Data assumption :

Beban aksial (estimate)     =          10⁶ ton

ρ air laut                                  =          1,025 ton/m³

Berdasarkan data estimasi beban aksial yang akan diterima floating column, dapat kita tentukan besarnya volume displacement yang nantinya akan digunakan untuk menentukan dimensi floating column.

Vol. disp         =          W/ ρ air laut

=          10⁶ ton / 1,025 ton/m³

=          975609,75 m³

Jika kita menginginkan sarat maksimum floating pontoon (T) adalah 50 meter, maka dapat ditentukan nominal diameter struktur, sbb :

diameter          =          2.(V.disp / 3,14.T)^0,5

=          2.(975609,75 / 3,14.50)^0,5

=          158 meter.

Selanjutnya adalah menentukan air gap floating column. Berdasarkan DNV OS C103 – Structural Design of Column Stabilised Units (LFRD Method), Sec.4 D100, ada beberapa criteria yang perlu dianalisa untuk menentukan air gap suatu floating structure al. :

1. Wave and structure interaction effect,
2. Wave asymmetry effects,
3. Global rigid body motions (including dynamic effects),
4. Effect of interacting system e.g. mooring and riser systems,
5. Maximum and minimum draughts.

Wah..ternyata proses floating structure design ribet & berputar-putar ye…Gimana klo kita asumsikan (lagi2 asumsi..hehe) air gap awal sebesar  37,5 meter (0,75.T). Setelah principal dimension floating column telah diperoleh, selanjutnya dapat kita lakukan analisa seakeeping kondisi free floating untuk mengetahui RAO motion & wave drift pada kondisi ini. Hasil analisa ini akan digunakan untuk analisa mooring.

II. Analisa Free Floating :

Setelah diperoleh principal dimension struktur sbb :

kemudian kita modelkan dan analisa dengan software MOSES, untuk kondisi awal free floating. Environment condition yang dipakai adalah Hs gelombang 1,7 m dan wave direction 90 degree. Dari hasil running MOSES kita peroleh RAO struktur, motion statistics dan wave drift force sbb :

Dari data motion statistics diatas terlihat bahwa untuk gerakan set-down (heave) memiliki nilai maksimal single amplitude sebesar 0,077 m (environment condition 10 tahunan) dan 0,303 m (environment condition 100 tahunan). Untuk gerakan offset (surge) memiliki nilai single amplitude sebesar 0,076 m (environment condition 10 tahunan) dan 0,380 m (environment condition 100 tahunan). Sedangkan untuk gerakan rotasional (roll) memiliki nilai single amplitude sebesar 0,023 derajat (environment condition 10 tahunan) dan 0,122 derajat (environment condition 100 tahunan).

Setelah melakukan analisa free floating, selanjutnya kita lakukan analisa mooring. Pada tahap ini beberapa langkah-langkah penting harus dilakukan a.l: analisa konfigurasi arah dan jumlah penambatan, jenis mooring line dan tegangan yang terjadi pada mooring line. Untuk tahap ini kita bahas pada publikasi selanjutnya.

Setelah membaca tulisan Pak Wiryanto, ternyata ada beberapa hal yang menjadi kendala dalam proses pembangunan jembatan Selat Sunda ini, a.l :

1. Bentang tengah yang diusulkan Prof. Wiratman Wangsadinata (3500 m) dan berat deck yang dikurangi (Prinsip massa & kekakuan : semakin kecil massa bangunan dan semakin lentur suatu struktur maka gaya gempa yang diterima struktur tersebut akan semakin kecil…) rawan terhadap beban angin.
2. Solusi masalah bentang diungkapkan Dr. Jodi Firmansyah dengan memperpendek jarak bentang (2500 m), tetapi terkendala dengan proses pemasangan pilar di laut dalam (kedalaman sekitar 100 meter).

Nah…omong-omong tentang laut apalagi yang dalam-dalam, kita kan sudah punya buanyak ahli yang kompeten dalam bidang ini. Apalagi saya lihat di milist Migas Indonesia belakangan ini ramai dengan topic inovasi laut dalam, dan kalau tidak salah akan diadakan event Oceanovolution 2009 di ITB dalam waktu dekat ini. Mudah-mudahan event-event ini dapat menghasilkan sesuatu terobosan baru dalam dunia teknologi laut dalam di Indonesia. Dan untuk mencapai itu tentunya dibutuhkan kerjasama antar institusi dan bidang-bidang yang berkaitan, sehingga comment Pak Robby Permata di blog Pak Wiryanto tentang sulitnya para ahli-ahli kita untuk bekerjasama tidak lagi terjadi.

