Pengaruh Karakteristik Vegetasi pada Hambatan Aliran di Saluran Terbuka.
PERHITUNGAN GAYA LATERAL DAN MOMEN
YANG BEKERJA PADA JACKET PLATFORM
TERHADAP GELOMBANG AIRY DAN GELOMBANG
STOKES
Selvina
NRP: 1221009
Pembimbing: Olga Catherina Pattipawaej, Ph.D.
ABSTRAK
Aktivitas bangunan lepas pantai berkembang dengan pesat sejak tahun
1890-an dan hingga sekarang masih sangat berkembang. Dengan adanya
bangunan lepas pantai ini memudahkan proses pencarian bahan tambang yang ada
di laut lepas yang bergantung pada kedalaman laut tersebut. Bangunan lepas
pantai adalah suatu bangunan/struktur yang dibangun di lepas pantai untuk
mendukung eksplorasi/eksploitasi bahan tambang.
Tujuan dari penelitian adalah menentukan besar gaya dan momen pada
join dan pada batang jacket platform. Besar gaya dan momen yang diterima setiap
join dan batang dengan menggunakan teori gelombang Linier/Airy dan teori
gelombang Stokes. Gaya yang terjadi pada pada deck yang diakibatkan oleh beban
angin juga dihitung.
Gaya yang dihasilkan menunjukkan perbedaan pada hasil akibat
penggunaan gaya gelombang Linier/Airy dan gelombang Stokes. Gaya
maksimum berdasarkan gelombang Linier sebesar 3345,11N dan berdasarkan
gelombang Stokes sebesar 8874777,5N. Momen maksimum berdasarkan
gelombang Linier/Airy sebesar 208829Nm dan berdasarkan gelombang Stokes
sebesar 182798271,9Nm.
Kata Kunci: Teori Gelombang Linier/Airy, Teori Gelombang Stokes, Jacket
Platform.
ix
Universitas Kristen Maranatha
DETERMINATION OF LATERAL FORCES AND
MOMENTS WORKING ON JACKET PLATFORM
USING AIRY AND STOKES WAVES
Selvina
NRP: 1221009
Supervisor: Olga Catherina Pattipawaej, Ph.D.
ABSTRACT
Activities of offshore structures have rapidly grown since the 1890s and
until nowadays. The existing of offshore structures have made process searching
of mine becoming easier and depended on the depth of the sea. Offshore structure
is a structure that is built at the offshore to support the exploration/exploitation of
minerals.
The aim of the study is to evaluation of the wave forces and moments at
the joins and on any existing trunk. The determination of the force and moment
load received by each joint and rod based on linear wave theory/Airy and Stokes
wave theory. On the other hand, the force on the deck caused by wind loads is
evaluated.
Based on the evaluation of the wave forces, the results are difference
using linear wave/Airy and Stokes waves. The maximum force is obtained
3345.11N based on Airy waves and 8874777.5N based on Stokes waves. The
maximum moment using the linear waves is 208 829Nm and using Stokes wave is
182,798,271.9Nm.
Key words: Wave Theory/ Airy, Stokes Wave Theory, Jacket Platform.
x
Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL
LEMBAR PENGESAHAN
PERNYATAAN ORISINALITAS LAPORAN PENELITIAN
PERNYATAAN PUBLIKASI LAPORAN PENELITIAN
SURAT KETERANGAN TUGAS AKHIR
SURAT KETERANGAN SELESAI TUGAS AKHIR
KATA PENGANTAR
ABSTRAK
ABSTRACT
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR TABEL
DAFTAR NOTASI
DAFTAR LAMPIRAN
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
1.2 Maksud dan Tujuan Penelitian
1.3 Ruang Lingkup
1.4 Sistematika Penelitan
BAB II TINJAUAN LITERATUR
2.1 Anjungan Lepas Pantai
2.2 Structure Jacket Platform
2.3 Material Bangunan Lepas Pantai
2.4 Beban Lingkungan
2.5 Teori Gelombang
2.5.1 Teori Gelombang Airy/Linier
2.5.2 Teori Gelombang Stokes
2.6 Gaya Gelombang
2.6.1 Gaya Akibat Gelombang Linier/Airy
2.6.2 Gaya Akibat Gelombang Stokes
2.6.3 Gaya Gelombang pada Tiang Silinder Miring
2.6.4 Gaya Gelombang Maksimum pada Struktur Lepas
Pantai
2.7 Arus
2.8 API (American Protoleum Institute) Wind Force
2.9 Celah Udara
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Langkah-langkah Penelitian
3.2 Lokasi Studi
3.3 Metode Pengumpulan Data
3.4 Data Penelitian
3.4.1 Data Struktur
3.4.2 Data Angin
xi
i
ii
iii
iv
v
vi
vii
ix
x
xi
xiii
xiv
xv
xvi
1
1
2
2
3
4
4
9
13
14
14
15
16
20
20
21
23
25
25
26
27
28
28
28
31
31
31
31
Universitas Kristen Maranatha
3.4.2 Data Transportasi Gelombang
3.5 Data Beban
3.5.1 Beban Lingkungan
BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Pengujian
4.2 Analisis Gelombang
4.2.1 Analisis Gelombang Linier/Airy
4.2.2 Analisis Gelombang Stokes
4.3 Analisis Kecepatan dan Percepatan Gelombang
4.3.1 Analisis Kecepatan Gelombang Linier/Airy
4.3.2 Analisis Percepatan Gelombang Linier/Airy
4.3.3 Analisis Kecepatan Gelombang Stokes
4.3.4 Analisis Percepatan Gelombang Stokes
4.4 Analisis Gaya Gelombang pada Tiang Silinder
