Jurnal Tugas Akhir
1
KEANDALAN SCANTLING STRUKTUR GELADAK DAN DASAR PADA KONVERSI TANKER
MENJADI FPSO TERHADAP BEBAN KELELAHAN
M. Teguh Widodo 1)
, Eko Budi Djatmiko 2)
, Rudi Walujo Prastianto 3)
1) Mahasiswa Teknik Kelautan, ITS Surabaya
2) dan 3) Dosen Teknik Kelautan, ITS Surabaya
Abstrak
Salah satu kriteria perancangan konversi struktur tanker menjadi FPSO adalah kekuatan terhadap beban
kelelahan. Perhitungan umur kelelahan dalam tugas akhir ini menggunakan metode deterministik dan
divalidasikan dengan hasil running software Poseidon untuk mendapatkan tegangan struktur, kemudian
dijadikan data dalam perhitungan umur kelelahan. Selanjutnya, pada tugas akhir ini telah dianalisa
keandalan scantling struktur geladak dan dasar pada konversi tanker menjadi FPSO terhadap beban
kelelahan. Umur kelelahan dihitung saat kondisi tanker dan ditinjau ulang setelah dikonversi menjadi
FPSO. Dengan mengacu pada umur kelelahan yang didapatkan, maka keandalan struktur dapat
ditentukan. Keandalan dihitung dengan menentukan moda kegagalan sistem, yaitu jika umur kelelahan
dikurangi dengan umur desain lebih kecil dari 0, maka struktur dinyatakan gagal. Dalam analisa
keandalan ini digunakan Monte Carlo Simulation yang mampu memberikan prediksi probability of
failure dengan cukup akurat, oleh karena banyaknya trial yang dapat dilakukan. Peluang kegagalan
dianggap sebagai ukuran rasional untuk menentukan keamanan struktur. Berdasarkan analisa perhitungan
dengan hanya memperhitungkan vertical bending moment yang diakibatkan oleh gelombang, maka umur
kelelahan tanker sebelum dikonversi adalah 21,93 tahun pada geladak dan 34,66 tahun pada dasar. Hal ini
divalidasi oleh hasil running Poseidon yang memberikan umur kelelahan sebesar 22 tahun pada geladak
dan 34 tahun pada dasar. Untuk proses modifikasi FPSO di mana pada struktur tanker ditambahkan
topside module sebesar 5000 ton, maka umur kelelahan pada geladak turun menjadi 20,3 tahun dan pada
dasar 30,1 tahun. Setelah dilakukan penguatan scantling dengan penambahan 15 buah stiffener, maka
umur kelelahan untuk geladak meningkat menjadi 30,11 tahun. Keandalan struktur geladak dianalisa
dengan Simulasi Monte Carlo berdasarkan pada moda kegagalan dengan iterasi sebanyak 10.000 kali.
Sebelum diberikan penguatan, keandalan struktur terhadap kelelahan hanya sebesar 0,58. Namun, setelah
diberikan penguatan keandalannya mencapai 1,0, yakni mencapai kondisi aman.
1. Pendahuluan
1.1 Latar Belakang Masalah
Kebutuhan dunia terhadap minyak (reservoir)
sebagai salah satu sumber energy yang utama
mengakibatkan banyak pihak berlomba-lomba
untuk dapat menghasilkan minyak dalam jumlah
yang besar. Oleh karena itu, kegiatan eksploitasi
reservoir pun marak dilakukan yang berujung
pada makin meningkatnya kebutuhan akan
sarana penunjang eksploitasi tersebut, salah
satunya adalah kebutuhan terhadap FPSO.
Sebagian besar FPSO dibuat dengan cara
mengkonversi, yaitu 70 % dari 70 lebih FPSO
yang beroperasi di seluruh dunia merupakan
hasil konversi dari tanker (Potthurst, 2003).
Waktu pembuatan secara konversi yang lebih
singkat sekitar 1-2 tahun daripada pembuatan
baru menjadi salah satu alasannya. Keuntungan
lain yang didapatkan dalam proses secara
konversi adalah antisipasi pada umur reservoir
yang pendek hingga menengah (5-15 tahun) dan
jadwal proses operasi FPSO lebih cepat (Leick,
2000).
Pada penelitian sebelumnya (Setyawan, 2009)
telah disebutkan bahwa salah satu kriteria
pemilihan struktur tanker untuk dikonversi
adalah sisa umur kelelahan struktur. Umur
kelelahan dihitung saat kondisi tanker dan
ditinjau ulang saat kondisi struktur telah
beroperasi sebagai FPSO. Perhitungan umur
kelelahan dilakukan dengan menggunakan teori
balok sederhana (simplified). Perhitungan ini
bertujuan untuk mendapatkan tegangan struktur
tersebut. Tegangan yang terjadi pada struktur
dijadikan data perhitungan umur kelelahan.
Akan tetapi, pada penelitian tersebut tidak
mengikut sertakan perhitungan analisa pada
scantling (hanya pelat saja) padahal dalam
kondisi riil scantling memiliki peran yang
penting.
