eISSN: 2721-5717; pISSN: 2747-2124

## ZONA LAUT

## JOURNAL OF OCEAN SCIENCE AND TECHNOLOGY INNOVATION
Times New Roman 11 Italic-
Analisis Perilaku Conductor-Leg Dari Monopod Platform Akibat Pembebanan Lateral Dan Aksial Dengan Metode Elemen Hingga
Kunthi Ulfa Diatri Prabawani, Rudi Walujo Prastianto, Handayanu Departement of Ocean Engineering. Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Indonesia
Kunthi.ulfa@gmail.com
Times New Roman 11 Italic-

## Abstrak
Platform  minimalis  merupakan  platform  dengan  dek  yang  lebih  kecil  dan  sederhana  serta  memiliki equipment pendukung yang lebih sedikit. Platform minimalis pada umumnya didesain untuk field dengan cadangan reservoir yang lebih kecil dan diharapkan memiliki nilai cost yang rendah dalam hal fabrikasi serta instalasi. Salah satu  upaya dalam pengembangan  platform  minimalis  yaitu  dilakukan  studi  mengenai  pipa conductor yang  berfungsi  sebagai  sumur sekaligus  menjadi  kaki  platformnya.  Platform  jenis  ini  sangat  rentan  terhadap  defleksi  akibat  beban  lateral  maupun aksial yang mengenai struktur. Dalam penelitian ini telah dilakukan analisis terhadap pipa conductor sebagai single pile yang dikenai kombinasi beban lateral dan aksial untuk mengetahui tegangan serta defleksi yang terjadi pada conductor leg. Penelitian  dilakukan  dengan  metode  elemen  hingga  menggunakan  software  ABAQUS.  Variasi  kemiringan dilakukan  untuk  mengetahui  kekuatan  pada conductor  leg ketika  terjadi  kemiringan  struktur.  Hasil  analisis menunjukkan bahwa tegangan conductor leg meningkat seiring bertambahnya kemiringan. Tegangan maksimum terjadi pada  saat  kemiringan  1.5 o yaitu  91.41  MPa  untuk  kondisi  pembebanan  lingkungan  operasi  dan  129.43  MPa  untuk kondisi  pembebanan  lingkungan  ekstrim.  Tegangan  tersebut  masih  dibawah  tegangan  yang  diijinkan  yaitu  213  MPa (0.6 yields )