Ok…back to our last topic, jika mencoba melihat permasalahan ini dari sudut pandang bidang yang saya tekuni (Ocean Engineering) ada beberapa pemikiran yang sekiranya dapat menjadi bahan pertimbangan untuk solusi permasalahan “pemancangan pilar di laut dalam”. Secara sederhana dapat saya gambarkan seperti ini : “mengapa kita selalu berpikir untuk memancang pilar-pilar tersebut ke dasar laut..?? mengapa tidak kita apungkan saja pilarnya ??. Pilar yang terapung juga akan merasakan efek gempa yang jauh lebih sedikit dibanding pilar yang terpancang, sebab fleksibilitas mooring line dan efek viskositas air laut dapat meredam efek langsung getaran gempa”. Saya akan mencoba menjelaskan sedikit lebih jauh tentang hal ini…(tetapi mungkin dalam beberapa edisi publikasi).

I. Konsep Cylinder Floating Column :

Dalam dunia offshore oil & gas exploration, konsep floating platform telah banyak mengalami perkembangan dalam beberapa dekade terakhir. Floating platform dibuat untuk menutupi kelemahan fungsi fixed platform yang tidak dapat digunakan untuk eksplorasi pada “deep sea” and “ultra deep sea” environment. Jenis floating platform ini ada beberapa macam al.: FPSO (ship shape), Tension Leg Platform (TLP), SPAR, Semisubmersible dan terakhir yang merupakan inovasi terbaru Arne Smedal dari DNV yaitu Sevan Stabilised Platform (SSP). Jenis platform yang terakhir inilah yang memungkinkan untuk “sedikit dimodifikasi” menjadi floating column untuk pilar-pilar jembatan di laut dalam. Berikut adalah gambar dan spesifikasi SSP yang diambil dari Sevan Marine Presentation.

II. Concept and Design

Seperti halnya analisa pada suatu floating platform, konsep floating column ini memerlukan criteria dan analisa khusus yang perlu dikaji secara lebih dalam. Untuk sementara saya membagi dalam 3 garis besar analisa permasalahan yaitu : Dimension & Configuration, Mooring system dan Material.

Masing-masing garis besar permasalahan diatas dibagi lagi ke dalam bidang-bidang analisa pembentuknya, sbb :

1. Dimension & Configuration :

• Pembebanan yang akan diterima oleh kolom, terutama beban aksial yang cukup besar, serta beban-beban lingkungan.
• Optimasi motion & stability. Berhubungan dengan surge, sway, heave, roll, pitch, yaw yang diijinkan.

1. Mooring System :

• Konfigurasi dan jumlah mooring yang akan digunakan.
• Mooring tension yang dihasilkan.
• Jenis mooring yang dipakai (chain, wire, rod, atau kombinasi).
• Jenis dan system “anchoring” yang akan digunakan.

1. Material :

• Concrete material,
• Steel material,
• Other.

Berikut ilustrasi “kasaran” konsep floating column.

Sekian dulu untuk “session 1″, mudah-mudahan detail analisa dan pembahasan lebih lanjut dapat saya release dalam waktu dekat. Salam.

refference :

“Jembatan Selat Sunda” , www.wiryanto.wordpress.com.

“Sevan Marine Presentation”

Design:

primarily exploratory drilling; similar to a barge with movable legs, the rig is towed to the site and legs are jacked down, engaging the seafloor and raising the platform.

Depth: shallow… 90 – 140 m

Advantages:

(1) mobile,

(2) stable when elevated,

(3) low cost & efficient

Disadvantages:

(1) depends on weather windows for placement,

(2) restricted to shallow areas,

(3) seafloor scour,

(4) blowout can cause collapse of platform due to soil fluidization

Semisubmersible

Design:

exploratory and production; floating structure; towed to the site, ballasted and moored (anchored); large vertical columns connected to large pontoons, the columns support the deck structure and equipment

Depth: shallow to medium…90 – 1000 m

Advantages:

(1) mobile with high transit speed (~10 kts),

(2) stable – minimal response to wave action,

(3) large deck area.

