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
20
Embed
Studi Analisis Kekuatan pada Tension Leg Platform untuk ...
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
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
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
Studi Analisis ..., Raja Fitrah Aulia Nurpalah, FT UI, 2017
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).
Studi Analisis ..., Raja Fitrah Aulia Nurpalah, FT UI, 2017
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
Studi Analisis ..., Raja Fitrah Aulia Nurpalah, FT UI, 2017
8 dari 20
Yield Strength Steel, API 5L X65 (Fikret Mert Veral) untuk Tendon 448 MPa
Caisson (Kolom) Diameter 26 m Tinggi 54 m Draft 28 m
Tabel 7. Dimensi Pontoon
Pontoon Luar
Studi Analisis ..., Raja Fitrah Aulia Nurpalah, FT UI, 2017
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
Studi Analisis ..., Raja Fitrah Aulia Nurpalah, FT UI, 2017
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
Studi Analisis ..., Raja Fitrah Aulia Nurpalah, FT UI, 2017
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 :
Studi Analisis ..., Raja Fitrah Aulia Nurpalah, FT UI, 2017
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 :
Studi Analisis ..., Raja Fitrah Aulia Nurpalah, FT UI, 2017