Gambar 5. 1 Peta jalur pipa proyek SSWJ2. Berdasarkan kedalaman laut yang akan dipasangi pipa, proyek ini terbagi menjadi tiga bagian yaitu :

Transkripsi

1 BAB 5 STUDI KASUS 5.1 Pendahuluan Studi kasus yang diambil pada Tugas Akhir ini adalah proyek pemasangan pipa bawah laut, proyek ini merupakan proyek pemasangan pipa bawah laut untuk mengalirkan gas dari Pulau Sumatera ke Pulau Jawa dengan panjang 160 km. Gambar jalur pipa proyek tersebut dapat dilihat pada Gambar 5.1. Gambar 5. 1 Peta jalur pipa proyek SSWJ2. Berdasarkan kedalaman laut yang akan dipasangi pipa, proyek ini terbagi menjadi tiga bagian yaitu : a) Bagian offshore Bagian pekerjaan pemasangan pipa ini adalah mencakup pekerjaan pemasangan pipa pada laut dengan kedalaman lebih dari 13 m (deep water). V - 1

2 b) Bagian shore approach Bagian pekerjaan pemasangan pipa ini adalah mencakup pekerjaan pemasangan pipa pada kedalaman laut 0 13 m. c) Bagian onshore Bagian pekerjaan pemasangan pipa ini adalah mencakup pekerjaan pemasangan pipa pada daerah rawa dan daratan yang terendam pada saat air laut pasang. Pembagian wilayah kerja ini dapat dilihat pada Gambar 3.2 berikut ini : PT DMB LIKPIN Offshore PT Shore Shore DMB Approach Approach SSWJ PHASE-II SEA Subsea Valve 32"OD. OFFSHORE PIPELINE -13 m -13 m KP 001 Land Fall -20 m -20 m KP 160 Land Fall Gambar 5. 2 Gambar pembagian wilayah kerja proyek. Dalam Tugas Akhir ini yang akan dijadikan sebagai studi kasus adalah hanya pada daerah shore approach yaitu daerah dari kedalaman 0 s.d.13 meter. 5.2 Data Proyek Data proyek yang didapatkan merupakan data yang akan dipergunakan untuk disain pipa bawah laut pada daerah shore approach, data tersebut meliputi data material dan data lingkungan. V - 2

3 5.2.1 Data Pipa Dan Materialnya Tabel 5. 1 Data Fisik dan Material pipa Parameter Nilai Diameter Luar Pipa (mm) (32 inch) Spesifikasi Material Carbon Steel Material Grade SAWL 450 II-F-D Jenis Corrosion Coating 3-Layer PE Tebal Corrosion Coating (mm) 2.5 Densitas Corrosion Coating (kg/m3) 1280 Water Absorption (%) <5 Densitas Beton (kg/m3) 3043 Young s Modulus (N/mm 2 ) Poisson s Ratio 0.3 SMYS (N/mm 2 ) 450 SMTS (N/mm 2 ) 535 Corrosion Allowance (mm) 1.5 Berat Jenis Isi Pipa /Gas (kg/m3) Data Batimetri Berikut adalah penampang melintang batimetri jalur pipa (pipe route) untuk setiap kilometer poin (KP) dari KP-1 sampai dengan KP-160. Gambar 5. 3 Potongan melintang batimetri jalur pipa SSWJ 2. V - 3

4 5.2.3 Data Lingkungan Data lingkungan pada proyek ini dibagi berdasarkan zona (daerah), setiap zona umumnya nempunyai karakteristik lingkungan yang sama, Gambar 5.4 merupakan pembagian zona, dimana zona yang dibahas dalam Tugas Akhir ini terletak pada zona 1,2, 17 dan 18. Gambar 5. 4 Pembagian letak zona pada jalur pipa. Tabel 5. 2 Data Kedalaman Zona Zona Lokasi KP (Km) Kedalaman Air Minimum (m) Kedalaman Air Maksimum (m) Kedalaman Air Referensi (m) Zone Zone Zone Zone Masing masing zona diatas memiliki karakteristik lingkungan yang berbeda dengan zona yang lain, data karakteristik lingkungan pada tiap zona adalah data yang diambil pada kedalaman referensi tertentu dan dianggap mewakili karakteristik tiap zona. V - 4

5 Tabel 5. 3 Data Gelombang dan Arus Laut Zona Significant Wave Height (Hs) (m) Spectral Peak Period (Ts) (sec) Periode Ulang 1 Tahun Periode Ulang 100 Tahun Z1 Z2 Z17 Z18 Z1 Z2 Z17 Z18 GELOMBANG KECEPATAN ARUS At 0% of depth % of depth % of depth % of depth % of depth % of depth % of depth % of depth % of depth % of depth % of depth Tabel 5. 4 Data Pasang Surut dan Storm Zona Periode Ulang 1 Tahun Periode Ulang 100 Tahun Z1 Z2 Z17 Z18 Z1 Z2 Z17 Z18 Storm Surge (m) Astronomical Tide HWS(m)-above MSL LWS(m)- below MSL V - 5

