1 METODE DAN ANALISIS TIE IN

3 1 METODE DAN ANALISIS TIEIN

3.1

METODE TIE IN

Tie in merupakan proses yang sangat penting dari rangkaian pekerjaan instalasi pipa lepas pantai. Sama halnya dengan proses penyambungan pipa yang lain, sebelum digelar ke dasar laut pipa-pipa tersebut disambung dengan menggunakan metode pengelasan (welding). Setelah dilakukan proses pengelasan maka sambungan pipa akan diberi pelindung anti karat yang serupa dengan lapisan anti karat pada pipa, yaitu Heat Shrink Sleeve (HSS). Sebelum diberi Heat Shrink Sleeve (HSS) sambungan tersebut harus dites dengan x-ray ataupun dengan jenis Non Destructive Test (NDT) lainnya, agar sambungan pipa tersebut dapat dicek layak atau tidaknya pipa digelar dan dioperasikan. Barulah setelah itu pipa dapat diturunkan ke dasar laut. Melalui proses yang panjang dan mengutamakan keamanan tersebut akan terlihat bahwasannya pekerjaan tie in ini tidak boleh dipandang sebelah mata dan harus dianalisis dan direncanakan sedemikian rupa hingga tujuan utama daripada tie in dapat tercapai. Adapun perencanaan tersebut dapat meliputi langkah kerja dan metodologi yang akan digunakan selama proses tie in. Secara garis besar pekerjaan yang dilaksanakan selama proses tie in adalah sebagai berikut : 1. Penyediaan Alat dan Perlengkapan Tie In 2. Persiapan Alat dan Perlengkapan Tie In 3. Pengangkatan Pipa (Tie In) 4. Pemotongan Pipa (Cut Back) 5. Pengelasan Pipa (Welding) LAPORAN TUGAS AKHIR Analisis Tie In Pipa Bawah Laut Dengan Metode Elemen Hingga Dan Castigliano

3-1

BAB 3 ANALISIS DAN METODE TIE IN

6. Penurunan Pipa (Lowering) Selanjutnya akan dijelaskan secara singkat mengenai pekerjaan yang dilaksanakan pada saat tie in. 3.1.1 Penyedian Alat dan Perlengkapan Tie In Sebelum dilakukan tie in perlu dilakukan penyediaan mengenai beberapa peralatan dan perlengkapan yang nantinya akan digunakan selama proses tie in. Alat-alat tersebut meliputi : 1. Tie In Vessel Tie In Vessel adalah kapal yang digunakan untuk melakukan proses pengangkatan dan penurunan pipa. Kapal ini memiliki 6 (enam) buah crane yang digunakan untuk mengangkat dan menurunkan pipa pada proses tie in, serta 1 (satu) buah crane yang berukuran lebih kecil yang digunakan untuk memobilisasikan kebutuhan akomodasi pada saat tie in dan juga barang-barang lainnya, seperti barang-barang untuk welding.

Gambar 3. 1 Sketsa crane atau davit lifting pada tie in vessel

Nantinya pipa yang akan diangkat adalah 2 (dua) segmen pipa yang akan disambung. Ujung masing-masing segmen pipa diangkat oleh 3 (tiga) buah davit lifting dimana nantinya ujung-ujung bebas pipa yang akan disambungkan tepat berada diantara crane 3 (D3) dan crane 4 (D4). Untuk keperluan penyederhanaan, nantinya yang akan dianalisis adalah proses pengangkatan dan penurunan pipa yang dilakukan oleh crane 1 (D1), crane 2 (D2), dan crane 3 (D3). Hal ini dikarenakan proses pengangkatan dan penurunan yang terjadi tersebut serupa di kedua segmen pipa yang akan disambungkan, sehingga proses perhitungan dan anlisa hanya dilakukan pada satu segmen pipa saja. LAPORAN TUGAS AKHIR Analisis Tie In Pipa Bawah Laut Dengan Metode Elemen Hingga Dan Castigliano

