Studi Analisis Kekuatan pada Tension Leg Platform untuk ...

1 dari 20

Studi Analisis Kekuatan pada Tension Leg Platform untuk Laut Dalam di

Wilayah Timur Kalimantan

Raja Fitrah Aulia N.

Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Pd. Cina, Beji, Kota Depok, Jawa Barat

16424, Indonesia

Email : [email protected] dan [email protected]

Abstrak

Studi analisis ini merupakan suatu kegiatan untuk menganalisis dan menghitung kekuatan tegangan tendon dan

besar beban ekternal dari lingkungan untuk menghindari terjadinya failure pada perencanaan dan perancangan

TLP agar mendapatkan hasil yang optimal serta bangunan dapat bertahan dalam jangka waktu 100 tahun

(lifetime design). Guna mencapai tujuan yang dimaksud, harus dilakukan analisis terhadap pembebanan pada

struktur TLP sendiri, beban angin, arus, jenis soil, dan beban ombak yang diderita TLP dalam kondisi kritis

yaitu pada kondisi badai 100 tahunan di tempat operasional. Adapun hasil analisis ini menyatakan bahwa

kekuatan tegangan tendon pada TLP yaitu 239.105.642,12 N/m! dan hal ini sesuai dengan standar sehingga

mampu diterapkan di laut dalam Wilayah Timur Kalimantan, Indonesia.

Analysis Study of The Strength of Tension Leg Platform for Deep Water on Eastern

Region of Kalimantan

Abstract

This analysis study is an activity to analyze and calculate about the tendon tensile strength of Tension Leg

Platform (TLP) and the value of external load to avoid a failure in planning and designing it in order to obtain

optimal results, and this building can survive within period 100 years (lifetime design). To achieve this intended

goal, should be analyzed internal load on the structure, wind load, currents load, soil type, and wave load in

critical condition (100 years storm condition) of operational place. The result of this analysis states the tendon

tensile strength is 239.105.642,12 N/m!, it shall be appropriate with the standards an regulations, so the TLP

can be applied for deep water on Eastern Region of Kalimantan, Indonesia.

Studi Analisis ..., Raja Fitrah Aulia Nurpalah, FT UI, 2017

2 dari 20

Keywords: Tension Leg Platform, tendon, external load, wind force, current force, wave force, soil, loading

effect

Pendahuluan

Meskipun teknologi kini sudah semakin canggih, selalu ada risiko atau potensi terjadinya

failure of design akibat faktor pemilihan lokasi, salahnya perencanaan dan perancangan,

penggunaan material yang tidak sesuai standar, ataupun beban tak terduga yang mampu

membahayakan mengingat keselamatan baik bagi crew dan lingkungan merupakan faktor

terpenting dalam hal ini (UU RI No.18/1999). Maka dari itu, harus dilakukan analisis untuk

menentukan kekuatan tegangan pada tendon. Adapun untuk mengetahuinya, harus dilakukan

analisis terhadap beban statis dan beban dinamis akibat dari faktor-faktor eksternal

(gelombang, angin, arus air laut, dll).

Manfaat yang didapatkan dalam penelitian ini yaitu mampu memberikan informasi

serta menjadi acuan dalam menentukan kekuatan rangka tendon pada Tension Leg Platform

sehingga konsep desain Tension Leg Platform dapat diterapkan di wilayah laut Indonesia dan

mampu bertahan dalam kurun waktu 100 tahun (lifetime design) yaitu pada kondisi badai 100

tahunan. Penelitian ini juga mampu menjadi suatu referensi untuk melakukan perhitungan

khusus mengenai pembebanan eksternal pada Bangunan Lepas Pantai yang akan dirancang

dan direncanakan di laut dalam seperti beban angin, beban ombak, beban arus, dan interaksi

terhadap soil.

Tinjauan Teoritis

Tension Leg Platform adalah suatu struktur bangunan mengapung yang diikat dengan

mooring system pada arah vertikal. Karakteristik ini menyebabkan struktur ini bersifat rigid

pada arah vertikal namun fleksibel pada arah horizontal. Arti rigid dalam konteks bahasan

tersebut merupakan sifat dari posisi suatu benda yang tidak mudah berubah (Haritos, 2007).