6 Tabel 5. 5 Data Tanah Untuk Zona 1 dan 2 Kedalaman Air (m) Jenis Tanah Shear Strenght [kn/m2] Wet Soil Unit (Kg/m3) 1 Clayey sand, brown, compact,medium grain size Clay, gray, soft, plastic Sandy silt, gray, solid, medium grain size, sediment rock andigneous rock as fragment Sand, gray, coarse grain size,angular sediment rock andigneous rock Clay, light gray, solid, hard Tabel 5. 6 Data Tanah Untuk Zona 17 dan 18 Kedalaman Air (m) Jenis Tanah Shear Strength[kN/m2] Wet Soil Unit [Kg/m3] Dark gray, very fine grain sand, loose Greenish gray clay, very soft Greenish gray clay, very soft Dark gray, clay, very soft Greenish gray, silty clay, very soft Greenish gray, silty clay, very soft V - 6

7 5.3 Hasil dan Analisa Perhitungan Dalam Tugas Akhir ini perhitungan dan analisa dilakukan untuk perhitungan tebal dinding pipa nominal (wall thickness), perhitungan proses trasformasi gelombang di daerah dekat pantai, perhitungan arus, perhitungan stabilitas pipa di dasar perairan serta analisa instalasi pipa Perhitungan Wall Thickness Data-data diatas terutama data properties pipa digunakan untuk menentukan tebal dari dinding (wall thickness) pipa. Perhitungan wall thickness yang dilakukan didasarkan pada DNV 2000 OSF 101 yang telah dijelaskan pada bab sebelumnya. Metode Perhitungan Pada DNV 2000 tebal pipa didisain untuk memenuhi beberapa kriteria yang ditentukan yaitu: kriteria pressure containment, kriteria system collapse, kriteria combined loading, dan kriteria propagating buckling. Perhitungan dalam Tugas Akhir ini menggunakan bantuan program excel macro visual basic, yang memungkinkan melakukan iterasi perhitungan untuk mendapatkan nilai dari tebal dinding pipa yang memenuhi kriteria diatas. Secara umum perhitungannya dapat dijelaskan melalui diagram pada Gambar 5.5. V - 7

8 Excel macro visual basic Start Input Data: Dimensi dan material pipa Data lingkungan Tekanan disain Hitung tekanan hidrostatis Hitung tekanan lokal Tebal Element (dt) Hitung tebal pipa nominal berdasarkan DNV 1981 Run Program Off Pipe (hasil tebal nominal DNV 1981 maksimum digunakan untuk input off pipe) Hasil: Bending momen dan axial tension t=t+dt Excel macro visual basic Iterasi terhadap DNV 2000 untuk mendapatkan tebal pipa yang optimum. Utility maksimum =1 STOP t-nom DNV 2000 Pilih Tebal Pipa Berdasarkan Spesifikasi Yang Tersedia (API 5L) Nilai tebal Pipa yang digunakan (ts) Gambar 5. 5 Flow chart langkah perhitungan wall thickness pipa. V - 8

9 Hasil Perhitungan Dengan menggunakan DNV 1981 didapatkan dilai maksimum tebal pipa nominal sebesar mm (0.663 in), tebal nominal pipa ini digunakan sebagai input off pipe untuk instalasi pada kedalaman maksimum hasilnya mendapatkan nilai bending moment kn.m dan gaya aksial kn. Perhitungan dengan menggunakan DNV 2000 untuk kedalaman perairan maksimum 85 meter dapat dirangkum pada Tabel 5.7 sedangkan hasilnya secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran II. Tabel 5. 7 Hasil perhitungan wall thickness pipa pada kedalaman 85 m Parameter Nilai Keterangan Tebal dinding pipa/ts (mm) Utility pressure containment criteria-hidrotest OK Utility pressure containment criteria-oprasional OK Utility Collapse criteria OK Utility Propagating Buckling Criteria * Not OK Utility Cobained loading-load Control Condition a: OK Utility Cobained loading-load Control Condition b: OK Ovalization Criteria OK *. Pada analisa pipa di laut dalam (85-55 m), pipa didisain dengan tambahan buckle aresstor untuk menanggulangi terjadinya propagtion buckling. Analisis Perhitungan Wal Thickness i) Parameter untuk mengetahui apakah suatu tebal dinding pipa memenuhi kriteria atau tidak adalah dengan mengetahui nilai code ceck/ utility, yang nilainya tidak boleh melebihi 1 (satu). ii) Dari tabel hasil perhitungan diatas dapat dilihat bahwa nilai dari tebal dinding pipa hasil perhitungan adalah 15.5 mm, nilai tebal dinding pipa tersebut tidak memenuhi keriteria propagating buckling untuk laut dengan kedalaman diatas 55 m. Sehingga harus dilakukan analisa khusus biasanya digunakan buckle arrestor untuk menanganinya. iii) Berdasarkan American Petroleum Institute (API) 5L Spesification for Line Pipe 2000 tabel E-6C diberikan nilai tebal dinding pipa untuk pipa diameter 813 mm (32 in) dengan tebal dinding pipa mendekati 15.5 mm adalah 15.9 mm. Nilai tebal dinding pipa ini yang dipakai pada keseluruhan disain proyek ini. V - 9