3-2


FLT 1

FLT 2 FLT 1

FLT 2

Gambar 3. 2 Proses pengangkatan pipa

Kapal ini juga memiliki tempat yang cukup terlindung yang dapat digunakan untuk proses welding, selain itu juga Tie In Vessel yang digunakan dipilih berdasarkan panjang kapal karena kapal tersebut harus memiliki panjang kapal yang cukup yang dapat digunakan utnuk memaksimalkan jarak antara titik pengangkatan (lifting point) yang satu dengan yang lainnya. Enam buah sistem mooring juga dimiliki oleh Tie In Vessel, dimana mooring ini digunakan untuk menjaga posisi kapal pada saat melakukan davit lifitng. 6 (enam) buah mooring ini juga akan dibantu pemindahannya dengan kapal tug boat yang memiliki spesifikasi sendiri yang memang sudah didesain khusus untuk memindahkan mooring. 2. Kapal Akomodasi (Accomodation Vessel) Kapal akomodasi digunakan untuk keperluan sehari-hari selama proses tie-in. Kapal ini akan menjadi kapal utama untuk akomodasi pekerja, makanan (catering), dan kebutuhan lainnya yang dibutuhkan selama proses tie in. Oleh karenanya kapal ini juga dilengkapi dengan sebuah crane yang digunakan untuk mempermudah proses mobilisasi barangbaran, seperti catering dan lain sebagainya. Kapal akomodasi juga akan diposisikan disamping Tie In Vessel dan kapal tersebut akan ditambatkan (mooring) dengan Tie In Vessel. Oleh karenanya kapal akomodasi memiliki 4 (empat) mooring yang digunakan untuk menambat dengan 2 (dua) tambat ditambatkan ke Tie In Vessel dan 2 (dua) tambat yang lain ditambatkan di laut lepas.Selain itu juga

LAPORAN TUGAS AKHIR Analisis Tie In Pipa Bawah Laut Dengan Metode Elemen Hingga Dan Castigliano

3-3


untuk mengatasi pencahayaan jika proses pengelasan dilakukan pada malam hari, maka kapal akomodasi juga dapat menyediakan pencahayaan yang dibutuhkan tersebut. 3. Anchor Handling Tug Boat Anchor Handling Tug Boat (AHT) merupakan kapal yang digunakan untuk memindahkan jangkar (mooring) yang dimiliki oleh Tie In Vessel dan kapal akomodasi. 4. Peralatan Welding Untuk menyambungkan pipa pada proses tie in ini digunakan dengan cara pengelasan (welding), oleh karenanya dibutuhkan peralatan pengelasan yang hampir serupa dengan pealatan pengelasan pada saat di pipelaying barge. Peralatan tersebut meliputi bahan las, bahan pelindung sambungan anti korosi, hingga peralatan untuk melakukan Non Destructive Test (NDT) seperti X –Ray. 3.1.2 Persiapan Alat dan Perlengkapan Tie In Sebelum dilakukan tie in kapal-kapal yang digunakan selama proses tie in dipersiapkan terlebih dahulu baik itu posisinya kelak maupun kelayakan kapal tersebut dalam melaksanakan pekerjaan ini.

Tie In Vessel Accomodation Vessel

Pipa

Jangkar

Gambar 3. 3 Posisi Tie In Vessel dan Accomodation Vessel pada saat pengangkatan

Tie in vessel diposisikan pada right of way pipa yang akan disambung, kemudian tie in vessel tersebut ditambatkan dengan menggunakan keenam buah mooring yang dimiliki kapal ini. Setelah itu kapal akomodasi ditambatkan disisi tie in vessel

dengan 2 (dua) tambat

ditambatkan pada tien in vessel dan 2 (dua) tambat lagi ditambatkan pada dasar laut. Proses