4.4.1 Analisis Gaya Gelombang Pada Tiang Silinder Miring
4.4.2 Analisis Gaya Gelombang Pada Silinder Miring
Berdasarkan Gelombang Linier/Airy dan Gelombang
Stokes
4.5 Analisis Gaya Angin
BAB V SIMPULAN DAN SARAN
5.1 Simpulan
5.2 Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xii
32
32
32
33
33
33
33
37
40
40
42
43
44
46
46
46
47
49
49
49
50
Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Struktur Anjungan Lepas Pantai
Gambar 2.2 Definisi dan Karakteristik Gelombang di Daerah Pantai
Gambar 2.3 Jacket Steel Platform
Gambar 2.4 Concrete Gravity Platform
Gambar 2.5 Semi Submersible Platform
Gambar 2.6 Jack Up Drilling Rig
Gambar 2.7 Tension Leg Platform
Gambar 2.8 Guyed Tower
Gambar 2.9 Sketsa Profil Gelombang
Gambar 2.10 Pembagian Segmen pada Tiang Silinder
Gambar 2.11 Tiang Silinder Miring
Gambar 2.12 Asumsi Distribusi Vertikal Arus Pasang Surut dan Wind
Drift Current
Gambar 3.1 Peta Lokasi Struktur Jacket Platform
Gambar 3.2 Struktur Platform yang Ditinjau
Gambar 4.1 Join Struktur Jacket yang Ditinjau untuk Mencari Gaya dan
Momen
Gambar 4.2 Gaya Gelombang dan Momen Berdasarkan Gelombang Airy
Gambar 4.3 Gaya Gelombang dan Momen Berdasarkan Gelombang Stokes
Gambar 4.4 Join yang Ditinjau pada Struktur Jacket Untuk Analisis
Kecepatan dan Percepatan
Gambar 4.5 Kecepatan Partikel Air Arah Horizontal pada Join Berdasarkan
Gelombang Linier/Airy
Gambar 4.6 Kecepatan Partikel Air Arah Horizontal pada Join Berdasarkan
Gelombang Linier/Airy
Gambar 4.7 Percepatan Arah Horizontal pada Join Berdasarkan Gelombang
Linier/Airy
Gambar 4.8 Percepatan Arah Vertikal pada Join Berdasarkan Gelombang
Linier/Airy
Gambar 4.9 Kecepatan Arah Horizontal pada Gelombang Stokes
Gambar 4.10 Kecepatan Arah Vertikal pada Gelombang Stokes
Gambar 4.11 Percepatan Horizontal pada Gelombang Stokes
Gambar 4.12 Percepatan Vertikal pada Gelombang Stokes
Gambar 4.13 Nilai Teta (�) dan Beta (�) Pada Struktur yang Ditinjau
Gambar 4.14 Deck Pada Bangunan Lepas Pantai
xiii
4
4
5
6
7
8
8
9
15
22
23
25
29
30
34
36
37
40
41
41
42
42
44
44
45
46
47
48
Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Harga Parameter Bentuk Gelombang
Tabel 2.2 Harga Parameter Kecepatan Gelombang
Tabel 2.3 Parameter Frekuensi dan Tekanan Gelomang
Tabel 2.4 Nilai Cs Berdasarkan nilai API RP2A
Tabel 2.5 Tinggi Celah Udara
Tabel 3.1 Data Struktur Batang Silinder
Tabel 3.1 Kecepatan Angin
Tabel 3.2 Transportation Barge Motion Criteria
Tabel 4.1 Harga Parameter Bentuk Gelombang
Tabel 4.2 Parameter Harga Kecepatan Gelombang
Tabel 4.3 Parameter Frekuensi dan Tekanan Gelombang
xiv
18
18
19
26
27
31
32
32
37
43
45
Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR NOTASI
a
A
ax
ay
c
CD
CI
D
FD
FI
Fn
g
Gn
h
H
k
L
L0
m
n
MD
MI
t
T
u
Un
Vn
w
Wn
x
z
parameter tinggi gelombang pada gelombang Stokes
amplitudo gelombang (0,5H) (m)
percepatan partikel air arah horizontal (m/dt2)
percepatan partikel air arah vertikal (m/dt2)
cepat rambat gelombang (m/dt)
koefisien geser
koefisien inersia
diameter (m)
gaya geser (N)
gaya inersia (N)
koefisien parameter profil bentuk gelombang
percepatan gravitasi (m/dt2)
koefisien parameter kecepatan gelombang
kedalaman permukaan air rata-rata dari dasar laut (m)
tinggi gelombang dari lembah ke puncak (m)
bilangan gelombang/angka gelombang
panjang gelombang (m)
panjang gelombang di laut dalam (m)
bilangan ke-m
bilangan ke-n
momen geser (Nm)
momen inersia (Nm)
waktu (dt)
perioda gelombang
kecepatan partikel air arah horizontal (m/dt)
koefisien kecepatan arah horizontal
kecepatan partikel arah tegak lurus sumbu tiang
kecepatan partikel air arah vertikal (m/dt)
koefisien kecepatan arah vertikal
posisi koordinat arah horizontal (m)
kedalaman struktur (m)
massa jenis air laut (kg/m3)
ɳ (x,t) elevasi muka air pada titik x saat t (m)
ω
frekuensi gelombang
konstanta (3,14)
xv
Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran L.1 Gelombang Linier/Airy
Lampiran L.2 Gelombang Stokes
xvi
51
58
Universitas Kristen Maranatha
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Aktivitas industri bangunan lepas pantai dimulai sejak tahun 1890-an, dan
berkembang dengan pesat hingga sekarang. Pada tahun 1947 untuk pertama
kalinya diproduksi struktur platform baja yang terpancang seberat 1200ton yang
diinstalasikan di Teluk Mexico dengan kedalaman 20ft (6 meter), konstruksi
bangunan lepas pantai ini dikenal sebagai tipe jacket steel platform. Jacket
dikembangkan untuk operasi di laut dangkal dan laut sedang.