Mooring system secara vertical disebut sebagai tendon yang fungsinya menjaga agar

TLP tetap pada posisinya serta untuk melakukan kontrol gerakan pada arah horizontal.

Penggunaan TLP juga tidak perlu membutuhkan biaya yang besar dibandingkan dengan Fix

Platform jika diterapkan di laut dalam.

• Hidrodinamika

Hidrodinamika merupakan ilmu yang berhubungan dengan pergerakan air.

Pergerakannya (kinematika partikel air) cabang dari berbagai sumber termasuk


3 dari 20

beragam arus dari efek ombak dan pengaruh dari suhu sekitar dan pergerakan osilasi

dari ombak yang secara normal digerakkan oleh angin (Nigam & Narayanan: Chap. 9,

1994. Chakrabarti, 2002).

Topologi dari dasar laut juga mempengaruhi kinematika partikel air dimana

kedalaman air berubah dari dalam ke dangkal, pengaruh ini diartikan sebagai shoaling

effect yang diasumsikan sangat penting dalam bidang teknik kelautan untuk kondisi laut

dalam dimana kedalaman air mencapai setengah dari panjang gelombang yang

terpanjang (Dean & Dalrymple, 1991).

• Teori Gaya

Ketika suatu benda dikenakan reaksi berupa tarikan ataupun dorongan, dapat dikatakan

bahwa benda tersebut dikenakan gaya. Gaya yang terjadi pada sebuah benda

mempunyai suatu besaran atau nilai dan juga arah, disebut dengan vektor gaya. Hal ini

dapat digambarkan ketika kita melakukan dorongan terhadap benda :

Gambar 1. Gaya dan Arah Gaya

Fy = F sin θ (1)

Fx = F cos θ (2)

∑Fx = Fx – Ff (3)

∑Fy = Fy + W – P (4)

T = ∑Fx (5)

Gaya inersia adalah gaya yang disebabkan karena adanya percepatan partikel air

(u) yang melewati sebuah benda. Besarnya gaya ini dipengaruhi oleh bentuk atau

geometri benda tersebut (Chakrabarti, 2005. Dean & Dalrymple, 1991. Haritos, 2007).

Fi = CM ρ A a [N] (6)

Tabel 1. Koefisien Massa


4 dari 20

Gaya hambat adalah gaya yang ditimbulkan karena adanya aliran steady pada

fluida melalui sebuah benda (Chakrabarti, 2005. Dean & Dalrymple, 1991. Haritos,

2007).

FD = ! !

CD ! ! !|!| [N] (7)

Bila gaya luar bekerja pada sistem selama gerakan getarannya, diterminologikan

sebagai getaran paksa yang menjadi beban harmonis. Berikut merupakan rumus dari

menghitung defleksi dan frekuensi natural (Nigam, N. C. & Narayanan, S. 1994.

Chakrabarti, 2002) :

x = !(!!!!!)!!!!!!

[m] (8)

N = !!" !

! [Hz] (9)

Tabel 2. CD untuk Beberapa Geometri

• Beban Eksternal yang Diderita Bangunan Lepas Pantai (BLP)

Beban angin terjadi pada bagian platform di atas batas air, yang merupakan

penjumlahan dari drag force (FD) dan lift force (FL). Jika rata-rata intervalnya kurang


5 dari 20

dari 1 menit, kecepatan angin dianggap sebagai hembusan saja (gust). Pada rata-rata

interval 1 menit atau lebih diklasifikasikan sebagai kecepatan angin tetap (Chakrabarti,

2005).

FD = 1/2air !2 CD A CH [N] (10)

FL = 1/2air !2 CL A CH [N] (11)

Gaya gelombang adalah gaya yang disebabkan oleh pergerakan air, dimana

gelombang digerakkan oleh aksi angin di permukaan laut ataupun pengaruh arus dari

air laut. Teori-teori yang umum digunakan untuk menghitung beban gelombang

diantaranya (Dean & Dalrymple, 1991. DNV OS C101, 2004. Chakrabarti, 2005) :

o The Linear Airy Theory

o The Fifth-Orde Stokes Theory

o The Cnoidal Theory

o Dean’s Stream Function Theory

c = gT/2π [m/s] (12)

L0 = !!!

