BAB 2 DASAR TEORI 2.1 SENSITIVITY...

Sensitivity Analysis Struktur Anjungan Lepas Pantai Terhadap Penurunan Dasar Laut

BAB 2

DASAR TEORI

2.1 SENSITIVITY ANALYSIS

Sensitivty Analysis adalah suatu analisis untuk menghitung dan memeriksa suatu

konstruksi terhadap perubahan dari lingkungan sekitarnya. Dalam laporan ini,

suatu platform akan dianalisis sensivitasnya akibat perubahan ketinggian muka air

laut yang terjadi. Sensitivitas yang dimaksud adalah perubahan ketahanan

strukturnya yang meliputi kemampuan layan, usia layan fatigue, dan ketahanan

terhadap gempa bumi.

2.2 FAKTOR DALAM PERENCANAAN ANJUNGAN LEPAS PANTAI

2.2.1 Faktor Fungsional Salah satu kriteria dalam menganalisis suatu anjungan adalah mengetahui fungsi

anjungan, misalnya untuk produksi, penyimpanan, material handling, jumlah

sumur bor, tipe pemboran, dan lain-lain. Konfigurasi anjungan yang dikehendaki

juga harus dapat difabrikasi dengan perlengkapan pemasangan yang tersedia.

2.2.2 Kondisi Lingkungan Tahap ini merupakan analisis terhadap faktor-faktor lingkungan yang akan

menyebabkan terjadinya gaya pada anjungan. Faktor tersebut diantaranya

kedalaman air, kondisi air pasang, tinggi gelombang badai, kecepatan angin badai,

gempa bumi, kondisi es, kecepatan arus, dan lainnya.

2.2.3 Faktor Pondasi Karakteristik tanah dan dasar laut merupakan faktor penting yang harus

diperhatikan. Data lain yang perlu diketahui misalnya sejarah geologi, data

2 - 1


pemboran tanah, hasil eksperimen pemancangan pile, dan lain-lain. Diperlukan

interpretasi data yang tepat dari hasil eksperimen untuk mengetahui pengaruhnya

terhadap struktur di atas pondasi.

2.2.4 Faktor Struktural Tahap selanjutnya adalah analisis dari strukturnya. Jumlah dek dan konfigurasi

struktur perlu ditentukan agar dapat memikul beban operasional dan ekstrim yang

bekerja. Pada tahap ini, keamanan dan kelayakan penggunaan anjungan harus

sudah pasti. Pengolahan interpretasi data diolah pada tahap ini juga.

2.2.5 Fabrikasi dan Instalasi Pola dan urutan penempatan komponen struktur dalam proses pembangunan, pola

instalasi, transportasi dek, jaket dan perlatan harus menjadi criteria dalam

perencanaan dan desain struktur. Pertimbangan ekonomoi dan kemudahan

pelaksanaan juga menjadi dasar pemikiran struktur pada tahap ini.

2.3 PERENCANAAN PEMBEBANAN

Anjungan harus dapat menopang beban yang bekeja. Beban-beban dalam

perhitungan bergantung pada analisis yang dilakukan. Desain sebuah anjungan

memperhitungkan semua beban dari saat konstruksi hingga masa layan dalam

analisis. Namun, dalam proses pengujian kelayakan, beban-beban yang

dimasukkan hanya pembebanan yang terjadi setelah pemasangan platform.

Hal pertama yang perlu dilakukan dalam mendesain suatu struktur adalah

menentukan beban-beban yang bekerja pada struktur tersebut. Suatu struktur

umumnya dimuati oleh beberapa tipe beban.

2.3.1 Definisi Pembebanan Beberapa macam pembebanan yang akan dialami oleh platform, yaitu:

2 - 2


1. Beban Mati

Beban mati adalah berat sendiri dari struktur platform dan semua peralatan

permanen dan struktur pelengkap yang tetap keberadaannya. Beban mati harus

memasukkan:

a. Berat dari struktur anjungan di udara, semen pengisi (grouted) dan ballast

jika ada.

b. Berat dari peralatan dan struktur pelengkap yang dipasang permanen pada

platform.

c. Gaya hidrostatik yang bekerja pada struktur di bawah permukaan laut

termasuk tekanan dan daya apung.

2. Beban Hidup

Beban hidup adalah beban yang bekerja pada platform selama pemakaian

yang bersifat tidak permanen selama masa operasi.

