analisis on-bottom stability

BAB 5 STUDI KASUS

Laporan Tugas Akhir V - 1 Analisis On-Bottom Stability dan Instalasi Pipa Bawah Laut di Daerah Shore Approach

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).

BAB 5 STUDI KASUS


b) Bagian shore approach


pipa pada kedalaman laut 0 – 13 m.

c) Bagian onshore


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 :

32"OD. OFFSHORE PIPELINE

PT DMB LIKPIN PT DMBSSWJ PHASE-II

SEA

KP 001 Land Fall

-13 m

-20 m

-20 m

-13 m

KP 160 Land Fall

Shore Approach

Shore Approach

Offshore

Subsea Valve

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.

BAB 5 STUDI KASUS


5.2.1 Data Pipa Dan Materialnya

Tabel 5. 1 Data Fisik dan Material pipa

Parameter Nilai Diameter Luar Pipa (mm) 812.8 (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/mm2) 207000

Poisson’s Ratio 0.3

SMYS (N/mm2) 450

SMTS (N/mm2) 535

Corrosion Allowance (mm) 1.5 Berat Jenis Isi Pipa /Gas (kg/m3) 70.92

5.2.2 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.

BAB 5 STUDI KASUS


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 1 0 – 10 0 8.5 6.15 Zone 2 10 – 29 9 26.5 14.86 Zone 17 139 – 151 14.8 21.8 18 Zone 18 151 – 159 0 14.3 10

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.

BAB 5 STUDI KASUS


Tabel 5. 3 Data Gelombang dan Arus Laut

Periode Ulang 1 Tahun Periode Ulang 100 Tahun Zona Z1 Z2 Z17 Z18 Z1 Z2 Z17 Z18

GELOMBANG Significant Wave

Height (Hs) (m)

1.77 1.90 1.73 1.66 4.10 4.13 3.80 3.46

Spectral Peak Period (Ts) (sec)

5.41 5.60 5.35 5.25 8.18 8.21 7.88 7.52

KECEPATAN ARUS At 0% of depth 1.19 0.83 0.77 0.91 1.72 1.36 1.28 1.42 10% of depth 1.18 0.81 0.75 0.89 1.18 0.81 0.75 0.89 20% of depth 1.17 0.80 0.74 0.88 1.17 0.80 0.74 0.88 30% of depth 1.16 0.79 0.73 0.87 1.16 0.79 0.73 0.87 40% of depth 1.15 0.78 0.71 0.85 1.15 0.78 0.71 0.85 50% of depth 1.13 0.76 0.69 0.83 1.13 0.76 0.69 0.83 60% of depth 1.10 0.74 0.66 0.80 1.10 0.74 0.66 0.80 70% of depth 1.07 0.70 0.62 0.76 1.07 0.70 0.62 0.76 80% of depth 1.02 0.65 0.56 0.70 1.02 0.65 0.56 0.70 90% of depth 0.96 0.59 0.49 0.63 0.96 0.59 0.49 0.63

100% of depth 0.87 0.50 0.38 0.52 0.87 0.50 0.38 0.52

Tabel 5. 4 Data Pasang Surut dan Storm

Periode Ulang 1 Tahun Periode Ulang 100 Tahun Zona

Z1 Z2 Z17 Z18 Z1 Z2 Z17 Z18 Storm Surge (m) 0.17 0.11 0.12 0.12 0.78 0.52 0.69 0.82

Astronomical Tide HWS(m)-above

MSL 0.69 0.62 0.52 0.53 0.69 0.62 0.52 0.53

LWS(m)- below MSL

0.74 0.73 0.49 0.49 0.74 0.73 0.49 0.49

BAB 5 STUDI KASUS


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 35.18 1910

2 Clay, gray, soft, plastic 10.42 1280

3 Sandy silt, gray, solid, medium grain

size, sediment rock andigneous rock as fragment

8.47 1320

8.4 Sand, gray, coarse grain size,angular sediment rock andigneous rock. 56.42 1610

10 Clay, light gray, solid, hard 64.87 1550

Tabel 5. 6 Data Tanah Untuk Zona 17 dan 18

Kedalaman Air (m) Jenis Tanah

Shear Strength[kN/m2]

