Post on 11-Apr-2018
Laporan Tugas Akhir - Analisa Struktur Anjungan Lepas Pantai Tipe Tetap Jenis Tripod di Selat Makassar 5-1
Bab
5
5 Analisa Fatigue
5.1 Definisi
Struktur baja yang mengalami fluktuasi tegangan dalam jumlah yang banyak dapat
mengalami retak bahkan pada tegangan yang kecil. Fluktuasi tegangan disebabkan oleh
beban lingkungan seperti angin dan gelombang, atau getaran dari mesin. Retak kecil dapat
berkembang menjadi lebih besar dan dapat mengakibatkan kerusakan struktur. Retak kecil
tersebut diantaranya diakibatkan oleh cacat pada bahan, titik dari ketidakhomogenan lokal,
dan titik perubahan drastis dari geometri struktur. Struktur yang menggunakan sambungan
las juga rentan terhadap fatigue sehingga memerlukan pengawasan yang kontinu.
Berdasarkan API RP2A 21st edition section 5, pada analisis fatigue struktur dimodelkan
sebagai space frame untuk mendapatkan respon struktur berupa tegangan nominal member
untuk gaya gelombang yang bekerja. Analisis fatigue mengabaikan perhitungan arus
sehingga apparent wave period dan current blockage factor tidak digunakan. Digunakan nilai
wave cinematic factor 1,0 dan conductor shielding factor 1,0 untuk gelombang fatigue. Nilai
koefisien inersia (Cm) dan koefisien seret (Cd) bergantung pada level sea state sesuai
parameter Keulegan-Carpenter. Untuk gelombang kecil, dapat digunakan nilai Cm = 2,0 , Cd
= 0,8 untuk member kasar dan Cd = 0,50 untuk member halus ( smooth ). Usia desain
fatigue untuk join dan member sebaiknya minimum dua kali usia layan yang diharapkan (SF
= 2,0).
Laporan Tugas Akhir - Analisa Struktur Anjungan Lepas Pantai Tipe Tetap Jenis Tripod di Selat Makassar 5-2
Data gelombang sebaiknya diperoleh dengan mengumpulkan data sea states yang
diharapkan pada jangka waktu yang cukup panjang. Data tersebut pada akhirnya akan
diolah menjadi spektra energi gelombang dan parameter fisik bersama dengan frekuensi
kejadian. Dengan melakukan analisis fatigue, kita dapat menentukan sisa masa layan dari
sambungan las elemen silinder sebuah struktur. Terdapat beberapa parameter yang
berhubungan dengan analisis fatigue. Parameter tersebut akan dijelaskan pada bagian
berikut.
5.1.1 Kurva S-N
Kurva S-N adalah karakteristik fatigue yang umum digunakan dari suatu bahan yang
mengalami tegangan berulang dengan besar yang sama. Kurva tersebut diperoleh dari tes
spesimen baja yang diberi beban berulang dengan jumlah N siklus sampai terjadi kegagalan.
Besarnya N berbanding terbalik dengan rentang tegangan S ( tegangan maksimum –
tegangan minimum ). Kurva ini menyediakan informasi karakteristik fatigue dengan
amplitudo pembebanan konstan. Kurva S-N yang digunakan berdasarkan API RP2A 21st
edition (WSD) section 5.4. ditunjukkan pada gambar berikut :
Gambar 5.1 Kurva S-N berdasarkan API RP2A 21st edition.
Secara matematis, persamaan kurva dapat dituliskan sebagai berikut :
Laporan Tugas Akhir - Analisa Struktur Anjungan Lepas Pantai Tipe Tetap Jenis Tripod di Selat Makassar 5-3
m
ref
N−
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
ΔΔ
×=σ
σ6102 ( 5.1 )
dengan :
N : banyaknya siklus beban sampai member mengalami kegagalan.
Δσ : rentang tegangan (tegangan maksimum – tegangan minimum )
Δσref : rentang tegangan pada siklus sebanyak 2 x 106 kali.