Beban hidup harus memasukkan:

a. Berat dari peralatan pengeboran dan produksi yang dapat ditambahkan

atau dipindahkan dari platform.

b. Berat dari persediaan dan cairan dalam tangki penyimpanan.

c. Gaya yang dikenakan pada struktur akibat operasi seperti pengeboran,

penanganan bahan-bahan, dan beban helikopter.

3. Beban Lingkungan

Sebelum melakukan analisis terhadap respon dari anjungan lepas pantai, perlu

dilakukan estimasi kuantitatif terhadap semua beban yang mempengaruhi

platform, terutama yang penting diperhitungkan adalah kondisi lingkungan.

Kondisi lingkungan yang menjadi pertimbangan antara lain:

a. Kondisi di atas permukaan laut, yaitu angin.

b. Kondisi di permukaan laut, yaitu gelombang.

c. Kondisi di bawah permukaan laut, yaitu arus.

Beban lingkungan juga turut memasukkan perubahan tekanan hidrostatik dan

gaya apung pada elemen yang diakibatkan oleh adanya perubahan permukaan

laut karena gelombang dan pasang surut. Beban lingkungan harus diantisipasi

2 - 3


dari segala arah kecuali diketahui hal tertentu yang membuat asumsi lain

masuk akal.

Beban kondisi ekstrem adalah beban pada kondisi dimana suatu hal yang sangat

jarang terjadi, contohnya 100 tahun badai. Sedangkan beban kondisi operasional

ditinjau pada masa 1 tahun operasi.

2.3.2 Angin Pengaruh angin dalam kondisi ekstrem sangat signifikan pengaruhnya terhadap

desain anjungan lepas pantai karena besarnya beban yang diakibatkan akan

mempengaruhi kekuatan platform di atas permukaan laut. Gaya angin pada

struktur terjadi karena friction udara pada permukaan struktur dan karena adanya

perbedaan tekanan di depan dan di belakang struktur.

Pengaruh besarnya beban angin bergantung pada:

a. Ukuran dan bentuk elemen struktur

b. Besar kecepatan angin

Besarnya kecepatan angin maksimum didapat dari estimasi analisis dari rekaman

kondisi cuaca harian selama beberapa waktu.

2.3.2.1 Gaya Angin Gaya angin dapat diperhitungkan dengan menggunakan persamaan sebagai

berikut:

21

=F Cs A V2 (2.1)

dimana: = berat jenis udara

Cs = koefisien bentuk

A = luas obyek (ft2)

V = kecepatan angin (mph)

biasanya dianggap konstan terhadap perubahan tekanan dan suhu. Untuk suhu

60 F dan tekanan 14,7 lb/in2, sehingga persamaannya menjadi:

2 - 4


F = 0,00256 Cs A V2 (2.2)

dimana: Cs = koefisien bentuk

A = luas obyek (ft2)

V = kecepatan angin (mph)

Cs = koefisien bentuk

Koefisien bentuk sebagaimana direkomendasikan oleh API RP2A adalah:

Area proyeksi anjungan keseluruhan 1,0

Bagian silinder 0,5

Balok 1,5

Sisi bangunan 1,5

Koreksi kecepatan angin apabila tidak sama dengan ketinggian referensi dalam

meter disajikan dengan persamaan: x

zyVV

=1010

(2.3)

dimana: V10 = kecepatan angin pada ketinggian 10 meter

y = ketinggian yang diinginkan (m)

10 = ketinggian referensi (m)

x = eksponensial biasanya 1/8 atau 1/13 tergantung durasi hembusan

angin rekomendasi dari API RP 2A

x = 1/13 untuk angin yang berhembus keras

x = 1/8 untuk angin yang berhembus terus-menerus

2.3.2.2 Gaya Angin pada Bidang Miring Gaya pada permukaan datar dianggap tegak lurus permukaan untuk angin dari

segala arah. Sedangkan untuk permukaan yang tidak tegak lurus terhadap arah

angin, gaya angin harus diperhitungkan dengan menggunakan persamaan berikut:

21

=F C A V2 cos2 (2.4)

dimana: = sudut arah angin dan arah normal dari permukaan elemen

2 - 5


A = luas area pada arah normal elemen

Kecepatan angin pada arah normal elemen menjadi V cos.

Untuk circular cylinder dengan panjang L dan diameter D atau untuk pelat datar

dengan panjang L dan lebar D, maka A = LD.