3-4


ini dibantu oleh kapal tug boat yang memang benar-benar dispesifikasi khusus untuk dapat melakukan pemindahan jangkar/tambat tie in vessel dan kapal akomodasi. Kemudian peralatan welding dan alat untuk X-Ray sudah harus dipersiapkan dan dicek kelayakannya agar proses penghubungan pipa dengan menggunakan cara pengelasan dapat berlangsung dengan lancar dan sempurna. 3.1.3 Pengangkatan Pipa (Tie In) Setelah seluruh perlengkapan dan peralatan tie in telah dipersiapkan dan siap pada posisinya masing-masing, maka tahap selanjutnya adalah mengangkat pipa dari dasar laut ke atas permukaan laut untuk dilakukan tie in di atas permukaan laut atau above water tie in (AWTI). Pada ujung bebas kedua segmen pipa yang akan disambungkan sudah terpasang tempat pengait untuk mengangkatnya. Tempat pengait tersebut sudah dipasang pada saat ujungujung pipa yang bebas tersebut digelar dibawah laut. Kemudian penyelam (diver) turun untuk mengaitkan kaitan crane, dimana untuk kasus ini pengaitan dilakukan sebanyak 3 (tiga) kaitan untuk setiap pipa yang akan disambungkan.

Gambar 3. 4 Contoh proses pengangkatan pipa (tie in)

Setelah pipa dikaitkan ke tali yang dihubungkan ke crane maka tahap demi tahap pipa ditarik dengan menggunakan crane. Penarikan oleh crane ini dilakukan hingga ujung pipa yang bebas sampai di atas permukaan laut dan digelar di atas laybarge atau tie inn vessel. Adapun


3-5


ketinggian yang dibutuhkan adalah 12.2 m dari dasar laut dan tinggi deck tie in vessel adalah 4.5 m dari permukaan laut. Setelah pipa diangkat ke permukaan laut sebuah platform dipasang di bawah pipa yang diangkat tersebut sebagai tempat pekerja untuk proses pemotongan pipa dan pengelasan pipa. Platform atau tempat kerja tersebut diinstal dengan mengaitkannya ke Tie In Vessel dan Accomodation Barge. 3.1.4 Pemotongan Pipa (Cut Back) Setelah pipa dibaringkan di atas tie in vessel, kedua ujung pipa yang akan disambungkan dipotong hingga mencapai titik penghubungan yang pas. Pemotongan yang dilakukan meliputi semua selimut (coating) yang ada pipa, baik itu lapisan anti korosi dan beton, pemotongan juga dilakukan hingga bagian pipa yang akan dihubungkan sesuai dengan kebutuhan. Langkah pemotongan ini diambil untuk dapat menyesuaikan kedua panjang pipa yang dihubungkan serta memberikan kemudahan untuk proses selanjutnya, yaitu tahap pengelasan (welding). Pada proses pemotongan pipa ini pipa juga dibentuk ujung-ujungnya hingga nantinya akan mempermudah proses pengelasan. 3.1.5 Pengelasan Pipa (Welding) Sama halnya seperti pada saat proses penggelaran pipa, tahap pengelasan yang dilakukan pada saat tie in tidak jauh berbeda dengan saat penggelaran pipa di pipelaying barge. Pipa yang telah dipotong tersebut dibentuk dan dibersihkan agar lebih mudah di las. Setelh tu tahapan pengelasannya juga sama, sambunagn pipa dilas root dan hot pass, filler dan capping. Setelah selesai dilas pipa dicek kelayakannya dan kondisi hasil lasannya dengan menggunakan sinar-X. Keluaran dari sinar–X tersebut akan menunjukkan layak atau tidaknya sambungan pipa tersebut untuk digelar kembali di atas dasar laut dan dioperasikan. Keluaran dari sinar-X tersebut dapat menunjukkan kecacatan yang dimiliki oleh sambungan pipa hasil lasan. Apabila sambungan pipa tersebut tidak lulus sinar-X dan tidak layak untuk digelar, maka sambungan pipa tersebut harus dilas kembali dan diperbaiki hingga hasil lasan yang ada layak dan aman menurut keluaran sinar-X ataupun tes-tes yang lainnya (NDT). NDT sendiri dapat berupa pengamatan secara visual atau langsung maupun dengan sinar-X.