Kurva X dapat digunakan untuk profil las terkontrol dan memiliki ketebalan cabang
sambungan kurang dari 25 mm. Untuk profil las terkontrol yang sama tetapi ketebalannya
lebih besar, perlu menggunaan koreksi efek skala. Kurva X’ dapat digunakan untuk profil las
tanpa kontrol, tetapi sesuai dengan profil dasar standar pelat ( ANSI/AWS ) dan memiliki
ketebalan cabang sambungan kurang dari 16 mm. Untuk profil pelat yang sama tetapi
ketebalannya lebih besar, perlu menggunakan koreksi efek skala. Adapun rumus koreksi efek
skala diberikan sebagai berikut :
25,0−
⎭⎬⎫
⎩⎨⎧
=o
o ttS
( 5.2)
dengan :
So : tegangan izin dari kurva S-N
t : ketebalan member cabang
to : ketebalan batas cabang
Untuk member yang berada dibawah permukaan air laut dan terdapat perlindungan katodik
serta amplitudo yang konstan, batas ketahanan terhadap fatigue (endurance limit) terjadi
sampai 2 x 108 siklus. Sambungan didaerah splash zone dapat diabaikan pada perhitungan
fatigue karena beban siklik yang terjadi akibat sea states dianggap tidak signifikan. Untuk
sambungan yang mengalami beban siklik dengan amplitudo berubah seperti yang umumnya
terjadi pada beban lingkungan, batas ketahanan terhadap fatigue dapat diasumsikan sebesar
107 untuk kurva X dan 2 x 107 untuk kurva X’. Kurva X dan X’ digunakan dengan rentang
tegangan hot spot yang sesuai dengan Stress Concentration Factor nya.
Laporan Tugas Akhir - Analisa Struktur Anjungan Lepas Pantai Tipe Tetap Jenis Tripod di Selat Makassar 5-4
5.1.2 Aturan Miner
Kurva S-N hanya menyediakan informasi untuk pembebanan dengan amplitudo konstan.
Untuk pembebanan lingkungan dengan amplitudo yang bervariasi, kurva S-N dilengkapi
dengan peraturan yang disebut Aturan Miner. Aturan ini memungkinkan perhitungan
kerusakan fatigue (D) dengan beberapa amplitudo pembebanan berbeda. Konsep kerusakan
fatigue adalah dasar dari peraturan ini.
Kerusakan fatigue (D) untuk join yang mengalami pembebanan dengan amplitudo konstan
dapat dirumuskan secara sederhana sebagai berikut :
NnD = ( 5.3 )
Dengan :
D : Kerusakan dalam 1 tahun
n : Jumlah siklus pada rentang tegangan yang bekerja.
N : Jumlah siklus pada rentang tegangan yang diizinkan sesuai kurva S-N
Apabila join mengalami pembebanan dengan amplitudo yang bervariasi, siklus pembebanan
dapat dibagi menjadi beberapa grup yang memiliki rentang tegangan yang sama. Kerusakan
fatigue yang terjadi adalah penjumlahan dari kerusakan fatigue dari masing-masing grup.
Aplikasi dari Aturan Miner dapat dirumuskan sebagai berikut :
∑=
=m
i i
i
NnD
1
( 5.4 )
Dengan :
D : Kerusakan dalam 1 tahun
ni : Jumlah siklus pada rentang tegangan yang bekerja pada grup ke-i.
Ni : Jumlah siklus pada rentang tegangan grup ke-i yang diizinkan sesuai kurva S-N
m : Jumlah pembagian grup rentang tegangan
Kerusakan fatigue sebaiknya ditinjau pada minimum empat titik disekitar sambungan
tubular. Kegagalan fatigue akan terhadi apabila nilai kerusakan fatigue (D) telah mencapai
satu. Jadi umur fatigue dari struktur besarnya adalah satu per kerusakan per tahun.