10 iv) Utuk kriteria oval (ovalization) dari pipa didapatkan nilai 0.013, dimana maksimum ovalisasi yang diizinkan tidak lebih dari 0.03 sehingga nilai ini memenuhi kriteria Perhitungan Gelombang Perhitungan parameter gelombang dilakukan berdasarkan analisis transformasi gelombang yang telah dijelaskan pada bab 3, sedangkan arus gelombang dihitung berdasarkan teori gelombang acak spectrum JONSWAP dari DNV RPE 305. a) Transformasi Gelombang Metode Perhitungan Perhitungan transformasi gelombang dilakukan untuk menghitung perubahan karakteristik gelombang akibat konversi energi yang terjadi di sepanjang perambatannya menuju pantai dari laut lepas. Hasil analisanya adalah variasi tinggi gelombang di sepanjang jalur pipa dari laut lepas hingga ke pantai. Penghitungan dimulai dengan mengambil sebuah titik kordinat dari laut dalam yang karakteristik gelombangnya (h, H, T, dan α) diketahui untuk memulai analisa transformasi gelombang. Sebelumnya perlu diingatkan disini bahwa untuk pembahasan yang berkaitan dengan gelombang dan garis pantai dalam laporan ini, sumbu x terletak pada arah menuju garis pantai sedangkan sumbu y terletak pada arah sejajar dengan garis pantai. Gambar 5.6 dan 5.7 adalah suatu skema tahapan transformasi gelombang dari laut dalam. Gambar 5. 6 Kontur dasar laut dengan kemiringan yang bervariasi. V - 10

11 Gambar 5. 7 Sketsa tahapan transformasi gelombang dari laut dalam. Untuk pantai dengan kontur kedalaman yang lurus dan paralel dengan beberapa variasi kemiringan, seperti diperlihatkan pada Gambar 5.6, jarak dari kordinat asal ke garis pantai (x) dapat dihitung sebagai : x = Lx + Lx = 1 n ( rd rd ) ( rd rd ) ( rd rd ) ( rd 0) 1 m Lx Lx m m dimana, rd 1, rd 2, rd 3,..rd n adalah kedalaman laut pada batas-batas tiap kemiringan m. Untuk penyederhanaan penghitungan, nilai y 1 dari kordinat asal dianggap sebagai titik asal (0) dari sumbu kordinat y. Karenanya titik kordinat asal dapat diltulis sebagai (x 1, 0). Untuk pergerakan gelombang sebagaimana diperlihatkan pada Gambar 5.7, saat gelombang mulai bergerak sejauh dl (dimana dl = 0.1L) dari titik asalnya dalam arah α relatif terhadap normal kontur, kordinat gelombang yang baru pada titik berkutnya akan menjadi (x 2, y 2 ) dimana x 2 = x 1 - x 1 dan y 2 = y 1 + y 1. serta x 1 = dl cos α dan y 1 = dl sin α. n m n V - 11

12 Dengan menerapkan persamaan-persamaan pada teori gelombang pada bab 3 ke dalam penghitungan, koefisien shoaling K s dan koefisien refraksi K r gelombang diperhitungkan. Koefisien-koefisien ini akan digunakan setelah gelombang terlebih dahulu dicek terhadap kemungkinan breaking di kedalaman yang pertama. Cek terhadap breaking akan dilakukan dengan menerapkan persamaan (3.41) sampai (3.46) ke dalam urutan penghitungan. Jika gelombang ternyata belum pecah pada titik ini, maka penghitungan tinggi gelombang pada titik berikutnya dilakukan dengan hanya mempertimbangkan pengaruh dari bottom friction, refraksi, dan shoaling. Namun jika ternyata gelombang pecah berdasarkan kriteria yang disyaratkan pada titik ini, maka penghitungan tinggi gelombang pada titik berikutnya dilakuan dengan mempertimbangkan pengaruh dari bottom friction, refraksi, shoaling, dan disipasi energi akibat breaking. Penghitungan tinggi gelombang dengan mempertimbangkan efek dari bottom friction dan disipasi energi akibat shoaling telah diturunkan oleh Dally (1980) yang telah dijelaskan pada sub bab 3.4. Kondisi-kondisi ini kemudian diintegrasikan dalam suatu urutan penghitungan yang merupakan kombinasi dari metode penghitungan Dally dengan analisa refraksi dan shoaling. Urutan lengkap metode penghitungan analisa transformasi gelombang diperlihatkan pada Gambar 5.8. V - 12

13 Gambar 5. 8 Flow chart perhitungan transformasi gelombang. Input Perhitungan Yang ingin didapatkan dari perhitungan transfromasi gelombang metode sederhana ini adalah parameter-parameter gelombang di sepanjang jalur pipa yang meliputi tinggi gelombang (H), panjang gelombang (L), dan arah gelombang relatif terhadap pipa (β). Input yang digunakan adalah tinggi gelombang signifikan (Hs) dan arah datang gelombang ralatif terhadap normal kontur, dan sudut kemiringan pipa relatif terhadap normal kontur (β). V - 13