!" [m] (13)

Di bawah ini rumus yang digunakan untuk menentukan bentuk permukaan

gelombang dan kecepatan partikel berdasarkan Teori Fifth-order Stoke, dimana An dan

Bn didapat dari tabel Fifth-order Stoke oleh Skjelbreia dan Hendrickson (Skjelbreia and

Hendrickson, 1961) :

!(t) = !! !!!

!!! cos n (!" − !") (14)

u = !!

!!!!!! !"# ! (!" − !") [m/s] (15)

Gaya gelombang pada BLP yang terjadi di bawah garis permukaan air laut dapat

dikalkulasikan menggunakan Persamaan Morison, dimana gaya pada gelombang

merupakan jumlah dari gaya inersia terhadap percepatan sebuah partikel dan gaya tarik

terhadap kuadrat dari kecepatan partikel tersebut (Chakrabarti, 2005. Haritos, N. 2007)

:

F! = CM !!" !!!

! ! + CD !

!!!" ! !|!| [N] (16)

Sementara untuk menentukan gaya arus, dapat digunakan persamaan di bawah ini

dengan v! adalah kecepatan arus (Haritos, N. 2007) :

F! = 0.5 ρ!" C! A v!! [N] (17)

• Interaksi Terhadap Soil


6 dari 20

Gambar 2. Pile Group

Tahanan pada tiang geser (pile) dalam menahan gaya-gaya tarik ke atas dengan satuan

kN (F!"#$) harus dihitung secara kelompok, maka hal tersebut dapat dinyatakan dalam

persamaan :

F!"#$ = 2 d!"#$C! (B+L) + W [kN] (18)

Dimana d!"#$ adalah kedalaman blok dari pile group (unit pile length) dalam

meter, C! kohesi tak terdrainase dari soil dalam kN/m!, B adalah lebar pile group

dalam meter, L adalah panjang pile group dalam meter, dan W adalah jumlah berat dari

rata-rata tanah dalam area pile group, berat pile, serta berat pelat penutup pile (pile cap)

dalam kN.

Gambar 3. Sistem Gaya pada Tendon

T merupakan gaya tegangan pada tendon, m adalah massa total dari struktur TLP,

g merupakan percepatan gravitasi, n merupakan jumlah tendon, dan A adalah luas

lingkaran luar dari tendon. Kekuatan tendon adalah :

σ !"#$%# = !!"#$%#!"

[N/m!] (19)

Sementara dalam analisis foundation, kita harus menghitung besar nilai tekanan

secara vertikal agar kita tahu apakah foundation tersebut mampu menahan tekanan dari

atas yang diberikan (API RP 2GEO/ISO 19901-4:2003, 2005).


7 dari 20

Tujuan dari perhitungan soil resistance ini adalah untuk menentukan apakah soil

akan berada pada batas ketahanannya atau tidak jika diberikan beban eksternal yang

diderita oleh TLP (API RP 2SK, 2005).

Tabel 3. Jarak Tiang Pancang Minimum (Teng, 1962)

Fungsi Tiang Jarak Antartiang Pancang Minimum Tiang Dukung Ujung pada Tanah Keras 2 -2,5d atau 75 cm Tiang Dukung Ujung pada Batuan Keras 2d atau 60 cm Tiang Gesek (Pile) 3 – 5d atau 75 cm

Metode Penelitian

Metodologi penelitian dalam analisis Kekuatan Rangka Tendon pada Tension Leg Platform

yang dimaksud oleh penulis yaitu metode studi literatur dimana informasi dan analisis

perhitungan dikumpulkan serta dilaksanakan sesuai standar yang berlaku, buku, jurnal, artikel

ilmiah, baik berupa dokumen yang dicetak ataupun yang dimuat dalam website tertentu.

Penelitian juga dilakukan berdasarkan pengetahuan setelah mengikuti mata kuliah Bangunan

Lepas Pantai maupun pengetahuan yang didapatkan melalui seminar yang terkait dengan

penelitian.