3-6


3.1.6 Penurunan Pipa (Lowering) Penurunan pipa dilakukan dengan syarat apabila hasil lasan pada sambungan pipa sudah dapat dinyatakan layak untuk digelar kembali. Hal tersebut didapat dengan cara tes-tes yang dilakukan terhadap sambungan pipa. Adapun proses yang dilakukan pada saat penurunan pipa ke dasar laut serupa dengan saat penaikan pipa, hanya saja dibalik cara pelaksanaannya. Selain itu juga diperlukan sinkronisasi yang sangat sempurna pada keenam crane yang dimiliki tie in vessel. Untuk itu disini diperlukan komunikasi yang intens dan analisis yang mendalam dan sederhana agar operator crane dapat melaksanakan proses tie in dengan sempurna. Hal ini dilakukan dengan cara mendiskritisasi proses penurunan dan penaikan pipa agar lebih mudah pada proses pengerjaannya dilapangan. Lowering ini dinyatakan selesai apabila pipa sudah digelar kembali di dasar laut dan keenam pengait dari pipa tersebut diangkat.

3.2

ANALISIS TIE IN DENGAN METODE ELEMEN HINGGA

Seperti yang sudah dijelaskan pada bab sebelumnya, pada dasarnya tie in merupakan salah satu proses pekerjaan dalam penggelaran pipa bawah laut yang dapat dimodelkan dengan metode elemen hingga (finite element method). Metode ini sangat sesuai karena pergerakan pipa baik itu defleksi maupun rotasi dan momennya dapat dihitung dengan menggunakan metode elemen hingga. Pipa disini dianggap sebagai elemen balok sederhana yang memiliki beban merata yang merupakan berat tenggelam dari pada pipa itu sendiri. Kemudian pada ujung pipa diaplikasikan beban terpusat sebagai modelisasi dari crane yang mengangkat pipa. Kemudian bagian pipa yang lain yang tidak bebas di anggap sebagai ujung jepit sehingga disini diasumsikan tidak terjadi defleksi dan rotasi. Selain itu juga dengan menggunakan teori metode elemen hingga, proses penaikan dan penurunan pipa ini akan dianalisis secara diskrit. Maksudnya disini proses penaikan dan penurunan pipa dibagi menjadi beberapa langkah menurut defleksi arah vertikal (ke atas) atau perpindahan ujung bebas pipa akibat dari adanya gaya tarik dari crane atau davit pada tie in vessel. Untuk langkah pertama (step 1) dimana pipa bergerak dari posisi diam ke posisi defleksi pertama pipa dapat dimodelkan dengan menggunakan metode elemen hingga tanpa LAPORAN TUGAS AKHIR Analisis Tie In Pipa Bawah Laut Dengan Metode Elemen Hingga Dan Castigliano

3-7


sudut awal. Untuk langkah-langkah selanjutnya pemodelan pipa diganti dengan menggunakan metode elemen hingga 2 (dua) dimensi. Hal ini dikarenakan pada langkahlangkah selanjutnya tersebut pipa sudah memiliki defleksi awal yang berpengaruh pada munculnya sudut awal pada pipa. Oleh karenanya pada ujung pipa bebas yang pada awalnya memiliki gaya angkat dari crane arah vertikal ke atas, maka gaya angkat tersebut tidak hanya terdiri dari gaya angkat vertikal saja, tetapi juga terdapat gaya horisontal akibat sudut yang telah dibentuk oleh pipa tersebut. Sebagai tambahan perhitungan dan penganalisisan proses pengangkatan pipa bawah laut pada step 2 memiliki langkah dan cara perhitungan yang sama untuk langkah-langkah selanjutnya. Oleh karenanya bagian yang dibahas pada analisis tie in dengan metode elemen hingga ini hanya akan dibahas hingga step 2 saja. Akan tetapi untuk studi kasus pada BAB 4 proses perhitungan dan penganalisisan akan dilakukan hingga pipa diangkat sampai ke ketinggian yang direncanakan semula, yaitu 12.2 m. Adapun pada studi kasus nantinya pengerjaan analisis tie in dilakukan dengan menggunakan lebih dari nodal. Hal ini dilakukan agar lebih mudah dibandingkan antara metode elemen hingga dengan metode castigliano dan perangkat lunak offpipe. Sementara itu pada penjelasan analisis tie in di bab ini, dengan alasan untuk mempersingkat pembahasan akan dibahas proses tie in dengan menggunakan 2 (nodal) saja atau 1 (satu) elemen. 3.2.1 Step 1 Pengangkatan Pipa Dengan Metode Elemen Hingga Step 1 (satu) disini dimaksudkan sebagai langkah pertama dalam proses pengangkatan pipa dari kedanaan diam terbaring di dasar laut dan kemudian diangkat hingga terbentuk defleksi awal. Sebelum menganalisis dengan metode elemen hingga, terlebih dahulu pipa sebagai struktur yang akan dianalisis dimodelkan sesuai dengan asumsi-asumsi yang ada. Asumsi-asumsi yang digunakan adalah sebagai berikut : •