Wet Soil Unit

[Kg/m3]

3.5 Dark gray, very fine grain sand, loose 14.1 1448

6.5 Greenish gray clay, very

soft 8.3 1376

9.04 Greenish gray clay, very

soft 8.9 1292

10 Dark gray, clay, very

soft 9.2 1365

12.4 Greenish gray, silty clay,

very soft - 1295

16 Greenish gray, silty clay,

very soft - 1278

BAB 5 STUDI KASUS


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.

5.3.1 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 .

BAB 5 STUDI KASUS


Input Data: • Dimensi dan material pipa • Data lingkungan • Tekanan disain

Hitung tekanan hidrostatis Hitung tekanan lokal Tebal Element (dt)

Pilih Tebal Pipa Berdasarkan Spesifikasi

Yang Tersedia (API 5L)

STOPt-nom DNV 2000

Hitung tebal pipa nominal berdasarkan DNV 1981

Iterasi terhadap DNV 2000 untuk mendapatkan tebal pipa yang optimum. Utility maksimum =1

Start

Run Program Off Pipe (hasil tebal nominal DNV 1981 maksimum

digunakan untuk input off pipe)

Hasil: Bending momen dan axial tension

t=t+dt

Nilai tebal Pipa yang digunakan (ts)

Excel macro visual basic

Excel macro visual basic

Gambar 5. 5 Flow chart langkah perhitungan wall thickness pipa.

BAB 5 STUDI KASUS


• Hasil Perhitungan

Dengan menggunakan DNV 1981 didapatkan dilai maksimum tebal pipa nominal sebesar

16.851 mm (0.663 in), tebal nominal pipa ini digunakan sebagai input off pipe untuk

instalasi pada kedalaman maksimum hasilnya mendapatkan nilai bending moment

2952.7 kN.m dan gaya aksial 462.7 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) 15.5 - Utility pressure containment criteria-hidrotest 0.620 OK Utility pressure containment criteria-oprasional 0.538 OK Utility Collapse criteria 0.412 OK Utility Propagating Buckling Criteria * 1.619 Not OK Utility Cobained loading-Load Control Condition a: 0.996 OK Utility Cobained loading-Load Control Condition b: 0.913 OK Ovalization Criteria 0.013 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.

BAB 5 STUDI KASUS


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.

5.3.2 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


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.

BAB 5 STUDI KASUS


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 :

( ) ( ) ( ) ( )n

n

n

mrd

mrdrd

mrdrd

mrdrd

LxLxLxLxx0...

...

3

43

2

32

1

21

321

−++

−+

−+

−=

++++=

dimana, rd1, rd2, rd3,..rdn adalah kedalaman laut pada batas-batas tiap kemiringan m.

Untuk penyederhanaan penghitungan, nilai y1 dari kordinat asal dianggap sebagai titik

asal (0) dari sumbu kordinat y. Karenanya titik kordinat asal dapat diltulis sebagai (x1, 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 (x2, y2) dimana x2 = x1 - ∆x1 dan y2 = y1 + ∆y1. serta ∆x1 = dL cos α dan ∆y1 = dL

sin α.

BAB 5 STUDI KASUS


Dengan menerapkan persamaan-persamaan pada teori gelombang pada bab 3 ke dalam

penghitungan, koefisien shoaling Ks dan koefisien refraksi Kr 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.

BAB 5 STUDI KASUS


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) .

