ANALISA STABILITAS PIPA BAWAH LAUT DENGAN … · kestabilan dalam arah vertikal maupun arah...

1

ANALISA STABILITAS PIPA BAWAH LAUT

DENGAN METODE DNV RP F109 : STUDI KASUS PROYEK INSTALASI

PIPELINE DARI PLATFORM EZA MENUJU PLATFORM URA

SEPANJANG 7.706 KM DI LAUT JAWA

Rahmat Riski(1)

, Murdjito(2)

, Soegiono(3)

1Mahasiswa Teknik Kelautan,

2,3Staf Pengajar Teknik Kelautan

Dalam proses desain pipa bawah laut, masalah penting yang harus diperhatikan adalah

kestabilan pipa pada saat berada di dasar laut selama masa operasi. DNV

(Det Norske Veritas) melakukan revisi terhadap standar code DNV RP E305 On-bottom

Stability Design Of Submarine Pipeline 1988 dengan standar code DNV RP F109 bottom

Stability Design Of Submarine Pipeline 2007. Revisi pada code ini yaitu adanya reduksi

pembebanan pada pipa akibat adanya interaksi antara pipa dengan tanah pada suatu sistem

pipeline. Gaya-gaya hidrodinamika dapat tereduksi karena adanya permeabilitas seabed dan

penetrasi pipa ke seabed. Studi kasus yang dipakai dalam tugas akhir ini adalah proyek

instalasi pipeline dari platform EZA menuju platform URA sepanjang 7,706 km di laut Jawa,

yang telah dihitung stabilitasnya dengan DNV RP E305 oleh F C. Sianturi (2008).

Disebabkan penambahan faktor reduksi terhadap gaya-gaya hidrodinamika pada code DNV

RP F109, mendorong untuk dilakukan perhitungan stabilitas kembali, sehingga dapat dilihat

bagaimana pengaruh terhadap stabilitas pipa, gaya-gaya hidrodinamika dan kebutuhan akan

tebal concrete coating. Selanjutnya dapat dilakukan perbandingan hasil perhitungan stabilitas

pipa bawah laut antara DNV RP E305 dan DNV RP F109. Selain itu, gaya yang diterima pipa

akan mengalami reduksi seiring bertambahnya kedalaman penguburan atau penetrasi pipa ke

seabed. Maka akan dilakukan pemodelan dengan perangkat lunak FLOW 3D untuk

mendapatkan kontur tekanan (pressure) pada pipa bawah laut.

Kata kunci : DNV RP F109, On-Bottom Stability, Submarine pipeline, Reduksi, Concrete Coating

1. PENDAHULUAN

Pipa bawah laut (Submarine Pipelines)

merupakan salah satu cara untuk

mengangkut minyak atau gas alam dari

sumur minyak dilepas pantai menuju

lokasi pantai atau dermaga bongkar muat.

Salah satu masalah utama yang dihadapi

dalam penggunaan pipeline adalah

ketidakstabilan akibat pengaruh gaya-gaya

hidrodinamika yang bekerja pada pipa.

Pada keadaan sebenarnya dimungkinkan

pipa akan mengalami penetrasi ketanah

akibat beban fungsional pipa tersebut,

keadaan ini mengakibatkan adanya reduksi

terhadap gaya gaya hidrodinamika yang

bekerja pada pipa. Evaluasi ini diperlukan

agar pipa mampu untuk menahan

pembebanan gaya-gaya secara statis dan

dinamik, dan dapat bertahan selama masa

operasinya. Untuk menghindari

pergeseran, pipa harus diberi lapisan beton

(concrete coating) yang cukup berat, atau

dengan penguburan (trenching).

Kestabilan pipa dapat diperoleh dengan

menambah lapisan beton pada pipa

sehingga berat pipa di dalam air

bertambah. Analisa kestabilan pipa di

dasar laut pada kasus proyek instalasi

pipeline dari platform EZA menuju

platform URA sepanjang 7,706 km di laut

Jawa dilakukan untuk mendapatkan

ketebalan minimum lapisan beton yang

dibutuhkan pada pipa, agar pipa stabil.

Kemudian Fantri C. Siantur (2008), telah

melakukan perhitungan stabilitas pipa

dengan ketebalan lapisan beton yang

berbeda-beda hingga didapatkan tebal

lapisan beton yang mencukupi dan

2

diperoleh faktor keamanan yang

diinginkan dengan DNV RP E305 (1988).

Pada tahun 2007 DNV (Det Norske

Veritas) menerbitkan standar code yang

baru DNV RP F109 On-bottom Stability

Design Of Submarine Pipeline sebagai

pengganti DNV RP E305 (1988), dengan

adanya penambahan faktor reduksi gaya

akibat permeable dasar laut, reduksi gaya

akibat terjadinya penetrasi pipa ke tanah,

dan reduksi gaya akibat trenching. Maka

dari itu perlu dilakukan perhitungan

stabilitas pipa kembali untuk kasus proyek

instalasi pipeline dari platform EZA

menuju platform URA sepanjang 7,706

km di laut Jawa dengan metode DNV RP

F109, sehingga dapat dibandingkan hasil

dari perhitungan stabilitas.