Pipa dianggap sebagai balok

•

Ujung terikat pipa dianggap sebagai jepit yang menahan rotasi dan defleksi

Di bawah ini adalah pemodelan yang dilakukan terhadap pipa yang akan ditinjau pada proses pengangkatan pipa.


3-8


W

Pc2

Pc

P1

P2

P3

Gambar 3. 5 Modelisasi pipa sebagai elemen balok dan pembebanannya

Gambar 3.4 memvisualisasikan permodelan pipa sebagai elemen balok. Disini P1, P2, L2, L3, dan L4 merupakan variabel yang diketahui, dimana sebagai panjang dari posisi crane pada tie ini vessel. Sedangkan panajang L1 dan P3 diiterasi nantinya dengan menggunakan persamaan metode elemen hingga pada elemen balok. Dan W merupakan berat pipa yag diangkat pada proses tie in, dimana berat yang dipakai adalah berat submerged-nya, artinya disini berat yang digunakan adalah berat pipa di dalam air yang merupakan selisih daripada berat pipa di udara dan gaya apung yang terjadi pada pipa dalam air. Konsep pengangkatan pipa dengan menggunakan metode elemen hingga ini adalah dengan mencari defleksi yang ada pada ujung pipa bebas atau pada nodal 2. Defleksi yang ada ini ditentukan terlebih dahulu berapa ketinggian pipa yang ingin diangkat pada step 1 ini. Selain itu juga pada step 1 dan step-step selanjutnya gaya tali yang diberikan pada tali pertama (P1) dan tali ke dua (P2) kita tentukan terlebih dahulu dan untuk tiap step berbeda-beda gaya tali yang diberikan. Sedangkan untuk gaya tali ke tiga (P3) kita iterasi dengan persamaan yang ada pada metode elemen hingga sampai pada nilai gaya tali ke tiga yang menghasilkan defleksi pipa yang kita rencanakan sebelumnya. Setelah mendapatkan gaya tali ke tiga yang menghasilkan defleksi yang diharapkan, langkah selanjutnya adalah mengecek apakah tegangan lentur yang terjadi pada proses pengangkatan pipa dengan menggunakan gaya tali sebesar P3 (gaya tali ke tiga) menimbulkan tegangan lentur yang melebihi tegangan lentur izin. Sementara itu tegangan lentur izin yang digunakan di sini adalah 85% dari SMYS, yaitu sekitar 3.83 x 108 N/m2. Adapun penurunan metode elemen hingganya adalah sebagai berikut : LAPORAN TUGAS AKHIR Analisis Tie In Pipa Bawah Laut Dengan Metode Elemen Hingga Dan Castigliano

3-9


1. Menentukan Gaya Dan Momen Ekuivalen Pada Tiap Nodal Untuk pipa dengan modelisasi seperti gambar 3.4, gaya tiap nodalnya dapat diberikan pada gambar 3.5.