Disadvantages:

(1) high initial & operating costs,

(2) limited deck load (low reserve buoyancy),

(3) structural fatigue,

(4) expensive to move large distances,

(5) limited dry-docking facilities available,

(6) difficult to handle mooring systems and land BOP stack & riser in rough seas

Floating Production System (FPS)

Design:

small field production; semisubmersible or converted drill ship moored using a catenary mooring system or dynamic positioning; may have flexible or rigid tensioned risers; quick disconnects.

Depth: shallow… 70-250 m

Advantages:

(1) low cost (small),

(2) mobile & reusable,

(3) reduced lead time,

(4) quick disconnect capability (good in iceberg prone areas,

(5) little infrastructure required,

(6) Turret Mooring System enables FPS (converted ship type) to head into the wind/waves reducing their effect

Disadvantages:

(1) limited to small fields,

(2) low deck load capacity,

(3) damage to risers due to motion,

(4) poor stability in rough seas,

(5) little oil storage capabilities

Drill Ship

Design:

exploratory; ship hull adapted to accommodate drilling equipment, drilling derrick amidships with a “moonpool” opening located below the derrick, flexible risers with disconnects; self-propelled, utilize a dynamic positioning system to maintain ship above the drilling location (computer controlled thrusters, environmental sensors, position determining equipment). Turret Mooring System enables ship to head into the wind/waves reducing their effect

Depth: deep… 2500 m or greater

Advantages:

(1) mobile with high speed transit (up to 16 kts),

(2) deck load and total load greater than jack-up and semisubmersibles,

(3) reduced transoceanic transit times (able to pass through Suez and Panama Canals),

(4) low mobilization cost,

(5) low initial & operating cost,

(6) superior seaworthiness and survival capability

Disadvantages:

(1) poor stability in rough seas,

(2) minimum deck area,

(3) low freeboard

(4) difficult to handle mooring systems and land BOP stack & riser in rough seas

Tension Leg Platform

Design:

production; semisubmersible tethered to seafloor with vertical anchor lines (cables or pipes) maintained in tension by the excess buoyancy of the platform

Depth: shallow to deep… 120 – 1500 m

Advantages:

(1) mobile & reusable,

(2) stable – minimal vertical motion,

(3) low cost increase with depth increase,

(4) deep water capability,

(5) low maintenance cost

Disadvantages:

(1) high initial cost,

(2) high subsea cost,

(3) fatigue of tension legs,

(4) difficult maintenance of subsea systems,

(5) little or no storage

Fixed Jacketed Structure

Design:

production; steel framed tubular structure attached to sea bed with piles which are driven into the seafloor (legs act as a guiding device or “jacket” for the piles); constructed in sections and transported to the site; design lifetime of 10-25 years.

Depth: shallow… 500 m or less

Advantages:

(1) support large deck loads,

(2) may be constructed in sections & transported,

(3) large field, long term production (supports a large number of wells),

(4) piles result in good stability,

(5) little effect from seafloor scour

Disadvantages:

(1) costs increase exponentially with depth,

(2) high initial & maintenance costs,

(3) not reusable,

(4) steel structural members subject to corrosion

Gravity Structure

Design:

production; large reinforced concrete bottom mounted structure which uses its weight to resist environmental loads, not attached to the bottom with piles

Depth: medium… up to 350 m

Advantages:

(1) support large deck loads,

(2) possible reuse,

(3) construction and testing may be completed before floating and towing to site,

(4) large field, long term production (supports a large number of wells),

(5) may have large storage capacity,

(6) more tolerant to overloading & sea water exposure than steel jacketed platforms

Disadvantages:

(1) cost increases exponentially with depth,

(2) foundation settlement,

(3) subject to seafloor scour,

(4) may require more steel than steel jacket structures

Guyed Tower

Design:

small field production; slender truss-steel structure supported by a “spud-can” foundation and held upright by multiple wire or chain guy lines which are held in place by clump weights and anchor piles; clump weights may rise off the seafloor in extreme conditions and provide added restoring force.

