ANALISIS ON-BOTTOM STABILITY DAN INSTALASI PIPA BAWAH LAUT DI DAERAH SHORE APPROACH

Transkripsi

1 ANALISIS ON-BOTTOM STABILITY DAN INSTALASI PIPA BAWAH LAUT DI DAERAH SHORE APPROACH TUGAS AKHIR Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Oleh Zenal Abidin NIM PROGRAM STUDI TEKNIK KELAUTAN FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008

2 TUT TEK PROGRAM STUDI TEKNIK KELAUTAN FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG Diberikan kepada : Nama : Zenal Abidin NIM : TUGAS AKHIR Judul Tugas Akhir adalah Analisis On-Bottom Stability Dan Instalasi Pipa Bawah Laut Di Daerah Shore Approach, dengan isi Tugas Akhir sebagai berikut : BAB II BAB III BAB IV BAB V BAB VI DISAIN PIPA BAWAH LAUT PROSES DI SHORE APPROACH METODE INSTALASI PIPA BAWAH LAUT STUDI KASUS PENUTUP Tugas Akhir ini dibuat rangkap 6 (enam) : 1. Untuk Mahasiswa ( 1 buah ) 2. Untuk Pembimbing ( 1 buah ) 3. Untuk Penguji Sidang Tugas Akhir ( 2 buah) 4. Untuk Tata Usaha Program Studi Teknik Kelautan ( 1 buah ) 5. Untuk Perpustakaan ( 1 buah ) Bandung, Februari 2008 Menyetujui Koodinator, Pembimbing Krisnaldi Idris, Ph.D NIP Rildova, Ph.D NIP

3 Lembar Pengesahan Tugas Akhir Sarjana ANALISIS ON-BOTTOM STABILITY DAN INSTALASI PIPA BAWAH LAUT DI DAERAH SHORE APPROACH Adalah benar dibuat oleh saya sendiri dan belum pernah dibuat dan diserahkan sebelumnya baik sebagian ataupun seluruhnya, baik oleh saya maupun orang lain, baik di ITB maupun institusi pendidikan lainnya. Bandung, Penulis Pasfoto 3x4 Zenal Abidin NIM Bandung, Pembimbing Rildova, Ph.D NIP Mengetahui: Program Studi Teknik Kelautan Ketua, Dr. Ir. Muslim Muin, MSOE NIP

4 ABSTRAK Gelombang merambat dari laut dalam menuju pantai melalui perairan dengan kedalaman yang bervariasi dan cenderung semakin dangkal. Perubahan ini memberikan efek pada gelombang terutama ketika gelombang mulai menyentuh dasar laut. Disamping itu, fenomena refraksi, kekasaran dan gradien kemiringan dasar laut juga ikut mempengaruhi perubahan sifat-sifat gelombang. Stabilitas pipa bawah laut diperhitungkan dengan mempertimbangkan efek gaya-gaya hidrodinamika yang bekerja pada pipa. Ketika suatu jaringan pipa dipasang dari darat menuju ke laut lepas, disepanjang rutenya pipa ini akan mengalami efek gaya hidrodinamika yang berbeda-beda seiring dengan perubahan karakteristik gelombang menuju perairan dangkal (transformasi gelombang). Dan, pada kedalaman tertentu disekitar pantai dimana gelombang semakin tinggi dan tidak stabil, gelombang akan pecah dengan menghempaskan energi yang lebih besar terhadap pipa dibawahnya. 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. Berdasarkan pada SK Mentamben No. 300.K/38/M.PE/1997 menyatakan bahwa untuk keamanan pipa pada kedalaman kurang dari 13 mater harus dikubur 2 meter top of pipe. Sama halnya dengan pipa yang terpenetrasi, analisa stabilitas yang dilakukan untuk pipa di dalam open trench berbeda dengan adanya reduksi terhadap gaya hidrodinamik. Dalam hal ini harus diperhatikan metode trenching dan back filling agar propertis pipa yang kita pilih tetap stabil. Pemilihan metode instalasi biasanya didasarkan kedalaman lokasi pipa yang akan dipasang. Dalam proses instalasi pipa membutuhkan analisis yang benar agar pipa yang dipilih tidak mengalami kerusakan akibat gaya-gaya yang bekerja selama proses instalasi tersebut berlangsung.