Setelah F didapat, besar beban diproyeksikan kepada arah x dan y, sehingga

Fx = F cos dan Fy = F sin.

2.3.3 Gelombang Gelombang adalah manifestasi gaya-gaya yang bekerja pada fluida. Tiupan angin

pada permukaan air dapat menimbulkan gelombang. Ketika gelombang terbentuk,

gaya gravitasi dan tegangan permukaan akan bereaksi untuk menimbulkan

rambatan gelombang.

Pengaruh gelombang di permukaan laut ditinjau dalam kondisi ekstrem menjadi

pertimbangan penting dalam pengkajian kelayakan platform karena besarnya

beban yang dihasilkan akan berpengaruh terhadap platform yang terendam air.

Terdaopat 3 jenis gelombang: gelombang sinusoidal, gelombang enidal,

gelombang solitary. Pada umumnya teori gelombang sinusoidal biasa digunakan

untuk laut dalam dan teori gelombang enidal untuk laut dangkal. Untuk laut yang

sangat dangkal, teori gelombang solitary lebih direkomendasikan.

Karakteristik gelombang 2 dimensi yang merambat dalam arah x dapat dilihat

pada Gambar 2.1 berikut:

2 - 6


Gambar 2.1 Kinematika Gelombang 2 Dimensi (API)

Keterangan gambar:

L = Panjang gelombang

H = Tinggi gelombang

A = Amplitudo gelombang (= H)

C = Cepat rambat gelombang

u = Kecepatan horizontal partikel air

w = Kecepatan vertikal partikel air

MWL = Elevasi rata-rata kedalaman laut

(x,t) = Elevasi muka air di lokasi x pada saat t

h = Kedalaman perairan

2.3.3.1 Pemilihan Teori Gelombang Dalam perencanaan desain gelombang suatu struktur anjungan lepas pantai perlu

ditentukan teori gelombang yang sesuai. Batrop el al (1990) menawarkan suatu

diagram yang diperoleh dari hasil membandingkan kecepatan partikel air,

percepatan, tinggi gelombang, dan panjang gelombang yang dihitung dari teori

gelombang yang sering digunakan.

Tahap pemilihan gelombang:

1. Input data yang diperlukan:

d = kedalaman air (ft)

2 - 7


g = gaya gravitasi (ft/s2)

T = periode maksimum gelombang (s)

V = kecepatan arus pada permukaan laut (ft/s)

H = tinggi gelombang maksimum (ft)

2. Untuk menghasilkan kombinasi beban yang maksimal, maka gelombang dan

arus akan dihitung dengan arah yang sejajar.

3. Berdasarkan pertimbangan di atas, maka ada syarat yang harus dipenuhi agar

grafik penentuan apparent wave period bisa digunakan. Syaratnya adalah

kedalaman relatif

2gT

d harus lebih besar dari 0,01.

4. Hitung

gTV , kemudian plot grafik apparent wave period, sehingga didapat

nilai Tapp / T, sehingga besar Tapp bisa diketahui.

Gambar 2.2 Grafik Penentuan Tapp (API)

5. Hitung nilai

2

appgTd dan

2

appgTH .

2 - 8


6. Plot nilai

2

appgTd dan

2

appgTH pada grafik validasi teori gelombang,

sehingga akan diketahui teori gelombang yang akan dipakai.

Gambar 2.3 Grafik Pemilihan Teori Gelombang (API)

2.3.3.2 Teori Gelombang Stokes Stokes mengembangkan Teori Gelombang Airy dengan melanjutkan analisis

sampai orde ketiga untuk mendapatkan ketelitian yang lebih baik dalam

kecuraman maka gelombang (H/L). Pengembangan lebih jauh dilakukan oleh

Skjelbreia dan Hendrickson (1961) sampai orde kelima. Hasil pengembangan

tersebut dikenal sebagai Teori Gelombang Stokes orde kelima yang sampai saat

ini banyak digunakan dalam perhitungan desain untuk gelombang dengan

amplitudo kecil.

Teori Gelombang Stokes orde kelima dianggap valid untuk kondisi perairan

dimana rasio kedalaman H/L lebih besar dari 1/10. Kondisi ini umumnya sesuai

2 - 9


dengan gelombang badai (storm wave) yang biasanya diperhitungkan dalam

perencanaan bangunan lepas pantai.