2. DASAR TEORI

DNV (Det Norske Veritas) melakukan

revisi terhadap standar code DNV RP

E305 On-bottom Stability Design Of

Submarine Pipeline 1988 dengan standar

code DNV RP F109 On-bottom Stability

Design Of Submarine Pipeline 2007 untuk

menyelaraskan pendekatan desain

stabilitas pipa bawah laut dengan desain

yang terdapat pada code DNV OS 101

Submarine Pipeline System 2000.

Disamping itu metode desain dalam

standar code DnV RP F109 ini lebih luas

dalam pembahasan pada kondisi tanah

lempung dan pasir. Beberapa revisi yang

terdapat dalam code ini yaitu adanya

reduksi pembebanan pada pipa akibat

adanya interaksi antara pipa dengan tanah

pada suatu sistem pipeline. Gaya-gaya

hidrodinamika dapat tereduksi karena

adanya permeabilitas seabed, penetrasi

pipa ke seabed, dan Trenching (pembuatan

parit).

Dengan metode DNV RP E305, Fantri C.

Siantur (2008) telah menghitung stabilitas

pipa bawah laut pada studi kasus proyek

instalasi pipeline dari platform EZA

menuju platform URA sepanjang 7,706

km di laut Jawa . Perhitungan dilakukan

dengan variasi tebal concrete coating,

sehingga didapat hasil desain stabilitas

pipa bawah laut yang dapat memenuhi

faktor keamanan vertikal maupun lateral

(J P Kenny, 2009). Pada kondisi instalasi

didapat tebal concrete coating 1 in,

kemudian untuk kondisi hydrotest, operasi,

operasi terkorosi didapat juga tebal

concrete coating 1 in.

Penambahan faktor reduksi pada gaya-

gaya hidrodinamika pada code DNV RP

F109, mendorong untuk dilakukan

perhitungan stabilitas kembali, sehingga

dapat dilihat bagaimana pengaruh terhadap

stabilitas pipa, gaya-gaya luar dan

kebutuhan akan tebal concrete coating.

Selanjutnya dapat dilakukan perbandingan

hasil perhitungan stabilitas pipa bawah laut

antara DNV RP E305 dengan DNV RP

F109. Penurunan dalam kekuatan

hidrodinamika dicatat melalui modifikasi

koefisien hidrodinamika (M. Munari, et al,

2007)

2.1 Stabilitas Pipa Bawah Laut

2.1.1 Umum

Kestabilan pipa di dasar laut, baik

kestabilan dalam arah vertikal maupun

arah horizontal, sangat dipengaruhi oleh

berat pipeline di dalam air, gaya-gaya

lingkungan yang bekerja, serta resistensi

tanah di dasar laut. Gaya-gaya lingkungan

yang masuk ke dalam analisis kestabilan

pipa terdiri dari gaya-gaya hidrodinamika,

seperti gaya seret, gaya inersia, dan gaya

angkat. Sedangkan resistensi tanah dasar

laut merupakan gaya gesek yang terjadi

antara pipa dengan permukaan tanah dasar

laut tersebut. Dengan memperhatikan

faktor-faktor di atas, saat melakukan

analisis kestabilan pipa akan didapatkan

nilai berat pipa didalam air yang

dibutuhkan agar dapat memenuhi kriteria

stabilitas yang telah ditentukan.

3

Untuk mempermudah perhitungan dalam

analisis kestabilan pipa, dapat dibuat

diagram freebody dari gaya-gaya yang

bekerja pada pipa. Gambar 2.1

merupakan ilustrasi dari penampang

melintang pipa di dasar laut dengan gaya

yang bekerja pada pipa tersebut.

Sumber : Offshore Pipeline Design,

Analisys, and Method (A.H.Mouselli)

Gambar 2.1 Diagram Gaya yang Bekerja

pada Pipa di Dasar Laut

2.1.2 Gaya Horizontal

a) Gaya Seret (Drag Force)

Gaya seret terjadi karena adanya gesekan

antara fluida dengan dinding pipa atau

yang dikenal sebagai skin friction dan

adanya vortex yang terjadi dibelakang pipa

(form drag). Terjadi gaya seret sangat

terpengaruh oleh kecepatan aliran, nilai

dari gaya seret dapat dirumuskan sebagai

berikut :

Dengan,

FD = gaya seret, N/m

CD = koefisien drag

ρw = massa jenis fluida, kg/m3

D = diameter pipa, m

Us = Kecepatan partikel air akibat

gelombang, m/detik

UD = arus laut, m/detik

rtot_y = faktor reduksi gaya arah

horizontal

g = gravitasi konstan, m/s2

b) Gaya Inersia

Gaya inersia menunjukkan adanya dari

masa fluida yang dipindahkan oleh pipa,

nilainya dipengaruhi oleh percepatan

partikel air. Nilai dari gaya inersia dapat

dirumuskan seperti berikut :

Dengan,

FI = gaya inersia persatuan panjang, N/m

CM = koefisien hidrodinamik inersia

ax = percepatan partikel air arah

horizontal, m/detik2

ρ = ρw massa jenis fluida, kg/m3

2.1.3 Gaya Vertikal (Lift Force)

Gaya angkat adalah gaya hidrodinamik

dalam arah vertikal, gaya ini terjadi

apabila terdapat konsentrasi streamline

pada pipa. Konsentrasi streamline terjadi

diatas silinder pipa yang mengakibatkan

gaya angkat keatas. Jika terjadi celah

sempit antara silinder dan seabed,

konsentrasi streamline dibawah silinder

pipa akan mengakibatkan gaya angkat

negatif kearah bawah.