14 Gambar 5. 9 Sketsa input arah dating gelombang dan sudut pipa terhadap normal kontur. Pada Tugas Akhir ini perhitungan transformasi gelombang dilakukan dari kedalaman 24 meter dan kedalaman 35 meter masing-masing terletak pada zona 3 dan 14 pada Gambar 5.4, Tabel 5.8 berikut adalah data input parameter gelombang : Tabel 5. 8 Input Parameter Besaran Gelombang Laut Dalam Data Periode Ulang 1 Dan 100 Tahun Lokasi Tinggi Gelombang Signifikan /Hs Periode Gelombang Signifikan/Ts Sudut Datang Gelombang Sudut Pipa Terhadap Normal Kontur (m) (s) (α) (θ) Periode Ulang 1 Tahun Zona Zona Periode Ulang 100 Tahun* Zona Zona V - 14

15 Hasil Perhitungan Pada Tabel berikut adalah data rangkuman hasil perhitungan gelombang dan dibandingkan dengan data proyek untuk pada kedalaman yang sama. Tabel 5. 9 Rangkuman Output Parameter Gelombang Zona 1 dan 2 Periode Ulang 1 Tahun Hasil Perhitungan Data Proyek Selisih (%) d (m) L (m) β (deg.) H (m) H (m) Kedalaman m Kedalaman 6.15 m Kedalaman Breaking Periode Ulang 100 Tahun Kedalaman m Kedalaman 6.15 m Kedalaman Breaking Tabel Rangkuman Output Parameter Gelombang Zona 17 dan 18 Periode Ulang 1 Tahun Hasil Perhitungan Data Proyek Selisih (%) d (m) L (m) β (deg.) H (m) H (m) Kedalaman 18 m Kedalaman 10m Kedalaman Breaking Periode Ulang 100 Tahun Kedalaman 18 m Kedalaman 10 m Kedalaman Breaking Hasil perhitungan transformasi gelombang dapat dilihat pada Lampiran I, dan pada Gambar diperlihatkan plot ketinggian gelombang hasil perhitungan transformasi gelombang yang dilakukan. V - 15

16 Grafik H Vs Kedalaman H=1.053 m H=1.764 m Depth=1.339m Depth=13 m Kedalaman (m) Jalur pipa Jarak dari pantai (m) Gambar Plot kedalaman dan tinggi gelombang hasil transformasi (Zona 1,2,3) untuk data periode ulang 1 tahun. Grafik H Vs Kedalaman H=2.679 m H=3.8 m Depth=3.048m Depth=13 m Kedalaman (m) Jalur pipa Jarak dari pantai (m) Gambar Plot kedalaman dan tinggi gelombang hasil transformasi (Zona 1,2,3) untuk data periode ulang 100 tahun. V - 16

17 Grafik H Vs Kedalaman H=1.147 m H=1.672 m Depth=1.456 m Depth=13 m Kedalaman (m) Jalur pipa Jarak dari pantai (m) Gambar Plot kedalaman dan tinggi gelombang hasil transformasi (Zona 14,17,18) untuk data periode ulang 1 tahun Grafik H Vs Kedalaman H=2.696 m H=3.509 m Depth=3.423 m Depth=13 m Kedalaman (m) Jarak dari pantai (m) Gambar Plot kedalaman dan tinggi gelombang hasil transformasi (Zona 14,17,18) untuk data periode ulang 100 tahun. V - 17

18 b) Perhitungan Arus Seperti yang telah dibahas pada bab 2, bahwa stabilitas pipa dipengaruhi oleh beberapa faktor yang terjadi di lokasi pemasangan pipa atau bisa kita sebut sebagai faktor lingkungan, salah satu dari faktor lingkungan tersebut yang penting adalah kecepatan dan percepatan arus akibat gelombang laut (wave curent). Metode Perhitungan Perhitungan arus laut pada Tugas Akhir ini dikerjakan berdasarkan perinsip teori spektrum gelombang JONSWAP yang dihitung berdasarkan grafik pada gambar pada DNV RPE 305, yang didekati grafiknya dengan persamaan polinomial seperti pada Gambar PP=1, y = 275.9x x x x x x PP=3.3, y = x x x x x x PP=5, y = x x x x x x Us*Tn/Hs Tn/Tp PP=1 PP=3.3 PP=5 Poly. (PP=1) Poly. (PP=3.3) Poly. (PP=5) Gambar Kecepatan air signifikan (Us * ). V - 18

19 Tu/Tp PP=1, y = x x x x x x PP=3.3, y = x x x x x x PP=5. y = x x x x x x (Tn/Tp) PP=1 PP=3.3 PP=5 Poly. (PP=1) Poly. (PP=3.3) Poly. (PP=5) Gambar Periode zero up cossing (Tu) Reductioan fsctor (R) y = -1E-08x 4 + 2E-06x x x Sudut gelombang terhadap pipa (B) Series1 Poly. (Series1) Gambar Faktor reduksi gelombang untuk N= (R ). V - 19