• Tendon

Gambar 4. Dimensi Tendon

Tabel 4. Dimensi Utama Tendon

Tendon Diameter Luar (dL) 0,6604 m Diameter Dalam (dd) 0,6579 m Tinggi (t) 886 m Ketebalan Dinding 0,0025 m

Tabel 5. Data Mengenai Material pada TLP

Nama Komponen Besar Satuan


8 dari 20

Yield Strength Steel, API 5L X65 (Fikret Mert Veral) untuk Tendon 448 MPa

Konstanta Elastisitas TLP 0,0122 - Faktor Redaman (δ) 0,002 -

• Dimensi Utama dari TLP

Gambar 5. Bagian-bagian TLP Menurut API RP 2T

Gambar 6. Tension Leg Platform

Tabel 6. Dimensi Kolom

Caisson (Kolom) Diameter 26 m Tinggi 54 m Draft 28 m

Tabel 7. Dimensi Pontoon

Pontoon Luar


9 dari 20

Panjang 100 m Lebar 100 m Tinggi 8,8 m

Dalam Panjang 11,6 m Lebar 11,6 m Tinggi 8,8 m

Tabel 8. Dimensi Bottom Deck

Lower Deck

Wellbay Module atau Store House Panjang 91 m Lebar 91 m Tinggi 12 m

Deck Panjang 120 m Lebar 120 m

Tabel 9. Dimensi Main Deck

Main Deck Quarter Module

Panjang 40 m Lebar 26 m Tinggi 12 m

Production Module Panjang 45 m Lebar 20 m Tinggi 8 m

Supply Module Panjang 25 m Lebar 20 m Tinggi 8 m

Derrick Oil Rig Panjang 10 m Tinggi 37 m

Deck Panjang 120 m Lebar 120 m

• Beban Internal pada TLP Tabel 10. Pembebanan pada Bangunan TLP

Total Kapasitas

Oil 60.000 b/d 7.870,5 ton/d

Gas 150.000.000 ft3/d 38.977,055 ton/d


10 dari 20

Water 40.000 b/d 4.879 ton/d

Total 51.726,555 ton/d

Massa Hull 6.500 ton Massa Topside 1.900 ton Massa Tambahan 800 ton

• Data Lingkungan Tempat Operasional

Pengoperasian bangunan offshore berada di wilayah Timur Kalimantan dengan

kedalaman laut mencapai 915 m. Adapun data ini merupakan data dari Badan

Meteorologi, Klimatologi, dan Geofisika (BMKG), data kelautan Metaocean dan Soil

Data Summary serta dari laporan yang telah disusun oleh perusahaan yang

merencanakan dan merancang TLP tersebut.

Tabel 11. Kondisi Badai 100 Tahun

Tabel 12. Kondisi Lingkungan

No. Data yang Diperoleh Nilai 1 Suhu Udara (T) 31 º C 2 Massa Jenis Udara (ρ!"#) 1,1699 Kg/m! 3 Massa Jenis Air Laut (ρ!"#$#%"&) 1.025 Kg/m! 4 Massa Jenis Tanah di Dasar Laut (ρ!"#$) 1.400 Kg/m! 5 Modulus Young Foundation (E) 28 x 10! N/m! 6 Modulus Young Soil (G) 7 x 10! N/m!

Jarak Antar-pile 7,50 m Berat Tanah Disekitar Pile Group 21.336 kg Berat Pile 177.545 kg Berat Pile Caps 97.500 kg Jumlah Pile 16 buah

d Pile 122 m D Pile 1,524 m B 18 m L 18 m Cu 50 kN/m3

Keadaan tanah di dasar laut dimana tanahnya lempung sampai lumpur yang agak

halus (mud-clay) yang memiliki karakteristik yang saling mengikat (cohesive).

