Lembar Pengesahan. Analisis Free Span Pipa Bawah Laut

(1)

ABSTRAK

Pipa bawah laut merupakan sarana penting dalam mengalirkan minyak bumi atau gas dari

anjungan lepas pantai menuju daratan. Dalam perencanaan jaringan pipa bawah laut terdapat

analisis dasar yang perlu dilakukan yaitu analisis pemilihan rute pipa yang akan dilalui,

analisis ketebalan dinding pipa (

wall thickness

), dan analisis stabilitas pipa (

on bottom

stability

). Analisis ketebalan pipa dilakukan berdasarkan beban-beban yang terjadi pada saat

instalasi maupun operasi. Pipa harus dapat menahan beban-beban yang terjadi baik dari dalam

pipa (tekanan internal) maupun dari luar pipa (tekanan eksternal pipa, gaya hidrostatis, dan

gaya akibat instalasi). Berdasarkan analisis ini akan didapatkan ketebalan minimum pipa yang

dapat digunakan tanpa mengabaikan faktor keamanan dari pipa tersebut. Sedangkan pada

analisis kestabilan pipa perhitungan yang dilakukan didasarkan kepada gaya-gaya lingkungan

akibat arus, gelombang dan gaya apung yang terjadi pada pipa bawah laut. Analisis kestabilan

pipa dilakukan untuk mendapatkan ketebalan selubung beton yang diperlukan pada pipa,

beton disini berfungsi sebagai pemberat dalam menstabilkan pipa.

Ketika pipa bawah laut telah berada di dasar laut, pipa akan mengalami fenomena

free span

hal ini dikarenakan kontur dasar laut yang tidak rata.

Free span

merupakan suatu area dimana

jaringan pipa tidak terjadi kontak dengan dasar laut.

Free span

yang terjadi harus di analisis

agar dapat diketahui apakah pipa masih aman atau tidak. Karena jika

free span

yang terjadi

sangat panjang pipa dapat mengalami

fatigue

yang mengakibatkan kegagalan pada struktur.

(2)

Lembar Pengesahan

Tugas Akhir Sarjana

Analisis Free Span Pipa Bawah Laut

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

Ratna Puspitasari

NIM 15504022

Bandung, ________________

Pembimbing

Rildova, Ph.D

NIP 132 163 493

Mengetahui:

Program Studi Teknik Kelautan

Ketua,

Dr.Ir. Muslim Muin, MSOE

NIP 131 570 005

(3)

PROGRAM STUDI TEKNIK KELAUTAN

FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

TUGAS AKHIR

Diberikan kepada

Nama : Ratna Puspitasari

NIM : 15504022

Judul Tugas Akhir adalah

Analisis

Free Span

Pipa Bawah Laut

,

dengan isi Tugas

Akhir sebagai berikut :

BAB I

PENDAHULUAN

BAB II

TEORI DASAR

BAB III

ANALISIS

FREE SPAN

BAB IV

STUDI KASUS

BAB V

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, Juni 2008

Menyetujui

Koodinator,

Krisnaldi Idris, Ph.D

NIP. 131 570 002

Pembimbing

Rildova, Ph.D

NIP.1321 634 93

(4)

PROGRAM STUDI TEKNIK KELAUTAN

FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

(5)

i

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas rahmat dan hidayah-Nya

sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dengan judul ”Analisis

Free Span

Pipa

Bawah Laut”. Laporan ini disusun untuk memenuhi syarat mendapatkan gelar sarjana Teknik

dari Program Studi Teknik Kelautan.

Laporan ini disusun berdasarkan data-data di lapangan yang didapatkan dari suatu

proyek. Laporan ini diharapkan mampu memberikan gambaran secara umum mengenai

fenomena

free span

yang terjadi pada jaringan pipa bawah laut.

Ucapan terima kasih yang tulus penulis sampaikan kepada berbagai pihak yang telah

banyak membantu selama ini, antara lain kepada:

1. Keluarga besar Yuliarso Suroyo, mama, papa, kak wid, kak dika, dan 2 bocah cilik,

yang tanpa henti selalu memberikan semangat, dukungan serta doa demi kelancaran

pelaksanaan tugas akhir ini.

2. Rildova, Ph.D selaku pembimbing tugas akhir yang telah sabar membimbing dan

banyak memberikan masukan dalam menyelesaikan Tugas akhir.

3. Dr. Nita Yuanita, ST. MT dan Dr. Sri Murti, M. Sc sebagai dosen penguji atas segala

masukan dan koreksi pada Tugas Akhir ini.