Laporan Tugas Akhir - Analisa Struktur Anjungan Lepas Pantai Tipe Tetap Jenis Tripod di Selat Makassar 5-5
5.1.3 Stress Concentration Factor (SCF)
Pada kondisi tegangan yang kompleks, terkadang tidak begitu pasti tegangan mana yang
harus digunakan untuk kurva S-N. Untuk itu, sebuah efek konsentrasi tegangan dapat
digunakan pada perhitungan tegangan yang bekerja berupa SCF. Stress Concentration
Factor (SCF) adalah perbandingan antara tegangan didaerah hot spot dengan tegangan
nominal pada penampang. Faktor ini dipengaruhi oleh besaran-besaran dari sambungan,
konfigurasi sambungan, dan load path gaya. Tegangan daerah hot spot adalah tegangan di
sekitar diskontinuitas struktur, contohnya sambungan.
Gambar 5.2 Ilustrasi daerah yang mengalami tegangan hot spot pada sambungan.
Stress Concentration Factor diperoleh dari analisis elemen hingga, pengetesan model, atau
persamaan empiris tertentu. Beberapa persaman empiris yang dikenal diantaranya Kuang,
Kellogg, Lloyds Register, dll. Persamaan SCF yang sering digunakan adalah persamaan
Efthymiou.
5.1.4 Dynamic Amplification Factor (DAF)
Dynamic Amplification Factor (DAF) harus dipertimbangkan untuk memasukkan pengaruh
dari resonansi gelombang pada struktur. Semakin dekat periode gaya dengan frekuensi
alami dari struktur, maka nilai DAF akan semakin besar. Persamaan berikut ini digunakan
untuk menghitung nilai DAF untuk masing-masing periode gelombang.
222 )2()1(1
Ω+Ω−=
ξDAF ( 5.5 )
dimana :
Laporan Tugas Akhir - Analisa Struktur Anjungan Lepas Pantai Tipe Tetap Jenis Tripod di Selat Makassar 5-6
naturalfrekuensiluargayafrekuensi
s
==Ωωω
wTπω 2
=
ss T
πω 2=
ξ = 0,05
Persamaan DAF diatas dapat diplot untuk memperlihatkan pengaruh rasio frekuensi (Ω)
terhadap amplitudo. Kurva hasil plot tersebut memperlihatkan bahwa keberadaan damping
berpengaruh sebagai berikut :
1. Apabila damping naik maka amplitudo menurun.
2. Apabila damping naik maka puncak dari kurva akan terjadi dibawah frekuensi natural.
5.1.5 JONSWAP Spectra
JONSWAP (Joint North Sea Wave Project) spectra adalah salah satu formula spektra elevasi
permukaan air yang paling banyak digunakan. Spektra ini dikembangkan berdasarkan
pengamatan di Laut Utara. Melalui spektra ini dapat diperoleh informasi mengenai
penyebaran perioda gelombang dan probabilitas penyebaran arah gelombang di laut.
Permukaan air laut yang acak sebenarnya dapat dijabarkan sebagai penjumlahan dari
beberapa gelombang laut dengan perioda dan fase tertentu ( Fourier ). Amplitudo dapat
juga derepresntasikan sebagai frekuensi. Apabila sea state / permukaan air laut ini disusun
atas sederetan gelombang dengan frekuensi tertentu, maka dalam data tersebut dapat
disajikan dalam bentuk spectrum berupa histogram amplitudo vs frekuensi. Pendekatan
statistic digunakan dalam perhitungan spektra ini sehingga spectra elevasi permukaan air
biasanya disajikan dalam bentuk Sηη ( kerapatan amplitudo2/2 ) vs frekuensi. Secara
matematis, Lewis & Allos (1990) merumuskan JONSWAP spectra sebagai berikut :
ap
ff
fgS γ
πα
ηη ⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−=
4
54
2
45exp
)2( ( 5.6 )
Dengan :
Laporan Tugas Akhir - Analisa Struktur Anjungan Lepas Pantai Tipe Tetap Jenis Tripod di Selat Makassar 5-7
a : ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ −− 22
2
2)(
expp
p
fff
σ
σ : σA untuk f ≤ fp
σB untuk f > fp
α : 103,39 mo0,687 g-1,375 Tp-2,750
γ : 2,214 x 105 mo0,887 g-1,774 Tp-3,550
σA : 1,071 x 10-3 mo-0,331 g0,662 Tp1,325
σB : 1,104 x 10-2 mo-0,165 g0,330 Tp0,660
mo : 16
2Hs
Tp : pf
1
Hs : tinggi gelombang signifikan.