Bangunan lepas pantai adalah suatu bangunan/struktur yang dibangun di
lepas pantai untuk mendukung eksplorasi/eksploitasi bahan tambang. Bangunan
lepas pantai biasanya memiliki rig pengeboran yang berfungsi menganalisis sifat
geologis reservoir maupun lubang untuk mengambil bahan tambang. Fungsi
utama bangunan lepas pantai (offshore platform) adalah mampu mendukung
bangunan atas beserta fasilitas operasionalnya, serta gerakan horizontal dan
vertikal suatu struktur offshore platform merupakan kriteria penting yang
menentukan prilaku anjungan tersebut di atas air. Terdapat berbagai macam jenis
anjungan lepas pantai berdasarkan fungsi, material pembentuk maupun jenis
strukturnya, diantaranya adalah anjungan lepas pantai tipe tetap (Fixed-Offshore
Platform) dibagi menjadi beberapa jenis seperti Jacket Platform, Caissons
Platform, Concrete Gravity Platform dan anjungan lepas pantai tipe terapung
(Floating-Offshore Platform) antara lain Tension Leg Platform dan Jack Up Rigs.
Dalam masa layannya, anjungan lepas pantai akan mengalami berbagai
macam kondisi pembebanan yang cukup beragam. Maka bangunan anjungan
lepas pantai harus dapat menahan beban–beban juga harus memperhitungkan
keselamatan para pekerja yang terlibat di dalamnya, contohnya seperti beban
sendiri (self weight), peralatan (equipment), angin (wind), beban gelombang
(wave), arus (current) dan beban hidup (Live load). Dalam pembangunan struktur
lepas pantai terdapat dua hal penting yang harus diperhatikan, kondisi geografis
1
Universitas Kristen Maranatha
dan kondisi lingkungan. Selain itu yang harus diperhatikan seperti gelombang,
angin, dan arus.
Gelombang merupakan sumber paling utama dari beban lingkungan yang
dialami oleh bangunan lepas pantai. Karakteristik gelombang yang digunakan
pada kondisi lingkungan normal. Parameter–parameter yang didapatkan dari
gelombang, antara lain tinggi gelombang, periode gelombang, panjang
gelombang, dan elevasi puncak gelombang. Gelombang pada dasarnya adalah
manifestasi dari 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.
Parameter yang utama pada angin ialah kecepatan angin itu sendiri. Data
angin yang diperoleh harus dapat disesuaikan dengan kecepatan angin pada
ketinggian standar (ketinggian acuan) yaitu 10m atau 33ft di atas permukaan air
rata-rata dengan interval waktu yang ditentukan. Selain itu kecepatan arus juga
mempengaruhi lingkungan sekitar bangunan lepas pantai tersebut.
1.2 Maksud dan Tujuan Penelitian
Maksud penelitian Tugas Akhir ini adalah mengetahui besar perbandingan
gaya yang terjadi dengan perhitungan menggunakan teori gelombang Linier/Airy
dan teori gelombang Stokes. Tujuan penelitian Tugas Akhir ini adalah
menyimpulkan perbedaan kedua gaya gelombang baik gelombang Linier/Airy
maupun gelombang Stokes.
1.3 Ruang Lingkup
Ruang lingkup pembahasan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Studi kasus jacket platform yang beroperasi di sebelah Tenggara Laut Jawa
dengan kedalaman 64m;
2. Menentukan gaya gelombang maksimum berdasarkan gelombang Linier/Airy
dan gelombang Stokes pada join dan lengan struktur;
3. Menentukan besar momen maksimum berdasarkan gelombang Linier/Airy dan
gelombang Stokes pada join dan lengan struktur;
2
Universitas Kristen Maranatha
4. Menentukan besar gaya angin yang terjadi pada deck/struktur bagian atas;
5. Gaya yang diperhitungkan hanya gaya Angin, dan Gelombang;
6. Perhitungan pondasi, gaya gempa, dan struktur tambahan pada jacket platform
tidak dievaluasi pada penelitian ini;
7. Perhitungan gaya dan momen pada jacket platform hanya pada satu sisi;
8. Penggunaan software tidak dilakukan pada perhitungan gaya dan momen
pada jacket platform.
1.4 Sistematika Penelitian
BAB I PENDAHULUAN
Meliputi latar belakang, maksud dan tujuan penelitian, ruang lingkup, dan
sistematika penelitian.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Meliputi ilmu–ilmu dasar yang berkaitan dengan jenis–jenis struktur anjungan
lepas pantai, Jacket Platform, material struktur, beban lingkungan, dan teori dasar
gelombang.
BAB III METODE PENELITIAN
Berisi tentang metode penelitian yang akan dipergunakan dalam penyelesaian
kasus Tugas Akhir.
BAB IV ANALISIS DATA
Berisi tentang analisis respon dinamik struktur serta hasil yang didapat sesuai
dengan kasus Tugas Akhir ini.
BAB V SIMPULAN DAN SARAN
Bab ini menyimpulkan hasil analisis data yang diperoleh dari pelaksanaan Tugas
Akhir dan memberikan saran untuk perbaikan berikutnya.