20 Start h+dh Input data pada kedalaman h+dh: Tinggi gelombang Kedalaman Panjang Gelombang Sudut Gelombang terhadap Pipa Hitung Tn, Tp, Peakedness Parameter Hitung dari persamaan grafik (JONSWAP): 1. Hitung Kecepatan arus 2. Reduksi akibat arah gelombang terhadap pipa 3. Hitung Percepatan Arus Tidak Kedalaman <=0.05 m Ya Stop Gambar Flow chart langkah perhitungan arus gelombang. Tabel hasil perhitungan yang dilakukan dengan excel macro visual basic dapat dilihat pada Lampiran I dan plot profil kecepatan arus pada tiap kedalaman pada pada daerah tinjauan untuk kondisi instalasi dan oprasi dapat dilihat pada Gambar V - 20

21 Profil Arus vs Kedalaman Lokasi Zona 1 dan Wave Curent (m/s) Kedalaman Air (m) 1 yr RP 100 th RP Gambar Profil kecepatan arus laut lokasi zona 1 dan 2 periode ulang 1 dan 100 tahun. Profil Arus vs Kedalaman Lokasi Zona 17 dan Wave Curent (m/s) Kedalaman Air m) 1 th RP 100 th RP Gambar Profil kecepatan arus laut lokasi zona 17 dan 18 periode ulang 1 tahun. V - 21

22 Tabel Arus Maksimum Akibat Gelombang Kecepatan Arus Maksimum Periode Ulang 1 tahun Periode Ulang 100 tahun Kedalaman Kecepatan Kedalaman Kecepatan Lokasi (m) Arus (m/s) (m) Arus (m/s) Zona Zona Analisa Hasil Perhitungan Gelombang Beberapa hal yang dapat dianalisa dari hasil perhitungan tersebut yaitu: i) Pada setiap titik di dekat pantai yang ditinjau dalam Tugas Akhir ini, gelombang bergerak dengan sudut datang (α) = 0 0, hal ini berarti gelombang datang sejajar dengan garis normal kontur pantai, sedangkan sudut kemiringan pipa terhadap normal kontur bervariasi. ii) Dari hasil perhitungan didapatkan bahwa nilai dari koefisien refraksi dari kedua kasus lokasi diatas dengan sudut datang gelombang 0 0 adalah 1, hal ini berarti dalam transformasi gelombang ini perubahan karakteristik gelombang yang terjadi dominan karena faktor gesekan dengan dasar perairan yang menyebabkan gelombang dibandingkan akibat refraksi. Perubahan parameter gelombang akibat shoaling tidak begitu terlihat untuk perairan yang dalam namun begitu berpengaruh pada perairan yang lebih dangkal. iii) Kalau kita lihat tabel hasil perhitungan dan plot tinggi gelombang vs kedalaman pada Gambar kita dapat melihat perubahan tinggi gelombang secara drastis tidak terjadi pada perairan sebelum gelombang mengalami pecah untuk pertama kali, namun setelah gelombang pecah tinggi gelombang turun secara signifikan sebagai akibat terjadinya konversi energi pada saat gelombang mengalami pecah. iv) Dari Tabel dapat dilihat bahwa perbedaan tinggi gelombang pada kedalaman yang dijadikan referensi antara hasil perhitungan dengan data didapatkan nilai yang tidak jauh dengan rata-rata selisih dibawah 11%. v) Arus yang terjadi pada daerah shore approach seperti yang diperlihatkan dari hasil perhitungan didapat nilai yang semakin membesar seiring dengan perairan yang mendangkal dan mencapai nilai maksimum pada lokasi tempat gelombang pecah V - 22

23 (breaker line) untuk pertama kali, setelah melewati daerah gelombang pecah nilai arus akan mengecil Perhitungan On botttom Stability Tujuan dari Tugas Akhir ini salah satunya adalah untuk menghitung tebal beton pelapis pada pipa agar pipa yang terpasang dibawah laut stabil baik selama masa instalasi maupun selama masa oprasi. a) Metode Perhitungan Perhitungan yang dilakukan meliputi perhitungan stabilitas arah vertikal dan stabilitas arah horizontal, dimana perhitungan stabilitas arah horizontal dibagi menjadi 3 (tiga) keadaan yang berbeda yaitu perhitungan stabilitas untuk pipa yang berada tepat diatas dasar laut (seabed), pipa yang terpendam akibat terjadinya penetrasi pipa ke tanah dan pipa yang diletakan pada parit terbuka (open trench). Perhitungan yang dilakukan beradasarkan analisa stabilitas statis RPE 305 dimana teorinya telah diberikan pada bab 2. Berikut merupakan diagram alir metode proses perhitungan yang dilakukan. V - 23