Tp : perioda puncak spectral
G : percepatan gravitasi.
5.2 Metoda Analisis Fatigue
Berdasarkan API RP2A 21st edtion section 5, analisis fatigue detail sebaikya dilakukan pada
struktur lepas pantai tipe jacket. Analisis detail fatigue disarankan menggunakan metoda
analisis spektral. Metoda ini dapat menentukan besarnya respon tegangan untuk setiap
kondisi sea state. Efek dinamik juga perlu diperhitungkan untuk kondisi sea state yang
memiliki energi dekat dengan frekuensi natural platform. Meskipun demikian, metoda lain
dapat juga digunakan apabila memang dapat mewakili keadaan nyata yang terjadi.
Sebagai pengganti analisis fatigue detail, dapat digunakan analisis fatigue yang
disederhanakan untuk join tubular pada platform tipe jacket apabila kondisinya sebagai
berikut :
1. Kedalaman kurang dari 122 meter.
2. Konstruksi baja daktail.
3. Memiliki framing struktural berlebih.
4. Periode natural kurang dari 3 detik.
Laporan Tugas Akhir - Analisa Struktur Anjungan Lepas Pantai Tipe Tetap Jenis Tripod di Selat Makassar 5-8
Berikut akan dipaparkan dua metoda analisis fatigue yang dikenal yaitu analisis fatigue
deterministik dan analisis fatigue spektral.
5.2.1 Analisis Fatigue Deterministik
Analisis deterministik sesuai untuk digunakan pada struktur yang memiliki rentang antara
perioda natural dan perioda gelombang yang cukup lebar. Pada kondisi ini, respon struktur
tidak akan berada dekat dengan perioda naturalnya. Struktur tetap (fixed platform) yang
berada di laut dangkal dan memiliki perioda natural relatif kecil biasanya dapat
menggunakan analisis deterministik.
Analisis deterministik menerapkan sepenuhnya Aturan Miner seperti yang dijelaskan pada
bagian diatas. Pembebanan dikelompokkan kedalam kelompok dengan rentang tegangan
yang sama, misalnya sebanyak g kelompok. Kemudian dengan Aturan Miner dapat dihitung
kerusakan total D per satuan waktu tertentu. Apabila satuan waktu yang digunakan adalah
per tahun, maka usia fatigue adalah 1 / D tahun.
Secara skematik, analisis deterministik ditunjukkan seperti pada Gambar 5.3.
Laporan Tugas Akhir - Analisa Struktur Anjungan Lepas Pantai Tipe Tetap Jenis Tripod di Selat Makassar 5-9
Gambar 5.3 Diagram alir analisa fatigue deterministik.
Metoda analisis deterministik akan sulit dterapkan pada struktur yang tereksitasi oleh perioda beban yang dekat dengan perioda natural. Hal ini disebabkan karena sedikit saja perubahan
Data Gelombang
Metoda Perhitungan Individual Wave
Occurence
Perkiraan Nilai Ekstrem Hmax
untuk setiap arah
Distribusi Rayleigh HUntuk setiap Hs,Tz,
dan arah
Joint wave height- Distribusi perioda
Gelombang H,T,arah
Pemilihan perioda Gelombang T untuk
setiap tinggi gelombang H
Pembebanan gelombang Untuk setiap H,T,dan
arah.
Analisis struktural / tegangan untuk setiap H,T,dan
arah.
Perhitungan kerusakan Fatigue D dan
Jumlahkan untuk setiap H,T,dan arah.
Laporan Tugas Akhir - Analisa Struktur Anjungan Lepas Pantai Tipe Tetap Jenis Tripod di Selat Makassar 5-10
pada perioda pembebanan akan sangat mempengaruhi respon struktur. Permasalahan tersebut dapat diatasi dengan menggunakan metoda analisis fatigue spektral.
5.2.2 Analisis Fatigue Spektral
Analisis spektral adalah pendekatan secara statistik untuk menghitung kerusakan fatigue
untuk suatu struktur yang mengalami pembebanan dinamik yang memiliki sifat tetap secara
statistik untuk jumlah siklus tegangan yang banyak, misalnya gaya angin dan gelombang.