3
Universitas Kristen Maranatha
BAB V
SIMPULAN DAN SARAN
5.1 Simpulan
1. Gaya maksimum yang terjadi berdasarkan gelombang Linier/Airy dan
gelombang Stokes terjadi di permukaan air laut.
2. Momen maksimum yang terjadi berdasarkan gelombang Linier/Airy dan
gelombang Stokes terjadi di permukaan air laut.
3. Gaya maksimum yang terjadi pada gelombang Linier/Airy dan Stokes
memiliki perbedaan, yaitu sebesar 3345,11N pada gelombang Linier/Airy dan
sebesar 8874777,5N pada gelombang Stokes.
4. Momen maksimum yang terjadi pada gelombang Linier/Airy dan Stokes
memiliki perbedaan yaitu sebesar 208829Nm momen pada gelombang
Linier/Airy dan sebesar 182798271,9Nm momen yang terjadi pada gelombang
Stokes.
5. Gaya maksimum pada gelombang Linier/Airy terjadi pada batang silinder
yang terletak pada kedalaman 57,5m dari dasar laut.
6. Gaya maksimum pada gelombang Stokes terjadi pada batang silinder miring
pada kedalaman 57,5m dari dasar laut.
5.2 Saran
1. Untuk penelitian selanjutnya sebaiknya menggunakan metode numerik untuk
mencari gaya dan momen.
2. Metode numerik untuk menghitung gaya dan momen akibat gaya gelombang,
sebaiknya menggunakan program SACS yang mendukung perhitunganperhitungan untuk mendesain bangunan lepas pantai.
49
Universitas Kristen Maranatha
PERHITUNGAN GAYA LATERAL DAN MOMEN
YANG BEKERJA PADA JACKET PLATFORM
TERHADAP GELOMBANG AIRY DAN GELOMBANG
STOKES
Diajukan sebagai sebagai syarat untuk menempuh ujian sarjana
di Program Studi S-1 Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Kristen Maranatha
Bandung
Disusun Oleh:
SELVINA
NRP: 1221009
Pembimbing:
Olga Catherina Pattipawaej, Ph.D.
PROGRAM STUDI S-1 TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS KRISTEN MARANATHA
BANDUNG
2016
KATA PENGANTAR
Puji syukur penyusun panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas
segala rahmat yang dilimpahkan oleh-Nya, sehingga dapat menyelesaikan
penyusunan Tugas Akhir. Tugas Akhir merupakan pembahasan laporan penelitian
dengan judul PERHITUNGAN GAYA LATERAL DAN MOMEN YANG
BEKERJA PADA JACKET PLATFORM TERHADAP GELOMBANG
AIRY DAN GELOMBANG STOKES. Tugas akhir diajukan sebagai syarat
untuk menempuh ujian sarjana di Program Studi S-1 Teknik Sipil, Fakultas
Teknik, Universitas Kristen Maranatha, Bandung.
Penyusun merasa bersyukur dan berterimakasih kepada pihak-pihak yang
sudah membantu dan bekerjasama selama penyusunan Tugas Akhir ini, kepada:
1. Ibu Olga Catherina Pattipawaej, Ph.D., selaku dosen pembimbing yang selalu
membimbing selama pengerjaan Tugas Akhir ini.
2. Ibu Ir. Maria Christine Sutandi, M.Sc., Bapak Robby Yussac Tallar, S.T.,
M.T., Dipl. IWRM., Ph.D., Bapak Ir. Daud Rahmat Wiyono, M.Sc., selaku
dosen-dosen penguji pra sidang dan USTA.
3. Bapak Dr. Yosafat Aji Pranata, S.T., M.T., selaku Ketua Program Studi S-1
Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha.
4. Bapak Dr. Anang Kristianto, S.T., M.T., selaku dosen wali.
5. Dosen-dosen Program Studi S-1 Teknik Sipil yang telah berjasa memberikan
ilmu-ilmunya.
6. Bapak Ir. Hendrayana, Ibu Susiana, S.Pd., selaku orang tua.
7. Wildani, Weindiani, Wahyudin, S.Pd., Ahmad Taufik, Siti Sophiah, dan Naila
Alika Putri, selaku saudara terdekat yang selalu memberi semangat.
8. Resimas Friskiansyah, S.T., sebagai orang yang selalu memberi motivasi.
9. Teman-teman JJM Zelina Alviana, S.T., Mahendra Ginting, S.T., Rhenato
Geovan, Octavianus Mangatas S., Frans Andre Sasarari, Tedy Prima S., Fuji
Fauziah D., Rian Adhita T., Michael Roberto G., Harry Budi R., Timothy
Eliasta S., Ariel Andykaprahasta A., Bebri Ananda S., Edo Firnanto P., selaku
vii
DAFTAR PUSTAKA
[1] Chakrabakti, S., 2005, Handbook of Offshore Engineering, Volume 1,
Elsevier, USA.
[2] Departement of The Army, 1984, Shore Protection Manual, Volume 1,
U.S.Goverment Printing Office, Washington D.C.
[3] Departement of The Army, 1984, Shore Protection Manual, Volume 2,
U.S.Goverment Printing Office, Washington D.C.
[4] Graff, W.J., 1981,
Introduction to Offshore Structure, Gulf Publishing
Company, Texas.
[5] McClelland, B. dan Reifel, M.D., 1986,
Planning and Design of Fixed
Offshore Platforms, Van Nostrand Reinhold Company, Canada.
[6] Triatmodjo, B., 1999, Teknik Pantai, Beta, Yogyakarta.
