JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-5 1 Kajian Buoyancy Tank Untuk Stabilitas Fixed Offshore Structure Tipe Tripod Platform saat Kinerja Pondasi Menurun Herdanto Praja Utama, Wisnu Wardana dan Rudi Walujo Prastianto Teknik Kelautan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail: wisnu@oe.its.ac.id Abstrak Pondasi pile mempunyai fungsi yang sangat vital dalam pengoperasian suatu fixed offshore structure. Hal ini dikarenakan pondasi pile menopang keseluruhan beban struktur untuk menjaganya agar tetap stabil. Jika dalam masa pengoperasianya struktur platform diberikan penambahan jumlah beban serta terjadi pengurangan daya dukung tanah maka tidak menutup kemungkinan struktur akan mengalami kemiringan. Oleh karena itu perlu tindakan pencegahan dengan memberikan buoyancy tank kepada struktur kaki platform. Hal yang ditinjau dalam penelitian ini adalah nilai pile axial load, safety factor dan unity chek pada analisa pile. Nilai unity check pada pile sebelum adanya penambahan buoyancy tank yaitu PL 1, PL 2 dan PL 3 masing masing adalh 0,74 0,78 dan 0,89. Dari aspek nilai tersebut terlihat struktur pile PL 3 yang akan diberikan Buoyancy Tank. Hal itu dikarenakan nilai unity check pada PL 3 mendekati nilai 1. Diberikan dua model pemasangan buoyancy tank yaitu secara vertikal dan horisontal. Dari hasil analisa dapat disimpulkan bahwa model pemasangan vertikal lebih efektif bila dibandingkan dengan model horisontal. Hal ini dikarenakan model vertikal lebih fokus memberikan gaya angkat pada satu kaki platform. Berbeda dengan model horisontal yang memberikan efek gaya engkat merata pada setiap kaki platform. Penempatan dan ukuran buoyancy tank yang paling optimal dari beberapa model adalah model buoyancy tank yang dipasang secara vertikal yaitu pada model 6 dengan diameter 120 inch, tebal 0,7 dan dipasang pada kedalaman 98 feet. Nilai perubahan pile axial load pada model 6 adalah sebesar 15,57% kemudian nilai unity check dan safety factornya adalah sebesar 0,75 dan 2,65. Besar biaya yang dibutuhkan untuk pemasangan dan pembuatan model 6 adalah sebesar Rp 400.000.000,00. Kata Kunci Buoyancy Tank, pile axial load, safety factor dan unity chek. I. PENDAHULUAN truktur lepas pantai bisa dalam bentuk terpancang Sataupun terapung [1]. Keduanya sama-sama bisa dipergunakan sebagai tempat penyimpanan, produksi, maupun pemindahan muatan minyak dan gas. Dalam usaha mengoptimalkan potensi tersebut perlu dilakukan pemanfaatan dan pengelolaan yang baik dan optimal. Banyak persyaratan dan kriteria yang harus dipenuhi untuk sebuah instalasi struktur lepas pantai terpancang. Selain kemampuan struktur lepas pantai dalam menerima beban sendiri maupun beban lingkungan, daya dukung tanah juga merupakan salah satu faktor terpenting. Atas dasar tersebut, maka dikenal adanya teknologi anjungan lepas pantai [2]. Pondasi pile mempunyai fungsi yang sangat fital dalam pengoperasian suatu fixed offshore structure. Hal ini dikarenakan pondasi pile menopang keseluruhan beban struktur untuk menjaganya agar tetap stabil. Jika dalam masa pengoperasianya struktur diberikan penambahan jumlah beban serta terjadi pengurangan daya dukung tanah maka tidak menutup kemungkinan struktur akan mengalami kemiringan. Struktur yang awalnya berdiri tegak akan menjadi miring dan lambat laun akan roboh karena kehilangan stabilitas. Dari aspek itulah perlu adanya solusi agar struktur itu tetap stabil. Struktur fixed offshore structure perlu dianalisa ulang untuk