Besarnya gaya angkat ini dapat

dirumuskan sebagai berikut.

Dengan,

FL = gaya angkat (lift force), N/m

CL = koefisien gaya angkat

ρw = massa jenis fluida, kg/m3

D = diameter pipa, m

Us = Kecepatan partikel air akibat

gelombang, m/detik

UD = arus laut, m/detik

rtot_y = faktor reduksi gaya arah

horizontal

g = gravitasi konstan, m/s2

(1)

(2)

(3)

4

2.1.4 Koefisien Hidrodinamik

Sebelum melakukan perhitungan gaya-

gaya hidrodinamika maka terlebih dahulu

menentukan nilai dari koefisien-koefisien

hidrodinamik, Mouselli menyatakan

bahwa nilai dari suatu koefisien

hidrodinamika bergantung pada nilai

bilangan Reynold, kekasaran pipa

(pipe roughness) dan bilangan

Keulegan-Carpenter.

Persamaan bilangan Reynold :

Persamaan bilangan Keulegan-Carpenter :

Keterangan :

Us = kecepatan arus signifikan,

m/detik

UD = Kecepatan partikel air, m/detik

D = diameter luar pipa, m

ν = viskositas kinematik

T = periode gelombang, detik

2.2 Teori Gelombang

Persamaan kecepatan dan percepatan

partikel gelombang pada arah horisontal

untuk teori gelombang Stokes Orde 2

dapat diketahui dari persamaan berikut

(Chakrabarti, 1987):

Kecepatan Horizontal :

2cossinh

2cosh

4

3cos

sinh

cosh4 kd

ks

T

H

L

H

kd

ks

T

Hu

Percepatan Horizontal :

2sinsinh

2cosh3sin

sinh

cosh242

22

kd

ks

L

H

T

H

kd

ks

T

H

t

u

Dengan,

d : kedalaman laut, m

k : angka gelombang

H : tinggi gelombang pada kedalaman

yang ditinjau, m

T : periode gelombang, detik

rad/detik

s : jarak vertikal titik yang ditinjau dari

dasar laut, m

L : panjang gelombang pada kedalaman

yang ditinjau, m

2.3 DNV RP F109

2.3.1 Berat Terendam Pipa

Potongan melintang sebuah pipa

ditunjukkan pada Gambar 2.2 berikut ini.

Gambar 2.2 Potongan Pipa Melintang

Berikut ini rumus perhitungan berat

terendam pipa :

Berat Terendam Pipa :

Berat Terendam Minimum Pipa :

(4)

(5)

(7)

(6)

(8)

(9)

5

Dengan,

Ds : Diameter luar pipa baja, m

Di : Diameter dalam pipa baja, m

Dw : Diameter luar lapisan anti karat

(corrosin wrap), m

Dc : Diameter luar selimut beton

(concrete coating), m

ts : Tebal pipa baja, in

tc : Tebal selimut beton, in

Wst : Berat baja di udara, N/m

Wcorr : Berat lapisan anti karat di udara,

N/m

Wc : Berat selimut beton di udara, N/m

B : Gaya apung, N/m

Ws : Berat terendam pipa, N/m

: Berat Tenggelam minimum pipa,

N/m

Fw : Faktor kalibrasi

µ : Faktor gesek tanah

FL : Gaya lift, N/m

FD : Gaya drag, N/m

FI : Gaya Inersia, N/m

2.3.2 Kecepatan Arus

Rumus yang digunakan untuk menghitung

kecepatan arus adalah, sebagai berikut :

Dengan,

UD = Kecepatan partikel air, m/detik

D = diameter luar pipa, m

Zo = parameter kekasaran seabed

Zr = Ketinggian diatas seabed

Ur = kecepatan arus, m/detik

2.3.3 Koefisien Gesek Tanah

Untuk faktor kalibrasi gesek tanah

(Friction Calibration Factor), disesuaikan

dengan tipe tanah pada seabed. Berikut

tabel penentuan faktor kalibrasi gesek

sesuai klasifikasi tanah.

Tabel 1 Penentuan Faktor Kalibrasi Gesek

Tanah

Tipe Tanah Faktor Kalibrasi Gesek

Sand 0,7

Clay

Sesuai Grafik Friction

Factor

(DNV RP E305)

2.3.4 Stabilitas Lateral

a) Reduksi Gaya Akibat Permeable dasar

Laut

Pada dasar perairan yang bersifat

permeable akan mengizinkan terjadinya

aliran arus di bawah pipa yang

menyebabkan terjadinya reduksi terhadap

beban-beban yang bekerja pada pipa dalam

arah horizontal maupun vertikal. Faktor

reduksi yang digunakan untuk tanah keras

(non permeabel) bernilai satu sedangkan

untuk tanah yang permeable digunakan :

rperm,z=0,7

b) Reduksi Gaya Akibat Terjadinya

Penetrasi Pipa Ke Tanah

Ketika pipa berada di atas seabed, ada

kemungkinan bahwa pipa tersebut

terpendam akibat dari daya dukung tanah

di bawah seabed lebih kecil dari tekanan

efektif akibat berat pipa di atasnya (Ws).