2.3.3.3 Gaya Gelombang pada Tiang Silinder Tegak

Gambar 2.4 Gaya Gelombang pada Silinder Tegak (API)

Gaya pada tiang silinder tegak akibat gelombang pertama kali diperkenalkan oleh

Morison dengan batasan diameter tiang relatif kecil dibandingkan panjang

gelombang yang menerpa tiang. 2

112 4D x

Df C u u C a = + . (2.5)

dimana:

f = gaya per satuan panjang

= kerapatan massa fluida

u = kecepatan partikel air pada kedalaman tertentu, tegak lurus terhadap tiang

ax = kecepatan partikel air pada kedalaman tertentu, tegak lurus terhadap tiang

D = diameter tiang

C1 = koefisien inersia

CD = koefisien drag

Suku pertama dari ruas kanan persamaan Morison merupakan komponen gaya

seret (drag force) yang besarnya sebanding dengan kuadrat kecepatan partikel.

Tanda harga absolut digunakan untuk memastikan arah (dan tanda) komponen

2 - 10


gaya seret sesuai dengan arah kecepatan partikel. Suku kedua dari ruas kanan

merupakan komponen gaya inersia yang sebanding dengan percepatan partikel air.

Unuk keperluan praktis perencanaan struktur anjungan lepas pantai, dapat

digunakan nilai koesfien drag dan inersia yang direkomendasikan dalam API

RP2A sebagai berikut:

Smooth CD = 0.65, CM = 1.6

Rough CD = 1.05, CM = 1.2

Modifikasi nilai koefisien drag dan inersia diperlukan apabila pada batang tubular

tersebut terdapat tambahan struktur/komponen lain, misalnya anode. Modifikasi

koefisien drag dan inersia tersebut ditentukan dengan rumus sebagai berikut:

' 1 1 2 2

1

dd

dA C nA CCA+

= .. (2.6)

' 1 1 2 2

1

mm

V C nV CCV+

= m .. (2.7)

dengan:

A1 = luas drag batang tubular

Cd1 = koefisien drag batang tubular

A2 = luas drag komponen/anode

Cd2 = koefisien drag komponen/anode

V1 = volume batang tubular

Cm1 = koefisien massa batang tubular

V2 = volume komponen/anode

Cm2 = koefisien massa komponen/anode

n = jumlah komponen/anode

Gaya total F diperoleh dengan cara mengintegrasikan persamaan Morisson

sepanjang elemen struktur. Pada gambar silinder tegak di atas, gaya total dihitung

dengan mengintegrasikan persamaan Morisson dari z = 0 sampai z = z.

2 - 11


0

( )z

F f z dz= .. (2.8)

Dengan cara yang sama, momen total M pada z = 0 (sea floor) akibat gaya

gelombang yang bekerja sepanjang z = 0 samapai dengan z = z adalah:

0

( )z

M zf z dz= (2.9)

Titik tangkap resultan gaya gelombang yang bekerja pada tiang silinder tegak

dihitung dengan persamaan:

MzF

= .. (2.10)

dimana z dihitung dari dasar tiang (sea floor).

2.3.3.4 Gaya Akibat Gelombang Stokes Dalam melakukan perhitungan gaya dan momen maksimum, dilakukan dengan

menggunakan metode numerik dimana tiang silinder dibagi menjadi N segmen

dan menghitung gaya pada setiap segmen dengan menggunakan persamaan:

F(z) = FD (z) + F1 (z) pada saat (t) gaya maksimum terjadi dan menganggap gaya

yang terjadi merata sepanjang tiap segmen. Momen pada dasar tiang bisa didapat

dengan menjumlahkan momen dari setiap segmen. Dari gambar 2.5, dapat dilihat

bahwa tiang dibagi dalam dua segmen, dimana segmen terbawah memiliki

panjang z1 dan segmen atas memiliki panjang z2 z1.

Gambar 2.5 Pembagian Segmen Gaya Gelombang (API)

Gaya yang terjadi pada segmen bawah adalah F(z1) dan gaya yang terjadi pada

segmen atas adalah F(z2) F(z1). Dengan menganggap gaya tersebut terdistribusi

2 - 12


secara merata, titik tangkap gaya resultan akan terletak di tengah setiap segmen

sehingga momen pada tiang di dasar perairan dapat dituliskan sebagai berikut:

1 1 2 1 2 11 1 ( )(2 2

)M F z F F z z= + .. (2.11)

Harga t harus dicari dimana gaya yang terjadi maksimum. Secara umum, momen

yang terjadi pada dasar tiang bila kita membagi tiang menjadi N segmen adalah:

11

1 ( )(2

N

n n n nn

1)M F F z z=

= + . (2.12)

dimana F0 = 0 dan z0 = 0.