Depth: medium… 200-600 m

Advantages:

(1) low cost (lower than steel jacket),

(2) good stability – guy lines and clump weights give added restoring force,

(3) possible reuse

Disadvantages:

(1) high maintenance costs,

(2) small fields only,

(3) cost increases exponentially with depth,

(4) difficult mooring

Articulated Tower & Single Anchor Leg Mooring Systems

Design:

small fields; crude oil is moved up the tower and transferred to a tethered tanker for processing and storage, shuttle tanker transports receives processed oil and transports it to shore or pipeline is used.

Depth: shallow… less than 200 m (buoy may be used in deep water)

Advantages:

(1) low cost,

(2) large restoring moments due to high center of buoyancy,

(3) risers are protected by tower,

(4) buoy system may be used in deep water

Disadvantages:

(1) shallow water only – greater oscillations as depth increases,

(2) cannot operate in bad weather,

(3) limited to small fields,

(4) fatigue of universal joint (single point failure),

(5) riser not protected by buoy

Dibandingkan dengan sumber energi terbaharui lain, penelitian mengenai sumber energi tenaga arus laut masih sangat jarang dilakukan. Walaupun begitu, energi arus laut secara prinsip sangat menjanjikan dan berpotensi besar sehingga perlu dilakukan eksploitasi teknis yang lebih mendalam. Hal ini penting sebab sumber energi arus laut sangat melimpah disamping keunggulan-keunggulan lain dari sumber energi lain. Tabel berikut menunjukkan perbandingan tersebut :

Dari tabel diatas dapat dilihat beberapa keuntungan energi arus laut dibanding sumber energi lain, antara lain :

• Densitas arus (air) lebih besar dibanding angin (udara), sehingga diameter turbin arus separuh lebih kecil dibanding turbin angin untuk output energi yang sama
• Kecepatan aliran dan besar energi yang dihasilkan dapat diprediksi lebih akurat
• Tidak dibutuhkan design extreme atmospheric fluctuations seperti pada turbin angin, atau dengan kata lain biaya desain optimasinya lebih kecil.
• Dapat dibuat secara modular/berkelompok sehingga energi yang dihasilkan lebih banyak.

II.  Bagian Utama Turbin Arus Laut

Turbin arus memiliki prinsip dasar yang hampir sama dengan turbin angin yaitu mengubah energi kinetik menjadi energi listrik. Ada tiga tahap dasar dalam proses transformasi ini yaitu :

• Turbine Rotor.

Bagian ini yang menerima gaya dari arus lalu merubahnya menjadi energi kinetik rotasi yang memutar shaft. Optimasi tenaga dihasilkan dengan mengatur sudut antara rotor blade dengan current vector. Ada dua jenis rotor (daun turbin) untuk konversi energi kinetik, yang pertama adalah jenis rotor yang mirip dengan kincir angin. Tipe ini sering disebut juga dengan turbin dengan poros horizontal. Yang kedua adalah cross-flow rotor atau rotor Darrieus. Ini adalah tipe turbin dengan poros vertikal karena porosnya tegak lurus dengan arah arus. Menurut PL Fraenkel, rotor Darrieus mempunyai beberapa kekurangan, rotor tidak dapat langsung berputar, kalau sudah berputar sulit dihentikan bila ada keadaan darurat, dan butuh ongkos tambah untuk konstruksinya. Untuk mempertinggi efisiensi, kedua tipe rotor ini biasanya ditambahi dengan nozzle, duct, atau venturi untuk mempercepat aliran arus yang masuk ke piringan daun rotor. Berikut adalah gambaran vertikal turbin dan aksial turbin serta model Gorlov dan Darrieus turbin.

• Gearbox.

Berfungsi untuk menambah rotational speed dari shaft turbin sampai kecepatan tertinggi generator shaft.

• Generator.

Berfungsi untuk mengkonversi energi kinetik rotasi ke energi listrik.

III. Struktur Pendukung

Untuk menjaga agar posisi turbin arus laut selalu berada pada arah yang benar yang kita inginkan, maka perlu ada struktur pendukung yang dapat menahan. Ada beberapa pilihan struktur pendukung yang dapat digunakan antara lain:

• Gravity Structures.

Terbuat dari baja substansial atau beton yang diletakkan pada dasar struktur sehingga struktur tersebut stabil akibat gaya inersia sendiri. Struktur ini pada umumnya meletak pada dasar laut.