Pada kasus perhitungan kestabilan pipa

yang mengalami penetrasi baik sebagian

maupun seluruhnya, perhitungan stabilitas

pipa dilakukan hampir sama dengan

perhitungan stabilitas untuk pipa tepat di

atas seabed. Namun yang membedakan

adalah adanya reduksi terhadap nilai

koefisien hidrodinamika akibat

terpendamnya pipa.

(10)

(30) (11)

6

Gambar 2.3 di bawah ini menerangkan

sketsa pipa yang terkubur di dalam tanah,

di mana Zpb adalah harga kedalaman

terkubur pipa terhadap seabed dan D

adalah harga diameter terluar pipa.

Gambar 2.3 Sketsa Pipa yang Terkubur

dalam Tanah

Faktor reduksi gaya yang terjadi dapat

dirumuskan sebagai berikut :

Faktor reduksi gaya arah horizontal :

Faktor reduksi gaya arah vertikal :

c) Passive Soil Resistance

Passive soil resistance (FR) merupakan

besarnya gaya tahanan lateral tanaha (gaya

reaksi dari tanah) yang muncul akibat

adanya dorongan (gaya aksi) dari gaya-

gaya hidrodinamika horizontal yang

bekerja pada pipa. Besar gaya resistansi

lateral tanah untuk tanah lempung (clay)

berdasarkan DNV F109 halaman 14

adalah:

Dengan,

G = Parameter kekuatan tanah

lempung

= Unit weight of soil (kN/m3)

Kc = Parameter Kappa untuk tanah

lempung

D = Diameter terluar pipa (m)

Fz = Gaya Hidrodinamika arah

vertikal (kN/m)

2.4 Aliran Fluida Disekitar Silinder

Aliran disekitar silinder akan

menghasilkan resultan gaya pada

permukaan silindernya, yang mana terbagi

menjadi dua bagian yaitu, pertama gaya

yang disebabkan karena tekanan dan kedua

gaya yang disebabkan oleh adanya

kekasaran, lihat Gambar 2.4 Gaya searah

dari resultan gayanya (karena tekanan).

Gambar 2.4 Sketsa Gaya

Adanya vortex shedding akan

mengakibatkan adanya komponen gaya

tranversal (cross flow) yang umum disebut

gaya angkat. Gaya pada silinder akibat

gaya gelombang tergantung pada angka

Reynolds. Pengaruh lainnya yaitu bentuk

benda, kekasaran, turbulensi dan gaya

gesek akan menyebabkan perubahan

aliran. Bagaimana pun ada perkecualian

yaitu pada angka Reynolds rendah

(Re<<40), dimana umumnya disebut aliran

akan mengalami vortex shedding. Sebagai

konsekuensi dari phenomena vortex

shedding, distribusi tekanan disekitar

silinder akan mengalami perubahan yang

periodik di dalam prosesnya, sehingga

menimbulkan gaya yang berperiodik pada

silindernya. Distribusi tekanan total

didapatkan dengan mengintegrasikan

tersebut pada permukaan silinder

(12)

(13)

(14)

7

3. METODOLOGI

Langkah-langkah penelitian yang

dilakukan adalah sebagai berikut :

1. Input data parameter pipa

2. Perhitungan properti pipa

3. Perhitungan Berat terendam pipa

(Wsub)

4. Input data lingkungan

5. Penentuan Teori gelombang

6. Perhitungan Kecepatan Arus

7. Perhitungan Koefisien Hidrodinamika

8. Perhitungan Koefisien Gesek Tanah

9. Perhitungan Berat Terendam

Minimum Pipa

10. Analisa Kestabilan Lateral dan

Vertikal

11. Pebandingan Hasil perhitungan

stabilitas antara DNV RP F109

dengan DNV RP E305

12. Pemodelan aliran Fluida dengan

FLOW 3D

Untuk data-data yang digunakan dalam

penelitian adalah sebagai berikut :