2.3.3.5 Apparent Wave Period Arus yang searah dengan gelombang cenderung memperbesar panjang, sedangkan

arus yang berlawanan memperkecil panjang gelombang. Apparent wave period

(Tapp) adalah periode gelombang relatif terhadap arus sejajar efektif. Untuk

gelombang yang merambat pada suatu profil arus, penentuan apparent wave

period dilakukan dengan menyelesaikan persamaan di bawah ini secara

bersamaan.

1app

VT T = + (2.13)

2 2tanh(2 / )app

Tg d

= . (2.14)

0

14 / 4 ( )( ) cosh

sinh(4 / ) cdhV U zd

+z d dz = ... (2.15)

dimana:

= panjang gelombang

d = kedalaman laut badai

Uc(z) = komponen profil arus untuk kondisi tetap pada arah gelombang z

g = percepatan gravitasi

V1 = kecepatan arus sejajar efektif

T = periode gelombang relatif terhadap obyek tetap

2 - 13


2.3.3.6 Faktor Kinematika Gelombang Kinematika gelombang umum dua dimensi dari teori gelombang Stream Function

atau Stokes 5 tidak memperhitungkan penyebaran arah gelombang atau

ketidakseragaman dalam bentuk profil gelombang. Karakteristik nyata ini

dimodelkan dalam analisis gelombang deterministik dengan mengalikan

kecepatan dan percepatan mendatar dari penyelesaian gelombang dua dimensi

umum dengan faktor kinematika gelombang. Pengukuran kinematika gelombang

memiliki faktor berkisar antara 0.85 sampai 0.95 untuk badai tropis dan 0.95

sampai 1.00 untuk badai bukan tropis.

2.3.3.7 Marine Growth Semua bagian dari struktur (member, conductor, riser, struktur tambahan, dan

lain-lain) yang terbenam, luas penampangnya diperbesar dikarenakan adanya

marine growth. Diameter efektif dari elemen adalah D = Dc +2t, dimana Dc adalah

diameter luar dan t adalah ketebalan marine growth rata-rata yang dapat diperoleh

dari pengukuran keliling dengan pita pengukur 1 sampai 4 inci.

Pertambahan luas melintang ini mengakibatkan gaya gelombang yang diterima

oleh struktur menjadi lebih besar.

2.3.4 Arus Arus memiliki pergerakan yang konstan. Arus di laut biasanya terjadi akibat

adanya pasang surut dan gesekan angin pada permukaan air (wind-drift current).

Kecepatan arus bekerja pada arah horizontal dan bervariasi menurut kedalaman.

Besar dan arah arus pasang surut di permukaan biasanya diasumsikan sekitar 1%

dari kecepatan angin pada ketinggian 30 ft di atas permukaan air. Untuk

kebutuhan rekayasa, variasi arus pasang surut terhadap kedalaman biasanya

diasumsikan mengikuti profil pangkat 1/7 dan variasi arus akibat gesekan angin

diasumsikan linier terhadap kedalaman. Variasi arus ditunjukkan pada Gambar 2.6

berikut:

2 - 14


Gambar 2.6 Distribusi Beban Arus (API)

Dalam kondisi badai, arus terjadi bersamaan dengan gerakan air akibat

gelombang. Arah arus pasang surut bisa tidak sama dengan arah rambat

gelombang, tetapi wind-drift current biasanya diasumsikan searah dengan gerakan

gelombang. Arus yang terjadi bersamaan dengan gelombang akan mempengaruhi

karakteristik gelombang. Akan tetapi, pengaruh arus bisa diabaikan untuk kondisi

gelombang saat badai, sehingga kebutuhan desain, dalam perhitungan gaya akibat

arus dan gelombang yang bekerja pada struktur dilakukan dengan menambahkan

kecepatan arus dengan kecepatan horizontal akibat gelombang. Metoda ini sesuai

dengan rekomendasi API yang ditunjukan pada Gambar 2.7 berikut:

Gambar 2.7 Diagram Perhitungan Arus dan Gelombang (API)

2 - 15


2.3.4.1 Current Blockage Factor

Kecepatan arus di sekitar anjungan berkurang dari kondisi mengalir bebas oleh

faktor hambatan. Dengan kata lain, kehadiran struktur mengakibatkan arus

menyebar, sebagian arus mengelilingi struktur dan tidak melaluinya, dan

kecepatan arus di sekitar berkurang. Current blockage factor dihitung dengan

persamaan sebagai berikut:

( ) 1

41

+ W

DC id (2.16)

Dimana (CdD)i adalah penjumlahan dari drag diameter dari seluruh elemen yang

terpotong oleh suatu bidang mendatar tertentu dan W adalah lebar keseluruhan

dari anjungan tegak lurus terhadap arus pada elevasi tersebut.