50
Universitas Kristen Maranatha
YANG BEKERJA PADA JACKET PLATFORM
TERHADAP GELOMBANG AIRY DAN GELOMBANG
STOKES
Selvina
NRP: 1221009
Pembimbing: Olga Catherina Pattipawaej, Ph.D.
ABSTRAK
Aktivitas bangunan lepas pantai berkembang dengan pesat sejak tahun
1890-an dan hingga sekarang masih sangat berkembang. Dengan adanya
bangunan lepas pantai ini memudahkan proses pencarian bahan tambang yang ada
di laut lepas yang bergantung pada kedalaman laut tersebut. Bangunan lepas
pantai adalah suatu bangunan/struktur yang dibangun di lepas pantai untuk
mendukung eksplorasi/eksploitasi bahan tambang.
Tujuan dari penelitian adalah menentukan besar gaya dan momen pada
join dan pada batang jacket platform. Besar gaya dan momen yang diterima setiap
join dan batang dengan menggunakan teori gelombang Linier/Airy dan teori
gelombang Stokes. Gaya yang terjadi pada pada deck yang diakibatkan oleh beban
angin juga dihitung.
Gaya yang dihasilkan menunjukkan perbedaan pada hasil akibat
penggunaan gaya gelombang Linier/Airy dan gelombang Stokes. Gaya
maksimum berdasarkan gelombang Linier sebesar 3345,11N dan berdasarkan
gelombang Stokes sebesar 8874777,5N. Momen maksimum berdasarkan
gelombang Linier/Airy sebesar 208829Nm dan berdasarkan gelombang Stokes
sebesar 182798271,9Nm.
Kata Kunci: Teori Gelombang Linier/Airy, Teori Gelombang Stokes, Jacket
Platform.
ix
Universitas Kristen Maranatha
DETERMINATION OF LATERAL FORCES AND
MOMENTS WORKING ON JACKET PLATFORM
USING AIRY AND STOKES WAVES
Selvina
NRP: 1221009
Supervisor: Olga Catherina Pattipawaej, Ph.D.
ABSTRACT
Activities of offshore structures have rapidly grown since the 1890s and
until nowadays. The existing of offshore structures have made process searching
of mine becoming easier and depended on the depth of the sea. Offshore structure
is a structure that is built at the offshore to support the exploration/exploitation of
minerals.
The aim of the study is to evaluation of the wave forces and moments at
the joins and on any existing trunk. The determination of the force and moment
load received by each joint and rod based on linear wave theory/Airy and Stokes
wave theory. On the other hand, the force on the deck caused by wind loads is
evaluated.
Based on the evaluation of the wave forces, the results are difference
using linear wave/Airy and Stokes waves. The maximum force is obtained
3345.11N based on Airy waves and 8874777.5N based on Stokes waves. The
maximum moment using the linear waves is 208 829Nm and using Stokes wave is
182,798,271.9Nm.
Key words: Wave Theory/ Airy, Stokes Wave Theory, Jacket Platform.
x
Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL
LEMBAR PENGESAHAN
PERNYATAAN ORISINALITAS LAPORAN PENELITIAN
PERNYATAAN PUBLIKASI LAPORAN PENELITIAN
SURAT KETERANGAN TUGAS AKHIR
SURAT KETERANGAN SELESAI TUGAS AKHIR
KATA PENGANTAR
ABSTRAK
ABSTRACT
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR TABEL
DAFTAR NOTASI
DAFTAR LAMPIRAN
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
1.2 Maksud dan Tujuan Penelitian
1.3 Ruang Lingkup
1.4 Sistematika Penelitan
BAB II TINJAUAN LITERATUR
2.1 Anjungan Lepas Pantai
2.2 Structure Jacket Platform
2.3 Material Bangunan Lepas Pantai
2.4 Beban Lingkungan
2.5 Teori Gelombang
2.5.1 Teori Gelombang Airy/Linier
2.5.2 Teori Gelombang Stokes
2.6 Gaya Gelombang
2.6.1 Gaya Akibat Gelombang Linier/Airy
2.6.2 Gaya Akibat Gelombang Stokes
2.6.3 Gaya Gelombang pada Tiang Silinder Miring
2.6.4 Gaya Gelombang Maksimum pada Struktur Lepas
Pantai
2.7 Arus
2.8 API (American Protoleum Institute) Wind Force
2.9 Celah Udara
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Langkah-langkah Penelitian
3.2 Lokasi Studi
3.3 Metode Pengumpulan Data
3.4 Data Penelitian
3.4.1 Data Struktur
3.4.2 Data Angin
xi
i
ii
iii
iv
v
vi
vii
ix
x
xi
xiii
xiv
xv
xvi
1
1
2
2
3
4
4
9
13
14
14
15
16
20
20
21
23
25
25
26
27
28
28
28
31
31
31
31
Universitas Kristen Maranatha
3.4.2 Data Transportasi Gelombang
3.5 Data Beban
3.5.1 Beban Lingkungan
BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Pengujian
4.2 Analisis Gelombang
4.2.1 Analisis Gelombang Linier/Airy
4.2.2 Analisis Gelombang Stokes
4.3 Analisis Kecepatan dan Percepatan Gelombang
4.3.1 Analisis Kecepatan Gelombang Linier/Airy
4.3.2 Analisis Percepatan Gelombang Linier/Airy
4.3.3 Analisis Kecepatan Gelombang Stokes
4.3.4 Analisis Percepatan Gelombang Stokes
4.4 Analisis Gaya Gelombang pada Tiang Silinder