Tabel 2. Data Lingkungan

Deskripsi Satuan Nilai

Kedalaman Perairan

rata-rata m 36

Kedalaman Perairan

Maksimum m 40.8

Kedalaman Perairan

Minimum m 30.8

Lowest Astronomical

Tide (L.A.T) m -0.53

Higest Astronomical

Tide (H.A.T) m 0.58

1 tahun storm surge m 0.03

100 tahun storm

surge m 0.13

Tabel 3. Properti Air Laut


Densitas Air Laut Kg/m3 1025

Viskositas

kinematika m

2/s 9.60e-07

Tabel 4. Parameter Fungsional


Ukuran Pipa Inch 6.625

Densitas gas Kg/m3 903.76

Densitas beton Kg/m3 3043

Tabel 5. Properti Material


Material API 5L

Gr X-52

Tebal pipa Inch 0.3

Densitas baja Kg/m3 7850

Poisson ratio 0.3

Tabel 6. Properti Tanah


Jenis Tanah - Silty clay

Grain size (D50) - 0.0625

Koefisien friksi - 0.5

Tabel 7. Metocean Parameter

Deskripsi Satuan

Periode Ulang

1

Tahun

100

Tahun

Metocean parameter pada platform EZA

Kedalaman

perairan

rata-rata

m 30.8 30.8

Tinggi

gelombang

signifikan

m 1.9 3.9

Periode

gelombang

signifikan

s 6.5 8.6

Panjang

gelombang

signifikan

m 65.5 108.5

Kecepatan arus

laut

(V0 of depth)

m/s 0.7 1.15

Kecepatan arus

laut

(V90 of depth)

m/s 0.36 0.38

8

Metocean parameter pada platform URA

Kedalaman

perairan

rata-rata

m 40.8 40.8

Tinggi

gelombang

signifikan

m 1.9 3.9

Periode

gelombang

signifikan

s 6.5 8.8

Panjang

gelombang

signifikan

m 65.9 117.3

Kecepatan arus

laut

(V0 of depth)

m/s 0.66 1.08

Kecepatan arus

laut

(V90 of depth)

m/s 0.28 0.31

4. ANALISA DAN PEMBAHASAN

4.1 Analisis Stabilitas Pipa Bawah Laut

Dengan DNV RP F109

Prosedur perhitungan pada pipa bawah laut

dilakukan dengan menggunakan standar

DNV RP F109 On-Bottom Stability Design

of Submarine Pipeline. Analisis dilakukan

pada tiga kondisi yaitu kondisi instalasi

dan kondisi operasi pada kedalaman laut

40.8 m. Perhitungan pada analisis ini

dilakukan dengan variasi ketebalan lapisan

beton, sehingga dapat dilihat pengaruhnya

terhadap gaya hidrodinamika dan stabilitas

pipa (baik secara vertikal maupun lateral).

Dalam kasus ini akan dianalisis juga,

bagaimana pengaruh kedalaman penetrasi

pipa terhadap gaya hidrodinamika.

Nantinya hasil perhitungan stabilitas pada

DNV RP F109 akan dibandingkan dengan

DNV RP E305.

Tebal minimum lapisan beton (concrete

coating) menurut standar code ini harus

memenuhi kriteria :

Kestabilan Vertikal

Kestabilan Lateral

Dalam perhitungan dengan DNV RP F109

akan digunakan 2 (dua) kondisi

perhitungan, yaitu :

Kondisi Pipa diatas seabed

Kondisi Pipa terkubur sebagian (Partly

Burried)

Perhitungan dilakukan pada 4 (tiga)

kondisi kedalaman Partly Burried :

Kondisi 1 dengan Zpb = 0.15D




4.2 Analisis Kestabilan Pipa Pada

Kondisi Instalasi dan Operasi

Pada kondisi instalasi, bagian pipa belum

terisi sehingga berat jenis pengisi pipa

adalah sama dengan nol. Tebal pipa masih

sesuai dengan tebal desain dan belum

berkurang karena belum korosi. Gaya

lingkungan yang digunakan adalah gaya

lingkungan dengan periode ulang satu

tahunan.

Perhitungan dilakukan dengan variasi tebal

lapisan beton yaitu sebesar 0.25 in, 0.5 in,

0.75 in, dan 1 in, sehingga diperoleh

pengaruhnya terhadap stabilitas arah

vertikal maupun horizontal. Perhitungan

ini dapat dilihat pada tabel 4.8 dibawah ini.

(15)

(16)

9

Tabel 8. Perbandingan Kestabilan lateral

dan vertikal antara

DNV RP E305 dan DNV RP F109

No

Tebal

Concrete

Coating

(In)

DNV RP

F109

DNV RP

E305

VS LS VS LS

1 0,25 1,52 4,42 1,52 10,65

2 0,5 1,69 5,94 1,69 14,99

3 0,75 1,83 7,23 1,83 18,75

4 1 1,95 8,33 1,95 22,34

Gambar 4.1 Grafik Hubungan Antara

Tebal Concrete Coating dengan stabilitas

vertikal

Gambar 4.2 Grafik Hubungan Antara

Tebal Concrete Coating

dengan stabilitas lateral

Pada Gambar 4.1 dan Gambar 4.2 dapat

dilihat bahwa pipa dalam keadaan stabil,

karena memenuhi kestabilan arah vertikal

dan lateral. Pola Grafik menunjukkan,

semakin bertambahnya tebal lapisan beton,

semakin baik stabilitas yang dihasilkan.