4. Mas Karyo yang super baik hati karena telah memberikan data, ilmu, masukan,

nasehat dan mau diganggu pada saat sibuk kerja. Tanpa mas karyo tidak mungkin

penulis lulus Juli.

5. Bu witri, Onal, Iyus, Fantri, Nanda, Rahma, Bang Jordan, Benfika, pokoknya semua

yang ada di lantai 4 Labtek VI yang telah banyak memberikan bantuan dalam

pelaksanaan tugas akhir ini.

6. Seluruh staf pengajar Program Studi Teknik Kelautan Institut Teknologi Bandung

atas ilmu yang diberikan.

(6)

ii

7. Seluruh staf TU Program Studi Teknik Kelautan, Bu Nunung, Kang Isep, Pak Yatno,

Pak Tumin dan Pak Aep yang selalu ramah pada penulis setiap saat. Maaf kalo

penulis sering merepotkan kalian.

8. Lohdaya Perkasa untuk semua semangat, motivasi, doa, nasehat, bantuan dan hiburan

yang diberikan selama mengerjakan tugas akhir ini. Terima kasih karena selalu ada

untuk penulis. Ayo cepat lulus, cepat pergi ke luar negeri.

9. Nyonya fira, jeng sanchai, neng dini dan bu dina yang selalu memberikan perhatian

penuh kepada penulis selama pelaksanaan tugas akhir.

10. Pepen partner dalam segala hal yang telah memberikan semangat dan dukungan.

Penulis doakan Oktober ini dirimu menyusul.

11. Gals! (Tasia, Disti, Alin, Mela) yang selalu memberikan gosip-gosip hangat di KL.

Terima kasih untuk semua kisah yang tak terlupakan.

12. Dewi-dewi atas kesediannya mengajari penulis sehingga penulis dapat lulus kompre

dan akhirnya bisa seminar dan sidang.

13. KMKPTA dan kubu pahlawan yang telah memberikan nuansa menyenangkan di

Kelautan. Berkat kalian penulis betah ada di kampus.

14. Rin, Herda, Leny, Lely, Vini atas dukungannya. Yang semangat y kuliahnya.

15. Rejos ganteng yang selalu mau menjelaskan apapun disaat penulis bertanya dan selalu

mau mendengarkan keluhkesah penulis.

16. Rian si baik hati yang selalu memberikan perhatian, doa, dan semangat. Kamu pasti

bisa Rian!.

17. Wargi LSS, khususnya kak Pria atas dorongan dan dukungannya.

18. Teman-teman KL 2002, 2003, 2005, 2006.

19. Pihak-pihak lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah

memberikan bantuan, semangat, serta doa kepada penulis sehingga mampu

menyelesaikan tugas akhir ini.

(7)

iii

Penulis menyadari bahwa masih terdapat banyak kekurangan dalam penulisan tugas

akhir ini. Oleh karena itu bimbingan serta saran membangun dari berbagai pihak sangat

diharapkan. Akhir kata, semoga banyak hikmah serta manfaat yang dapat diberikan atas

penulisan laporan ini.

Bandung, Juni 2008

(8)

iv

Daftar Isi

Laporan Tugas Akhir Analisis Free Span Pipa Bawah Laut

Kata Pengantar

... i

Daftar Isi

... iv

Daftar Gambar

... vii

Daftar Tabel

... viii

Bab

1 Pendahuluan

1.1 Umum ... 1-1 1.2 Latar Balakang ... 1-3 1.3 Maksud dan Tujuan ... 1-4 1.4 Ruang Lingkup ... 1-5 1.5 Sistematika Penulisan ... 1-5

Bab

2 Desain Jaringan Pipa Bawah Laut

2.1 Umum ... 2-1 2.1.1 Klasifikasi Sistem Pipa Berdasarkan Fluida yang Dialirkan ... 2-2 2.1.2 Klasifikasi Sistem Pipa Berdasarkan Lokasi Pipa ... 2-3 2.1.3 Klasifikasi Sistem Pipa Berdasarkan Tingkat Keamanan ... 2-4 2.2 Pemilihan Rute Pipa ... 2-5 2.3 Pembebanan pada Pipa ... 2-7 2.4 Pemilihan Diameter dan Material Pipa ... 2-9 2.5 Desain Tebal Dinding Pipa ... 2-12 2.5.1 Karakteristik Wall Tickness_{... 2-12}