Menurut Lotsberg, 2005 proses perhitungan
kelelahan tanker dilakukan berdasarkan codes:
ABS, DNV dan LR. Pada penelitian yang sama,
Jurnal Tugas Akhir
2
code Germanischer Lloyd (GL) hanya digunakan
untuk perhitungan kelelahan bulk carriers ship.
Kemudian pada penelitian ini proses perhitungan
kelelahan akan dilakukan dengan menggunakan
prosedur pada Germanischer Lloyd.
Tugas akhir ini menyajikan hasil penelitian
tentang analisis kelelahan dengan cara
perhitungan balok sederhana dan umur kelelahan
secara deterministik. Analisis kelelahan dihitung
akibat beban gelombang siklis yang terjadi
selama operasi. Berdasarkan analisa kelelahan
akan didapatkan nilai keandalan sebagai
penilaian hasil konversi tanker ke FPSO.
1.2 Perumusan Masalah
Perumusan masalah dari tugas akhir ini adalah:
1. Berapakah fatigue life dari scantling
struktur geladak dan dasar pada tanker
(sebelum konversi menjadi FPSO) ?
2. Berapakah fatigue life dari scantling
struktur geladak dan dasar setelah tanker
dikonversi menjadi FPSO ?
3. Berapakah keandalan struktur FPSO
tersebut terhadap beban kelelahan ?
2. Tinjauan Pustaka
Berdasarkan aturan Germanischer Lloyd,
untuk perhitungan beban struktur akibat
gelombang dapat menggunakan persamaan
berikut:
Vertical Wave Bending Moment:
Vertical bending moment merupakan
penyebab beban akibat gelombang yang
paling dominan terhadap struktur terapung.
Berdasarkan GL Rules, 2008, perhitungan
beban gelombang vertikal dapat digunakan
persamaan sebagai berikut:
MWV = L2 B c0 c1 cL cM [kNm] (1)
dengan:
L panjang kapal, m
B lebar kapal, m
c0 koefisien gelombang
for 150 m ≤ L ≤ 300 m
c1 kondisi hogging atau sagging
c1H 0,19 Cb
kondisi hogging
c1S -0,11 (Cb +0,7) kondisi
sagging
Cb block coefficient
cL koefisien panjang
cM faktor distribusi, gambar 2.1.
Gambar 2.1. Distribution factor for cM and
influence factor cv (GL Rules, 2008)
Vertical Wave Shear Force
Sebagaimana dengan vertical bending moment,
vertical shear force juga merupakan penyebab
utama tegangan geser pada struktur kapal.
Berdasarkan GL Rules, 2008, perhitungan beban
dapat digunakan persamaan sebagai berikut:
QWV = LBc0 cLcQ (Cb+0,7)[kN] (2)
dengan:
L panjang kapal, m
B lebar kapal, m
c0 koefisien gelombang
for 150 m ≤ L ≤ 300 m
cL koefisien panjang
Cb block coefficient
CQ faktor distribusi, gambar 2.2.
Gambar 2.2. Faktor distribusi CQ (GL Rules,
2008)
Perhitungan rentang tegangan yang digunakan
dalam perhitungan umur kelelahan closed form
fatigue equation merupakan rentang tegangan
dengan probabilitas kejadian 10-4
. Berdasarkan
Jurisic, 2007, untuk perhitungan rentang
tegangan dapat dihitung berdasarkan teori balok
sebagai berikut:
Sri = Mwv / Zv N/mm2 (3)
dengan:
Sri rentang tegangan dengan
probabilitas kejadian 10-4
, N/mm2
Jurnal Tugas Akhir
3
Mwv rentang tegangan dengan
probabilitas kejadian 10-8
, N/mm2
= (momen hogging – momen
sagging) / 2
Zv section modulus, m3
Berdasarkan Jurisic, 2007, perhitungan umur
kelelahan secara langsung dengan metode
simplified, analisa keandalan umur kelelahan
juga harus dilakukan untuk memprediksi peluang
kegagalan akibat ketidakpastian ketahanan
struktur dan beban. Perhitungan jumlah
kerusakan akibat rentang tegangan selama
operasi berdasarkan pada tegangan nominal dan
kurva S-N dapat dilakukan dengan persamaan
berikut, CSR for Double Hull Oil Tanker, 2008:
(4)
dengan:
αi proportion of ship life
NL jumlah siklus untuk umur rancangan
yang diarapkan.
=
f0 0.85,
U umur desain (detik)
SRi Moment range / Section modulus
ξ parameter bentuk weibull
= fweibull (1.1 – 0.35 (L-100)/300)
fweibull area dependent modification
factor, gambar 2.3.
Gambar 2.3. fweibull distribution (CSR for
Double Hull Oil Tanker, 2008)
Γ(1+m/ξ) gamma function
= 0,0076 exp(1,6x) + 1,26
Umur kelelahan adalah umur desain kelelahan
dibandingkan dengan cummulative damage
ratio. Umur desain kelelahan adalah umur
operasi bangunan laut dikalikan dengan faktor
keamanan (2 sampai dengan 10), sehingga
didapatkan rancangan umur desain kelelahan
yang jauh dari umur operasi struktur tersebut.