Untuk Kestabilan vertikal maupun lateral

yang hitung dengan DNV RP E305 dan

DNV RP F109 menghasilkan peningkatan

stabilitas yang sama seiring bertambahnya

tebal lapisan beton. Untuk stabilitas lateral

dengan DNV RP F109 mengalami

stabilitas lateral yang lebih kecil dari pada

DNV RP E305 disebabkan karena adanya

penambahan faktor reduksi, yang

menyebabkan gaya yang diterima pipa

juga ikut tereduksi.

a. Analisa Gaya Hidrodinamika

Terhadap Kedalaman Penetrasi (Zp)

pipa

Hasil analisa yang dilakukan dengan

variasi kedalaman penetrasi pipa dan

pengaruhnya terhadap gaya hidrodinamika

(lift force, drag force, inertia) ditampilkan

pada Tabel 9.

Tabel 9. Hubungan antara kedalaman

penetrasi dengan gaya hidrodinamika

No Zp (m)

DNV RP F109

FL

(N/m)

FD

(N/m)

FI

(N/m)

1 0.15 x D 0,03 3,87 2,73 21,46

2 0.3 x D 0,069 3,06 2,004 21,46

3 0.45 x D 0,1 2,26 1,27 21,46

4 0.5 x D 0,11 1,99 1,03 21,46

Gambar 4.3 Hubungan Kedalaman

Penetrasi dengan Gaya Angkat

10


Penetrasi dengan Gaya Inersia


Penetrasi dengan Gaya Seret

Pada gaya seret dan gaya angkat, semakin

besar kedalaman penetrasi, semakin kecil

gaya yang dihasilkan (terjadi pengurangan

gaya), karena dipengaruhi oleh adanya

penambahan faktor reduksi. Sedangkan

untuk gaya inersia, semakin besar

kedalaman penetrasi, gaya yang dihasilkan

tidak berubah atau sama tiap kedalaman

penetrasi pipa. Hal ini disebabkan gaya

inesia tidak terpengaruh oleh faktor

reduksi, sehingga tidak terjadi

pengurangan gaya.

b. Analisa Gaya Hidrodinamika

Terhadap Tebal Concrete Coating

Hasil analisis dengan variasi tebal concrete

coating dan pengaruhnya terhadap gaya

hidrodinamika, ditampilkan pada tabel 10

dibawah ini.

Tabel 10. Variasi tebal concrete coating

dan pengaruhnya terhadap gaya

hidrodinamika

Gambar 4.6 Hubungan Tebal Concrete

Coating dengan Gaya angkat


Coating dengan Gaya Seret

No TCC

(In)

DNV RP F109 DNV RP E305

FL

(N/m)

FD

(N/m)

FI

(N/m)

FL

(N/m)

FD

(N/m)

FI

(N/m)

1 0,25 3,12 2,19 14,98 6,92 5,77 1,18

2 0,5 3,37 2,37 17,02 7,45 6,21 1,34

3 0,75 3,62 2,55 19,17 7,8 6,53 1,73

4 1 3,87 2,73 21,46 8,3 6,97 1,94

11


Coating dengan Gaya Inersia

Pada gambar 4.6, 4.7, dan 4.8,

menunjukkan grafik peningkatan gaya

hidrodinamika disebabkan pengaruh

variasi tebal concrete coating. Berarti

semakin bertambahnya tebal lapisan beton,

semakin besar gaya hidrodinamika (Lift

Force, Drag Force, dan Inertia Force).

Perbandingan antara DNV RP E305 dan

DNV RP F109 terjadi perbedaan besar

gaya hidrodinamika. Gaya hidrodinamika

yang dihitung dengan DNV RP E305

dihasilkan lebih besar dari pada DNV RP

F109. Dalam perhitungan hydrodynamic

force dengan DNV RP F109 terdapat

tambahan faktor reduksi akibat penetrasi

pipa dan permeable seabed, sehingga

dapat disimpulkan bahwa faktor reduksi

yang menyebabkan semakin kecilnya gaya

hidrodinamika. Untuk gaya inersia yang

dihitung dengan DNV RP F109

menghasilkan gaya lebih besar dari pada

DNV RP E305, disebabkan karena

perbedaan dalam penggunaan teori

gelombang. Pada DNV RP F109

menggunakan teori gelombang Stokes

Orde 2, sedangkan pada DNV RP E305

menggunakan teori gelombang linear.

Perhitungan kestabilan pipa di bawah laut

pada kondisi operasi hampir sama dengan

perhitungan pada kondisi instalasi.

Perbedaan hanya terdapat pada jenis

pengisi pipa dan gaya lingkungan yang

terjadi. Pada kondisi operasi, bagian pipa

sudah terisi gas sehingga berat jenis

pengisi pipa adalah berat jenis gas pengisi

pipa. Tebal pipa masih belum berkurang

karena belum terkena korosi dan gaya

lingkungan yang digunakan adalah gaya

lingkungan dengan periode ulang seratus

tahunan

4.3 Pemodelan Variasi Kedalaman

Penetrasi Pipa (Zp) dengan FLOW

3D

Permodelan aliran fluida pada Flow 3d ini

dilakukan dengan mengatur besar

penetrasi pipa masuk ke seabed sebesar 0,

0.15D, 0.3D, 0.45D dan 0.5D. Flow 3d

adalah salah satu aplikasi dengan simulasi

aliran fluida. Input Diameter pipa adalah

0.206 m dengan kecepatan arus 0.2 m/s

dan waktu 100 detik. Pemodelan pada

kasus ini untuk melihat perubahan tekanan

(outflow) dengan merubah posisi

kedalaman pipa yang terkubur.