mengetahui bagian kaki struktur mana yang ditengarai mengalami penurunan performa atau terjadi kemiringan khususnya pondasi pilenya. Setelah diketahui, maka diberikanlah suatu alternatif agar struktur tetap stabil dan tidak mengalami penambahan kemiringan dengan buoyancy tank. Buoyancy tank akan dipasangkan menempel pada struktur kaki yang mengalami penurunan kinerja pada pondasi pilenya. Buoyancy tank diharapkan mampu menjaga kaki struktur agar tetap stabil dan tidak bertambah miring akibat adanya penambahan beban dan pengurangan daya dukung tanah. II. TINJAUAN PUSTAKA Anjungan lepas pantai adalah suatu bangunan yang terletak di daerah lepas pantai, yang digunakan untuk pengambilan, pengolahan, dan penyimpanan minyak dan gas bumi. Sruktur anjungan lepas pantai dapat dibedakan jenisnya berdasarkan kontruksi dan lama pemakaian [3]. Anjungan lepas pantai dibagi menjadi tiga jenis yaitu jenis struktur yang terpancang, struktur yang terapung dan struktur lentur. Dalam tulisan ini struktur yang akan dibahas adalah struktur terpancang fixed offshore structure tipe tripod platform. Tripod platform merupakan struktur jacket yang memiliki tiga kaki. Jacket sendiri memiliki pengertian konstruksi substruktur baja yang terbuat dari pipa-pipa yang berfungsi sebagai template untuk pilling, berdiri mulai dari dasar laut sampai menjulang di atas permukaan laut. Bagian ini merupakan bagian yang tercelup air yang berfungsi sebagai selubung untuk guidance pile dan penahan gaya lateral guna kestabilan konstruksi. Pada struktur terpancang, pile berperan menahan struktur agar struktur tetap stabil pada posisinya. Namun tidak menutup kemungkinan pada saat pengoperasian suatu platform kinerja pile akan menurun sehingga dapat membuat kondisi platform menjadi miring. Beberapa hal yang dapat membuat struktur tersebut menjadi miring seperti adanya gempa, penambahan beban yang berlebihan, adanya penurunan daya dukung tanah, dan lain sebagainya.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-5 2 III. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Skenario Pemasangan Buoyancy Tank pada Kaki Jacket Pada pemasangan buoyancy tank ada dua model pemasangan buoyancy tank. Model pemasangan yang pertama adalah secara vertikal dan model pemasangan yang kedua adalah secara horisontal. Dua model pemasangan ini, yaitu model vertikal dan horisontal diaplikasikan pada struktur jacket untuk memberikan gaya angkat pada struktur kaki jacket sehingga diupayakan akan memberikan efek yang positif pada struktur kaki yang ditengarai mengalami pengurangan daya dukung tanah. Dibawah ini adalah tabel pile axial capacity dan safety factor sebelum adanya penambahan struktur buoyancy tank. Tabel 1. dan Safety PL1 1973.3 732.1 2.70 0,74 PL2 1973.3 771.2 2.56 0,78 PL3 2841.9 1269.1 2.20 0,89 Seperti terlihat pada tabel 1 dan Safety. Hal yang akan ditinjau adalah nilai unity check pada setiap pilenya. Nilai unity check pada PL 1, PL 2 dan PL 3 masing masing adalh 0,74 0,78 dan 0,89. Dari masing-masing nilai tersebut terlihat perbedaan, dimana nilai unity chek pada PL 3 tersebut adalah yang paling mendekati nilai 1. Dengan pertimbangan tersebut maka dilakukan suatu usaha untuk memberikan perubahan yang positif yaitu memberikan beberapa model buoyancy tank dengan pemasangan secara vertikal dan horisontal. B. Pemodelan Buoyancy Tank Secara Vertikal dan Horisontal Pada permodelan vertikal, struktur buoyancy tank menempel pada struktur kaki jacket dengan tambahan pengait yang