2.5.2 Kriteria Pressure Containment_{... 2-13}

2.5.3 Kriteria Buckling_{... 2-17}

2.6 On-Bottom Stability_{... 2-21}

(9)

v

2.6.2 Gaya-gaya yang Bekerja pada Analisis On-Bottom Stability_{... 2-24}

2.6.3 Analisis Desain Stabilitas Pipa Bawah Laut ... 2-34

Bab

3 Analisis

Free Span

3.1 Free Span_{... 3-1}

3.2 Data Lingkungan ... 3-3 3.2.1 Data Geoteknik ... 3-3 3.2.2 Data arus ... 3-5 3.2.3 Data Gelombang ... 3-6 3.3 Kriteria Screening Fatiguel_{... 3-8}

3.3.1 Frekuensi Natural Pipa ... 3-10 3.3.2 Concrete Stiffness Enhancement Factor _{(CSF) ... 3-11}

3.3.3 Gaya Aksial Efektif ... 3-12 3.3.4 Defleksi Statik ... 3-13 3.3.5 Static Bending Moment_{... 3-13}

3.3.6 Effective span Length_{... 3-14}

3.4 Response Model_{... 3-15}

3.4.1 In-Line Response Model _{... 3-16}

3.2.2 Cross Flow Response Model_{... 3-21}

3.5 Kriteria Ultimate Limit Strength_{... 3-25}

3.5.1 Pipe member Subjected to bending moment, effective axial force and external overpressure_{... 3-25}

3.5.2 Pipe member Subjected to bending moment, effective axial force and internal overpressure_{... 3-27}

3.6 Perhitungan Umur Fatigue_{... 3-28}

Bab

4 Studi Kasus

4.1 Deskripsi Permasalahan ... 4-1 4.2 Deskripsi Lokasi Pipa ... 4-1 4.3 Data-data Pipa ... 4-2 4.3.1 Data Pipa ... 4-2 4.3.2 Data Desain dan Operasional ... 4-4 4.3.3 Data Elevasi Pasang surut ... 4-4 4.3.4 Data Kondisi Tanah ... 4-5 4.3.5 Data Kedalaman Perairan ... 4-6 4.3.6 Data Arus dan Gelombang ... 4-7 4.3.7 Data Properti Air Laut ... 4-8 4.4 Analisis Desain Pipa ... 4-9 4.4.1 Analisis Ketebalan Pipa ... 4-9 4.4.2 Analisis Stabilitas Pipa ... 4-15

(10)

vi

4.4.3 Analsisi Free Span_{... 4-16}

4.4.4 Analisis Umur Fatigue_{... 4-24}

Bab

5 Penutup

5.1 Kesimpulan ... 5-1 5.1 Saran ... 5-2

Daftar Pustaka

Lampiran A

Perhitungan ketebalan dinding pipa (

wall thickness

₎

Lampiran B

Perhitungan stabilitas ketebalan pipa (

On-bottom Stability

₎

Lampiran C

Perhitungan

Screening Fatigue

Limit State

_untuk

maximum

fdfdfff

a

llowable span

Lampiran D

Perhitungan

Screening Ultimate Limit State

_untuk

maximum

sfffffff

_a

llowable span

(11)

vii

Daftar Gambar

Gambar 1.1 Jaringan pipa bawah laut ... 1-2 Gambar 2.1 Flow chart_{langkah desain pipa bawah laut ... 2-2}

Gambar 2.2 Flow chart routing selection_{... 2-7}

Gambar 2.3 Grafik temperatur Vs Stress derating_{... 2-11}

Gambar 2.4 Sketsa orbit partikel gelombang ... 2-23 Gambar 2.5 Gaya-gaya yang bekerja pada pipa bawah laut ... 2-24 Gambar 2.6 Ilustrasi penampang pipa bawah laut ... 2-24 Gambar 2.7 Ilustrasi pipa bawah laut dengan HDPE coating_danconcrete coating_{... 2-25}

Gambar 2.8 Grafik koefisien drag_VsRaynold number_{... 2-28}

Gambar 2.9 Grafik koefisien lift _VsRaynold number_{... 2-29}

Gambar 2.10 Sketsa terjadinya gaya gesek pada pipa ... 2-29 Gambar 2.11 Ilustrasi konsentrasi streamline_{pada pipa ... 2-31}