Kondisi Badai 100 Tahun Tinggi Gelombang Maksimum 31,7 ft 9,7 m Periode Gelombang 9,8 s 9,8 s Kecepatan Arus di Permukaan 4,1 ft/s 1,2 m/s Kecepatan Arus di Dasar 1,5 ft/s 0,5 m/s Total Penambahan Tinggi Keadaan Pasang 7,0 ft 2,1 m Kecepatan Angin dalam Satu Menit 80,0 MPH 35,8 m/s


11 dari 20

• Skema Penelitian

Gambar 7. Skema Penelitian

Hasil Penelitian dan Pembahasan

• Beban pada Bangunan TLP

Menurut API RP 2A, total beban pada TLP sendiri dapat dihitung dengan

mengklasifikasikan beban berdasarkan pada tabel dibawah ini :


12 dari 20

Tabel 13. Perhitungan Total Berat pada Struktur TLP

Beban Mati (ton) Beban Hidup (ton) Hull 6.500 Kapasitas 51.726,555 Wellhead Platform 1.900 Pertumbuhan Organisme Laut 72.723

Tambahan 800 Total Massa dari TLP 133.649,555 ton

• Beban Ekternal pada TLP

Pada hull, F! bernilai nol karena bentuk struktur yang silidris (Lihat Tabel 2.2). Dengan

menjumlahkan hasil dari dua persamaan yaitu persamaan (10) dan (11) di halaman

sebelumnya, maka didapatlah :

Tabel 14. Perhitungan Total Beban Angin (Fa)

No. Nama Bagian Storm (kN) Normal (kN) 1 Hull 785,35 46,97 2 Bottom Deck 4192,49 250,75 3 Main Deck 4541,65 271,64 4 Derrick Oilrig 247,97 14,83

Total Fa 9.767,45 584,19

Gambar 8. Area Penerapan Teori Gelombang (API, 2000)

Teori ini akan menentukan bagaimana penulis menghitung nilai free surface atau

bentuk permukaan gelombang serta besar kecepatan partikel ombak dengan

menggunakan rumus (14) dan (15). Kemudian untuk menentukan besarnya beban

gelombang dapat digunakan rumus (16) dimana kecepatan dan percepatan didapatkan

dari hasil perhitungan rumus (15). Berikut merupakan hasil perhitungan dari beban

gelombang :


13 dari 20

Grafik 1. Bentuk Permukaan Gelombang

Tabel 15. Kecepatan Partikel Ombak (Fw)

θ cos θ v (m/s)

1 2 3 4 5 0 1,00 -27,71 5,65 37,70 0,00075 -0,000052

30 0,87 -24,00 2,83 0,00 -0,00037 0,000045 60 0,50 -13,85 -2,83 -37,70 -0,00037 -0,000026 90 0,00 0,00 -5,65 0,00 0,00075 0,000000

120 -0,50 13,85 -2,83 37,70 -0,00037 0,000026 150 -0,87 24,00 2,83 0,00 -0,00037 -0,000045 180 -1,00 27,71 5,65 -37,70 0,00075 0,000052 210 -0,87 24,00 2,83 0,00 -0,00037 -0,000045 240 -0,50 13,85 -2,83 37,70 -0,00037 0,000026 270 0,00 0,00 -5,65 0,00 0,00075 0,000000 300 0,50 -13,85 -2,83 -37,70 -0,00037 -0,000026 330 0,87 -24,00 2,83 0,00 -0,00037 0,000045 360 1,00 -27,71 5,65 37,70 0,00075 -0,000052

Tabel 16. Perhitungan Total Beban Ombak (Fw)

Sudut Wave Force (Fw)

Normal (kN) Badai (kN) 0 41,16 17040,97

30 782,35 22958,96 60 1313,87 22725,45 90 1493,40 16402,97

120 1272,71 5684,49 150 711,06 -6555,99 180 -41,16 -17040,97 210 -782,35 -22958,96 240 -1313,87 -22725,45 270 -1493,40 -16402,97 300 -1272,71 -5684,49


14 dari 20

330 -711,06 6555,99

Grafik 2. Beban Gelombang pada TLP Kondisi Kritis

Grafik 3. Beban Gelombang pada TLP Kondisi Normal dan Badai

Untuk perhitungan beban arus, juga ditentukan berdasarkan syarat-syarat yang

terdapat dalam DNV Rules dan API RP 2A. Berikut merupakan hasil perhitungan

dengan menggunakan rumus (17) :