BAB 5 STUDI KASUS


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 TerhadapNormal Kontur

(m) (s) (α) (θ) Periode Ulang 1 Tahun

Zona 3 2.02 5.78 0 42 Zona 14 2.04 5.81 0 64

Periode Ulang 100 Tahun* Zona 3 4.49 8.55 0 42 Zona 14 4.73 8.77 0 64

BAB 5 STUDI KASUS



Pada Tabel 5.9 - 5.10 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 14.86 m 14.86 49.7 42 1.796 1.9 5.47 Kedalaman 6.15 m 6.15 39 42 1.578 1.77 10.85 Kedalaman Breaking 1.34 20.4 42 1.053 -

Periode Ulang 100 Tahun Kedalaman 14.86 m 13.002 89 42 3.816 4.13 7.60 Kedalaman 6.15 m 6.15 62 42 3.349 4.1 18.32 Kedalaman Breaking 3.40 47.9 42 2.679 -

Tabel 5. 10 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 18 51.4 64 1.8 1.73 4.05 Kedalaman 10m 10 46 64 1.6 1.66 3.61 Kedalaman Breaking 1.46 21.3 64 1.147 -

Periode Ulang 100 Tahun Kedalaman 18 m 18 98.2 64 3.775 3.8 0.66 Kedalaman 10 m 10 79.2 64 3.401 3.46 1.71 Kedalaman Breaking 3.42 49.3 62 2.696 3.46

Hasil perhitungan transformasi gelombang dapat dilihat pada Lampiran I, dan pada

Gambar 5.10-5.13 diperlihatkan plot ketinggian gelombang hasil perhitungan transformasi

gelombang yang dilakukan.

BAB 5 STUDI KASUS


Grafik H Vs Kedalaman

-30.000

-25.000

-20.000

-15.000

-10.000

-5.000

0.000

5.000

0 5000 10000 15000 20000 25000

Jarak dari pantai (m)

Ked

alam

an (m

)

Depth=13 m

Depth=1.339m

H=1.764 m H=1.053 m

Jalur pipa

Gambar 5. 10 Plot kedalaman dan tinggi gelombang hasil transformasi (Zona 1,2,3) untuk data

periode ulang 1 tahun. G rafik H Vs Kedalam an

-30.000

-25.000

-20.000

-15.000

-10.000

-5.000

0.000

5.000

0 5000 10000 15000 20000 25000

Jarak dari pantai (m )

Ked

alam

an (m

)

Depth=13 m

Depth=3.048m

H=3.8 m H=2.679 m

Jalur pipa


periode ulang 100 tahun.

BAB 5 STUDI KASUS


Grafik H Vs Kedalaman

-35.000

-30.000

-25.000

-20.000

-15.000

-10.000

-5.000

0.000

5.000

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000


Ked

alam

an (m

)

Depth=13 m

Depth=1.456 m

H=1.672 m H=1.147 m

Jalur pipa



G rafik H Vs K edalam an

-35.000

-30.000

-25.000

-20.000

-15.000

-10.000

-5.000

0.000

5.000

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000


Ked

alam

an (m

)

Depth=3.423 m

H=3.509 m H=2.696 m

Depth=13 m



BAB 5 STUDI KASUS


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).


Perhitungan arus laut pada Tugas Akhir ini dikerjakan berdasarkan perinsip teori

spektrum gelombang JONSWAP yang dihitung berdasarkan grafik pada gambar 2.1-2.3

pada DNV RPE 305, yang didekati grafiknya dengan persamaan polinomial seperti pada

Gambar 5.14-5.16.

PP=1, y = 275.9x6 - 375.84x5 + 142.11x4 + 10.31x3 - 13.037x2 + 0.0383x + 0.5

PP=3.3, y = 505.86x6 - 773.64x5 + 406.84x4 - 72.689x3 - 1.3395x2 - 0.4997x + 0.5

PP=5, y = 423.66x6 - 683.31x5 + 382.04x4 - 75.409x3 + 0.173x2 - 0.5413x + 0.5

0.0

0.1

0.1

0.2

0.2

0.3

0.3

0.4

0.4

0.5

0.5

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

Tn/Tp

Us*

Tn/H

s

PP=1 PP=3.3 PP=5 Poly. (PP=1) Poly. (PP=3.3) Poly. (PP=5)

Gambar 5. 14 Kecepatan air signifikan (Us*).