Metode Monte Carlo merupakan salah satu
metode yang digunakan untuk medapatkan nilai
keandalan suatu struktur. Perhitungan keandalan
berdasarkan umur kelelahan juga bisa dilakukan
dengan mengguanakan metode tersebut. Nilai
keandalan didapatkan dengan cara sebagai
berikut:
β = 1- Pof (5)
dengan:
indeks keandalan
Pof peluang kegagalan
3. Metodologi
1. Pengumpulan data
Rincian data yang digunakan dalam penelitian
ini adalah :
a) Data struktur :
Karakteristik Tanker :
Tabel 3.1 Data Utama Tanker
Length betw.
Perpendiculars Lpp 173 m
Length water line at T L 180 m
Breadth B 30,5 m
Depth H 15,6 m
Draught T 9,0 m
Coefficient block Cb 0,8
Deadweight DWT 30.770 ton
Profil Operasional :
- Kecepatan
Properti dan Bentuk Hull :
section modulus, perhitungan dilakukan
dengan pengurangan ketebalan pelat struktur
sebesar 2 mm. Pengurangan ketebalan
tersebut sebagai asumsi dari degradasi
struktur.
b) Data lingkungan.
Data lingkungan North Atlantic
Data lingkungan North Atlantic digunakan
untuk perhitungan umur kelelahan pada
kondisi tanker. Tinggi gelombang yang
digunakan sebesar 16,5 m sampai dengan 18
m untuk panjang kapal lebih dari 200 m.
Mengacu pada aturan tersebut, dengan
panjang kapal 173 m digunakan tinggi
gelombang sebesar 14,3 m.
Data lingkungan Sepanjang
2. Analisa proses degradasi struktur
Proses analisa degradasi struktur diperlukan
karena struktur merupakan hasil konversi
dari struktur yang telah digunakan (existing
structure).
3. Pemodelan struktur secara global
Jurnal Tugas Akhir
4
Pemodelan struktur dengan
menggunakan software poseidon.
Software poseidon adalah software untuk
memodelkan lambung kapal. Hasil yang
didapatkan dari pemodelan ini adalah
umur kelelahan setiap elemen struktur
kapal beserta tegangan yang terjadi.
4. Perhitungan tegangan nominal kondisi
tanker
Perhitungan tegangan nominal dilakukan
secara global. Pada saat kondisi tanker,
beban disebabkan karena gelombang
dengan data gelombang North Atlantic.
Perhitungan tegangan nominal hanya
memperhitungkan tegangan akibat beban
gelombang vertikal.
5. Perhitungan umur kelelahan (kondisi tanker)
Perhitungan kelelahan dengan cara
closed form fatigue equation. Nilai
section modulus yang didapatkan
digunakan untuk menghitung rentang
tegangan yang digunakan dalam
persamaan perhitungan kelelahan.
6. Proses Konversi FPSO dari tanker
Proses konversi FPSO dari tanker
dilakukan dengan penambahan struktur
topside module pada pelat geladak utama.
Penambahan topside module dengan
berat masing-masing 500 ton sejumlah 10
topside module (total 5000 ton).
7. Perhitungan tegangan nominal kondisi
FPSO
Perhitungan tegangan nominal dilakukan
secara global. Pada saat kondisi FPSO,
beban disebabkan karena gelombang
dengan data gelombang Sepanjang.
Tegangan nominal dilakukan dengan 6
kondisi pembebanan, antara lain:
i. Kasus pembebanan 1
Struktur dianalisa dalam kondisi laut
tenang. Beban yang berkerja hanya berat
struktur sendiri atau beban statis (still
water bending moment)
ii. Kasus pembebanan 2
Struktur dianalisa dalam kondisi beban
statis dan pengaruh beban gelombang
dengan pemodelan gelombang dua
puncak tertinggi pada masing-masing
ujung struktur. Bagian tengah struktur,
posisi gelombang pada puncak terendah.
iii. Kasus pembebanan 3
Struktur dianalisa dalam kondisi beban statis dan
pengaruh beban gelombang dengan pemodelan
gelombang satu puncak tertinggi pada bagian
tengah struktur. Bagian kedua ujung struktur ,
posisi gelombang pada puncak terendah.
Tiga kasus pembabanan dilakukan pada kondisi
FPSO muatan penuh dan muatan 45 %. Semua
hasil perhitungan digunakan sebagai referensi
perhitungan tegangan yang terjadi pada geladak
utama struktur.
8. Perhitungan umur kelelahan (kondisi FPSO)
Perhitungan kelelahan dengan cara
closed form fatigue equation.
Perhitungan umur kelelahan dilakukan
Nilai umur kelelahan diiterasi dengan
merubah section modulus, yaitu dengan
menambah stiffener pada geladak utama
hingga didapatkan umur kelelahan yang
direncanakan (20 tahun, 10 tahun umur
operasi dengan faktor keamanan 3).
9. Perhitungan Keandalan (Monte Carlo)
Perhitungan nilai keandalan dengan
metode monte carlo dengan sebuah
variabel acak (rentang tegangan)
Penentuan moda kegagalan:
Umur kelelahan – Umur desain < 0,
maka gagal
4. Hasil dan Analisa
Rasio bentuk struktur kapal tanker memenuhi
syarat rasio bentuk untuk struktur FPSO. Rasio
bentuk struktur terdapat pada tabel 4.2.