berbentuk klem. Buoyancy tank dipasangkan pada salah satu struktur kaki jacket yang mendekati kritis pada nilai unity checknya karena ditengarai mengalami penurunan daya dukung tanah. Untuk pemodelan buoyancy tank ini, digunakan 3 model buoyancy tank dengan ukuran diameter yang berbeda yaitu dengan diameter 60 inch kapasitas 21,53 m 3, 90 inch kapasita 48,88 m 3, dan 120 inch kapasitas 86,12 m 3. Pada permodelan horisontal, struktur buoyancy tank menempel pada struktur brace dengan tambahan pengait yang berbentuk klem. Buoyancy tank dipasangkan pada dua sisi jacket yang berhadapan. Struktur buoyancy tank yang dipasang horisontal ini diupayakan untuk memberikan perbandingan hasil dari pemasangan vertikal. Akan dianalisa bagaimana kedua model yaitu vertikal dan horisontal mampu memberikan efek yang lebih baik dan bagaimana dampak positif dan negatifnya. Untuk pemodelan buoyancy tank ini, digunakan tiga model buoyancy tank dengan ukuran diameter yang berbeda yaitu dengan diameter 40 inch, 60 inch dan 80 inch. C. Model Vertikal dan Horisontal Pada pemodelan buoyancy tank digunakan software SAC 5.2. Model buoyancy tank dimodelkan dengan tipe struktur tubular Non-flooded. Terdapat dua model pemasangan buoyancy tank yaitu model pemasangan secara vertikal dan horisontal. Bila ditinjau secara lebih detail, Dari beberapa model buoyancy tank yang dimodelkan dengan software SAC 5.2. Perubahan nilai tersebut bervariasi dengan pengaruh ukuran, tempat pemasangan, dan model pemasangan baik itu secara horisontal ataupun secara vertikal. Hal ini dikarenakan gaya angkat buoyancy tank smakin besar jika kapasitas tangki juga semakin besar. Dalam hal penempatan buoyancy tank pada struktur kaki juga dapat mempengaruhi besar gaya angkatnya, pada penempatan struktur buoyancy tank secara vertikal dapat diketahui dari hasil running software SAC 5.2 memiliki pengaruh yang cukup signifikan bila dibandingkan dengan penempatan struktur buoyancy tank yang horisontal. Hal tersebut dapat dibuktikan pada data listing SAC 5.2 untuk setiap model. Gambar 1. Model vertikal dan horisontal D. Ukuran Buoyancy Tank Buoyancy tank untuk setiap model pemasangan memiliki variasi yaitu kedalaman pemasangan, ukuran diameter, ketebalan, dan panjang. Sehingga akan memberikan variasi pula pada kapasitas volume tangki yang akan menjadi buoyancy tank. Berikut rumus untuk menghitung kapasitas tangki. Untuk mengetahui variasinya secara lengkap, dapat dilihat pada tabel berikut ini. V = Volume tangki Π = 3,14 r 2 = jari jari tabung L = panjang tabung V = Π r 2 L (1)
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-5 3 Tabel 2. Ukuran Buoyancy Tank vertikal pada Setiap Elevasi Tabel 4. Nilai Hoop Stress dan Critical Hoop Buklin Stress Tabel 3. Ukuran Buoyancy Tank Horisontal pada Setiap Elevasi Untuk struktur tubular member, besar tegangan hoop stress karena pengaruh tekanan hidrostatis tidak boleh melebihi besar tegangan critical hoop buckling stress dibagi dengan faktor keamanan yang sesuai [5]. Berikut rumusnya: fh Fhc/SFh (3) Dari beberapa variasi tersebut dapat diketahui diameter, ketebalan dan kedalaman pemasangan untuk setiap modelnya. Kedalaman pemasangan akan memberikan pengaruh terhadap tekanan hidostatiknya. Hal ini juga akan mempengaruhi kuat atau tidaknya struktur buoyancy tank dalam menahan tekanan hidrostatik. Dalam mendesain struktur yang berbentuk silinder atau tubular, pertimbangan kekuatan terutama terhadap tekanan dari luar struktur harus diperhatikan