Analisis spektral menggunakan kurva spektrum permukaan air dan fungsi transfer. Analisis
fatigue spektral memperhitungkan distribusi aktual dari energi untuk seluruh rentang
frekuensi gelombang.
Fungsi transfer adalah perbandingan antara jumlah rentang dari respon struktur dengan
tinggi gelombang. Fungsi transfer dapat dikembangkan dengan beberapa cara yaitu
frequency domain, time domain dengan teori linier gelombang acak, dan time domain
dengan nonlinier teori gelombang acak. Bentuk akhir dari fungsi transfer ini adalah respon
spektra tegangan. Umumnya digunakan metoda frequency domain.
Secara ringkas, perhitungan analisis fatigue spektral adalah sebagai berikut :
1. Pengolahan data gelombang sampai dengan memperoleh respon spektra tegangan.
2. Perhitungan kerusakan fatigue dengan step sebagai berikut :
3. Menghitung area dibawah kurva / zeroth moment (mo)
dfSmo ∫∞
=0
σσ
( 5.7 )
4. Menghitung second moment (m2)
dffSm ∫
∞
=0
22 σσ
( 5.8 )
5. Menghitung mean zero crossing period (Tz)
2mmTz o=
( 5.9 )
6. Menghitung banyaknya siklus selama T
Laporan Tugas Akhir - Analisa Struktur Anjungan Lepas Pantai Tipe Tetap Jenis Tripod di Selat Makassar 5-11
TzTn =
( 5.10 )
7. Menghitung tegangan efektif amplitudo konstan (σefr)
m
oefrmm
/15,0
22)8( ⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
Γ=σ ( 5.11 )
8. Memilih kurva S-N
9. Menghitung kerusakan fatigue (D)
∑=
=m
i i
i
NnD
1 ( 5.12 )
10. Menghitung usia fatigue. Usia fatigue = 1/D, dengan D dihitung per tahun.
5.3 Analisis Fatigue
Analisis fatigue dari flatform oyong santos ini dilakukan dengan bantuan program SACS.
Output dari program ini adalah menghasilkan usia layan baik di joint maupun di member
akibat pengaruh fatigue. Dari output ini dapat dianalisis lamanya usia layan dari flatform
tersebut, dan apabila akan diperpanjang usia layannya, analisis fatigue ini dapat menjadi
acuan perancangan selanjutnya. Untuk memperoleh output tersebut, penting untuk dipelajari
bagaimana program SACS ini menganalisis fatigue.
5.3.1 Acuan Pemodelan
Adapun acuan yang dipakai dalam analisis fatigue, terkait dengan program SACS :
1. Analisis berdasarkan analisis deterministik
2. Stress concentration factor (SCF) dihitung secara otomatis oleh program SACS, dengan
menggunakan teori persamaan Efthymiou. Perhitungan SCF ini berdasarkan API.
3. Batas atas dan/atau batas bawah SCF harus didefinisikan secara manual.
4. Kurva S-N, untuk memperoleh kerusakan fatigue, terdapat pada program SACS, dengan
menginput jenis kurva S-N yang digunakan. Pada kasus ini digunakan sumber dari kurva
X dari API RP2A 20th seperti pada Gambar 5.1.
5. Joint yang kritis terhadap kerusakan fatigue harus didefinisikan sebagai input data.
Laporan Tugas Akhir - Analisa Struktur Anjungan Lepas Pantai Tipe Tetap Jenis Tripod di Selat Makassar 5-12
6. Properti non-tubular dan plat tidak diperhitungkan dalam analisis fatigue.
7. Program SACS secara otomatis akan mendifinisikan tipe sambungan pada joint, yang
kemudian akan dihitung nilai SCF nya sesuai dengan tipe sambungan tersebut.
8. Rentang tegangan (stress range) diperoleh dari analisis wave response. Analisis ini
dilakukan dengan acuan tinggi gelombang yang bervariasi.
9. Untuk joint yang memiliki usia layan kurang dari usia desain, akan dipilih secara
otomatis oleh fatigue dengan menggunakan fasilitas fatigue interaktif.