## Abstract
A minimalist platform is a platform with a smaller and simpler deck and has less equipment. Minimalist platforms are generally designed for fields with lower reservoir reserves and  are expected to have low costs in terms of fabrication and installation. One of the studies in developing a minimalist platform is about a conductor pipe  that functions as a well  and  as  the  leg  of  the  platform.  This  platform  is  susceptible  to  deflection  under  lateral  and  axial  loads.  In  this research, an analysis will be carried out on the conductor pipe as a single pile which is subjected to a combination of lateral and axial loads to determine the stress and deflection that occurs in the conductor leg. This study was conducted using  the  finite  element  method  with  ABAQUS  software.  Inclination  variations  were  carried  out  to  determine  the strength of the conductor leg when an inclination occurs. The result of this study was found that the conductor leg with an inclination of up to 1.5 degrees still had a stress below 0.6 yield. The result of this analysis shows that the conductor leg’s stress increases with increasing inclination. The maximum stress occurs at 1.5 o of inclination which is 91.41 MPa under operating conditions and 129.43 MPa under extreme conditions. This stress is still below the allowable stress of 213 MPa (0.6 yields).
Keywords: Conductor Leg , Platform Minimalis w Roman 11 Itali c- 1. PENDAHULUAN
Dalam rangka meminimalis biaya produksi, industri minyak dan gas di Indonesia mulai dilakukan studi dan penelitian mengenai jenis platform minimalis. Platform minimalis merupakan platform dengan desain bentuk struktur  yang  lebih  sederhana,  beban  dek  yang  lebih  kecil  dan  dengn cost yang  relatif  lebih  rendah  pada tahap fabrikasi maupun instalasi. Jenis platform ini juga untuk meminimalkan dampak terhadap lingkungan, serta diharapkan dapat digunakan kembali. Platform minimalis sangat menguntungkan untuk diterapkan pada lapangan  marjinal  dimana  lapangan  tersebut  memiliki  cadangan  reservoir  yang  terbatas.  Akan  tetapi, platform minimalis memiliki konsekuensi diantaranya struktur dengan redundansi yang rendah sehingga jika
terdapat  satu  elemen  struktur  yang  gagal  akan  sangat  beresiko  terhadap  seluruh  struktur,  memiliki kehandalan yang kurang, dan rentan terhadap defleksi yang besar.
Penelitian  mengenai platform  minimalis mulai dikembangkan, seperti yang telah dilakukan oleh Eik H. Lee (2013) yang meneliti mengenai salah satu jenis platform minimalis yaitu tarpon monopod. Tarpon monopod merupakan  platform  yang  terdiri  dari caisson utama  yang  dipegang  dengan  3  set  kabel  yang  berfungsi sebagai jangkar pile di dasar laut. Struktur dengan pile tunggal rentan terhadap defleksi, akumulasi defleksi pada single  pile akibat  beban  siklis  lateral  dalam  jangka  panjang  menyebabkan  struktur  secara  keseluruhan miring  dan  dapat  mempengaruhi  keselamatan  operasi  (Leblanc,  2009).  Achmus,  M  (2009)  melakukan penelitian  untuk  mengestimasi  deformasi  progesif  dari monopile yang  tertanam  di  dasar  laut  berpasir  di bawah beban lateral siklik jangka panjang dengan konsep model degradasi kekakuan. Seiring berkembangnya studi mengenai platform  minimalis khususnya monopile, kini mulai dilakukan studi mengenai conductor leg platform yaitu platform  yang  mana pipa konduktornya sekaligus berfungsi sebagai kaki platform. Platform jenis ini didesain untuk dioperasikan  di perairan dangkal dengan umur operasi yang tidak  lama. Conductor leg sangat rentan  terhadap  defleksi  yang  disebabkan  beban  aksial  dari  berat  struktur itu sendiri, beban hidup, serta peralatan atau equipment yang berada di atas dek dan beban lateral dari kondisi lingkungan  seperti  angin,  gelombang  dan  arus  yang  mengenai  struktur  tersebut.  C onductor  leg platform dapat didesain dengan multi leg atau single leg.
Dalam  penelitian  ini  dilakukan  analisis  terhadap conductor  leg yang  berperilaku  sebagai single  pile pada monopod  platform. Studi  kasus  yang  dipakai  untuk  penelitian  ini  diambil  dari  salah  satu  platform  yang diinstal  di  perairan  dangkal  Handil,  Balikpapan  yang  memiliki  kedalaman  air  6.08  m.  Platform  yang memiliki tinggi 8 m dari seabed ini dipancangkan kedalam tanah hingga kedalaman 80.15 m.

## 2. METODE PENELITIAN

## 2.1. Pemodelan Platform Monopod
Conductor Leg dalam penelitian ini diambil dari platform monopod yang diinstal di perairan dangkal Handil, Balikpapan.  Platform monopod dimodelkan  dengan  satu pile yang  juga  berfungsi  sebagai  konduktor. Terdapat main deck pada El (+) 5.0 m yang memiliki ukuran 2.15 m  3.90 m dan utility deck pada El (+) 7.5 m. Berat struktur platform monopod di generate sebagai dead load, sedangkan live load dan berat equipment ( piping,  electrical dan intrument )  dimodelkan  sebagai  beban  di  atas  dek.  Validasi  model  dilakukan  dengan membandingkan berat data yang ada dengan berat hasil pemodelan dan hasil error tidak melebihi 5%. Analisis dilakukan dalam 2 kondisi pembebanan lingkungan yaitu pada saat kondisi operasi (data kala ulang 1  tahunan)  dan  kondisi  badai  (data  kala  ulang  10  tahunan).  Beban  lingkungan  meliputi  beban  gelombang, arus dan angin dengan 8 arah pembebanan. Tabel 3 sampai dengan Tabel 5 adalah data gelombang, arus dan angin  untuk  wilayah  Handil  Balikpapan.  Kedalaman  air  platform monopod adalah  6.08  m  dari seabed dengan detail kedalaman air ditunjukkan pada Tabel 6.
Analisis  yang  dilakukan  pada  platform monopod merupakan  analisis  statis  dengan  interaksi pile dan  tanah. Interaksi pile dan tanah dilakukan dengan metode P-Y curve .
Tabel 1. Data Conductor Leg
Conductor-Leg Outside Diameter 0.508 m Wall Thickness 0.016 m Yield Strength 355 MPa Material Density 27.472 T/m 3 Penetration Depth 80.15 m Tabel 2. Basic Load Loads Fx (kN) Fy (kN) Fz (kN) Structure Dead Load 0 0 -83.74 Non Generated Dead Load 0 0 -5.07 Live Load 0 0 -35.40 Equipment Load 0 0 -11.71
Sump tank Load 0 0 -16.60 Piping Load 1.13 -0.64 -40.51 Tabel 3 . Data Gelombang Return Period 1 Year 100 Years Maximum Wave Height 1.5 m 0 Wave Period 5.5 s 0 Tabel 4. Data Arus Return Period 1 Year 100 Years Surface Current 1.2 m/s 1.6 m/s Mid Depth Current 0.9 m/s 1.4 m/s Seabed Current 0.8 m/s 1.2 m/s