BAB 5 STUDI KASUS


PP=1, y = -173.28x6 + 263.38x5 - 136.06x4 + 24.107x3 - 0.3651x2 + 1.4982x + 0.7083

PP=3.3, y = 296.24x6 - 465.74x5 + 269.02x4 - 67.606x3 + 6.4506x2 + 1.163x + 0.7703

PP=5. y = 314.15x6 - 527.66x5 + 323.97x4 - 85.571x3 + 8.7613x2 + 0.8692x + 0.8059

0.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

(Tn/Tp)

Tu/T

p

PP=1 PP=3.3 PP=5 Poly. (PP=1) Poly. (PP=3.3) Poly. (PP=5)

Gambar 5. 15 Periode zero up cossing (Tu).

y = -1E-08x4 + 2E-06x3 - 0.0002x2 + 0.0209x + 0.005

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Sudut gelombang terhadap pipa (B)

Red

uctio

an fs

ctor

(R)

Series1 Poly. (Series1)

Gambar 5. 16 Faktor reduksi gelombang untuk N=∞ (R ).

BAB 5 STUDI KASUS


Gambar 5. 17 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 5.17 – 5.18.

Start

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

Kedalaman <=0.05 m Stop

Ya Tidak

h+dh

BAB 5 STUDI KASUS


Profil Arus vs Kedalaman Lokasi Zona 1 dan 2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Kedalaman Air (m)

Wav

e C

uren

t (m

/s)

1 yr RP 100 th RP

Gambar 5. 18 Profil kecepatan arus laut lokasi zona 1 dan 2 periode ulang 1 dan 100 tahun.

Profil Arus vs Kedalaman Lokasi Zona 17 dan 18

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Kedalaman Air m)

Wav

e C

uren

t (m

/s)

1 th RP 100 th RP

Gambar 5. 19 Profil kecepatan arus laut lokasi zona 17 dan 18 periode ulang 1 tahun.

BAB 5 STUDI KASUS


Tabel 5. 11 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 1 1.339 0.845 3.408 1.316 Zona 18 1.192 1.456 3.423 1.779

• 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) = 00, 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 00 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 5.10-5.13 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 5.9 - 5.10 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

BAB 5 STUDI KASUS


(breaker line) untuk pertama kali, setelah melewati daerah gelombang pecah nilai

arus akan mengecil.

5.3.3 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.

BAB 5 STUDI KASUS


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)

1,1≥+B

BWs

• Hitung Gaya hidrodinamika FD, FI, FL

• 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

Chek: ( )( ) 11,

FFFW

ID

Ls ≥+−µ

Case 1 Case 2 Case 3

tcc=tcc+dtcc

Stop

Tidak

Ya

Print tcc, Kedalaman, dll.

Kedalaman <=Dtot

h+dh

Ya Tidak

tcc=tcc+dtcc

Stabilitas Arah Horizontal

Stabilitas Arah Vertikal

Gambar 5. 20 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.

BAB 5 STUDI KASUS


Tabel 5. 12 Rangkuman Output Perhitungan Stabilitas Pipa Zona 1 dan 2

Tebal Lapisan beton yang Dibutuhkan

No.