• Piled Structure.

Struktur ini berupa pipa baja atau beton yang dipancangkan ke dasar laut.

• Floating Structure.

Jenis floating structure paling cocok digunakan untuk lokasi pemasangan di laut dalam. Untuk jenis ini, turbin arus diletakkan pada bagian bawah barge yang telah di mooring ke dasar laut.

GO GREEN..!!!

Oks..cukup curhat2nya…nah, kali ini saya akan coba sharing tentang proses floating & upending jacket structure dengan menggunakan SACS 5.0 atau SACS 5.2 . Proses floating & upending terbagi atas 2 yaitu, floating : adalah proses setelah launching dimana struktur diusahakan agar terapung dengan stabil untuk selanjutnya dilakukan proses upending : yaitu proses menegakkan suatu struktur yang akan di-install di tengah laut hingga pada posisi “in-place” siap untuk dilakukan piling. Proses ini melibatkan crane operation, ballasting system serta buoyant tank dalam setiap tahapannya. Beberapa criteria yang harus diperhatikan antara lain : crane & sling capacity, reserve buoyancy, stability, flood ballast and minimal bottom clearance. Untuk melakukan analisa floating & upending pada SACS kita harus memiliki 2 inputan yaitu SACINP (structural data input) dan FLTINP (floating & upending input).

FLTINP

SACINP

Pada SACS Executive pilih Miscellaneous – Flotation and Upending. Sellect files SACINP lalu kemudian FLTINP setelah itu Run. Output hasil runningan yaitu FLTLST (output hasil dalam bentuk tulisan) dan FLTNPF (output hasil dalam bentuk picture & grafik).

FLTLST

NPFLST

Sekian dulu penjelasan singkat tentang analisa floating & upending dengan software SACS, mudah-mudahan berguna bagi rekan-rekan pembaca…klo ada salah2 kate monggo d comment… See you next time..

Before we starting to analyze, tentunya harus ada struktur yang dianalisa terlebih dahulu. Struktur ini kita modelkan di PRECEDE, yaitu salah satu bagian SACS untuk modeling struktur termasuk men-define dimensi, properties serta pembebanan-pembebanan. Tahap modeling ini sangat vital sehingga usahakan untuk anda lebih teliti dalam prosesnya.

Setelah proses pemodelan selesai, selanjutnya kita masuk ke tahap analisa statis. Bagian analisa statis yang disediakan SACS antara lain :

• Linear Static Analysis
• Gap Element
• Large Deflection
• Static w/ Pile Soil Interaction
• Full Plastic Collapse
• Plastic Collapse Restart
• Gap Element Restart

Yang akan kita bahas selanjutnya adalah point 1 (linear static analysis). Untuk analisa statis yang lain mudah-mudahan dapat kita bahas bersama di lain kesempatan.

Linear Static Analysis.

Tujuan dari linear static analysis diantaranya : memperoleh nilai joint deflection & rotation, joint/member reaction force & moments, unity check reports, etc. Report hasil analisa tersebut dapat mengindikasikan struktur tersebut kuat atau tidak kuat dalam menerima beban yang diberikan, dan apakah sudah memenuhi standard codes yang kita gunakan sebagai reference.

Urutan linear static analysis pada SACS adalah :

• Buka SACS Executive, kemudian pilih toolbar Static – pilih menu Linear Static Analysis.

• Klik Select Files untuk memasukkan SACS input file yang akan dianalisa. Setelah anda memasukkan input file, akan muncul Analysis Option windows. Pada windows ini anda dapat menentukan output yang akan dikeluarkan setelah analisa dilakukan. Toolbar Joint Can pada analysis option ini dapat digunakan untuk analisa punching shear pada tubular joint (diperlukan file joint can input). Klik OK untuk lanjut ke tahap berikut.

• Selanjutnya window SACS Executive akan memunculkan toolbox baru yaitu Run dan Save seperti gambar berikut. Klik Run untuk menjalankan proses analisis.

• Setelah proses “run” telah selesai, report hasil analisa dapat kita lihat di Ouput Files – SACS Output Listing File – saclst.

Ok…selamat mencoba, semoga cukup memberikan gambaran tentang proses linear static analysis dengan menggunakan SACS 5.0 Eng.. See you next time in other topics.