m1

m2 2

1 f2y

f1y

Gambar 3. 6 Gaya dan momen pada nodal

Dari gambar 3.5, dapat dilihat bahwasannya m1 dan m2 merupakan momen equivalent pada nodal 1 dan 2 pada pipa. Sedangkan f1y dan f2y merupakan gaya equivalent pada nodal 1 dan 2. Dengan menggunakan persamaan yang sudah dijelaskan pada BAB 2 mengenai penerapan gaya ekuivalen maka kita akan mendapatkan gaya dan momen ekuivalen sebagai berikut : (3.2.1) (3.2.2) (3.2.3) (3.2.4) 2. Menentukan Syarat Batas Pada Pipa Syarat batas yang digunakan pada kasus ini adalah syarat batas pada nodal 1, dimana defleksi (d1y) dan rotasi (ø1) pada nodal 1 adalah nol. d1y = 0

(3.2.5)

ø1 = 0

(3.2.6)

Syarat batas ini diambil berdasarkan asumsi sebelumnya bahwa ujung pipa yang terikat atau pada nodal 1 merupakan jepit. Oleh karena jepit, defleksi horisontal, defleksi vertikal, dan rotasi pada nodal 1 dapat diabaikan atau sama dengan nol. 3. Menentukan Matriks Kekakuan LAPORAN TUGAS AKHIR Analisis Tie In Pipa Bawah Laut Dengan Metode Elemen Hingga Dan Castigliano

3-10


Kita tinjau persamaan umum matriks kekakuan beserta gaya dan momen sera efekefeknya pada balok, seperi yang sudah dijelaskan pada BAB 2 sebelumnya. 12 6 12 6

6 4 6 2

12 6 12 6

6 2 6 4

(3.2.7)

Dengan mensibstitusikan persamaan (3.2.5) dan persamaan (3.2.6) ke persamaan (3.2.7) maka kita akan mendapatkan sebuah persaman baru dimana defleksi dan rotasi pada nodal 1 adalah nol. 12 6 12 6

6 4 6 2

12 6 12 6

6 2 6 4

0 0

(3.2.8)

Persamaan (3.2.8) di atas dapat ditulis menjadi. 12 6

6 4

(3.2.9)

Sehingga akan didapatkan persamaan invers matriks kekakuannya adalah sebagai berikut. (3.2.10) Kemudian kita bisa mendapatkan harga defleksi pada nodal 2 (d2y) dengan terlebih dahulu invers matriks kekakuan yang ada. 4. Menentukan Defleksi Dan Rotasi Nodal 2 Setelah kita mendapatkan invers matriks kekakuannya, barulah kita dapat mencari dengan mengalikan invers matriks kekakuan dengan matriks gaya dan momen pada nodal 2. Adapun persamaan matriksnya akan menjadi seperti berikut. (3.2.11) Untuk tahap ini dilakukan proses pengiterasian pada besaran L dan P3 dimana besaran ini terus diiterasi hingga mendapatkan harga defleksi pada nodal 2 (d2y) yang diharapkan.


3-11


Dengan menggunakan program matlab akan didapatkan persamaan defleksi untuk nodal 2 dan rotasi nodal 2 dengan sangat mudah. 5. Menentukan Gaya Dan Momen Efektif Gaya dan momen efektif dicari untuk mendapat kan gaya dan momen asli. Seperti yang sudah dijelaskan pada BAB 2, bahwasannya gaya dan momen asli merupakan selisih antara gaya dan momen efektof dengan gaya dan momen ekuivalen. Adapun perumusan gaya dan momen efektif adalah sebagai berikut. 12 6 12 6

6 4 6 2

12 6 12 6

6 2 6 4

0 0

(3.2.12)

Rotasi pada nodal 2 ini adalah besaran yang didapat dari iterasi pada gaya dan momen ekuivalen. Input untuk menghasilkan rotasi pada nodal 2 tersebut harus sama dengan input yang digunakan untuk menghasilkan defleksi pada nodal 2 seperti yang sudah direncanakan. 6. Menentukan Gaya Dan Momen Asli Setelah mendapatkan gaya dan momen efektif, maka gaya dan momen asli didapat dengan cara mengurangkan gaya dan momen efektif dengan gaya dan momen ekuivalen. Adapun perumusan yang digunakan adalah sebagai berikut.