24 Start Input data pada kedalaman h: Tebal dan karakteristik pipa serta lapisan pelindung korosi. Data gelombang, tanah, dan arus. Tebal beton awal (tcc= 0). Tentukan nilai dtcc. Hitung: Berat pipa di udara (Wt) Bouyancy pipa (B) Berat pipa di air (Ws=Wt-B) t cc =t cc +dt cc Ws + B B 1,1 Stabilitas Arah Vertikal Hitung Gaya hidrodinamika FD, FI, FL Case 1 Case 2 Case 3 Hitung settlement pada pipa Reduksi akibat settlement Hitung Gaya hidrodinamika FD, FI, FL tereduksi Tinggi parit/diameter Reduksi akibat parit Hitung Gaya hidrodinamika FD, FI, FL tereduksi t cc =t cc +dt cc Tidak Chek: µ ( Ws FL ) ( F + F ) D I 1,1 Ya Stabilitas Arah Horizontal Print tcc, Kedalaman, dll. Stop Ya Kedalaman <=Dtot Tidak h+dh Gambar Flowchart perhitungan onbottom stability pipa. b) Stabilitas Arah Horizontal Pipa Perhitungan stabilitas arah horizontal pipa dimaksudkan untuk mengetahui tebal lapisan beton yang dibutuhkan agar pipa dapat stabil terhadap gaya-gaya hidrodinamika. Untuk mencari tebal lapisan beton optimum digunakan menggunakan safety factor arah horizontal 1.1, hasil perhitungan secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran III. V - 24

25 Tabel Rangkuman Output Perhitungan Stabilitas Pipa Zona 1 dan 2 No. Jarak Dari Pantai (Km) Panjang Bagian (Km) Range Kedalaman (m) Tebal Lapisan beton yang Dibutuhkan Diatas seabed (mm) Dalam Trench Instalas (mm) Dalam Trench Oprasional (mm) Minimum Kebutuhan Lapisan Beton (mm) F.O.S. S.G. Tebal Lapisan Beton Yang digunakan (mm) Kebutuhan Trenching dan Back Filling Pre-trenching Natural Back Fill 100 Pre-trenching Mechanical Back Fill Post-trenching Natural Back Fill Tabel Rangkuman Output Perhitungan Stabilitas Pipa Zona 17 dan 18 No. Jarak Dari Pantai (Km) Panjang Bagian(Km) Range Kedalaman (m) Tebal Lapisan beton yang Dibutuhkan Diatas seabed (mm) Dalam Trench Instalas (mm) Dalam Trench Oprasional (mm) Minimum Kebutuhan Lapisan Beton (mm) F.O.S. S.G. Tebal Lapisan Beton Yang digunakan (mm) Kebutuhan Trenching dan Back Filling Pre-trenching Mechanical Back Fill Pre-trenching Natural Back Fill Post-trenching Natural Back Fill V - 25

26 Profil Kedalaman 13 Meter Zona 1 dan km 6.8 km -2-4 Kedalaman (m) -6-8 Tcc=114 mm Tcc=100 mm -10 Pre Trenching 3 m di bawah seabed Dengan Natural back fill Pre-Trenching 3 m di bawah seabed Dengan Mechanical back fill Post-Trenching 3 m di bawah seabed Dengan Natural back fill Jarak Dari Pantai (Km) Gambar Pemilihan metode trenching dan back filling zona 1 dan 2. Profil Kedalaman 13 Meter Zona 17 dan km km -4 Kedalaman (m) -6-8 Tcc=126 mm Tcc=100 mm Pre-Trenching 3 m di bawah seabed Dengan Mechanical back fill Pre-Trenching 3 m di bawah seabed Dengan natural back fill Post-Trenching 3 m di bawah seabed Dengan natural back fill -14 Jarak Dari Pantai (Km) Gambar Pemilihan metode trenching dan back filling zona 1 dan 2. V - 26

27 c) Stabilitas Arah Vetikal Pipa Analisis stabilitas pipa arah vertikal meliputi perhitungan spesifis grafity dan perhitungan penurunan pipa (settlement tanah) untuk kondisi hydrotest. Tabel Rangkuman Hasil Perhitungan Stabilitas Vertical Pipa Zona 1 dan 2 Tebal Concreet Coating Jenis Settlement Maksimum S.G. Kodisi (mm) Tanah (mm) Hidrotest 100 Clay Clay Zona 17 dan 18 Tebal Concreet Coating Jenis Settlement Maksimum S.G. (mm) Tanah (mm) Hidrotest 100 Clay Clay d) Analisis Perhitungan Stabilitas Pipa Dari hasil perhitungan didapatkan nilai tebal lapisan beton pipa yang dibutuhkan agar pipa dapat stabil. i) Dari Tabel diatas dapat dilihat kebutuhan tebal lapisan beton untuk kedaan pipa yang terletak di atas seabed dan di dalam parit untuk masing-masing daerah, nilai tersebut diambil dari nilai maksimum kebutuhan lapisan beton untuk panjang bagian pipa (Km) tertentu. Dari data tersebut dapat dipilih/ditentukan tebal lapisan beton yang digunakan, pemilihan tebal lapisan beton ini akan berpengaruh terhadap penetuan metode trenching dan back filling yang akan pilih nantinya, dimana ketentuanya: - Apabila tebal lapisan beton yang digunakan lebih besar dari yang dibutuhkan pada keadaan diatas seabed maka metode yang digunakan adalah posttrenching. - Apabila tebal lapisan beton yang digunakan lebih kecil dari yang dibutuhkan pada keadaan diatas seabed maka metode yang digunakan adalah pretrenching. ii) Sedangkan untuk pemilihan metode back fill parit/trench, ketentuan pemilihanya adalah: atau penimbunan kembali V - 27