10. Beban siklus, dimana beban ini adalah yang paling dominan dalam analisis fatigue (pada
umumnya gelombang) akan diperoleh dengan menginput data scatter diagram.
5.3.2 Prosedur Analisis Fatigue
1. Pada setiap sambungan, program secara langsung akan mendapatkan member yang
berpengaruh terhadap sambungan tersebut.
2. Jika sambungan terdiri dari 2 atau lebih elemen tubular, maka program akan
menentukan, mana yang sebagai chord dan mana yang sebagai brace, dengan patokan
elemen yang memiliki ketebalan tubular paling besar dianalisis sebagai chord.
Gambar 5.4 Sketsa definisi brace dan chord.
3. Pada setiap kombinasi chord-brace, program akan menentukan mana dari sambungan
tersebut yang coplanar (dengan toleransi ±22.5 derajat). Sambungan tersebut
diklasifikan berdasarkan geometri. Klasifikasi berupa sambungan bentuk “Y”, “T”, “X”,
“K”, atau “TK”.
Laporan Tugas Akhir - Analisa Struktur Anjungan Lepas Pantai Tipe Tetap Jenis Tripod di Selat Makassar 5-13
4. SCF diperhitungkan sesuai dengan klasifikasi dari sambungan, dan teori perhitungan SCF
didefinisikan sebagai input. Analisis SCF dilakukan pada 8 titik didaerah sambungan yang
sedang dianalisis. Formula perhitungan SCF :
)cossin]sincos[()( 22 φφφφφ bccbssasaca CfCfCCfDAFf +++= ( 5.13 )
Dimana :
DAF = dynamic amplification factor
f(φ ) = tegangan terpusat dari brace atau chord
fa = tegangan aksial nominal pada brace
fc = tegangan bending nominal brace pada crown
fs = tegangan bending nominal brace pada saddle
Cac = SCF aksial brace atau chord pada crown
Cas = SCF aksial brace atau chord pada saddle
Cbc = SCF bending brace atau chord pada crown
Cbs = SCF bending brace atau chord pada saddle
φ = Sudut antaa brace dengan crown
5. Nilai SCF yang dikombinasikan dengan beban lainnya merupakan input data untuk
mendapatkan rentang tegangan siklus terpusat (cyclic concentrated stress ranges).
a. Pada setiap karakteristik gelombang (kombinasi dari tinggi dan periode gelombang)
dimana gelombang merupakan representasi beban siklus pada struktur, steady state
analisis dinamik digunakan. Gaya dan momen internal pada brace dihitung pada
beberapa waktu dimana gelombang menumbuk platform. Perhitungan tegangan
pada fatigue (termasuk efek tegangan terpusat), dianalisis pada 8 titik disekeliling
sambungan. Selisih antara tegangan maksimum dan tegangan minimum dari
tegangan terpusat diperhitungkan pada setiap titik, yang menghasilkan rentang
tegangan. Nilai rentang tegangan maksimum dari setiap titik merupakan ”hot spot”
rentang tegangan (hot spot stress range).
b. Prosedur diatas hanya bisa dilakukan jika analisis statik dan atau analisis dinamik
sudah dilakukan untuk setiap posisi dari setiap gelombang. Dari analisis ini akan
didapat dynamic amplification factor (DAF).
Laporan Tugas Akhir - Analisa Struktur Anjungan Lepas Pantai Tipe Tetap Jenis Tripod di Selat Makassar 5-14
6. Kerusakan fatigue diperoleh dari rentang tegangan yang dihitung pada setiap kasus
fatigue, berdasarkan teori kegagalan Palmgren-Miner dan kurva S-N.
5.3.3 Prosedur Pembuatan Tegangan Siklus
Sebelum dilakukannya analisis fatigue dengan menggunakan program SACS, tegangan siklus
harus diperoleh terlebih dahulu. Berikut langkah-langkah untuk memperoleh tegangan siklus:
1. Efek dinamik (dynamic effects)
Langkah pertama dalam analisis fatigue, baik analisis spektral maupun deterministik,
adalah memperhitungkan efek dinamik. Hal ini bisa diperoleh dengan menggunakan
bantuan Dynpac program. Linearisasi pondasi dilakukan, dengan menggunakan
foundation superelement.