## Tabel 5. Data Angin
Return Period 1 Year 100 Years Wind Speed 16.1 m/s 26.3 m/s Tabel 6. Kedalaman Air Description Value Chart Datum +/- 0.0 (m) 3.00 Highest Astronomical Tide (m)/LAT 2.60 Lowest Astronomical Tide (m)/CD 0.48 Mean Sea Level (m)/LAT 1.10 Max Water Depth (m) 6.08 Min Water Depth (m) 3.48

## 2.2. Pemodelan Conductor Leg
Pemodelan  geometri conductor  leg dan  tanah  dalam  penelitian  ini  dilakukan  dengan  bantuan  software ABAQUS.  Model  dibagi  menjadi  2 part meliputi  domain conductor  leg dan  domain  tanah.  Domain conductor  leg dimodelkan  dengan  diameter  0.508  m  dan  di extrude sepanjang  3  m  diatas seabed dan tertanam  di  dalam  tanah  sepanjang  32.32  m. Conductor  leg dimodelkan  sebagai  elemen shell dengan ketebalan 0.016 m. Properti material dari conductor leg disajikan pada Tabel 1.
Langkah  selanjutnya  yaitu  pemodelan  domain  tanah  dengan  ukuran  20  m  20  m  dan  di extrude sebagai kedalaman tanah sepanjang 43.00 m. Domain tanah dimodelkan sebagai elemen solid dan dibagi menjadi 12 layer dengan setiap layer memiliki nilai properti yang disajikan pada Tabel 7.
Tabel 7. Data Tanah Soil Layer Depth (m) Wet Density (kN/m3) Dry Density (kN/m3) Su (kN/m2) E (kN/m2) Layer 1 6.40 1590 990 20580 1871800 Layer 2 10.98 1600 960 19600 1783600 Layer 3 17.07 1560 900 23520 2616600 Layer 4 20.12 1700 1150 20580 891800 Layer 5 23.17 1700 1130 21560 1352400 Layer 6 24.70 1670 1090 49000 6125000 Layer 7 27.74 1620 1040 46060 2303000 Layer 8 32.32 1690 1090 43120 2695000 Layer 9 35.37 1840 1380 35280 1538600 Layer 10 36.89 2000 1630 73500 3675000 Layer 11 38.41 1940 1620 119560 5693800 Layer 12 43.00 1690 1130 76440 9555000

## 2.3. Kondisi Batas
Pemodelan  struktur  untuk  analisis  metode  elemen  hingga  hanya conductor  leg tanpa  dek  dengan  variasi kemiringan 0 o , 0.5 o , 1 o , dan 1.5 o yang direpresentasikan sebagai beban momen . Domain  tanah  diasumsikan fixed pada  seluruh  permukaan  tanah  dan  dimodelkan  dengan  model Mohr Coulomb .  Ukuran  tanah  20  m  20  m  dianggap  sudah  sangat  besar  dibanding  dengan  dimensi  diameter conductor leg (20  D), sehingga kondisi batas pada domain tanah dianggap sudah tidak akan mempengaruhi perilaku conductor leg.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1. Analisis Global Platform Monopod
Pemodelan platform monopod dilakukan dengan software SACS. Pemodelan dilakukan sesuai data yang ada dan  dilakukan  validasi  terhadap  berat  struktur  dengan  membandingkan  dengan  berat  pada  data.  Tabel  8 merupakan hasil validasi berat struktur dengan hasil error kurang dari 5%.