mengingat struktur ini dipasang pada media air yang memiliki tekanan yang berbeda-beda pada setiap kedalamanya. Dari pertimbangan pengaruh tekanan hidrostatik, maka perlu dihitung kekuatan struktur buoyancy tank untuk setiap modelnya. Untuk mengetahui struktur buoyancy tank tersebut dapat dikatakan memenuhi standar apabila nilai hoop stress yang disebabkan oleh tekanan hidrostatik (fh) harus kurang dari nilai hoop bukling stress dibagi dengan safety factor. Seperti diketahui pada tabel 4.8 diatas, nilai (fh) untuk masing-masing model lebih kecil dari nilai (F hc /SF). Hal ini membuktikan bahwa model memenuhi standar untuk dipasangkan pada masing-masing kedalaman yang telah ditentukan [4]. Tekanan hydostatik yang bekerja pada sebuah member digunakan rumus: Po = tekanan hydrostatik γ = berat jenis air b = kedalaman Pa = tekanan atmostfer Po= γb+pa (2) fh = pd/2t (4) fh = hoop stress yang disebabkan oleh tekanan hidrostatis Fhc = critical hoop bukling stress SFh = faktor kemanan p = tekanan hidorstatis D = diameter t = tebal silinder Dari pertimbangan pengaruh tekanan hidrostatik, maka perlu dihitung kekuatan struktur buoyancy tank untuk setiap modelnya. Untuk mengetahui struktur buoyancy tank tersebut dapat dikatakan memenuhi standar apabila nilai hoop stress yang disebabkan oleh tekanan hidrostatik (fh) harus kurang dari nilai hoop bukling stress dibagi dengan safety factor. Seperti diketahui pada tabel 4 diatas, nilai (fh) untuk masing-masing model lebih kecil dari nilai (F hc /SF). Hal ini membuktikan bahwa model memenuhi standar untuk dipasangkan pada masing-masing kedalaman yang telah ditentukan. E. Hasil Output Setelah Diberikan model Buoyancy Tank Tabel 5. Model Buoyancy Tank Vertikal PL1 1973.3 757,3 2.61 0,77 PL2 1973.3 796 2.48 0,81 PL3 2841.9 1071,5 2.65 0,75
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-5 4 Tabel 6. Model Buoyancy Tank Horisontal PL1 1973.3 700,3 2.82 0,71 PL2 1973.3 742,8 2.66 0,75 PL3 2841.9 1187,1 2.39 0,84 Hal tersebut dapat dibuktikan pada data listing SAC 5.2 untuk setiap model. F. Metode Pemasangan Buoyancy Tank Pembutan buoyancy tank dilakukakan di galangan atau fabrikasi. Setelah buoyancy tank selesai dibuat di galangan atau fabrikasi, kemudian dibawa ke lokasi anjungan lepas pantai yang akan dipasang buoyancy tank dengan kapal pengangkut. Setelah buoyancy tank sampai pada anjungan lepas pantai, kemudian buoyancy tank dipersiapkan untuk dipasang. Pemasangan dilakukan dengan cara menenggelamkan buoyancy tank dan dikaitkan pada struktur kaki jacket dengan sistem klem khusus. Pemasangan buoyancy tank dilakukan dengan bantuan crane dan para penyelam. Setelah terpasang di struktur kaki jacket dan dinyatakan sudah siap kemudian buoyancy tank diisi udara dengan bantuan kompressor. G. Besar Biaya untuk Masing-Masing Buoyancy Tank Tabel 7. Besar Biaya Masing-Masing Buoyancy Gambar 2. Presentase pengurangan axial load model vertikal Gambar 3. Presentase pengurangan axial load model horisontal Nilai pile axial load, safety factor dan unity chek yang akan ditinjau setelah diberikan buoyancy tank adalah PL 3. Pemasangan struktur buoyancy tank memberikan efek yang positif terhadap nilai-nilai tersebut. Bila dilihat pada tabel di atas jelas terlihat Model vertikal lebih efektif daripada model horisontal. Nilai perubahan pile axial load pada model vertikal adalah sebesar 15,57%. Sedangakan nilai perubahan pile axial load pada model horisontal adalah sebesar 6,46%. Bila ditinjau secara lebih detail, Dari