Tabel 17. Perhitungan Total Beban Arus (Fc)

Gaya Arus pada Empat Kolom

Kecepatan Arus (vc)

Luas Bidang

Tangkap

Gaya Arus (Current Force) N kN

0,1 4122,07 76052,13 76,05212508 0,2 4122,07 304208,50 304,2085003 0,3 4122,07 684469,13 684,4691257 0,4 4122,07 1216834,00 1216,834001 0,5 4122,07 1901303,13 1901,303127 0,6 4122,07 2737876,50 2737,876503 0,7 4122,07 3726554,13 3726,554129 0,8 4122,07 4867336,01 4867,336005 0,9 4122,07 6160222,13 6160,222131 1 4122,07 7605212,51 7605,212508


15 dari 20

1,1 4122,07 9202307,13 9202,307135 1,2 4122,07 10951506,01 10951,50601 1,3 4122,07 12852809,14 12852,80914 1,4 4122,07 14906216,52 14906,21652 1,5 4122,07 17111728,14 17111,72814

Dari tabel 17 dapat dilihat besar beban arus pada keadaan normal (vc = 0,5 m/s)

dan keadaan badai (vc = 1,2 m/s). Semakin dalam kedalaman laut, maka semakin kecil

kecepatan arusnya.

Tabel 18. Perhitungan Total Beban Eksternal

Wind Force (kN)

Wave Force (kN)

Current Force (kN) Total Force (kN)

Normal 584,19 782,35 1.901,30 3.267,84 Storm 9.767,45 22.958,96 10.951,51 43.677,92

Grafik 4. Distribusi Beban Angin yang Diderita TLP

Grafik 5. Distribusi Beban Arus yang Diderita TLP

Maka berikut merupakan distribusi beban lingkungan terhadap bangunan TLP :


16 dari 20

Gambar 9. Distribusi Beban Angin, Arus, dan Ombak yang Diderita TLP

• Interaksi Terhadap Soil

T = Fy

T = W = mg

T !"#$%# = 133.649.555 kg x 9,8 m/s!

T !"#$%# = 1.309.765.639 N (keseluruhan)

σ !"#$%# = !!"#$%#!"

= !.!"#.!"#.!"# !" (!,!" ! !,!!"#!)

= 239.105.642,12 N/m!

Besar kekutan tegangan tendon sendiri adalah 239,1 x 10! N/m! utuk tiap satu tendon,

dimana nilainya lebih kecil daripada nilai Yield Strength dari bahan Baja Fikret Mert

Veral yang biasanya digunakan untuk tendon (σ Tendon < σ Steel) berdasarkan API 5L

X65 yaitu 448 Mpa (488 x 10! N/m!), sehingga menyebabkan tendon tidak akan

mengalami deformasi plastis pada saat kondisi ekstrim sekalipun.

Besar nilai tegangan pada tendon dengan sudut kemiringan 3º adalah

1.311.601.881,63 N dengan besar kekuatan tendon yaitu 239.440.859,32 N/m! (masih

tak dapat ber-deformasi plastis). Sementara untuk jarak perpindahan maksimal

bangunan TLP ditentukan dengan persamaan “t tan θ” yaitu sebesar 46,43 m dimana t

adalah panjang dari tendon. Tabel 19. Perhitungan Gaya Tahanan terhadap Pile

Jarak Antar-pile 0,75 m Berat Tanah Disekitar Pile Group 21.336 kg Berat Pile 177.545 kg Berat Pile Caps 97.500 kg Jumlah Pile 16 buah

d Pile 122 m


17 dari 20

D Pile 1,524 m B 18 m L 18 m Cu 50 kN/m3

Gaya Tahanan pada Pile (F Pile)

442104,53 kN 442.104.533,8 N

Dari tabel 19, hasil gaya tahanan terhadap pile adalah > 3T pada tendon maka

pile akan mampu menahan gaya tarik sehingga tendon tidak akan lepas pada kondisi

badai sekalipun. Besar gaya tahanan terhadapa pile yaitu 442.104.533,8 N sementara

untuk tiga kali gaya tegangan tendon (3T pada tendon) sendiri sebesar 245.581.057,3

N. Perhitungan menggunakan rumus (18).

P ! = (M+Z) g/A + !!"#$ ! !!"#$! F! + F! G !!"#$

Nilai F! dan F! ada pada Tabel Approximate Expressions for Friction F1 and F2 -

Elastic Half Space Method for Soil) dimana :

F! = 8,0 – 2 a!