Tabel 4.1. Rasio bentuk struktur
L/B B/D
Actual 5,67 1,95
Ideal (ISODC, FPSO) 4,5 – 6,0 1,7 – 2,3
Ideal (UKOOA, FPSO) 5,0 – 6,5 1,6 – 2,0
(sumber: ISODC, 2006 and UKOOA, 2002)
Pada tabel 4.1, perbandingan rasio bentuk
dilakukan dengan struktur FPSO. Hal ini
disebabkan karena tujuan dari tugas akhir adalah
untuk mendesain FPSO dari tanker.
Data spesifik gelombang untuk operasi FPSO
digunakan data gelombang Sepanjang. Untuk
struktur FPSO minimal data gelombang yang
digunakan adalah tinggi gelombang 100 tahunan.
Spektrum gelombang daerah Sepanjang terdapat
pada gambar 4.1.
Jurnal Tugas Akhir
5
Gambar 4.1 Spektrum gelombang Sepanjang
(FSO Mutiara, 2006)
Gambar 4.1. menunjukkan spektrum gelombang
sepanjang. Data gelombang terkumpul pada
periode 3 detik dengan perbandingn 36 % dari
semua data dan pada ketinggian 0,5 meter
dengan perbandingan 52 % dari semua jumlah
data. Prediksi tinggi gelombang tahunan
menggunakan distribusi weibull. Prediksi tinggi
gelombang untuk 100 tahun adalah 7,52 m.
Hasil perhitungan rentang tegangan akibat
gelombang terdapat pada tabel berikut:
Tabel 4.2 Vertical wave bending moment
Rules Hogging
[MNm]
Sagging
[MNm]
Stress
Range
[MNm]
GL
Rules 1980,32 -2149,69 4130,01
CSR
fatigue 990,16 -1074,85 2065,01
Perhitungan kelelahan pada kondisi tanker harus
mempertimbangan faktor degradasi struktur.
Untuk perhitungan kelelahan, degradasi struktur
dapat diasumsikan dengan pengurangan 50 %
ketebalan lapisan korosi (-2 mm dari tebal pelat
data struktur). Berdasarkan asumsi tersebut,
rentang tegangan yang terjadi pada geladak
utama, pelat dasar (base plate) dan pelat
lambung (side cell) teradapat pada tabel 4.3
berikut ini:
Tabel 4.3 Rentang tegangan struktur tanker
Elemen
struktur
Section
Modulus
[m3]
Rentang
tegangan
[N/mm2]
Main Deck 8,98 229,91
Base plate 9,68 213,27
Side cell 9,27 222,84
Berdasarkan pada hasil perhitungan pada tabel
4.3, didapatkan bahwa nilai rentang tegangan
yang terbesar adalah rentang tegangan pada
geladak utama (main deck). Mengacu pada hasil
perhitungan dan batasan masalah tugas akhir,
maka perhitungan sisa umur kelelahan hanya
dilakukan pada struktur geladak utama dan base
plate.
m = 3 , S-N curve exponent
K2 = 0,63 . 1012
, S-N curve
coefficient
Perhitungan kelelahan berdasarkan pada kurva
S-N, terdapat faktor perbedaan ketebalan.
Ketebalan pelat yang digunakan dalam
percobaan untuk mendapatkan kurva S-N adalah
22 mm, sedangkan tebal pelat struktur tanker
yang dianalisa adalah 15 mm.
Data perhituangan dan hasil perhitungan terdapat
pada tabel 4.4. dari hasil tabel tersebut,
perhituangan perkiraan umur kelelahan adalah
21,93 tahun, dimana nilai ini berada jauh
dibawah target minimal umur kelelahan 25
tahun.
Tabel 4.4. Data perhitungan dan hasil fatigue life
tanker untuk struktur geladak
NL α ξ K2
7,48.107 1 1,015 0,84 . 10
12
SRi
[N/mm2]
DMi Fatigue Life
229,91 1,14 21,93
Tabel 4.5 Data perhitungan dan hasil fatigue life
untuk struktur dasar
NL α ξ K2
7,48.107 1 1,015 1,06 . 10
12
SRi
[N/mm2]
DMi Fatigue Life
213,27 0,72 34,66
Nilai 21,93 tahun adalah umur kelelahan untuk
struktur geladak utama tanker dan 34,66 tahun
adalah umur kelelahan pada struktur dasar. Umur
kelelahan diambil dengan asumsi tebal pelat
berkurang 2 mm (50% tebal lapisan pelat) dari
tebal pelat 17 mm. Dari hasil tersebut diketahui
bahwa struktur geladak memiliki umur kelelahan
di bawah umur desain yang diharapkan tetapi hal
ini tidak terjadi pada struktur dasar karena umur
kelelahannya masih jauh di atas umur desain.
Pemodelan tanker pada poseidon dilakukan pada
rentang frame 55 sampai dengan 88 dengan
Jurnal Tugas Akhir
6
panjang 96 m dari 180 m panjang total. Hasil
pemodelan struktur tanker terdapat pada gambar
4.2 berikut ini:
Gambar 4.2 Pemodelan tanker frame 55 sampai
dengan 88
Berdasarkan hasil running pada poseidon
didapatkan umur kelelahan struktur geladak
utama tanker adalah 22 tahun. Umur kelelahan
struktur tanker pada mid-ship terdapat pada
gambar 4.7 berikut ini:
Gambar 4.7 Umur kelelahan elemen pelat pada
model tanker.