5 KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur kehadirat Allah SWT atas semua rahmat dan hidayah-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini. Laporan yang berjudul: Analisis On-Bottom Stability Dan Instalasi Pipa Bawah Laut Di Daerah Shore Approach ini disusun untuk memenuhi persyaratan pendidikan sarjana pada Program Studi Teknik Kelautan, Institut Teknologi Bandung. Berbagai pihak yang telah memberikan bantuan baik secara moril maupun materiil kepada penulis untuk menyusun laporan ini hingga selesai. Untuk itu penulis ingin menyampaikan terima kasih sebanyak-banyaknya, kepada : 1. Bapak Rildova, Ph.D selaku dosen pembimbing yang telah dengan sabar memberikan bimbingan dan nasihat-nasihatnya. 2. Bapak Ricky Lukman Tawekal, Ph.D selaku dosen penguji yang telah meluangkan waktunya. 3. Dr.Ir. Hendriyawan, MT selaku dosen penguji yang telah meluangkan waktunya. 4. Dr. Nita Yuanita, ST. MT. selaku dosen penguji yang telah meluangkan waktunya. 5. Bapak, Mimi, dan adik-adik ku yang sangat penulis sayangi, kalian telah memberikan inspirasi pada penulis untuk selalu semangat. 6. Mas Dwi Haryo Wibisono Mas Karyo terima kasih atas semua ilmu dan wawasan yang telah diberikan. 7. Seluruh staff pengajar Program Studi Teknik Kelautan Institut Teknologi Bandung. 8. Seluruh staff Tata Usaha Program Studi Teknik Kelautan Institut Teknologi Bandung. 9. Teman-teman seperjuangan Mamin Rajin, Micho Ganteng, Rudi Parto, Ridha Metal, Mendy Ganteng, Amri Milanisti, Reza Ganteng, Iyus Endut, Wawan, Andri, Leo, Dimas, Gusti, Yaser, Frans, Iwan, Erik mah urang sunda, Andreas, Oki, Bang-Fantri, Anton, Ana, Nana, Wistie, Ica, Mice, Rahma, terimakasih telah menjadi teman-teman terbaik penulis selaman ini. Dan barang siapa yang mentaati Allah dan Rosul-Nya mereka itu akan bersamasama dengan orang-orang yang dianugrahi nikmat oleh Allah, yaitu: Nabi-Nabi, i

6 Para Shiddiqi, orang-orang yang mati syahid, dan orang-orang saleh. Dan mereka itulah teman yang sebaik-baiknya (QS: An Nisa:69). 10. Teman-teman KL 2002, 2004, dan 2005, penulis ucapkan terimakasih. 11. Dan pihak-pihak lainnya yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, penulis ucapkan terima kasih Penulis menyadari bahwa dalam laporan tugas akhir ini masih terdapat kekurangan, untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun mengenai laporan ini. Semoga laporan ini dapat menjadi sesuatu yang bermanfaat. Bandung, Februari 2008 Penulis ii

7 DAFTAR ISI Pengantar Daftar Isi Daftar Gambar Daftar Tabel i iii v vii BAB 1 PENDAHULUAN I Latar Belakang I Tujuan Penulisan I Lingkup Pembahasan I Metode Penulisan I Sistematika Pembahasan I-4 BAB 2 DISAIN PIPA BAWAH LAUT II Pendahuluan II Klasifikasi Sistem Pipa Bawah Laut Berdasarkan Fluida Yang Dialirkan II Klasifikasi Sistem Pipa Bawah Laut Berdasarkan Lokasi Pipa II Klasifikasi Sistem Pipa Bawah Laut Berdasarkan Tingkat Keamanan II Pemilihan Jalur Pipa II Pembebanan Pada Pipa II Diameter Pipa dan Pemilihan Material Pipa II Disain Tebal Dinding Pipa (Wall Thickness) II Karakteristik Wall Thickness II Kriteria Pressure Containment II Kriteria Buckling II On-Bottom Stability II Kondisi Lingkungan II Periode Ulang (Return Periode) II Gaya-Gaya Yang Bekerja Pada Analisa Stabiltas Pipa Bawah Laut II Analisis Disain Stabilitas Pipa Bawah Laut II Penetrasi Pipa II Jetting dan Trenching II Reduksi Pembebanan Pada Pipa II-39 BAB 3 PROSES DI SHORE APPROACH III Pendahuluan III Gelombang III Teori Gelombang Linier (Airy) III Persamaan Gelombang III Kecepatan Rambat dan Panjang Gelombang Airy III Kecepatan dan Percepatan Air III Gelombang Acak (Random Wave) III Transformasi Gelombang III Refraksi Gelombang III Shoaling III Kombinasi Refraksi dan Shoaling III Gelombang Pecah III Difraksi Gelombang III Metode Numerik untuk Gelombang Pecah (William R. Dally, 1980) III Pasang Surut Air Laut III Pantai dan Daerah Disekitarnya III-22 iii