P ! = [(133.649.555 + 356.626.969) x 9,81 / (380,25)] +

( 1.400x7x10!x0,762! x 7,5) + (6,9 x 7 x 10! x 0,762)

P ! = 49.666.989,8 N/m!

Nilai tekanan pada pondasi di atas jauh lebih kecil dari nilai Modulus Young

Foundation-nya. Dari hal tersebut praktikan menganalisis bahwa foundation akan

mampu menahan tekanan yang diberikan dari atas foundation.

Menurut API RP 2A, digunakan Teori Elastic Half Space untuk menghitung soil

resistance, dimana panjang pile yang ditancapkan berpengaruh pada ketahanan soil (P)

karena terjadi interaksi antara soil dan pile, sementara ketahanan pada soil juga sangat

mempengaruhi besar soil resistance karena soil resistance didapatkan melalui rumus :

P = !! [N/m]

E = !!"!

[N/m!]

Kondisi Badai :

E = !"#.!"#,!!" !,!"#

= 74.814,798 N/m! < Modulus Young Soil (7x10! N/m!)

Maka soil akan mampu menahan bangunan TLP dan tidak akan terjadi defleksi

plastis pada pile maupun soil.


18 dari 20

• Beban Harmonik

Gambar 10. Pemodelan Sistem pada Struktur TLP dan Tendon

mx + cx + kx = F

Dengan menggunakan persamaan Simple Degree of Freedom (SDOF) di atas,

maka didapatkan solusi akhir untuk defleksi tendon yaitu :

x! = !(!!!!!!)!!!!!!!

dimana ξ = !!"

= !,!!"! ! !,!"

= 0,000318 (faktor redaman)

Dan C = 2 ξ kM = 2 x 0,000318 x 0,0122 x 133.649.555 = 0,812 (rasio redaman).

Tabel 20. Perhitungan Defleksi pada Struktur TLP

M 133649555 kg k 0,0122 - C 0,812 - F 43677920,282 N

T (s) ω (Hz) xo (m) 2,2 2,855 0,040107 3 2,093 0,0745792 4 1,570 0,1325852 5 1,256 0,2071644 6 1,047 0,2983168 7 0,897 0,4060423 8 0,785 0,5303409 9 0,698 0,6712127

9,8 0,641 0,7958428

Defleksi masih sesuai dengan standar karena toleransi defleksi pada struktur TLP

menurut DNV OS C201 adalah tidak boleh lebih dari 5 m.

Apabila nilai frekuensi natural struktur TLP sama dengan nilai frekuensi natural

gelombang, maka akan menyebabkan terjadinya resonansi. Adapun persamaan ini

didapat pula dari pensubstitusian persamaan-persamaan pada Hukum Newton :

Mass

F


19 dari 20

N = !!" !

! = !

! ! !,!" !,!"##

!"".!"#.!!! = 0,1519 x 10!! Hz

Tidak akan terjadi resonansi karena frekuensi natural TLP tidak sama dengan

frekuensi natural gelombang standar di laut dalam yaitu 1125 Hz. Sehingga frekuensi

naturalnya dapat diabaikan.

Kesimpulan

Adapun kesimpulan yang diambil dari penelitian ini yaitu :

• Besar gaya angin yang diderita oleh TLP pada kondisi badai 100 tahunan adalah

9.767,45 kN.

• Besar gaya ombak yang diderita oleh TLP pada kondisi badai 100 tahunan adalah

22.958,96 kN yaitu saat keadaan tinggi gelombang mencapai ketinggian maksimum

setinggi 9,66 m.

• Besar gaya arus yang diderita oleh TLP pada kondisi badai 100 tahunan adalah

sebesar 10.951,51 kN.