2. Beban siklus (cyclic loading)
Selama umur bangunan struktur, bangunan lepas pantai mendapat pengaruh beban
lingkungan dan juga beban selama operasi yang bervariasi. Beberapa dari beban
tersebut ada yang bersifat berulang (cyclic) seperti gelombang, arus, peralatan pada
deck, dan ada juga yang bersifat tidak berulang, seperti beban arah gravitasi, gaya
apung, beban hidup. Fatigue pada struktur merupakan akibat dari banyaknya beban
yang bekerja berulang-ulang, terakumulasi menjadi beban siklus. Jumlah dari gaya
siklus yang bekerja dinamakan total fatigue environment. Dalam struktur bangunan
lepas pantai, pada umumnya beban siklus yang paling berpengaruh terhadap fatigue
adalah gelombang dan arus.
5.3.4 Beban Fatigue (Fatigue Loading)
Kondisi fatigue diperoleh dari akumulasi beban siklus, bekerja pada struktur sehingga
menyebabkan terjadinya kerusakan fatigue. Kondisi fatigue dibuat dalam program SACS
dengan mendefinisikan fatigue file input (FTCASE). Prosedur perhitungan fatigue tergantung
kepada tipe analisis, dalam hal ini digunakan analisis deterministik. Untuk kasus analisis
deterministik digunakan data kejadian gelombang individu dalam jangka waktu 1 tahun.
Tabel 5.1 merupakan tabel persentase kejadian pada tinggi gelombang dan periode
tertentu.
Laporan Tugas Akhir - Analisa Struktur Anjungan Lepas Pantai Tipe Tetap Jenis Tripod di Selat Makassar 5-15
Tabel 5.1 Kejadian Gelombang Di Sekitar Platform Dalam 1 Tahun.
Sig. Wave Height
Peak Period
N NE E SE S SW W NW
(ft) (sec) 0° 45° 90° 135° 180° 225° 270° 315°6,0-6,5 5,74 88 25 56 38 176 69 94 755,5-6,0 5,5 92 59 118 85 367 137 98 795,0-5,5 5,27 683 205 424 307 1339 430 738 5944,5-5,0 5,03 2555 966 1975 1417 6212 2333 2755 22264,0-4,5 4,76 10906 3093 6330 4545 19891 6118 9658 78053,5-4,0 4,48 22821 8357 17092 12279 53229 18313 16321 216883,0-3,5 4,16 64644 18182 37203 26732 117000 47544 57782 562932,5-3,0 3,85 95938 37664 77068 55365 242275 90954 128478 836232,0-2,5 3,47 195147 60339 123458 88703 388115 145660 210398 1700401,5-2,0 3,09 318990 85748 175456 126524 551650 207029 343806 2779811,0-1,5 2,57 330724 100786 206195 148202 648420 243315 356498 2881400,5-1,0 1,99 395095 120392 246392 176997 774633 290714 425849 3442610,0-0,5 1,2 318600 97080 198660 142740 624600 234450 343500 277620
5.4 Hasil Analisa Fatigue
5.4.1 Periode Natural
Periode natural dari struktur ini didapat dari analisis ragam (analisis modal).
a. Periode natural mode 1 sebesar 2.0965 detik b. Periode natural mode 2 sebesar 2.0324 detik c. Periode natural mode 3 sebesar 0.9976 detik
Ketiga nilai ini akan digunakan sebagai input data dalam analisis beban siklik akibat
gelombang. Seperti yang sudah dijelaskan pada bab 2, bahwa apabila periode natural dari
struktur mendekati periode dari gelombang maka nilai dynamic amplification factor akan
mengalami pertambahan yang cukup tinggi.