Berdasarkan hasil perhitungan dengan poseidon
didapatkan umur kelelahan 22 tahun pada dek
dan 34 tahun pada dasar. Perhitungan umur
kelelahan sebelumnya didapatkan hasil umur
kelelahan yang hampir sama yaitu 21,93 tahun
dan 34,66 tahun. Hasil kedua perhitungan untuk
struktur dek didapatkan umur kelelahan yang
kurang dari umur kelelahan yang dirancang
untuk operasi FPSO.
Perhitungan keandalan struktur tanker dengan
metode Monte Carlo dengan dua variabel acak
yaitu tegangan pada struktur dek dan faktor
kurva S-N. Simulasi dilakukan hingga 10.000
kali guna mendapatkan hasil yang lebih akurat.
Didapatkan hasil perhitungan keandalan struktur
= 0,58. Perhitungan keandalan terdapat pada
tabel 4.6 di bawah ini:
Tabel 4.6 Data hasil perhitungan keandalan
Jumlah
Percobaan Pof Keandalan
500 0,406 0,594
1000 0,388 0,612
2000 0,399 0,601
4000 0,408 0,592
6000 0,421 0,579
8000 0,418 0,582
10000 0,420 0,580
a) FPSO muatan penuh
Total beban yang terjadi pada model FPSO
muatan penuh terdapat pada tabel 4.13 dibawah
ini:
Tabel 4.7 FPSO displacement muatan penuh Massa Volume
Topside
module 5000000 Kg 4878,05 m
3
Explosion
strengthening 551310 Kg 537,86 m
3
Tank
compartment 31578090 Kg 30807,89 m
3
Light FPSO 4395244 Kg 4288,04 m3
Total 41524644 Kg 40511,85 m3
Draft (T) 9,6 m
Berdasarkan tabel 4.7, struktur mengalami
perubahan displacement sebesar 2584,6 ton dari
38940 ton saat tanker dan 41524,6 ton setelah
konversi. Akibat dari perubahan displacement
struktur maka nilai sarat perlu ditinjau ulang.
Tinggi sarat struktur setelah dikonversi adalah
9,6 meter. Gaya angkat kapal (buoyancy) untuk
struktur dengan muatan penuh adalah 2353,86
kN/m.
b) FPSO muatan 45%
Total beban yang terjadi pada model FPSO
muatan 45% terdapat pada tabel 4.7 dibawah ini:
Tabel 4.7 FPSO displacement muatan 45% Massa Volume
Topside
module 5000000 Kg 4878,05 m
3
Explosion
strengthening 551310 Kg 537,86 m
3
Tank
compartment 14210140,5 Kg 13863,55 m
3
Light FPSO 4395244 Kg 4288,04 m3
Total 24156694,12 Kg 23567,51 m3
Draft (T) 5,6 m
Berdasarkan tabel 4.14, sarat struktur yang baru
adalah 5,6 m. Berdasarkan sarat struktur yang
baru maka gaya buoyancy untuk FPSO dengan
muatan 45 % adalah 1369,34 kN/m. Berdasarkan
ISODC report, 2004, pembebanan global untuk
Jurnal Tugas Akhir
7
struktur kapal adalah seluruh beban vertikal yang
terjadi pada kapal termasuk berat kapal kosong,
berat peralatan, berat isi muatan dan gaya angkat
kapal. Berat dan lokasi distribusi beban pada
FPSO terdapat pada gambar dibawah ini:
a) FPSO muatan penuh
Data distribusi beban sepanjang struktur kondisi
muatan penuh terdapat pada:
Gambar 4.8 Distribusi baban pada FPSO muatan
penuh
Gambar 4.8, menunjukkan bahwa beban yang
bekerja pada FPSO adalah beban merata. Garis
biru merupakan beban yang bekerja diatas
struktur dengan arah pembebanan kebawah.
Pada garis biru atau beban diatas FPSO terjadi
kenaikan dengan nilai puncak 4033,4 kN/m
panjang struktur, hal ini menunjukkan bahwa
terdapat beban yang lebih akibat beban
peralatan, beban ledakan dan beban muatan.
Garis merah adalah beban dorong keatas
struktur. Gaya buoyancy konstan sepanjang
FPSO dengan nilai sebesar 2353,86 kN/m
panjang struktur.
b) FPSO muatan 45 %
Data distribusi beban sepanjang struktur kondisi
muatan 45% terdapat pada:
Gambar 4.9 Distribusi baban pada FPSO muatan
45 %
Gambar 4.9, garis merah atau beban diatas FPSO
terjadi kenaikan dengan nilai puncak 2277,5
kN/m panjang struktur. Gaya buoyancy konstan
sepanjang FPSO dengan nilai sebesar 1369,34
kN/m panjang struktur.