2.3.4.2 Kinematika Gelombang dan Arus Gabungan

Kinematika gelombang yang telah disesuaikan dengan penyebaran arah dan

ketidakseragaman harus digabungkan dengan profil arus yang telah disesuaikan

dengan faktor hambatan, karena profil arus hanya ditentukan untuk kedalaman air

rata-rata pada kriteria desain, harus digunakan beberapa cara untuk

memperpanjang atau memperpendek profil arus tersebut terhadap ketinggian

gelombang lokal.

Untuk profil arus dimana perpanjangan linear merupakan pendekatan yang dapat

diterima, Vz arus pada jarak z di atas kedalaman laut rata-rata, dapat

diperhitungkan dari profil arus yang telah ditentukan pada elevasi z dengan

menggunakan persamaan sebagai berikut:

2 - 16


)()'()('

+++

=d

ddzdzVV zx . (2.17)

dimana: Vz = arus tertentu pada elevasi z

d = kedalaman air pada saat badai

= jarak antara permukaan gelombang dengan keadaan laut rata-rata

( dan z positif di atas kedalaman laut rata-rata dan sebaliknya)

Penelitian telah menunjukkan bahwa sebuah profil arus yang diperpanjang secara

non-linear cocok digabungkan dengan kinematika gelombang yang telah

terpengaruh Doppler. Perpanjangan non-linear memperhitungkan arus yang telah

dipanjangkan (Vz) untuk sebuah partikel yang berada pada elevasi z, berdasarkan

kecepatan Vz yang telah ditentukan di profil arus pada elevasi z sebagai berikut:

++=

)/2sinh(/)'(2sinh(''

n

nzz d

dzz

zVV

(2.18)

dimana n adalah panjang gelombang untuk ketinggian H dan periode Tapp

tertentu.

2.3.5 Gaya Apung Tekanan air pada struktur yang tenggelam, timbul karena berat air di atasnya dan

pergerakan fluida di sekitar struktur yang diakibatkan oleh gelombang. Tekanan

air pada struktur yang tenggelam dapat memperbesar tegangannys. Gaya yang

diakibatkan oleh gelombang telah dihitung dalam persamaan Morison. Besar gaya

apung yang bekerja pada struktur terendam dalam fluida:

F = f V (2.19)

dimana: f = berat jenis air

2 - 17


V = volume benda yang tenggelam

2.3.6 Ketinggian Aman Dek Gelombang yang mengenai dek terbawah dari duatu anjungan dapat menimbulkan

gaya yang besar dan momen guling. Kecuali jika anjungan memang didesain

untuk dapat menahan gaya-gaya ini, ketinggian dari dek harus cukup untuk

menyediakan ruang bebas di atas puncak dari gelombang desain. Sebagai

tambahan, suatu air gap harus disediakan untuk mengantisipasi geombang yang

lebih besar dari gelombang desain.

API RP2A bagian 2.3.4g menyatakan bahwa untuk menghindari gaya tersebut,

ketinggian dari dek terbawah harus berada pada elevasi di atas puncak gelombang

desain ditambah dengan daerah aman. Suatu kisaran aman atau air gap sebesar 5

ft ditambahkan ke ketinggian puncak gelombang untuk mengantisipasi penurunan

anjungan, ketidakpastian kedalaman laut, dan untuk kemungkinan terjadinya

gelombang yang sangat besar untuk menentukan elevasi minimum dari dek

terbawah anjungan yang diperlukan untuk menghindari terpaan gelombang pada

dek.

2.4 KOMBINASI PEMBEBANAN

Anjungan harus didesain dengan kombinasi pembebanan yang akan menghasilkan

pengaruh yang paling membahayakan terhadap struktur. Kombinasi pembebanan

ini terdiri dari beban lingkungan, beban mati dan beban hidup yang sesuai.