beberapa model buoyancy tank yang dimodelkan dengan software SAC 5.2. Perubahan nilai tersebut bervariasi dengan pengaruh ukuran, tempat pemasangan, dan model pemasangan baik itu secara horisontal ataupun secara vertikal. Hal ini dikarenakan gaya angkat buoyancy tank smakin besar jika kapasitas tangki juga semakin besar. Dalam hal penempatan buoyancy tank pada struktur kaki juga dapat mempengaruhi besar gaya angkatnya, pada penempatan struktur buoyancy tank secara vertikal dapat diketahui dari hasil running software SAC 5.2 memiliki pengaruh yang cukup signifikan bila dibandingkan dengan penempatan struktur buoyancy tank yang horisontal. Dalam menentukan besar biaya buoyancy tank, diasumsikan dengan mengalikan berat buoyancy tank dengan harga baja per kilogramnya. Harga baja yang digunakan yaitu Rp 8.200,00 per kilogramnya. Semakin berat massa baja maka akan semakin besar biaya yang dikeluarkan. Sedangkan untuk Biaya pemasangan, perhitunganya dengan mengasumsikan harga satu tim penyelam per jamnya yaitu sebesar Rp 1.850.000,00. Sehingga dengan data jumlah tim dan lama pengerjaan maka akan diketahui biaya pemasanganya. Untuk total biaya keseluruhan adalah penjumlahan dari harga buoyancy tank dan biaya pemasangan. Sehingga semakain banyak tim penyelam dan lama waktu yang dibutuhkan maka akan semakin besar biaya yang dibutuhkan.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-5 5 IV. KESIMPULAN/RINGKASAN Setelah dilakukan pemodelan, perhitungan dan analisa maka dapat ditarik kesimpulanbahwa: 1. Kondisi platform setelah dilakukan inplace analysis diketahui bahwa struktur pile PL 3 nilai unity check dan safety factornya adalah sebesar sebesar 0,89 dan 2,20. 2. Pemberian buoyancy tank pada struktur jacket platform memberikan perubahan pada nilai pile axial load, unity check, dan safety factor karena adanya pengaruh gaya angkat. 3. Penempatan dan ukuran buoyancy tank yang paling optimal dari beberapa model adalah model buoyancy tank yang dipasang secara vertikal yaitu pada model 6 dengan diameter 120 inch, tebal 0,7 dan dipasang pada kedalaman 98 feet. 4. Besar nilai unity check dan safety factor pada pile setelah diberikan buoyancy tank model 6 secara vertikal adalah sebesar 0,75 dan 2,65. 5. Besar biaya keseluruhan pada model 6 adalah sebesar Rp 400.000.000,00 UCAPAN TERIMA KASIH Pertama saya bersyukur kepada Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayahnya sehingga saya bisa menyelesaikan tugas akhir ini. Saya ucapkan terima kasih kepada Bapak, Ibu, dan adik-adik saya yang selalu memberikan semangat dalam mengerjakan tugas akhir ini. Tidak lupa saya ucapkan terima kasih kepada dosen pembimbing saya, Bapak Wisnu dan Bapak Rudi yang senantiasa memberikan pengarahan, sehingga saya bisa menyelesaikan Tugas akhir ini. DAFTAR PUSTAKA [1] Chakrabarti, S.K., 1987, Hydrodynamics of Offshore Structures, Computational Mechanics Publications Southampton. Boston, USA. [2] Dianiswara, A. 2011. Analisa Tegangan Skirt Pada Kondisi Beban Operasional dan Ekstrem, Tugas Akhir. Surabaya. [3] Murdjito. (2003). Conceptual Design and Offshore Structure. Kursus Singkat Offshore Struktur Design and Modelling. Ocean Engineering Training Center, Surabaya. [4] Dawson, T. H., 1983, Offshore Structural Engineering, Prentice- Hall, Inc. New Jersey. [5] American Petroleum Institute. 2000. Recommended Practice For Planning and Constructing Fixed Offshore Platform-Working Stress Design, API Recommended Practice 2A (RP 2A) WSD, Washington.