Gambar 2.12 Grafik nilai koefisien gesek untuk jenis tanah clay_{... 2-33}

Gambar 2.13 Grafik nilai faktor kalibrasi ... 2-35 Gambar 3.1 Tipe umum free span_{pipa bawah laut ... 3-1}

Gambar 3.2 Flow chart_analisisfree span_{... 3-2}

Gambar 3.3 Amplitudo kecepatan aliran signifikan pada elevasi pipa ... 3-7 Gambar 3.4 Respon amplitudo in-line _{VIV vs V}_Rd_{dan K}_Sd_{... 3-17}

Gambar 3.5 Ilustrasi pembentukan grafik response model in-line _{VIV ... 3-19}

Gambar 3.6 Respon amplitudo cross flow _{VIV vs V}_Rd_{dan K}_Sd_{... 3-21}

Gambar 3.7 Definisi parameter penentuan faktor koreksi trench_{... 3-23}

Gambar 3.8 Ilustrasi pembentukan grafik response model cross flow _{VIV ... 3-24}

Gambar 3.9 Flowchart_{tahapan analisis}fatigue damage_{... 3-28}

Gambar 3.10 Kurva S-N untuk struktur di laut dengan perlindungan katodik ... 3-30 Gambar 3.11 Grafik hubungan bilangan Reynolds dan bilangan Strouhal ... 3-31 Gambar 4.1 Peta lokasi pipeline_{... 4-1}

(12)

viii

Daftar Tabel

Tabel 2.1 Klasifikasi Keamanan Sistem Pipa Bawah Laut Berdasarkan Fluida yang Dialirkan ... 2-3 Tabel 2.2 Klasifikasi Keamanan Sistem Pipa Bawah Laut Berdasarkan Lokasi Pipa ... 2-3 Tabel 2.3 Klasifikasi Keamanan Sistem Pipa Bawah Laut Berdasarkan Tingkat Keamanan ... 2-4 Tabel 2.4 Klasifikasi Keamanan Sistem Pipa Bawah Laut ... 2-4 Tabel 2.5 Nilai Safety Factor _{Sistem Pipa Bawah Laut untuk Perhitungan}Pressure Containment_{. 2-5}

Tabel 2.6 Nilai Safety Factor _{Sistem Pipa Bawah Laut untuk Perhitungan}Buckling_{... 2-5}

Tabel 2.7 Faktor Kekuatan Material ... 2-9 Tabel 2.8 Faktor Daya Tahan Material ... 2-9 Tabel 2.9 Faktor Maksimum Fabrikasi ... 2-10 Tabel 2.10 Karakteristik Properti Material ... 2-10 Tabel 2.11 Grade Material Berdasarkan Standar API ... 2-12 Tabel 2.12 Incidental Ratio _untukPressure Containmet_{... 2-14}

Tabel 2.13 Nilai Koefisien Gesek Berdasarkan Jenis Tanah ... 2-32 Tabel 4.1 Data Pipa ... 4-2 Tabel 4.2 Data Concrete Coating Thickness_{... 4-4}

Tabel 4.3 Data Desain dan Operasional Pipa ... 4-4 Tabel 4.4 Data Elevasi Pasang Surut ... 4-5 Tabel 4.5 Deskripsi Tanah... 4-5 Tabel 4.6 Data Kedalaman Perairan ... 4-6 Tabel 4.7 Data Arus ... 4-7 Tabel 4.8 Data Gelombang Signifikan ... 4-8 Tabel 4.9 Data Properti Air Laut ... 4-8 Tabel 4.10 Perhitungan Pressure Containment_{... 4-10}

Tabel 4.11 Perhitungan System Collapse Criteria_{... 4-11}

Tabel 4.12 Perhitungan Combined Loading-Load Controlled Condition_{... 4-12}

Tabel 4.13 Perhitungan Propagation Buckling Check_{... 4-14}

Tabel 4.14 Hasil Perhitungan On-bottom Stability_{... 4-15}

Tabel 4.15 Perhitungan Free Span_BerdasarkanScreening _{FLS ... 4-15}

(13)

ix

Tabel 4.17 Perhitungan Free Span_BerdasarkanScreening _{ULS pada Kondisi}Hydrotest_{... 4-18}

Tabel 4.18 Perhitungan Free Span_BerdasarkanScreening _{ULS pada Kondisi}Operation_{... 4-20}

Tabel 4.19 Data gelombang selama 100 tahun dengan perioda ulang 100 tahunan ... 4-23 Tabel 4.20 Summary _Perhitungan Fatigue_{... 4-24}