Pembagian beban yang dikombinasikan:

1. Beban gravitasi

Beban gravitasi terdiri dari:

a. Berat sendiri platform

b. Beban peralatan

c. Beban lainnya

2 - 18


Kombinasi dari ketiganya diperhitungkan sebagai beban mati nominal.

2. Beban angin

Beban angin dianalisis untuk kondisi operasional dan kondisi ekstrem. Beban

ini bekerja pada 12 mata angin dimana setiap arahnya diproyeksikan pada arah

utara dan arah timur. Koefisien beban angin dibedakan atas arah angin yang

sedang ditinjau. Hal ini dilakukan agar desain yang dihasilkan lebih akurat dan

menyerupai kondisi sebenarnya.

3. Beban gelombang dan arus

Beban ini diperlukan untuk analisis kondisi operasional dan kondisi ekstrim.

Penganalisisannya berdasarkan 12 mata angin. Koefisien untuk gelombang

dan arus diperoleh dari besarnya dinamik amplifikasi faktor (DAF). Besarnya

DAF untuk kondisi operasional dan ekstrim memiliki nilai yang berbeda.

Tiap elemen platform harus didesain dengan kombinasi pembebanan yang

mengakibatkan tegangan terbesar dengan turut mempertimbangkan tegangan izin

pada kondisi pembebanan yang sedang ditinjau.

Komponen penyusun dari kombinasi pembebanan adalah:

a. Beban mati, yang digunakan adalah beban mati nominal.

b. Beban angin yang diproyeksikan pada arah x dan y.

c. Beban gelombang dan arus pada arah mata angin yang sedang ditinjau.

2.5 PERENCANAAN STRUKTUR BAJA TUBULAR

2.5.1 Baja Struktur Baja struktur dikenal dengan ASTM (American Society for Testing and

Materials). Pada desain struktur, tegangan leleh dan tarik menjadi kuantitas acuan

yang digunakan oleh spesifikasi-spesifikasi seperti AISC (American Society for

Steel Construction)., sebagai variable sifat untuk menentukan kekuatan atau

2 - 19


tegangan ijinnya. Persyaratan umum untuk jenis baja tercakup antara lain dalam

spesifikasi ANSI/ASTM.

Platform harus didesain sedemikian rupa sehingga seluruh elemen dapat

memenuhi tegangan ijin yang telah ditentukan oleh AISC Specification for the

Design, Fabrication and Erection of Structural Steel for Bulidings. Seluruh

persyaratan tegangan ijin pada baja tubular ini dibuat berdasarkan API RP2A edisi

21 WSD Recommended Practice for Planning, Designing and Construction Fixed

Offshore Platform.

2.5.2 Kriteria Tegangan Struktur lepas pantai biasanya menggunakan baja struktur biasa. Material baja

akan tetap bersifat elastis selama tegangan yang terjadi tidak melampaui tegangan

leleh. Tujuan utama dari desain adalah memiliki ukuran komponen yang sesuai

sehingga kondisi elastis tetap dipenuhi selama dibebani beban rencana (design-

level loading). Faktor keamanan (safety factor) biasanya diterapkan untuk

mendapatkan tegangan ijin (allowable stress = yield stress / safety factor) yang

kemudian dijadikan kriteria tegangan yang tidak boleh dilewati selama struktur

dibebani gaya rencana.

Peraturan yang digunakan pada analisis berikut adalah API RP2A edisi 21 adalah

Working Stress Design (WSD). Metode ini sesuai dengan spesifikasi AISC yang

disebut Allowable Stress Design (desain tegangan ijin).

2.5.3 Batang Tarik Keadaan batas kekuatan yang berpengaruh bagi suatu batang tarik dapat berupa

pelelehan penampang lintang bruto batang pada tempat yang jauh dari titik

sambungan atau retakan dari suatu bersih efektif (melalui lubang) pada

sambungan.

2 - 20


API RP 2A edisi 21-WSD memberikan batas kekuatan tarik ijin (Ft) untuk batang

tubular yang dikenai beban sebagai berikut:

yt FF 6,0= ....................................................................................................... (2.20)

Tegangan batas tersebut merupakan pelelehan umum dari penampang lintang

bruto atas panjang bruto. Batas tegangan ijin tersebut menerapkan angka

keamanan sebesar 1,67.