8 BAB 4 METODE DAN ANALISIS INSTALASI PIPA BAWAH LAUT IV Pendahuluan IV Metode Pemasangan Pipa (Lay Method) IV Metode S-Lay IV Metode J-Lay IV Metode Reel Lay IV Tow Methods IV Metode Shore Pull IV Analisis Instalasi Pipa IV Overbend IV Sagbend IV-14 BAB 5 STUDI KASUS V Pendahuluan V Data Proyek V Data Pipa Dan Materialnya V Data Batimetri V Data Lingkungan V Hasil dan Analisa Perhitungan V Perhitungan Wall Thickness V Perhitungan Gelombang V Perhitungan On botttom Stability V Instalasi Pipa Bawah Laut V-28 BAB 6 PENUTUP VI Kesimpulan VI Saran VI-2 Lampiran I Lampiran II Lampiran III Lampiran IV Hasil Perhitungan Transformasi Gelombang Dan Arus Hasil Perhitungan Tebal Dinding Pipa Hasil Perhitungan On Bottom Stability Ouput Program Off Pipe iv

9 DAFTAR GAMBAR Gambar 2. 1 Flow chart langkah disain pipa bawah laut. II-2 Gambar 2. 2 Grafik temperatur Vs Stress derating II-8 Gambar 2. 3 Sketsa orbit partikel gelombang. II-22 Gambar 2. 4 Sketsa gaya-gaya yang bekerja pada pipa bawah laut. II-23 Gambar 2. 5 Potongan melintang pipa beserta lapisan pelindungnya. II-24 Gambar 2. 6 Grafik Koefisien Drag Vs Raynold Number. II-28 Gambar 2. 7 Grafik Koefisien Drag Vs Raynold Number. II-28 Gambar 2. 8 Sketsa terjadinya gaya gesek pada pipa. II-29 Gambar 2. 9 Sketsa terjadinya gaya angkat pada pipa. II-31 Gambar Grafik nilai koefisien gesek untuk jenis tanah clay. II-32 Gambar Gaya-gaya hidrodinamika pada pipa (Mousseli, 1981). II-33 Gambar Grafik nilai factor kalibrasi (Fw). II-35 Gambar Bentuk sttlement pada pipa. II-36 Gambar Metode Jetting. II-37 Gambar Diverless jet sled (DJS) 10 untuk pipa 60 inc (Saipem) II-38 Gambar Potongan melintang pipa dalam parit (Mousselli, 1981). II-38 Gambar Sketsa pipa yang terpendam ditanah. II-40 Gambar Sktetsa pipa dalam parit. II-40 Gambar 3. 1 Sketsa definisi gelombang. III-3 Gambar 3. 2 Kecepatan arus signifikan (Us * ). III-9 Gambar 3. 3 Periode zero up crossing (Tu). III-10 Gambar 3. 4 Faktor reduksi gelombang (R). III-10 Gambar 3. 5 Refraksi gelombang. III-12 Gambar 3. 6 Hukum Snell s gelombang. III-13 Gambar 3. 7 Sketsa gelombang melewati kontur sejajar. III-15 Gambar 3. 8 Pola gelombang di belakang rintangan. III-18 Gambar 3. 9 Potongan melintang sebuah profil ideal dengan parameter- III-21 Gambar Profil pantai berpasir. III-24 Gambar 4. 1 Sketsa metode instalasi S-lay. IV-2 Gambar 4. 2 Contoh barge S-lay (Lorelay Barge (LB) 200). IV-3 Gambar 4. 3 Sketsa metode instalasi J-lay. IV-4 Gambar 4. 4 Contoh J-lay barge (Heerema s Balder). IV-4 Gambar 4. 5 Sketsa metode instalasi Reel lay. IV-6 Gambar 4. 6 Technip s DP vertical reel vessel Deep Blue (J-lay). IV-6 Gambar 4. 7 Sketsa metode bottom tow. IV-7 Gambar 4. 8 Sketsa metode surface tow. IV-8 Gambar 4. 9 Sketsa metode mid-dept tow. IV-8 Gambar Sketsa instalasi pipa. IV-9 Gambar Sketsa metode off-bottom tow. IV-10 Gambar Metode shore pull dengan winch di lay barge. IV-11 Gambar Metode shore pull dengan winch di darat. IV-12 Gambar Daerah overbend dan sagbend pada S-lay barge. IV-12 Gambar Distribusi momen pada stinger. IV-14 Gambar Sktesa bending pada pipa. IV-15 v