Jarak Dari

Pantai (Km)

Panjang Bagian (Km)

Range Kedalaman

(m)

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

1 0 3.2 3.2 0 4 172 114 113 114 1.1 1.52 114

Pre-trenching Natural Back Fill

2 3.2 6.8 3.6 4 8 150 87 110 87 1.1 1.36 100

Pre-trenching Mechanical Back Fill

3 6.8 8.9 2.1 8.5 13 99 59 71 59 1.1 1.16 100 Post-trenching Natural Back Fill

Tabel 5. 13 Rangkuman Output Perhitungan Stabilitas Pipa Zona 17 dan 18

Tebal Lapisan beton yang Dibutuhkan

No. Jarak Dari

Pantai (Km)

Panjang Bagian(Km)

Range Kedalaman

(m)

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

1 0 2.17 2.17 0 3.65 204 126 130 126 1.1 1.69 126 Pre-trenching Mechanical Back Fill

2 2.44 7.23 4.79 3.65 11.26 123 75 94 75 1.1 1.41 100 Pre-trenching Natural Back Fill

3 7.5 8.7 1.2 11.26 13 97 46 60 46 1.13 1.2 100 Post-trenching Natural Back Fill

BAB 5 STUDI KASUS


Profil Kedalaman 13 Meter Zona 1 dan 2

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

00 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5

Jarak Dari Pantai (Km)

Ked

alam

an (m

)

Gambar 5. 21 Pemilihan metode trenching dan back filling zona 1 dan 2.

Profil Kedalaman 13 Meter Zona 17 dan 18

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

00 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5

Jarak Dari Pantai (Km)

Ked

alam

an (m

)

Gambar 5. 22 Pemilihan metode trenching dan back filling zona 1 dan 2.

Pre Trenching 3 m di bawah seabed Dengan Natural back fill

Post-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

Tcc=114 mm Tcc=100 mm

Pre-Trenching 3 m di bawah seabed Dengan Mechanical back fill

3.2 km 6.8 km

Tcc=126 mm Tcc=100 mm

Pre-Trenching 3 m di bawah seabed Dengan natural back fill

2.17 km 7.5 km

BAB 5 STUDI KASUS


c) Stabilitas Arah Vetikal Pipa Analisis stabilitas pipa arah vertikal meliputi perhitungan spesifis grafity dan perhitungan penurunan pipa (settlement tanah) untuk kondisi hydrotest . Tabel 5. 14 Rangkuman Hasil Perhitungan Stabilitas Vertical Pipa

Zona 1 dan 2

Kodisi Tebal Concreet Coating

(mm) Jenis Tanah

Settlement Maksimum (mm)

S.G.

Hidrotest 100 Clay 28.6 2.01 114 Clay 34.4 2.06

Zona 17 dan 18

Tebal Concreet Coating

(mm) Jenis Tanah

Settlement Maksimum (mm)

S.G.

Hidrotest 100 Clay 35.06 2.12 126 Clay 46.44 2.2

d) Analisis Perhitungan Stabilitas Pipa

Dari hasil perhitungan didapatkan nilai tebal lapisan beton pipa yang dibutuhkan agar pipa

dapat stabil.

i) Dari Tabel 5.12-5.13 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 post-

trenching.

- Apabila tebal lapisan beton yang digunakan lebih kecil dari yang dibutuhkan

pada keadaan diatas seabed maka metode yang digunakan adalah pre-

trenching.

ii) Sedangkan untuk pemilihan metode back fill atau penimbunan kembali

parit/trench, ketentuan pemilihanya adalah:

BAB 5 STUDI KASUS


- 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 5.12 - 5.13.

iv) Dari perhitungan stabilitas arah vertikal dapat dilihat bahwa nilai spesific grafity

pada saat hydrotest lebih dari 1.1 artinya pipa stabil.

5.3.4 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.

BAB 5 STUDI KASUS


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 5.15-5.17.

Tabel 5. 15 Spesifikasi Barge Yang Digunakan.

Parameter Nilai

Panjang 60 m

Draft 1.9 m

Jari –jari Barge Rollers 320 m

Ramp Angle 0.5 deg

Jumlah Barge Roller 7

Jumlah Tensioner 1

Stinger Radius 320 m

Jumlah Stinger Support 5

Barge Tension (base case) Variatif terhadap kedalaman

BAB 5 STUDI KASUS


Tabel 5. 16 Profill Roller (R) Dan Tensioner (T/U).