4.4.1 Analisis Gaya Gelombang Pada Tiang Silinder Miring
4.4.2 Analisis Gaya Gelombang Pada Silinder Miring
Berdasarkan Gelombang Linier/Airy dan Gelombang
Stokes
4.5 Analisis Gaya Angin
BAB V SIMPULAN DAN SARAN
5.1 Simpulan
5.2 Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xii
32
32
32
33
33
33
33
37
40
40
42
43
44
46
46
46
47
49
49
49
50
Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Struktur Anjungan Lepas Pantai
Gambar 2.2 Definisi dan Karakteristik Gelombang di Daerah Pantai
Gambar 2.3 Jacket Steel Platform
Gambar 2.4 Concrete Gravity Platform
Gambar 2.5 Semi Submersible Platform
Gambar 2.6 Jack Up Drilling Rig
Gambar 2.7 Tension Leg Platform
Gambar 2.8 Guyed Tower
Gambar 2.9 Sketsa Profil Gelombang
Gambar 2.10 Pembagian Segmen pada Tiang Silinder
Gambar 2.11 Tiang Silinder Miring
Gambar 2.12 Asumsi Distribusi Vertikal Arus Pasang Surut dan Wind
Drift Current
Gambar 3.1 Peta Lokasi Struktur Jacket Platform
Gambar 3.2 Struktur Platform yang Ditinjau
Gambar 4.1 Join Struktur Jacket yang Ditinjau untuk Mencari Gaya dan
Momen
Gambar 4.2 Gaya Gelombang dan Momen Berdasarkan Gelombang Airy
Gambar 4.3 Gaya Gelombang dan Momen Berdasarkan Gelombang Stokes
Gambar 4.4 Join yang Ditinjau pada Struktur Jacket Untuk Analisis
Kecepatan dan Percepatan
Gambar 4.5 Kecepatan Partikel Air Arah Horizontal pada Join Berdasarkan
Gelombang Linier/Airy
Gambar 4.6 Kecepatan Partikel Air Arah Horizontal pada Join Berdasarkan
Gelombang Linier/Airy
Gambar 4.7 Percepatan Arah Horizontal pada Join Berdasarkan Gelombang
Linier/Airy
Gambar 4.8 Percepatan Arah Vertikal pada Join Berdasarkan Gelombang
Linier/Airy
Gambar 4.9 Kecepatan Arah Horizontal pada Gelombang Stokes
Gambar 4.10 Kecepatan Arah Vertikal pada Gelombang Stokes
Gambar 4.11 Percepatan Horizontal pada Gelombang Stokes
Gambar 4.12 Percepatan Vertikal pada Gelombang Stokes
Gambar 4.13 Nilai Teta (�) dan Beta (�) Pada Struktur yang Ditinjau
Gambar 4.14 Deck Pada Bangunan Lepas Pantai
xiii
4
4
5
6
7
8
8
9
15
22
23
25
29
30
34
36
37
40
41
41
42
42
44
44
45
46
47
48
Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Harga Parameter Bentuk Gelombang
Tabel 2.2 Harga Parameter Kecepatan Gelombang
Tabel 2.3 Parameter Frekuensi dan Tekanan Gelomang
Tabel 2.4 Nilai Cs Berdasarkan nilai API RP2A
Tabel 2.5 Tinggi Celah Udara
Tabel 3.1 Data Struktur Batang Silinder
Tabel 3.1 Kecepatan Angin
Tabel 3.2 Transportation Barge Motion Criteria
Tabel 4.1 Harga Parameter Bentuk Gelombang
Tabel 4.2 Parameter Harga Kecepatan Gelombang
Tabel 4.3 Parameter Frekuensi dan Tekanan Gelombang
xiv
18
18
19
26
27
31
32
32
37
43
45
Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR NOTASI
a
A
ax
ay
c
CD
CI
D
FD
FI
Fn
g
Gn
h
H
k
L
L0
m
n
MD
MI
t
T
u
Un
Vn
w
Wn
x
z
parameter tinggi gelombang pada gelombang Stokes
amplitudo gelombang (0,5H) (m)
percepatan partikel air arah horizontal (m/dt2)
percepatan partikel air arah vertikal (m/dt2)
cepat rambat gelombang (m/dt)
koefisien geser
koefisien inersia
diameter (m)
gaya geser (N)
gaya inersia (N)
koefisien parameter profil bentuk gelombang
percepatan gravitasi (m/dt2)
koefisien parameter kecepatan gelombang
kedalaman permukaan air rata-rata dari dasar laut (m)
tinggi gelombang dari lembah ke puncak (m)
bilangan gelombang/angka gelombang
panjang gelombang (m)
panjang gelombang di laut dalam (m)
bilangan ke-m
bilangan ke-n
momen geser (Nm)
momen inersia (Nm)
waktu (dt)
perioda gelombang
kecepatan partikel air arah horizontal (m/dt)
koefisien kecepatan arah horizontal
kecepatan partikel arah tegak lurus sumbu tiang
kecepatan partikel air arah vertikal (m/dt)
koefisien kecepatan arah vertikal
posisi koordinat arah horizontal (m)
kedalaman struktur (m)
massa jenis air laut (kg/m3)
ɳ (x,t) elevasi muka air pada titik x saat t (m)
ω
frekuensi gelombang
konstanta (3,14)
xv
Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran L.1 Gelombang Linier/Airy
Lampiran L.2 Gelombang Stokes
xvi
51
58
Universitas Kristen Maranatha
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Aktivitas industri bangunan lepas pantai dimulai sejak tahun 1890-an, dan
berkembang dengan pesat hingga sekarang. Pada tahun 1947 untuk pertama
kalinya diproduksi struktur platform baja yang terpancang seberat 1200ton yang
diinstalasikan di Teluk Mexico dengan kedalaman 20ft (6 meter), konstruksi
bangunan lepas pantai ini dikenal sebagai tipe jacket steel platform. Jacket
dikembangkan untuk operasi di laut dangkal dan laut sedang.