2.5.4 Batang Tekan Pada umumnya batang tekan akan mengalami tekuk atau lenturan tiba-tiba akibat

ketidakstabilan sebelum mencapai kekuatan penuh material baja yang

bersangkutan. Hanya batang yang pendek saja yang dapat dibebani sampai ke

tegangan lelehnya. Oleh karena itu, tekuk merupakan hal utama dalam

pembahasan batang tekan.

2.5.4.1 Tekuk Global Berdasarkan API RP 2A edisi 21-WSD, untuk elemen dengan rasio D/t kurang

dari atau sama dengan 60, tegangan tekan ijin (Fa) harus dihitung menggunakan

persamaan sebagai berikut:

( )

( ) ( )3

3

2

2

8/

8/33/5

2/1

cc

ye

a

CrKl

CrKl

FC

rKl

F+

= untuk Kl / r Cc ............................... (2.21)

( )22

/2312

rKlEFa

= untuk Kl / r Cc .......................................................(2.22)

dimana: Cc = 21

22

yFE

E = Modulus Elastisitas Young, ksi (MPa)

K = Faktor panjang efektif

l = panjang batang tak tersokong, in (m)

r = radius girasi, in (m)

2 - 21


2.5.4.2 Tekuk Lokal Untuk elemen dengan rasio 60 < D/t 300 dan tebal silinder t 0,25 in (6 mm),

ganti tegangan tekuk lokal kritis (nilai minimum dari Fxe atau Fxc) untuk Fy dalam

menentukan Cc dan Fa. Rumus Fxe atau Fxc diberikan sebagai berikut:

Tegangan Tekuk Lokal Elastis (Fxe)

Fxe = 2 CE t/D ...................................................................................... (2.23)

Secara teoretis, nilai C = 0,6, tetapi reduksi nilai C = 0,3 diijinkan untuk

memperhitungkan pengaruh ketidaksempurnaan geometrik.

Tegangan Tekuk Lokal Inelastis

Fxc = Fy [1,64 0,23 (D/t) 1/4 ] Fxe ................................................. (2.24)

2.5.4.3 Panjang Efektif Analisis yang rasional untuk menentukan faktor panjang efektif harus

mempertimbangkan kekakuan dan pergerakan sambungan. Penilaian secara tepat

mengenai derajat kekekangan momen pada struktur umumnya sangat sulit.

Kekekangan momen tersebut dipengaruhi oleh batang-batang yang tidak

berdekatan yang mengikat ke kolom tekan. Untuk kebutuhan praktis, API RP 2A

edisi 21-WSD memberikan rekomendasi faktor panjang efektif sebagai berikut:

Tabel 2.1 Faktor Panjang Efektif

Situasi

Faktor Panjang Efektif

(K)

Faktor Reduksi

(Cm)

Kaki Struktur Atas Terkekang 1.0 (a) Portal (tak terkekang) K (a) (2) Tiang dan Kaki Jacket Penampang Komposit 1.0 (c) Kaki Jacket Ungrouted 1.0 (c) Tiang Pancang Ungrouted 1.0 (b) Elemen Web Penopang Dek

2 - 22


Aksi In-plane 0.8 (b) Aksi Out-of-plane 1.0 (a) atau (b) (4) Penguat Brace

0.8 (a) atau (b) Panjang Face-to-face dari Diagonal Utama (4) Untuk K Brace 0.8 (c) Segmen Lebih Panjang dari X Brace 0.9 (c) Secondary Horizontal 0.7 (c) Elemen Penghubung Penopang Dek 1.0 (a), (b)

atau (c) (4)

Nilai faktor reduksi Cm ditujukan untuk tabel di atas, adapun penjelasan konotasi

pada tabel di atas adalah:

(a) 0.85

(b) 12

0.6 0.4 MM

, tetapi tidak boleh kurang dari 0.4 dan tidak boleh lebih dari

0.85

(c) 11 0.4a

e

fF

, atau 0.85, yang manapun lebih kecil

2.5.5 Batang Lentur Tegangan lentur ijin (Fb) harus dihitung dengan menggunakan persamaan:

untuk yb FF 75,0=yFt

D 1500

yFtD 340.10 (SI)

yt

yb FE

DFF

= 74,184,0 untuk

yy FtD

F30001500

<

yy FtD

F680.20340.10

< (SI)

2 - 23


yt

yb FE

DFF

= 58,1072,0 untuk 3003000

BAB 2 DASAR TEORI 2.1 SENSITIVITY...

Documents

Transcript of BAB 2 DASAR TEORI 2.1 SENSITIVITY...