28 - Apabila tebal lapisan beton yang digunakan lebih besar dari kebutuhan tebal lapisan beton ketika pipa dalam parit pada kondisi oprasional maka digunakan natural back fill. - Apabila tebal lapisan beton yang digunakan lebih kecil dari kebutuhan tebal lapisan beton ketika pipa dalam parit pada kondisi oprasional maka digunakan mechanical back fill. iii) Hasil rangkuman perhitungan dan pemilihan metode trenching dan back fill dapat dilihat pada Tabel iv) Dari perhitungan stabilitas arah vertikal dapat dilihat bahwa nilai spesific grafity pada saat hydrotest lebih dari 1.1 artinya pipa stabil Instalasi Pipa Bawah Laut Metode intalasi yang digunakan adalah gabungan antara S-lay untuk kedalaman 13 s.d. 3 meter dan metode shore pull untuk kedalaman 3 s.d. 0 meter. Proses instalasinya secara umum adalah: - Penggelaran pipa pertama dilakukan untuk bagian perairan dari 13 s.d. 3 meter dimana digunakan metode S-lay. - Setelah pipa selesai digelar untuk bagian 13 s.d. 3 meter kemudian barge berubah arah sehingga bagian belakang (stern) menghadap ke darat. - Proses shore pull dimulai pada lokasi yang ditentukan, lokasi dimana barge ditambatkan (anchoring) agar diam atau tidak mengalami pergerakan berarti yang mengganggu proses instalasi. - Pipa disambung di barge kemudian diturunkan ke air dan ditarik dari darat dengan winch. Proses ini berlangsung sampai pipa semua terpasang sesuai rencana. V - 28

29 a) Metode Analisis S-lay. Metode Pehitungan Metode analisis yang digunakan pada anaslisis instalasi pipa pada Tugas Akhir ini adalah : - Program yang digunakan untuk menganalisis instalasi adalah OFFPIPE versi 2.05 yang merupakan finite elemen computer program yang digunakan untuk menganalisan dan mendisain pipa di laut. - Analisis perhitungan berdasarkan pada standar DNV OSF 101, Submarine Pipelines system. - Besarnya tekanan izin (allowable stress) nilainya tidak boleh lebih besar dari 72 % baik itu untuk over bend maupun sag bend. - Analisis local buckling criteria terhadap kombinasi beban fungsional maksimum yaitu untuk combained loading-load control condition dimana nilainya utility-nya tidak boleh lebih dari 1.0. Spesifikasi barge dan stinger dipilih agar tekanan overbend yang terjadi tidak melebihi batas yang diizinkan. Spesifikasi barge dan stinger yang digunakan diperlihatkan pada Tabel Tabel Spesifikasi Barge Yang Digunakan. Parameter Nilai Panjang Draft Jari jari Barge Rollers Ramp Angle Jumlah Barge Roller 7 Jumlah Tensioner 1 Stinger Radius 60 m 1.9 m 320 m 0.5 deg 320 m Jumlah Stinger Support 5 Barge Tension (base case) Variatif terhadap kedalaman V - 29

30 Tabel Profill Roller (R) Dan Tensioner (T/U). Jarak dari buritan (m) Tinggi dari deck (m) R1 R2 T/U R3 R4 R5 R6 R Tabel Profill Stinger (S). S1 S2 S3 S4 S5 Jarak dari Hitch (m) Tinggi relatif terhadap Hitch (m) Hasil Perhitungan. Hasil perhitungan berikut merupakan rangkuman hasil output program OFF PIPE dan dicek terhadap kriteria dari DNV 2000 yang diambil untuk beberapa kedalaman. Tabel Kesimpulan Ouput Analisis Metode S-lay Kedalaman Konfigurasi Barge Barge Tension Maksimum Stress (% SMYS) Kombinasi Maksimum (m) (KN) Barge Stinger Sag bend Bending Momen (KN.m) Axial Stress (KN) Ada Stinger Ada Stinger Ada Stinger Tidak Ada Stinger Tidak Ada Stinger Tidak Ada Stinger Tabel Chek Terhadap Load Control Combination Combained Loading-Load Control Comnination DNV 2000 Kedalaman (m) Combination Utility Keterangan 13 a OK b 0.76 OK 10 a OK b OK 7 a OK b OK 6 a OK b OK 3 a OK b OK V - 30