10 Gambar 5. 1 Peta jalur pipa proyek SSWJ2. V-1 Gambar 5. 2 Gambar pembagian wilayah kerja proyek. V-2 Gambar 5. 3 Potongan melintang batimetri jalur pipa SSWJ 2. V-3 Gambar 5. 4 Pembagian letak zona pada jalur pipa. V-4 Gambar 5. 5 Flow chart langkah perhitungan wall tickness pipa. V-8 Gambar 5. 6 Kontur dasar laut dengan kemiringan yang bervariasi. V-10 Gambar 5. 7 Sketsa tahapan transformasi gelombang dari laut dalam. V-11 Gambar 5. 8 Flow chart perhitungan transformasi gelombang. V-13 Gambar 5. 9 Sketsa input arah dating gelombang dan sudut pipa terhadap normal kontur. V-14 Gambar Plot kedalaman dan tinggi gelombang hasil transformasi (Zona 1,2,3) untuk data periode ulang 1 tahun. V-16 Gambar Plot kedalaman dan tinggi gelombang hasil transformasi (Zona 1,2,3) untuk data periode ulang 100 tahun. V-16 Gambar Plot kedalaman dan tinggi gelombang hasil transformasi Gambar (Zona 14,17,18) untuk data periode ulang 1 tahun. V-17 Plot kedalaman dan tinggi gelombang hasil transformasi (Zona 14,17,18) untuk data periode ulang 100 tahun. V-17 Gambar Kecepatan air signifikan (Us * ). V-18 Gambar Periode zero up cossing (Tu). V-19 Gambar Faktor reduksi gelombang untuk N= (R ). V-19 Gambar Flow chart langkah perhitungan arus gelombang. V-20 Gambar Profil kecepatan arus laut lokasi zona 1 dan 2 periode ulang 1 dan 100 tahun. V-21 Gambar Profil kecepatan arus laut lokasi zona 17 dan 18 periode ulang 1 tahun. V-21 Gambar Flow chart perhitungan onbottom stability pipa. V-24 Gambar Pemilihan metode trenching dan back filling zona 1 dan 2. V-26 Gambar Pemilihan metode trenching dan back filling zona 1 dan 2. V-26 Gambar Tampak atas sketsa shore pull. V-31 Gambar Tampak samping sketsa shore pull. V-32 vi

11 DAFTAR TABEL Tabel 2. 1 Klasifikasi Sistem Pipa Bawah Laut Berdasarkan Fluida Yang Aialirkan II-3 Tabel 2. 2 Klasifikasi Sistem Pipa Bawah Laut Berdasarkan Lokasi Pipa II-3 Tabel 2. 3 Klasifikasi Sistem Pipa Bawah Laut Berdasarkan Tingkat Keamanan II-4 Tabel 2. 4 Klasifikasi Sistem Pipa Bawah Laut Berdasarkan Tingkat Kemanan Untuk Kondisi Normal II-4 Tabel 2. 5 Faktor Kekuatan Material II-7 Tabel 2. 6 Karakteristik Kekuatan Material II-8 Tabel 2. 7 Grade Material Berdasarkan Standar API II-9 Tabel 2. 8 Nilai Maksimum Faktor Fabrikasi II-9 Tabel 2. 9 Usage Factor untuk Pressure Containmet II-12 Tabel Load Effect Factor dan Load Combination II-18 Tabel Nilai Koefisien Gesek Berdasarkan Jenis Tanah II-32 Tabel 5. 1 Data Fisik dan Material pipa V-3 Tabel 5. 2 Data Kedalaman Zona V-4 Tabel 5. 3 Data Gelombang dan Arus Laut V-5 Tabel 5. 4 Data Pasang Surut dan Storm V-5 Tabel 5. 5 Data Tanah Untuk Zona 1 dan 2 V-6 Tabel 5. 6 Data Tanah Untuk Zona 17 dan 18 V-6 Tabel 5. 7 Hasil perhitungan wall tickness pipa pada kedalaman 85 m V-9 Tabel 5. 8 Input Parameter Besaran Gelombang Laut Dalam Data Periode Ulang 1 Dan 100 Tahun V-14 Tabel 5. 9 Rangkuman Output Parameter Gelombang Zona 1 dan 2 V-15 Tabel Rangkuman Output Parameter Gelombang Zona 17 dan 18 V-15 Tabel Arus Maksimum Akibat Gelombang V-22 Tabel Rangkuman Output Perhitungan Stabilitas Pipa Zona 1 dan 2 V-25 Tabel Rangkuman Output Perhitungan Stabilitas Pipa Zona 17 dan 18 V-25 Tabel Spesifikasi Barge Yang Digunakan. V-29 Tabel Profill Roller (R) Dan Tensioner (T/U). V-29 Tabel Profill Stinger (S). V-29 Tabel Kesimpulan Ouput Analisis Metode S-lay V-30 Tabel Chek Terhadap Load Control Combination V-30 Tabel Metode Instalasi Shore Pull V-30 Tabel Perhitungan Kebutuhan Pelampung Untuk Pipa V-32 Tabel Perhitungan Kebutuhan Pelampung Untuk Wire Rope V-32 vii