1. Kasus pembebanan 1
Kasus pembebanan 1 adalah struktur dengan
kondisi laut tenang (tanpa gelombang). Beban
utama pada struktur adalah akibat beban vertikal
dan gaya angkat struktur. Berdasarkan hasil
perhitungan, distribusi gaya struktur pada
gambar dibawah ini:
a) FPSO muatan penuh
Gambar 4.10 Resultan beban kondisi 1a
Gambar 4.10, menunjukkan distribusi gaya
resultan yang bekerja pada struktur. Garis biru
merupakan gaya angkat (buoyancy) dan garis
hijau adalah beban vertikal diatas struktur.
Gambar 4.11 Gaya geser kondisi 1a
Gambar 4.11, nilai tertinggi gaya geser adalah
83,5 MN pada posisi 42 m dari AP. Untuk nilai
terendah dari gaya geser adalah -81,5 MN pada
posisi 138 m dari AP.
Gambar 4.12 Momen bending kondisi 1a
Gambar 4.12, terdapat satu puncak momen
bending dengan posisi simetris dengan posisi
dimana gaya geser bernilai 0, yaitu 89 m dari
AP. Nilai tertinggi dari momen bending adalah
3541,37 MNm.
b) FPSO muatan 45 %
Jurnal Tugas Akhir
8
Gambar 4.13 Reultan beban kondisi 1b
Gambar 4.13, menunjukkan distribusi gaya
resultan yang bekerja pada struktur. Garis biru
merupakan gaya angkat (buoyancy) dan garis
merah adalah beban vertikal diatas struktur.
Gambar 4.14 Gaya geser kondisi 1b
Gambar 4.14, menunjukkan gaya geser yang
terjadi pada FPSO kondisi still water dan muatan
45 %. Nilai terendah gaya geser adalah -45 MN
pada posisi 42 m dari AP. Untuk nilai tertinggi
dari gaya geser adalah 44 MN pada posisi 138 m
dari AP.
Gambar 4.15 Momen bending kondisi still water
1b
Gambar 4.15, terdapat satu puncak momen
bending dengan posisi simetris dengan posisi
dimana gaya geser bernilai 0, yaitu 89 m dari
AP. Nilai tertinggi dari momen bending adalah
1927,85 MNm.
2. Kasus Pembebanan 2
Kasus pembebanan 2 adalah struktur dengan
kondisi terdapat dua puncak gelombang pada
kedua ujung struktur. Tinggi gelombang yang
digunakan adalah 7,25 m yang merupakan tinggi
gelombang 100 tahunan daerah Sepanjang.
Berdasarkan hasil perhitungan, distribusi gaya
struktur pada gambar dibawah ini:
Gambar 4.16 Posisi dua puncak gelombang pada
struktur
Gambar 4.16, menunjukkan distribusi
gelombang yang bekerja pada struktur. Terdapat
dua puncak gelombang dengan posisi masing-
masing pada kedua ujung struktur. Pada bagian
mid-ship struktur, posisi gelombang pada puncak
terendah.
a) FPSO muatan penuh
Gambar 4.17 Gaya geser kondisi 2a
Gambar 4.17, menunjukkan gaya geser yang
terjadi pada FPSO akibat beban vertikal dan
gaya gelombang dengan dua puncak pada kedua
ujung struktur. Nilai tertinggi gaya geser adalah
67,6 MN pada posisi 42 m dari AP. Untuk nilai
terendah dari gaya geser adalah – 97,4 MN pada
posisi 138 m dari AP.
Gambar 4.18 Momen bending kondisi 2a
Gambar 4.18, nilai tertinggi momen bending
adalah 4547,26 MNm pada posisi 90 m dari AP.
Jurnal Tugas Akhir
9
b) FPSO muatan 45 %
Gambar 4.19 Gaya geser kondisi 2b
Gambar 4.19, nilai tertinggi gaya geser adalah
28,2 MN pada posisi 138 m dari AP. Untuk nilai
terendah dari gaya geser adalah –60,9 MN pada
posisi 42 m dari AP.
Gambar 4.20 Momen bending kondisi 2b
Gambar 4.20, nilai tertinggi momen bending
adalah 2933,8 MNm pada posisi 89 m dari AP.
3. Kasus Pembebanan 3
Kasus pembebanan 3 adalah struktur dengan
kondisi terdapat satu puncak gelombang pada
mid-ship struktur. Tinggi gelombang yang
digunakan adalah 7,25 m yang merupakan tinggi
gelombang 100 tahunan daerah sepanjang.
Panjang gelombang adalah sama dengan panjang
struktur yaitu 173 m. Berdasarkan hasil
perhitungan, distribusi gaya struktur pada
gambar dibawah ini:
Gambar 4.21 Posisi satu puncak gelombang pada
struktur
Gambar 4.21, menunjukkan distribusi
gelombang yang bekerja pada struktur. Terdapat
satu puncak gelombang dengan posisi tepat pada
mid-ship struktur. Pada bagian kedua ujung
struktur, posisi gelombang pada puncak
terendah.
a) FPSO muatan penuh
Gambar 4.22 Gaya geser kondisi 3a
Gambar 4.22, nilai tertinggi gaya geser adalah
98,1 MN pada posisi 42 m dari AP. Untuk nilai
terendah dari gaya geser adalah -64,3 MN pada
posisi 138 m dari AP.
