambahnya nilai member stress dan joint can stress. V. DAFTAR PUSTAKA 1. American Petroleum Institute (API). 2002. Recommended Practice for Planning, Designing, and Constructing Fixed Offshore Platforms- Working Stress Design. API Recommended Practice 2A-WSD (RP 2A-WSD) Twenty-First Edition. API Publishing Service. Washington, D.C. 2. British Standard (BS). 1982. Practice For Fixed Offshore Structures. BS 6235. British Standard Institution. 3. Energo Engineering Inc. 2007. Assessment of Fixed Offshore Platform Performance in Hurricanes Katrina and Rita. Energo Engineering Inc. USA. 4. Harish, N. 2005. Analysis of Offshore Jacket Platform. National Institute of Karbataka Surathkal. India. 5. Moan, Torgeir. 2004. Safety of Offshore Structures. Centre of Offshore Research & Engineering National University of Singapore. NUS. Singapore. 6. Mourad, Shehab. 2005. Dynamic Response of Fixed Offshore Structures Under Environmental Loads. Ain Shams University. India. 7. Murdjito. 2006. Tubular Joint of Offshore Structure. Jurnal Teknologi Kelautan. ITS. Surabaya. 8. Oil Rig Disaster, (http://www.oilrigdisasters.co.uk/) 6