Topside Structure.
Bagian utama topside/deck structure antara lain: deck plates, deck beams, deck legs, gratings, handrails, dll. Jumlah deck leg, jarak antar deck leg serta dimensi yang dipilih tergantung dari :
1. Deck weight,
2. Required deck area,
3. Number of decks,
4. Span and cantilevers of the decks

Deck frame (deck plates dan deck beams) berfungsi untuk mentransfer beban pada deck area ke deck leg. Pemilihan dimensi deck plate ditentukan oleh distribusi beban yang akan diterima deck. Dengan menggunakan persamaan-persamaan mekanika teknik yang cukup sederhana kita dapat menentukan ketebalan deck plate yang memenuhi. Dimensi tebal plat serta berbagai jenis beam profile dapat dilihat di AISC Allowable Stress Design.

Deck dapat dibagi-bagi menjadi beberapa tingkat sesuai dengan kebutuhan dan fungsinya. Beberapa tingkatan deck tersebut adalah:
1. Main deck (deck utama),
2. Cellar deck,
3. Mezzanine deck,
4. Upper Deck,
5. Helideck.
Deck pada level terbawah harus memadai dan aman dari puncak gelombang rencana dan harus diberikan celah udara (air gap). Gelombang rencana yang digunakan adalah gelombang dengan periode ulang 100 tahun.
API RP2A merekomendasikan air gap sebesar 5 ft di atas puncak gelombang ekstrim, selain itu juga harus diperhatikan highest astronomical tide (HAT) dan storm surge dari lokasi perairan. Berdasarkan hal-hal tersebut maka elevasi untuk deck pada level terendah adalah :

Elevasi deck terendah = HAT + storm tide + 0.5 Hekstrim + air gap

Jacket Structure.

Sebagaimana dijelaskan sebelumnya bahwa struktur jacket (dengan pile) adalah rangka penopang beban topside serta proses-proses yang berlangsung di atasnya. Pile berfungsi mentransfer beban vertikal dari topside ke tanah, sedangkan jacket (braces) berfungsi sebagai penguat untuk beban-beban lateral yang terjadi. Elemen utama struktur jacket antara lain :
1. Jacket legs, piles skirts
2. Braces (vertical, diagonal, horizontal)
3. Element lain (conductor framing, launch truss, miscellaneous framing)
4. Appurtenances (boat landing, barge bumper, anodes, walkways, mudmats, padeyes, etc)
Struktur jacket secara umum diklasifikasikan ke dalam dua bagian yaitu :
1. Struktur utama (Major structural members): bagian ini signifikan terhadap structural integrity dari jacket (brace, jacket leg, etc).
2. Struktur sekunder (Secondary structural members): keberadaannya tidak membahayakan integritas struktur (conductor guide, boat landing,etc).

Static Analysis.
Metode analisa statis (static analysis) terdiri dari dua yaitu : design level analysis dan push over analysis. Design level analysis adalah suatu analisa linear statis dimana parameter non-linear tanah disimulasikan dengan menggunakan non-linear sub-system dari tiang pancang. Hasil UC dari analisa ini dapat diterima jika lebih kecil sama dengan 1 (UC ≤ 1).
Push over analysis adalah analisa non-linear yang dilakukan terhadap suatu struktur dengan tujuan untuk mengetahui kekuatan maksimum (ultimate strength) struktur.

Dalam proses pembuatan suatu fixed offshore structure perlu melalui beberapa tahap-tahap perancangan (spiral diagram), antara lain :
1. Mempelajari karakteristik lingkungan lokasi instalasi (gelombang, arus, angin, seismic,dll)
2. Pemilihan konfigurasi struktur sesuai fungsinya, dalam hal ini menentukan geometri, dimensi serta bahan yang akan digunakan.
3. Perhitungan beban-beban yang bekerja pada struktur. Perlu dianalisa untuk kondisi operasional dan kondisi ekstrim.
4. Penentuan respon serta analisa-analisa yang berhubungan.
5. Analisa biaya.

Dalam pembahasan selanjutnya akan diuraikan secara lebih detail tentang tahap-tahap perancangan di atas, khususnya point 1 sampai 4 yang lebih mengarah ke masalah analisa dan perhitungan teknis.