Gambar 4.23 Momen bending kondisi 3a
Gambar 4.23, nilai tertinggi momen bending
adalah 2449,4 MNm pada posisi 89 m dari AP.
b) FPSO muatan 45 %
Gambar 4.24 Gaya geser kondisi 3b
Gambar 4.24, nilai tertinggi gaya geser adalah
61,3 MN pada posisi 138 m dari AP. Untuk nilai
terendah dari gaya geser adalah -30,5 MN pada
posisi 42 m dari AP.
Gambar 4.25 Momen bending kondisi 3b
Gambar 4.25, nilai tertinggi momen bending
adalah 835,9 MNm pada posisi 89 m dari AP.
Jurnal Tugas Akhir
10
Hasil tertinggi masing-masing kasus
pembebanan untuk nilai gaya geser, momen
bending terdapat pada tabel 4.17 dibawah ini:
Tabel 4.8 Nilai tertinggi dari semua kasus
pembebanan
Kasus
Pembebanan
Tegangan
geser
[MN]
Momen
bending
[MNm]
Tegangan
pada Deck
[N/mm2]
1 a 83,5 3541,37 140,12
b 45,0 1927,85 76,28
2 a 97,4 4547,26 179,92
b 60,9 2933,80 116,08
3 a 98,1 2449,40 96,92
b 61,3 835,90 33,07
Tabel 4.8, menunjukkan hasil tegangan yang
terjadi pada FPSO. Tegangan pada dek
didapatkan dari pembangian tegangan bending
tiap kasus pembebanan dengan section modulus
deck plate. Nilai tegangan terbesar pada deck
dengan nilai 179,92 N/mm2 pada kasus
pembebanan 2a dan nilai terendah pada base
plate dengan nilai 33,07 N/mm2 pada kasus
pembebanan 3b.
Data perhitungan dan hasil perhitungan terdapat
pada tabel 4.9.
Tabel 4.9. Data perhitungan dan hasil fatigue life
dengan kondisi FPSO untuk struktur
dasar
NL α ξ K2
0,8 . 108 1 1,015 0,57 . 10
12
SRi
[N/mm2]
DMi Fatigue Life
179,92 1,3 20,3
Umur kelelahan yang didapatkan merupakan
umur kelelahan tanker dengan kondisi
pembebanan setelah konversi menjadi FPSO.
Untuk mendapatkan umur kelelahan yang
memenuhi umur kelelahan rancangan, maka
diperlukan penguatan struktur. Struktur yang
perlu dilakukan penguatan adalah geladak karena
untuk struktur dasar umur kelelahan sebelum dan
sesudah kondisi konversi masih berada di atas
umur yang diharapkan.
Penguatan struktur dilakukan dengan
penambahan stiffener pada geladak utama
dengan span sepanjang 0,67 m. Penambahan ini
dilakukan dengan iterasi beberapa section
modulus. Perhitungan setelah penguatan dapat
dilihat pada table 4.10.
Tabel 4.10 Data perhitungan dan hasil fatigue
life kondisi FPSO setelah penguatan
untuk struktur geladak
NL α ξ K2
0,7 . 109 1 1,015 0,57 . 10
12
SRi
[N/mm2]
DMi Fatigue Life
102,81 0,99 30,11
Dari perhitungan di atas umur kelelahan struktur
dengan kondisi FPSO meningkat menjadi 30,1
tahun setelah dilakukan penguatan struktur.
Penguatan dilakukan dengan penambahan
stiffener sebanyak 15 buah. Sedangkan pada
struktur dasar tidak diperlukan penguatan
struktur karena setelah dilakukan perhitungan
pun hanya dengan penambahan 1 stiffener
struktur tersebut umur kelelahannya menjadi
53,8 tahun. Hal ini dapat dilihat pada table di
bawah ini
Tabel 4.11 Data perhitungan dan hasil fatigue
life kondisi FPSO setelah penguatan
untuk struktur dasar
NL α ξ K2
0,7 . 109 1 1,015 0,72 . 10
12
SRi
[N/mm2]
DMi Fatigue Life
156,42 0,40 50,46
5. Kesimpulan dan Saran
Berdasarkan hasil pembahasan, kesimpulan yang
dapat diambil sebagai jawaban atas tujuan tugas
akhir ini adalah sebagai berikut :
1. Dengan menggunakan formulasi CSR dan
hanya memperhitungkan vertical bending
moment yang diakibatkan oleh gelombang,
maka umur kelelahan scantling tanker
sebelum konversi adalah 21,93 tahun untuk
struktur geladak dan 34,66 tahun untuk
struktur dasar. Sedangkan berdasarkan
perhitungan dengan software Poseidon 9.0
didapatkan umur kelelahan scantling tanker
sebelum konversi 22 tahun untuk struktur
geladak dan 34 tahun untuk struktur dasar.
Jurnal Tugas Akhir
11
Dengan demikian kedua pendekatan/algoritma
yang digunakan saling memvalidasi.