## Gambar 1. Model Monopod Platform
Analisis  global  dilakukan  untuk  menentukan  kelayakan  struktur  beroperasi  dengan  beban  gravitasi,  beban equipment,  live  loads dan  beban  lingkungan  pada  saat  kondisi  operasi  maupun  badai.  Analisis  statis  pada struktur akan didapatkan member unity check yaitu perbandingan tegangan yang terjadi pada struktur dengan tegangan yield pada material struktur. Struktur dikatakan aman apabila member unity check tidak melebihi 1 (API RP 2A WSD). Hasil member UC maksimum pada struktur conductor leg disajikan pada Tabel 9.
Table 8. Validasi Berat Struktur Berat Struktur (kN) Error (%) Data Model SACS 193.03 199.8 3.51

## Table 9. Member Unity Check
Properties Load Condition Max. UC 50.9 cm OD x 1.60 cm WT Operating 0.26 Storm 0.35
Gaya  dan  momen  maksimum  yang  bekerja  pada conductor  leg diambil  untuk  dijadikan  pembebanan  pada analisis dengan  metode  elemen  hingga. Tabel  9  menyajikan  gaya dan  momen  maksimum  yang terjadi pada conductor leg.

## Tabel 9. Gaya dan Momen Maksimum Member Conductor Leg
Load Condition Force Moment Fx (kN) Fy (kN) Fz (kN) Mx (kN.m) My (kN.m) Mz (kN.m) Operating -195.93 7.18 -7.77 -2.56 84.53 -147.62 Storm -196.06 16.86 -17.47 -1.06 135.58 -196.93

## 3.2. Analisis Conductor Leg dengan Metode Elemen Hingga
Analisis  elemen  hingga dilakukan dengan  memodelkan 2 domain  komputasi yaitu tanah dan conductor leg. Domain conductor leg dimodelkan sebagi elemen shell dan domain tanah dimodelkan sebagai elemen solid. Conductor  leg dengan  material  disajikan  dalam  Tabel  1.  dimodelkan  ditengah  domain  tanah  dengan kedalaman penetrasi 32.32 m. Domain tanah dimodelkan dengan ukuran 20 m x 20 m dan di extrude hingga 43 m sebagai kedalaman tanah. Domain tanah dibagi menjadi 12 layer dengan masing-masing layer memiliki nilai  properti  disajikan  pada  Tabel  7.  Kondisi  batas  domain  tanah fixed untuk  seluruh  permukaan  tanah. Model  tanah  disimulasikan  dengan  model Mohr-Coulomb. Menurut  Chen  &  Mizuno  (1990)  dapat diformulasikan sebagai berikut:
|𝜏| + 𝜎𝑡𝑎𝑛𝜑 − 𝑐 = 0 1) Dimana, τ shear strength σ normal stress φ
angle of internal friction
c cohesion

## 3.3. Sensitivity Meshing
Pengaturan mesh dilakukan  guna  untuk  mendapatkan  diskritisasi  yang  bagus  pada  pemodelan  serta mendapatkan  hasil  simulasi  yang  optimum.  Dalam  memperoleh  konfigurasi meshing yang  sesuai  perlu dilakukan  beberapa  kali  simulasi  dengan  variasi  ukuran mesh hingga  didapatkan  nilai output yang konvergen. Tabel 10 dan Gambar 3 menunjukkan grafik hasil senstivitas meshing, didapatkan jumlah elemen domain  tanah  110752  elemen  dan  domain conductor  leg 648  elemen  dengan  bentuk hexahedral elemen. Gambar 2 merupakan hasil meshing dengan penggabungan model domain conductor leg dan tanah.
Tabel 10. Sensitivitas Meshing Element Size (m) Element Total Stress (MPa) Difference (%) 1.00 22424 47.401 0.000 0.70 45504 47.506 0.220 0.65 68536 47.444 0.131 0.50 111400 47.499 0.115 0.40 137240 47.499 0.000
Gambar 3. Grafik Sensitivitas Meshing