Bangunan lepas pantai adalah suatu bangunan/struktur yang dibangun di
lepas pantai untuk mendukung eksplorasi/eksploitasi bahan tambang. Bangunan
lepas pantai biasanya memiliki rig pengeboran yang berfungsi menganalisis sifat
geologis reservoir maupun lubang untuk mengambil bahan tambang. Fungsi
utama bangunan lepas pantai (offshore platform) adalah mampu mendukung
bangunan atas beserta fasilitas operasionalnya, serta gerakan horizontal dan
vertikal suatu struktur offshore platform merupakan kriteria penting yang
menentukan prilaku anjungan tersebut di atas air. Terdapat berbagai macam jenis
anjungan lepas pantai berdasarkan fungsi, material pembentuk maupun jenis
strukturnya, diantaranya adalah anjungan lepas pantai tipe tetap (Fixed-Offshore
Platform) dibagi menjadi beberapa jenis seperti Jacket Platform, Caissons
Platform, Concrete Gravity Platform dan anjungan lepas pantai tipe terapung
(Floating-Offshore Platform) antara lain Tension Leg Platform dan Jack Up Rigs.
Dalam masa layannya, anjungan lepas pantai akan mengalami berbagai
macam kondisi pembebanan yang cukup beragam. Maka bangunan anjungan
lepas pantai harus dapat menahan beban–beban juga harus memperhitungkan
keselamatan para pekerja yang terlibat di dalamnya, contohnya seperti beban
sendiri (self weight), peralatan (equipment), angin (wind), beban gelombang
(wave), arus (current) dan beban hidup (Live load). Dalam pembangunan struktur
lepas pantai terdapat dua hal penting yang harus diperhatikan, kondisi geografis
1
Universitas Kristen Maranatha
dan kondisi lingkungan. Selain itu yang harus diperhatikan seperti gelombang,
angin, dan arus.
Gelombang merupakan sumber paling utama dari beban lingkungan yang
dialami oleh bangunan lepas pantai. Karakteristik gelombang yang digunakan
pada kondisi lingkungan normal. Parameter–parameter yang didapatkan dari
gelombang, antara lain tinggi gelombang, periode gelombang, panjang
gelombang, dan elevasi puncak gelombang. Gelombang pada dasarnya adalah
manifestasi dari 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.
Parameter yang utama pada angin ialah kecepatan angin itu sendiri. Data
angin yang diperoleh harus dapat disesuaikan dengan kecepatan angin pada
ketinggian standar (ketinggian acuan) yaitu 10m atau 33ft di atas permukaan air
rata-rata dengan interval waktu yang ditentukan. Selain itu kecepatan arus juga
mempengaruhi lingkungan sekitar bangunan lepas pantai tersebut.
1.2 Maksud dan Tujuan Penelitian
Maksud penelitian Tugas Akhir ini adalah mengetahui besar perbandingan
gaya yang terjadi dengan perhitungan menggunakan teori gelombang Linier/Airy
dan teori gelombang Stokes. Tujuan penelitian Tugas Akhir ini adalah
menyimpulkan perbedaan kedua gaya gelombang baik gelombang Linier/Airy
maupun gelombang Stokes.
1.3 Ruang Lingkup
Ruang lingkup pembahasan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Studi kasus jacket platform yang beroperasi di sebelah Tenggara Laut Jawa
dengan kedalaman 64m;
2. Menentukan gaya gelombang maksimum berdasarkan gelombang Linier/Airy
dan gelombang Stokes pada join dan lengan struktur;
3. Menentukan besar momen maksimum berdasarkan gelombang Linier/Airy dan
gelombang Stokes pada join dan lengan struktur;
2
Universitas Kristen Maranatha
4. Menentukan besar gaya angin yang terjadi pada deck/struktur bagian atas;
5. Gaya yang diperhitungkan hanya gaya Angin, dan Gelombang;
6. Perhitungan pondasi, gaya gempa, dan struktur tambahan pada jacket platform
tidak dievaluasi pada penelitian ini;
7. Perhitungan gaya dan momen pada jacket platform hanya pada satu sisi;
8. Penggunaan software tidak dilakukan pada perhitungan gaya dan momen
pada jacket platform.
1.4 Sistematika Penelitian
BAB I PENDAHULUAN
Meliputi latar belakang, maksud dan tujuan penelitian, ruang lingkup, dan
sistematika penelitian.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Meliputi ilmu–ilmu dasar yang berkaitan dengan jenis–jenis struktur anjungan
lepas pantai, Jacket Platform, material struktur, beban lingkungan, dan teori dasar
gelombang.
BAB III METODE PENELITIAN
Berisi tentang metode penelitian yang akan dipergunakan dalam penyelesaian
kasus Tugas Akhir.
BAB IV ANALISIS DATA
Berisi tentang analisis respon dinamik struktur serta hasil yang didapat sesuai
dengan kasus Tugas Akhir ini.
BAB V SIMPULAN DAN SARAN
Bab ini menyimpulkan hasil analisis data yang diperoleh dari pelaksanaan Tugas
Akhir dan memberikan saran untuk perbaikan berikutnya.