2. Pada konversi dari tanker menjadi FPSO
struktur mengalami degradasi di mana
ketebalan pelat pada struktur mengalami
penurunan 2 mm. Lebih lanjut struktur tanker
mendapatkan kondisi pembebanan modul
pemrosesan sebesar 5000 ton, sehinggga
fatigue life scantling struktur geladak turun
menjadi 20,3 tahun dan struktur dasar menjadi
30,1 tahun. Oleh karena struktur geladak tidak
memenuhi kriteria umur desain FPSO, maka
harus dilakukan penguatan struktur scantling
(dalam hal ini dengan penambahan stiffener).
Setelah dilakukan penguatan didapatkan umur
kelelahan struktur geladak meningkat menjadi
30,11 tahun, sehingga memenuhi kriteria
perancangan.
3. Keandalan struktur tanker terhadap beban
kelelahan dikomputasi dengan menggunakan
Simulasi Monte Carlo sebanyak 10.000 kali
iterasi. Dari simulasi tersebut diperoleh
keandalan struktur tanker sebelum
dimodifikasi adalah 0,58. Setelah proses
konversi dan dilakukan penguatan pada
scantling struktur geladak dengan
menambahkan 15 stiffener, keandalan struktur
bernilai 1,0. Sedangkan untuk struktur dasar
tanpa melalui penguatan (modifikasi struktur),
umur kelelahannya di atas 30 tahun dan
keandalannya 1,0. Dengan demikian, struktur
dasar secara prinsip akan aman.
Beberapa hal yang dapat disarankan pada akhir
dari penelitian ini adalah:
1. Diperlukan penelitian perhitungan umur
kelelahan tanker dengan memperhitungkan
semua penyebab terjadinya tegangan
termasuk data operasi tanker sebelum
konversi.
2. Perhitungan umur kelelahan secara global
sudah didapatkan, dibutuhkan analisa lokal
dengan metode elemen hingga untuk
didapatkan tahap perhitungan kelelahan
struktur secara menyeluruh.
3.Pada penelitian tugas akhir ini perlu dilakukan
analisa resiko guna mendapatkan desain
struktur yang lebih aman dan optimal.
4.Perhitungan umur kelelahan lebih dianjurkan
dengan metode full spectra dan disertai
pemodelan fisik dengan pengujian di
laboratorium untuk mengetahui keandalan
desain struktur dengan lebih akurat.
6. Daftar Pustaka
Assakkaf, A. I and Ayyub, M. B. 2002.
Reliability-based Design for Fatigue of Marine
Structures. University of Maryland. College Park
Chakrabarti, S. K. Hydrodinamics of Offshore
Structure. Computational Mechanics
Publications. 1987.
Djatmiko, E.B. 2003. Analisa Kelelahan Struktur
Bangunan Laut. Institut Teknologi Sepuluh
Nopember. Surabaya
Doormanweg, K. 2006. Gusto MSC, SBM
Offshore group. Enklave Parkway, Houston
Fagerberg, L et al. 2004. Report on Fagerdala
Tanker Hull System. ALFGAM Optimering.
Stockholm, Sweden
Germanischer Lloyd. 2005. Rules and
Guidelines 2005, Part 6 - Offshore
Installation.Hamburg
Germanischer Lloyd. 2008. Bottom Structures,
Decks – Part I.
Hsu. 1984. Spectral Analysis of Stokes Waves.
IACS. 2008. CSR for Double Hull Oil Tanker
ISODC. 2006. International Student Offshore
Design Competition.
Jurisic, P. 2007. Assessment of Aframax Tanker
Hull-Girder Fatigue Strength According to New
Common Structural Rules.
BRODOGRDNJA.Zagreb
Kaminski, M.L. 2007. Sensing and
Understanding Fatigue Lifetime of New and
Converted FPSOs. OTC 18913. Texas
Leick, R. 2000. Conversion and New Build,
FPSO Workshop Proceedings Presentations, 8
june , 2000.
Letterio, Tomasello. 2007. Shipspotting. Dubai.
Lloyd Register Guidance Notes. 2003.
Conversion of Tankers for Floating
Storage/Production Service.
Lotsberg, I. 2005. Assesment of Fatigue
Capacity in The New Bulk Carrier and Tanker
Rules, Journal of Marine Structure. Vol.19:83-
96
Marshall, R.W. et all. 2002. UKOOA FPSO
Design Guidances Notes for UKCS Service.
Britain, England
Paik, J. K. 2005. Ultimate Strength of Dented
Steel Plates Under Edge Shear Loads. Thin-
Walled Structures, Vol. 43.
Jurnal Tugas Akhir
12
Potthurst, R. 2003. Tanker Conversion to
FPSOs. OGP Marine Risks Workshop
Proceedings.
Rosyid, D.M. 2007. Pengantar Rekayasa
Keandalan. Airlangga University Press.
Surabaya
Shimamura, Y. 2002. FPSO/FSO: State of the
art. Journal of Marine Science and Technology.
Tokyo
Styawan, Denies. 2009. Analisis Kelelahan
Berbasis Keandalan Pada FPSO Konversi dari
Tanker. Surabaya.
Terpstra, T. et all. 2001. FPSO Design and
Conversion: A Designer's Approach, OTC
13210. Texas
Triatmodjo, Bambang. 1999. Teknik Pantai. Beta
Offset. Yogyakarta.
UKOOA. 2002. FPSO Design Guidance Notes.