## 3.4. Analisis Lokal Conductor Leg
Tegangan ( stress ) yang terjadi pada member conductor leg dianalisis  dengan  variasi kemiringan. Tegangan diharapkan masih dalam batas aman apabila terjadi kemiringan di lapangan dimana platform monopod rentan terhadap kemiringan. Variasi kemiringan yang dianalisis dalam penelitian ini adalah 0 o , 0.5 o , 1.0 o dan 1.5 o . Validasi  model  dalam  penelitian  ini  dilakukan  dengan  membandingkan  hasil von  mises  stress maksimum pada conductor leg dengan hasil von mises stress pada saat analisis global. Nilai error tidak kurang dari 5% seperti ditunjukkan pada Tabel 11.

## Table 11. Validasi Model Lokal
Von Misses Stress (Mpa) Error (%) SACS ABAQUS 79.13 78.26 1.10
Gambar  4  dan  5  menunjukkan  grafik  tegangan von  mises maksimum  yang  terjadi  pada conductor leg pada saat  kondisi  pembebanan  lingkungan  operasi  dan  badai/ekstrim.  Tegangan  meningkat  seiring  dengan meningkatnya  kemiringan.  Maksimum  tegangan  yang  terjadi  pada  pembebanan  lingkungan  operasi  adalah 91.41  MPa  pada  saat  kemiringan  1.5  dan  129.43  MPa  dibawah  pembebanan  lingkungan  badai/ekstrim. Tegangan maksimum masih dibawah tegangan yang diijinkan yaitu 0.6 yields (0.6 x  355 Mpa = 213 Mpa). Distribusi tegangan pada conductor leg dapat dilihat pada Gambar 6. Warna merah menunujukkan tegangan semakin  besar  sedangkan  warna  biru  menunjukkan  tegangan  semakin  kecil.  Tegangan  maksimum  untuk kondisi operasi dan badai terjadi pada elemen 144 dan 297 yang terletak pada El. (-) 3.00 m sampai dengan El. (-) 3.50 m dimana seabed memiliki El. (-) 3.00.
Gambar  7  dan  8  menunjukkan  grafik  defleksi  maksimum conductor  leg dengan  variasi  kemiringan. Maksimum  defleksi  pada  kondisi  operasi  sebesar  14.09  cm  dan  pada  saat  kondisi  badai  sebesar  22.02  cm. Defleksi  tersebut  telah  melebihi  defleksi  yang  diijinkan  yaitu  8  cm  (H/100).  Oleh  karena  itu  diperlukan verifikasi terhadap equipment diatas dek apakah masih aman dengan defleksi struktur sebesar hasil tersebut.
Gambar 4. Von Mises Stress Kondisi Operasi
Gambar 5. Von Mises Stress Kondisi Badai/Ekstrim
(a) (b)
Gambar 6. (a) Plot Von Mises Stress Kondisi Operasi, (b) Plot Von Mises Stress Kondisi Baadai
40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 100.00 110.00 120.00 130.00 140.00 0.0 0.5 1.0 1.5 St re ss (M P a ) Inclination (Deg) Von Mises Stress (Kondisi Operasi)
40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 100.00 110.00 120.00 130.00 140.00 0.0 0.5 1.0 1.5 St re ss (M P a ) Inclination (Deg)
Von Mises Stress (Kondisi Ekstrim/Badai)
Gambar 7. Defleksi Maksimum Conductor Leg Kondisi Operasi
Gambar 8. Defleksi Maksimum Conductor Leg Kondisi Badai/Ekstrim