Gambar 4.9 Profil penetrasi pipa ke seabed

Gambar 4.10 Variasi Kedalaman

Penetrasi (pipa yang terkubur)

Zp menunjukkan kedalaman penetrasi pipa

atau kedalaman pipa yang terkubur,

sedangkan U adalah kecepatan arus. Pada

Specified velocity (INLET), input data

12

yang dimasukkan adalah kecepatan arus

dan sebagai outflow yang akan dicari akan

menghasilkan tekanan (pressure),

sehingga dapat diketahui bagaimana

perubahan tekanan yang terjadi.

Hasil simulasi dengan Flow 3D dapat

dilihat pada gambar 4.11, gambar 4.12,

gambar 4.13, gambar 4.15, dan gambar

4.15. Pada hasil simulasi akan terlihat

kontur tekanan pada pipa bawah laut

dengan variasi posisi kedalaman pipa yang

terkubur.

Gambar 4.11 Kontur Tekanan Pada Pipa

Bawah Laut (Kondisi Pipa diatas Seabed

dengan FLOW 3D)


Bawah Laut kedalaman penentrasi 0,15D

dengan FLOW 3D)


Bawah Laut (kedalaman penentrasi 0,3D

dengan FLOW 3D)



dengan FLOW 3D)



dengan FLOW 3D)

Pada gambar pemodelan diatas, warna

biru, hijau, kuning dan merah

menunjukkan besar tekanan yang

dihasilkan. Warna merah terlihat sebagai

tekanan paling besar mengenai pipa.

Untuk setiap kondisi pipa pada gambar

diatas, dapat diperhatikan ketika aliran

fluida mendekati dan melewati pipa, maka

13

aliran tersebut akan membentuk ulek-

ulekan akibat pelepasan vortex atau

vortex-shedding. Pengaruh lainnya yaitu

bentuk benda, kekasaran, turbulensi dan

gaya gesek akan menyebabkan perubahan

aliran. Pada fenomena vortex-shedding

juga membuat distribusi tekanan disekitar

silinder akan mengalami perubahan yang

periodik dalam prosesnya.

4.4 Analisa Hasil Pemodelan Penetrasi

Pipa ke seabed dengan FLOW 3D

Berikut dapat dilihat analisa hasil

pemodelan penetrasi pipa ke seabed,

dengan 5 (lima) kondisi kedalaman

penetrasi dan hubungannya terhadap

kontur tekanan (pressure) pada pipa bawah

laut.

Tabel 11 Hubungan Kedalaman penetrasi

dengan tekanan terhadap pipa bawah laut

No Zp (m) Pressure

dyne/cm2 N/m

1 D 0 11,7 1,17

2 0.15 x D 0,03 8,75 0,875

3 0.3 x D 0,069 7,45 0,745

4 0.45 x D 0,1 6,7 0,67

5 0.5 x D 0,11 5,85 0,585

Gambar 4.16 Grafik hubungan kedalaman

penetrasi dengan tekanan pada pipa bawah

laut

Gambar 4.17 Trendline Grafik hubungan

kedalaman penetrasi dengan tekanan pada

pipa bawah laut

Semakin dalam pipa terkubur ke dalam

seabed, dapat kita lihat dari besarnya

tekanan pada pipa bawah laut yang

semakin mengecil. Hal ini sangat

berpengaruh dari bidang interaksi antara

fluida dan pipa semakin menyempit. Pada

Gambar 4.17 menunjukkan trendline

terhadap grafik hubungan kedalaman

penetrasi dengan tekanan pipa bawah laut,

dan menghasilkan trendlines yang linear.

Trendline digunakan untuk menampilkan

tren grafik dalam data dan untuk

membantu menganalisi masalah prediksi.

Pada hasil pemodelan, didapatkan

penurunan tekanan yang relatif stabil,

maka dapat dikatakan tren grafik

mendekati linear.

5. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari penelitian yang dilakukan pada tugas

akhir ini, dapat disimpulkan beberapa hal

sebagai berikut :

1. Besar gaya-gaya luar yang bekerja pada

pipa dan pengaruhnya terhadap

stabilitas pipa.

Semakin tebal concrete coating yang

dilapisi pada pipa, maka untuk gaya

angkat (lift force) dan gaya seret

14

(drag force) yang dihitung dengan

DNV RP F109 menghasilkan gaya

yang lebih kecil daripada yang

dihitung dengan DNV RP E305.

Untuk gaya inersia yang dihitung

dengan DNV RP F109 menghasilkan

gaya yang lebih besar daripada yang

dihitung dengan DNV RP E305.

Dengan bertambahnya tebal concrete

coating, maka stabilitas pipa bawah

laut baik vertikal maupun lateral

juga akan semakin baik (stabil).

Semakin bertambah kedalaman

penetrasi pipa ke seabed, maka

besar gaya angkat, gaya inersia

dan gaya seret akan semakin kecil

(berkurang). Penambahan faktor

reduksi (penetrasi pipa ke seabed)

pada DNV RP F109,

menyebabkan gaya angkat dan

seret ikut tereduksi.