31 b) Metode Instalasi Shore Pull Metode instalasi pipa shore pull biasa digunakan untuk daerah perairan yang dangkal, metode instalasi ini terbagi menjadi 2, yaitu: Tabel Metode Instalasi Shore Pull No. Cara Instalasi Posisi pipa 1 Pipa ditarik oleh winch dari darat Terapung di atas seabed 2 Pipa ditarik oleh winch yang berada di barge Berada di seabed Terapung di atas seabed Berada di seabed Pemilihan metode di atas berdasarkan pada kapasitas winch penarik pipa dan kondisi lingkungan di daerah instalasi (arus dan gelombang). Pada Tugas Akhir ini metode yang digunakan adalah metode yang pertama dengan posisi pipa yang terapung/berada diatas seabed pada saat instalasi. Skenario proses instalasi yang dilakukan yaitu: - Barge ditempatkan sedekat mungkin dengan pantai dengan mempertimbangkan keadaan arus dan gelombang. - Pipa disambung di barge dan akan ditarik dari darat dengan winch dengan posisi pipa mengapung di air. - Pipa dipasangi pelampung dengan kapasitas tertentu dan pelampungya akan dilepas setelah proses instalasi sore pull selesai. Penentuan posisi barge untuk instalasi ini dapat ditentukan berdasarkan pertimbangan : - Tinggi draft kapal dimana kedalaman perairan harus lebih dari draft kapal dalam kasus ini kedalaman perairan minimum adalah 3 m. - Karena besarnya arus dan gelombang yang terjadi didekat pantai terutama di daerah gelombang pecah (breaker zone) meyebabkan letak barge harus sedekat mungkin dengan pantai. V - 31

32 Shore Line Winch Lay Barge Wire Rope Trench/parit Pipe Gambar Tampak atas sketsa shore pull. Barge Wire rope+buoy Pipe+buoy Gambar Tampak samping sketsa shore pull. Hasil Perhitungan Perhitungan dalam analisa ini meliputi perhitungan jumlah pelampung yang digunakan untuk dapat mengapungkan pipa dan tali penarik pipa. Tabel Perhitungan Kebutuhan Pelampung Untuk Wire Rope Parameter Nilai Jenis Wire Rope IWRC Diameter Wire Wope (m) (7/8 ) Berat Wire Rope (Kg/m) 2.11 Volume Pelampung 1.5ltr (kg) Efektif Bouyancy pelampung (kg) 2.00 Jumlah pelampung yang digunakan (per meter ) 1.1 V - 32

33 Tabel Perhitungan Kebutuhan Pelampung Untuk Pipa Tebal Lapisan Beton 114 mm Parameter Nilai Berat pipa di air (N/m) Panjang bagian pipa (m) Berat pipa per join di air(n) Volume Pelampung-200 ltr (m3) 0.20 Efektif Bouyance pelampung (N) Jumlah pelampung yang dibutuhkan (per join) Tebal Lapisan Beton 126 mm Parameter Nilai Berat pipa di air (N/m) Panjang bagian pipa (m) Berat pipa per join di air (N) Volume Pelampung-200 ltr (m3) 0.20 Efektif Bouyance pelampung (N) Jumlah pelampung yang dibutuhkan (per join) Analisis Perhitungan Instalasi Metode instalasi yang digunakan untuk pipa bawah laut di daerah shore approach ini adalah kombinasi antara metode S-lay dan shore pull dengan surface tow. Beberapa hal yang dapat dianalisa dari hasil perhitungan diatas adalah: i) Pada proses instalasi pipa dengan metode S-lay dari kedalaman 13 s.d. 3 m meter dilakukan dengan dan tanpa stinger, untuk kedalaman kurang dari 6 m tidak bisa digunakan stinger karena akan mengakibatkan stress yang berlebih pada over bend. ii) Barge yang digunakan pada proses instalasi ini letak stasiun dan stinger-nya tetap, sehingga parameter yang dirubah untuk mendapatkan stress dibawah 72% SMYS adalah besarnya tension pada tensioner dimana nilainya akan bervariasi terhadap kedalaman. iii) Nilai maksimum bending momen dan axial stress diambil dari bagian pipa yang mengalami stress yang paling maksimum dimana dapat dilihat dari persentase maksimum untuk satu kasus kedalaman. iv) Cek terhadap kriteria DNV 2000 Combained Loading-Load Control Condition untuk kombinasi bending momen dan axial stress maksimum didapat hasil yang semuanya memenuhi kriteria, artinya pipa tidak mengalami buckling selama instalasi. V - 33

34 v) Kedalaman perairan minimum agar barge dapat melakukan kegiatan instalasi adalah 3 m (draft + 1 m free board), kedalaman ini ternyata terletak jauh dari pantai ( lebih dari 2,5 Km) hal ini akan mengakibatkan gaya lingkungan yang akan berkerja pada pipa yang di gelar selama instalasi shore pull menjadi besar. Untuk mengatasi hal tersebut maka diperlukan akses bagi barge agar dapat diletakan sedekat mungkin dengan pantai selama proses shore pull, bisa dilakukan proses dredging dengan dimensi yang sesuai dengan dimensi barge. vi) Dalam proses shore pull ini digunakan wire rope tipe IWRC diamter 7/8, jumlah pelampung untuk 1 join pipa adalah 28 dan 32 buah serta jumlah pelampung untuk wire rope 2 buah per meter panjang. V - 34