3
Universitas Kristen Maranatha
BAB V
SIMPULAN DAN SARAN
5.1 Simpulan
1. Gaya maksimum yang terjadi berdasarkan gelombang Linier/Airy dan
gelombang Stokes terjadi di permukaan air laut.
2. Momen maksimum yang terjadi berdasarkan gelombang Linier/Airy dan
gelombang Stokes terjadi di permukaan air laut.
3. Gaya maksimum yang terjadi pada gelombang Linier/Airy dan Stokes
memiliki perbedaan, yaitu sebesar 3345,11N pada gelombang Linier/Airy dan
sebesar 8874777,5N pada gelombang Stokes.
4. Momen maksimum yang terjadi pada gelombang Linier/Airy dan Stokes
memiliki perbedaan yaitu sebesar 208829Nm momen pada gelombang
Linier/Airy dan sebesar 182798271,9Nm momen yang terjadi pada gelombang
Stokes.
5. Gaya maksimum pada gelombang Linier/Airy terjadi pada batang silinder
yang terletak pada kedalaman 57,5m dari dasar laut.
6. Gaya maksimum pada gelombang Stokes terjadi pada batang silinder miring
pada kedalaman 57,5m dari dasar laut.
5.2 Saran
1. Untuk penelitian selanjutnya sebaiknya menggunakan metode numerik untuk
mencari gaya dan momen.
2. Metode numerik untuk menghitung gaya dan momen akibat gaya gelombang,
sebaiknya menggunakan program SACS yang mendukung perhitunganperhitungan untuk mendesain bangunan lepas pantai.
49
Universitas Kristen Maranatha
PERHITUNGAN GAYA LATERAL DAN MOMEN
YANG BEKERJA PADA JACKET PLATFORM
TERHADAP GELOMBANG AIRY DAN GELOMBANG
STOKES
Diajukan sebagai sebagai syarat untuk menempuh ujian sarjana
di Program Studi S-1 Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Kristen Maranatha
Bandung
Disusun Oleh:
SELVINA
NRP: 1221009
Pembimbing:
Olga Catherina Pattipawaej, Ph.D.
PROGRAM STUDI S-1 TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS KRISTEN MARANATHA
BANDUNG
2016
KATA PENGANTAR
Puji syukur penyusun panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas
segala rahmat yang dilimpahkan oleh-Nya, sehingga dapat menyelesaikan
penyusunan Tugas Akhir. Tugas Akhir merupakan pembahasan laporan penelitian
dengan judul PERHITUNGAN GAYA LATERAL DAN MOMEN YANG
BEKERJA PADA JACKET PLATFORM TERHADAP GELOMBANG
AIRY DAN GELOMBANG STOKES. Tugas akhir diajukan sebagai syarat
untuk menempuh ujian sarjana di Program Studi S-1 Teknik Sipil, Fakultas
Teknik, Universitas Kristen Maranatha, Bandung.
Penyusun merasa bersyukur dan berterimakasih kepada pihak-pihak yang
sudah membantu dan bekerjasama selama penyusunan Tugas Akhir ini, kepada:
1. Ibu Olga Catherina Pattipawaej, Ph.D., selaku dosen pembimbing yang selalu
membimbing selama pengerjaan Tugas Akhir ini.
2. Ibu Ir. Maria Christine Sutandi, M.Sc., Bapak Robby Yussac Tallar, S.T.,
M.T., Dipl. IWRM., Ph.D., Bapak Ir. Daud Rahmat Wiyono, M.Sc., selaku
dosen-dosen penguji pra sidang dan USTA.
3. Bapak Dr. Yosafat Aji Pranata, S.T., M.T., selaku Ketua Program Studi S-1
Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha.
4. Bapak Dr. Anang Kristianto, S.T., M.T., selaku dosen wali.
5. Dosen-dosen Program Studi S-1 Teknik Sipil yang telah berjasa memberikan
ilmu-ilmunya.
6. Bapak Ir. Hendrayana, Ibu Susiana, S.Pd., selaku orang tua.
7. Wildani, Weindiani, Wahyudin, S.Pd., Ahmad Taufik, Siti Sophiah, dan Naila
Alika Putri, selaku saudara terdekat yang selalu memberi semangat.
8. Resimas Friskiansyah, S.T., sebagai orang yang selalu memberi motivasi.
9. Teman-teman JJM Zelina Alviana, S.T., Mahendra Ginting, S.T., Rhenato
Geovan, Octavianus Mangatas S., Frans Andre Sasarari, Tedy Prima S., Fuji
Fauziah D., Rian Adhita T., Michael Roberto G., Harry Budi R., Timothy
Eliasta S., Ariel Andykaprahasta A., Bebri Ananda S., Edo Firnanto P., selaku
vii
DAFTAR PUSTAKA
[1] Chakrabakti, S., 2005, Handbook of Offshore Engineering, Volume 1,
Elsevier, USA.
[2] Departement of The Army, 1984, Shore Protection Manual, Volume 1,
U.S.Goverment Printing Office, Washington D.C.
[3] Departement of The Army, 1984, Shore Protection Manual, Volume 2,
U.S.Goverment Printing Office, Washington D.C.
[4] Graff, W.J., 1981,
Introduction to Offshore Structure, Gulf Publishing
Company, Texas.
[5] McClelland, B. dan Reifel, M.D., 1986,
Planning and Design of Fixed
Offshore Platforms, Van Nostrand Reinhold Company, Canada.
[6] Triatmodjo, B., 1999, Teknik Pantai, Beta, Yogyakarta.
50
Universitas Kristen Maranatha