R1 R2 T/U R3 R4 R5 R6 R7 Jarak dari buritan (m) 38.445 32.545 26.5 23.0 16.5 12.0 5.5 0.0

Tinggi dari deck (m) 1.786 1.759 1.600 1.566 1.412 1.312 1.216 0.017

Tabel 5. 17 Profill Stinger (S).

S1 S2 S3 S4 S5 Jarak dari Hitch (m) 6.95 14.15 20.20 24.95 30.00

Tinggi relatif terhadap Hitch (m) 0.180 -0.412 -0.918 -1.383 -1.732

• 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 5. 18 Kesimpulan Ouput Analisis Metode S-lay

Maksimum Stress (% SMYS) Kombinasi Maksimum Kedalaman (m)

Konfigurasi Barge

Barge Tension (KN)

Barge

Stinger

Sag bend

Bending Momen

(KN.m) Axial Stress

(KN) 13.00 Ada Stinger 78.40 51.60 47.30 57.55 2543.50 0.45

10.00 Ada Stinger 68.00 51.54 50.47 52.60 2324.50 0.29

7.00 Ada Stinger 58.00 51.60 44.99 46.47 2264.43 70.32

6.00 Tidak Ada Stinger 54.50 61.91 - 51.65 2730.50 26.12



Tabel 5. 19 Chek Terhadap Load Control Combination

Combained Loading-Load Control Comnination DNV 2000 Kedalaman (m) Combination Utility Keterangan

a 0.829 OK 13 b 0.76 OK

a 0.757 OK 10 b 0.694 OK

a 0.738 OK 7 b 0.676 OK

a 0.889 OK 6 b 0.815 OK

a 0.748 OK 3 b 0.685 OK

BAB 5 STUDI KASUS


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 5. 20 Metode Instalasi Shore Pull

No. Cara Instalasi Posisi pipa

Terapung di atas seabed 1 Pipa ditarik oleh winch dari darat

Berada di seabed

Terapung di atas seabed 2 Pipa ditarik oleh winch yang berada di barge

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 .

BAB 5 STUDI KASUS


Gambar 5. 23 Tampak atas sketsa shore pull.

Gambar 5. 24 Tampak samping sketsa shore pull.


Perhitungan dalam analisa ini meliputi perhitungan jumlah pelampung yang digunakan

untuk dapat mengapungkan pipa dan tali penarik pipa.

Tabel 5. 21 Perhitungan Kebutuhan Pelampung Untuk Wire Rope

Parameter Nilai Jenis Wire Rope IWRCDiameter Wire Wope (m) 0.022 (7/8”)Berat Wire Rope (Kg/m) 2.11Volume Pelampung 1.5ltr (kg) 0.0015Efektif Bouyancy pelampung (kg) 2.00Jumlah pelampung yang digunakan (per meter ) 1.1

Winch

Trench/parit Pipe

Wire Rope

Shore Line

Lay Barge

Wire rope+buoy Pipe+buoy

Barge

BAB 5 STUDI KASUS


Tabel 5. 22 Perhitungan Kebutuhan Pelampung Untuk Pipa

Tebal Lapisan Beton 114 mm Parameter Nilai

Berat pipa di air (N/m) 4469.16Panjang bagian pipa (m) 12.20Berat pipa per join di air(N) 54523.72Volume Pelampung-200 ltr (m3) 0.20Efektif Bouyance pelampung (N) 2011.05Jumlah pelampung yang dibutuhkan (per join) 27.11

Tebal Lapisan Beton 126 mm Parameter Nilai

Berat pipa di air (N/m) 5258.37Panjang bagian pipa (m) 12.20Berat pipa per join di air (N) 64152.07Volume Pelampung-200 ltr (m3) 0.20Efektif Bouyance pelampung (N) 2011.05Jumlah pelampung yang dibutuhkan (per join) 31.90

• 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.

BAB 5 STUDI KASUS


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.

analisis on-bottom stability

Documents