• Total beban eksternal yang diderita oleh struktur TLP untuk pengoperasian di wilayah

Timur Kalimantan yaitu sebesar 43.677,92 kN.

• Besar kekuatan dari tendon adalah 239.105.642,12 N/m! dengan besar tegangan

secara keseluruhan yaitu 1.309.765.639 N. Tendon akan mampu menahan beban

yang diberikan yaitu beban eksternal sebagai beban dari lingkungan dan beban

internal sebagai beban dari struktur TLP, sehingga tendon tidak akan mengalami

deformasi plastis.

• Berdasarkan hasil dari kekuatan tegangan tendon, maka kondisi TLP yang dianalisis

sudah optimal, yaitu dengan jumlah tendon 16 dimana setiap kolom dipasang 4 buah

tendon, 0,6604 m untuk diameter luar tendon, 0,6579 m untuk diameter dalam, dan

886 m untuk tinggi dari tendon. Maka dari itu, TLP mampu bertahan dalam waktu

100 tahun (lifetime design).

Daftar Referensi

API. 2005. Standards for Safe Offshore Operations : Design and Analysis of Stationkeeping Systems for

Floating Structures, American Petroleum Institute, API RP 2SK. 2rd Edition.


20 dari 20

API. 2005. Standards for Safe Offshore Operations : Geotechnical and Foundation Design Considerations,

American Petroleum Institute, API RP 2GEO/ISO 19901-4:2003.

API. 2005. Standards for Safe Offshore Operations : Recommended Practice for Planning, Designing and

Constructing Tension Leg Platforms, American Petroleum Institute, API RP 2T. 2rd Edition.

Bowles, J. (1997). Foundation Analysis and Design. 5th Ed., The McGraw-Hill Companies, Inc., New York,

308. Diakses pada tanggal 22-12-2016 dari http://trove.nla.gov.au/work/8193480

Chakrabarti, S. K. 2002. The Theory and Practice of Hydrodynamics and Vibration, New Jersey: World

Scientific.

Chakrabarti, S. K. 2005. Handbook of Offshore Engineering - Volume I. San Francisco: Elsevier.

Dean R. G. & Dalrymple, R. A. 1991. Water Wave Mechanics for Engineers and Scientists, New Jersey: World

Scientific.

DNV OS C101. 2004. Design of Offshore Steel Structures, General (LFRD Method). Det Norske Veritas,

Norway.

DNV OS C105. 2005. Structural Design of TLPS, (LFRD Method). Det Norske Veritas, Norway.

Global Security, Tension Leg Platform (TLP), 2016. Diakses pada tanggal 10-9-2016 dari

http://www.globalsecurity.org/military/systems/ship/platform-tension-leg.htm

Hallam, Heaf, dkk. 1978. Dynamics of Marine Structures: Methods of Calculating The Dynamic Response of

Fixed Structures Subject to Wave and Current Action Volume 8. CIRIA Underwater Engineering Group.

Haritos, N. 2007. Introduction to the Analysis and Design of Offshore Structures – An Overview. eJSE

International. The University of Melbourne, Australia.

McEvilly, Mike. 2004. Marco Polo Development Tension Leg Platform. Marine Technology Society Luncheon,

Anadarco Pertoleum Corporation.

Nigam, N. C. & Narayanan, S. 1994. Applications of Random Vibrations, New York: Springer-Verlag.

Oil & Gas Journal, Studies Clear TLP Cost, Depth Limit Misconceptions, 1997. Diakses pada tanggal 10-9-2016

dari http://www.offshore-mag.com/articles/print/volume-57/issue-7/news/production/studies-clear-tlp-cost-

depth-limit-misconceptions.html

Skjelbreia, L. and Hendrickson, J. A. 1961. Chapter 10 : Fifth Order Gravity Wave Theory, Proceedings of

Seventh Conference on Coastal Engineering - Volume I.

Undang-undang Republik Indonesia Nomor 18 Tahun 1999. JASA KONSTRUKSI : KEGAGALAN

BANGUNAN.


Studi Analisis Kekuatan pada Tension Leg Platform untuk ...

Documents

Transcript of Studi Analisis Kekuatan pada Tension Leg Platform untuk ...