Berdasarkan teori tersebut nilai periode natural dari struktur dijadikan input data dalam
perhitungan beban siklik, sehingga akan memberikan respon yang paling maksimum dalam
perhitungan fatigue. Besarnya pengaruh periode natural struktur terhadap besarnya beban
siklik dapat dilihat dari kurva transfer function. Nilai periode natural yang digunakan pada
analisa fatigue ini menggunakan periode natural mode ke 3 karena nilainya memberikan
hasil maksimum namun tetap berada pada zona aman jacket. Untuk nilai DAF yang
digunakan dalam pemodelan dapat dilihat pada Tabel 5.2.
Laporan Tugas Akhir - Analisa Struktur Anjungan Lepas Pantai Tipe Tetap Jenis Tripod di Selat Makassar 5-16
Tabel 5.2 Nilai Dynamic Amplification Factor (DAF)
Rentang Tinggi Gelombang
Periode Ω DAF
0,0 ‐ 0,5 1,2 0,831 10,361013 0,5 ‐ 1,0 1,99 0,501 1,7827173 1,0 ‐ 1,5 2,57 0,388 1,3858269 1,5 ‐ 2,0 3,09 0,323 1,2459983 2,0 ‐ 2,5 3,47 0,287 1,1881291 2,5 ‐ 3,0 3,85 0,259 1,1489864 3,0 ‐ 3,5 4,16 0,240 1,1256398 3,5 ‐ 4,0 4,48 0,223 1,1069703 4,0 ‐ 4,5 4,76 0,210 1,0939098 4,5 ‐ 5,0 5,03 0,198 1,0834934 5,0 ‐ 5,5 5,27 0,189 1,0756459 5,5 ‐ 6,0 5,5 0,181 1,0691342 6,0 ‐ 6,5 5,74 0,174 1,0632085
5.4.2 Usia Layan Fatigue
Dari hasil analisa fatigue deterministik, akan didapatkan usia layan dari masing-masing joint
pada jacket yang dimodelkan. Usia layan ini berguna dalam penentuan lokasi inspeksi
maupun perkiraan daerah rawan pada perencanaan suatu anjungan lepas pantai. Pada
analisa fatigue ini terdapat 13 titik yang berpotensi mengalami kerusakan karena memiliki
usia layan kurang dari usia desain platform yaitu selama 40 tahun. Hasil analisa tersebut
dapat dilihat pada Tabel 5.3.
Joint Group Member
Service Life (yr)
1020 A33 35,432
1067 A42 6.9161068 A42 6.5071091 A52 8.4241094 A52 8.773
Adapun penyebab kurangnya usia layan pada joint-joint tersebut adalah :
1. Distribusi besarnya beban siklik gelombang mencapai nilai yang maksimum pada
permukaan laut dan mencapai minimum pada dasar laut. Atas dasar teori tersebut,
dapat dianalisis bahwa joint yang memiliki usia layan kurang dari design life berada
pada daerah dekat dengan permukaan laut. Sehingga tegangan yang diterima joint
tersebut cukup besar.
Laporan Tugas Akhir - Analisa Struktur Anjungan Lepas Pantai Tipe Tetap Jenis Tripod di Selat Makassar 5-17
2. Ketebalan can pada joint tersebut telalu tipis, sehingga kemampuan dalam menahan
tegangan yang terjadi tidak optimal.
Untuk mengetahui posisi joint-joint yang memiliki service live kurang dari 40 tahun dapat
dilihat pada Gambar 5.1 sampai 5.3.
Dari hasil yang didapatkan, terdapat beberapa joint dari bracing horisontal yang terdapat di
elevasi -52.50 ft, -87.50 ft, dan -127.50 ft, yang memiliki usia layan kurang dari 40 tahun,
sehingga perlu dilakukan perbaikan struktur berupa penebalan dimensi member pada joint-
joint yang kritis.
Laporan Tugas Akhir - Analisa Struktur Anjungan Lepas Pantai Tipe Tetap Jenis Tripod di Selat Makassar 5-18
Gambar 5.1 Fatigue life plot pada Plan -127.5 ft.
Gambar 5.2 Fatigue life plot pada Plan -87.5 ft.
Laporan Tugas Akhir - Analisa Struktur Anjungan Lepas Pantai Tipe Tetap Jenis Tripod di Selat Makassar 5-19
Gambar 5.3 Fatigue life plot pada Plan -52.5 ft.