## 4. KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  analisis  yang  telah  dilakukan  dalam  penelitian  ini  yaitu  analisis  kekuatan conductor  leg dengan  variasi  kemiringan  dapat  ditarik  kesimpulan  bahwa  penambahan  kemiringan conductor  leg dapat meningkatkan  tegangan  pada  struktur  dimana  tegangan  maksimum  atau  tegangan  paling  kritis  terjadi  pada elevasi yang sama dengan seabed. Hasil tegangan dan defleksi maksimum diuraikan sebagai berikut: 1. Tegangan  maksimum  pada conductor  leg yaitu  sebesar  91.41  MPa  pada  saat  pembebanan  lingkungan operasi dan 129.43 MPa pada saat kondisi pembebanan badai/ekstrim, keduanya terjadi pada saat kondisi kemiringan 1.5 o . Nilai tegangan tersebut masih dibawah tegangan allowable yaitu 213 MPa (0.6 yields ). 2. Defleski  maksimum  yang  terjadi  pada conductor  leg adalah  14.09  cm  pada  kondisi  lingkungan  operasi dan  22.02  cm  pada  kondisi  badai/ekstrim  dengan  kemiringan  1.5 o .  Defleksi  tersebut  telah  melebihi defleksi  maksimum  yang  diijinkan sehingga diperlukan  verifikasi terhadap equipment diatas dek apakah masih aman apabila terjadi defleksi struktur dengan nilai tersebut.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Chakrabarti. 2005A. “ Handbook of Offshore Engineering Vol.1 ”. British Library. Great Britain.
[2] Chakrabarti. 2005B. “ Handbook of Offshore Engineering Vol.2 ”. British Library. Great Britain.
0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 0.0 0.5 1.0 1.5 D ef le ks i (c m ) Inclination (Deg) Defleksi  (Kondisi  Operasi) 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 0.0 0.5 1.0 1.5 D ef le ks i (c m ) Inclination (Deg)
Defleksi  (Kondisi  Badai/Ekstrim)
[3] Achmus,  M.,  Kuo,  Y.,  Rahman,  K.,  (2009),  “Behavior  of  monopile  foundations  under  cyclic  lateral load”, Computers and Geotechnics, Vol. 36, pp. 725-735
[4] Baqi,  Y.,  Khan,  J.  A.,  Ahmad,  S.,  Sadique  M.  R.,  (2022)  “Numerical  analysis  of  hollow  steel  pile subjected  to  a  combination  of  horizontal  and  vertical  loads”, Materials  Today  :  Proceedings, Vol.  65, pp. 609-614
[5] Dinku,  B.  2017. “Soil Pile Interaction of Pile In Deep Layered Soil under Seismic Excitation”. Addis Ababa Science and Technology University.
[6] Eik, L. 2013. “ Redefining the design of Tarpon Monopods for Marginal Fields ”. Bandar Seri Iskandar: Universiti Teknologi PETRONAS.
[7] Hussim,  N.  2014.  “ Tarpon  Monopod  Marginal  Field  Structure  Subjected  to  Seismic  Ground Acceleration. Bandar Seri Iskandar: Universiti Teknologi PETRONAS.
[8] Ronalds, B. F., Cosson, D. G., Pinna, R., Cole, G. K., (2007) “Towards Monopod Design Criteria for Uniform Reliability, Journal of Petroleum Science and Engineering, Vol. 57, pp. 8-15
[9] Su,  D.,  Li,  J.H.,  (2013)  “Three-dimensional  finite  element  study  of  single  pile  response  to multidirectional  lateral  loadings  incorporating  the  simplified  state-dependent  dilantacy  model ”, Computers and Geotechnics, Vol. 50, pp. 129-142 [10] Wang, L., Ishihara, T., (2022) “A semi-analytical one-dimensional model for offshore pile foundations considering effects of pile diameter and aspect ratio ”, Ocean Engineering, Vol. 250, pp. 110874 [11] Yang, Y., Sun, Y., Xu C., Iqbal, K., DU Xiuli (2022), “Predicting accumulated deformation of offshore large-diameter monopile using hollow cylinder apparatus”, Ocean Engineering, Vol. 251, pp. 111984 [12] API  RP  2A.  “ Recommended  Practice  for  Planning,  Designing  and  Constructing  Fixed  Offshore Platforms – Working Stress Design”
[13] Chen, W.F, Mizuno, E., (1990) “ Nonlinear Analysis in Soil Mechanics”.. Amsterdam. Netherlands.