Semakin dalam pipa terkubur ke

dalam seabed, dapat kita lihat dari

besarnya tekanan pada pipa

bawah laut yang semakin

mengecil.

2. Nilai Safety Factor terhadap stabilitas

pipa secara vertikal maupun lateral

berdasarkan DNV RP F109.

Semakin tebal Concrete Coating,

semakin baik stabilitas pipa secara

vertikal dan lateral (stabil atau

SF≥1,1). Hal ini disebabkan karena

bertambahnya berat terendam pipa

bawah laut (submerged weight), baik

dihitung dengan DNV RP F109

(TCC 0,75 in, VS = 1.83, LS =

11,98) maupun DNV RP E305 (TCC

0,75 in, VS = 1.83, LS = 18,75).

Untuk stabilitas lateral yang dihitung

dengan DNV RP F109 bernilai lebih

kecil dari yang dihasilkan oleh DNV

RP E305.

3. Kebutuhan akan tebal concrete coating

sehingga dapat memenuhi faktor

keamanan lateral maupun vertikal

sesuai DNV RP F109.

Variasi tebal concrete coating yang

dipakai dalam tugas akhir ini adalah

sebesar 0.25 in, 0.5 in, 0.75 in Dan 1

in. Setiap variasi yang hitung,

semuanya memenuhi faktor

keamanan lateral maupun vertikal,

yaitu lebih besar atau sama dengan

1,1. Nilai safety factor paling baik

ditunjukkan pada saat ketebalan

lapisan beton sebesar 1 in. Jadi

15

ketebalan lapisan beton sebesar 1 in

dapat diambil sebagai acuan untuk

stabilitas pipa bawah laut yang lebih

aman. Hasil yang dihitung dengan

DNV RP F109 (TCC 1 in, VS =

1.95, LS = 13,84) dan DNV RP

E305 (TCC 1 in, VS = 1.95, LS =

22,34).

5.2 Saran

Saran yang diberikan untuk penelitian

selanjutnya yaitu :

1. Untuk penelitian lebih lanjut, sangat

diperlukan analisis biaya baik stabilitas

pipa bawah laut yang dihitung dengan

DNV RP F109 maupun DNV RP E305,

kemudian dibandingkan.

2. Metode analisa stabilitas yang dipakai

pada tugas akhir ini adalah Absolute

Lateral Static Stability Method (DNV

RP F109) dan Simplified Stablity

Analysis untuk DNV RP E305. Selain

itu dapat digunakan analisa stabilitas

yang lain, yaitu Dynamic Lateral

Stability Analysis dan Generalized

Lateral Stability Method pada DNV RP

F109.

3. Untuk pemodelan aliran fluida disekitar

silinder dengan menggunakan

perangkat lunak FLOW-3D, dapat

dibandingkan dengan perangkat lunak

FLUENT.

DAFTAR PUSTAKA

Chakrabarti, S. K. 1987. Hydrodinamics of

Offshore Structures. CBI Industries, Inc

: USA.

Indiyono, P., 2004. Hidrodinamika

Bangunan Lepas Pantai. SIC: Surabaya

Kenny, JP. A Stability Design Rationale-A

Review Of Present Design approaches.

Proceedings of the ASME 28th

International Conference on Ocean,

Offshore and Arctic Engineering. USA

: 2009

Munari, M. Gantina, R. Ibrahim, H. Idris,

K. Fahrozi, T. On Bottom Stability

Analysis of Partially Buried Pipeline at

Near – Shore South Sumatera – West

Java Pipeline. Journal of the Indonesian

Oil and Gas Community. 2007.

Mouselli, A. H. 1981. Offshore Pipeline

Design, Analysis and Methods. PenWell

Books : Oklahoma.

Raha, G., A. 2008. Desain Ketebalan dan

Analisis Kestabilan Pipa Bawah Laut.

Laporan Tugas Akhir. FTSP-ITB :

Bandung.

Sianturi, F., C. 2008. Desain dan Analisis

Instalasi Struktur Pipa Bawah Laut.

Laporan Tugas Akhir. FTSP-ITB :

Bandung.

Sumer, B.M., and Fredsoe, J.,

“Hydrodynamic Around Cylindrical

Structures”, Advance Series on Coastal

Engineering, Volume 12, World

Scientific, 1997.

Triatmodjo, B. 1999. Teknik Pantai. Beta

Offshet : Yogyakarta.

Veritas Offshore Technology and Services

A/S. 1988. DNV-RP-E305 On-Bottom

Stability Design of Submarine

Pipelines.


A/S. 2007. DNV-RP-F109 On-Bottom

Stability Design of Submarine

Pipelines.


A/S. 2000. DNV-RP-F101 Submarine

Pipeline Systems.


A/S. 2006. DNV-RP-F105 Free

Spanning Pipelines.

ANALISA STABILITAS PIPA BAWAH LAUT DENGAN … · kestabilan dalam arah vertikal maupun arah...

Documents

Transcript of ANALISA STABILITAS PIPA BAWAH LAUT DENGAN … · kestabilan dalam arah vertikal maupun arah...