(3.2.13)

7. Menghitung Tegangan Lentur Yang Terjadi Momen asli yang sudah didapatkan pada langkah sebelumnya dicek terlebih dahulu. Momen lentur tersebut pasti menghasilkan tegangan lentur yang bekerja pada pipa pada saat proses pengangkatan. Adapun perumusan yang digunakan untuk mendapatkan besaran tegangan lentur adalah sebagai berikut. (3.2.14) Dimana : LAPORAN TUGAS AKHIR Analisis Tie In Pipa Bawah Laut Dengan Metode Elemen Hingga Dan Castigliano

3-12


σb : Tegangan lentur M : Momen maksimum y

: Jarak titik berat pipa

I

: Inersia daripada pipa

Momen yang digunakan disini adalah momen maksimum yang mungkin terjadi pada pipa. Momen tersebut lazimnya terjadi pada nodal pertama (M1). 8. Mengecek Tegangan Longitudinal dan Tegangan Ekuivalent Tegangan longitudinal yang ada dibandingkan dengan tegangan izin, yaitu sebesar 85% SMYS atau sebesar 3.83 x 108 N/m2. Apabila harga tegangan longitudinal yang terjadi lebih besar daripada tegangan izin maka gaya tali dan panjang pipa yang dihasilkan tidak dapat digunakan pada proses pengangkatan dan sebaliknya apabila harga tegangan longitudinal yang terjadi lebih kecil daripada tegangan izinnya maka besaran gaya tali dan panjang pipa yang digunakan dapat diaplikasikan pada proses pengangkatan pipa ini. Setelah didapatlan harga tegangan longitudinal yang memenuhi persyaratan maka selanjutnya dilakukan perhitungan tegangan ekuivalent. Tegangan ekuivalent ini nantinya dibandingkan dengan tegangan izin yang ada, yaitu sebesar 80% SMYS. Gambar berikut adalah flowchart untuk menghitung proses pengangkatan pipa dengan menggunakan metode elemen hingga.


3-13


Gambar 3. 7 Flowchart perhitungan pengangkatan pipa step 1 dan 2 dengan metode elemen hingga

3.2.2 Step 2 Pengangkatan Pipa Dengan Metode Elemen Hingga Ketika pipa bawah laut sudah diangkat dengan ketinggian tertentu pada step 1, maka untuk step-step selanjutnya pipa dianggap sudah memiliki sudut awal sehingga pipa akan mendapat gaya aksial dari gaya tali yang mengangkat pipa tetsebut . Langkah dan metode perhitungan yang dilakukan untuk meganalisis proses pengangkaatan pipa hampir sama dengan step 1, LAPORAN TUGAS AKHIR Analisis Tie In Pipa Bawah Laut Dengan Metode Elemen Hingga Dan Castigliano

3-14


hanya saja gaya tali yang mengangkat pipa dikonversikan hingga menjadi 2 (dua) jenis gaya karena kemiringan pipa. Proses penganalisisan juga dilakukan pada sumbu lokal, hal ini dilakukan karena sumbu lokal juga akan memberikan hasil yang sama dengan sumbu global. Untuk dapat menganalisis proses pengangkatan pipa secara tepat maka dilakukan pemodelan pipa dulu.

y y ^

^

f2y m2

^

f1y

W

m1 1

2

L

f1 x P Pc P1 P2 P3 c2

x ^

^

f2 x x

^

Gambar 3. 8 Model pipa pada step 2

Adapun penurunan metode elemen hingganya adalah sebagai berikut : 1. Menentukan Gaya Dan Momen Ekuivalen Pada Tiap Nodal Untuk pipa dengan modelisasi seperti gambar 3.6, gaya tiap nodalnya dapat diberikan pada gambar 3.7.


3-15


y

m1 1

f1x

m2 L

2 f2y

f2x x

f1y Gambar 3. 9 Gaya dan momen pada nodal

Sudut yang dibentuk antara pipa dan dasar laut adalah sebesar ketinggian pipa (d2y) dengan panjang pipa yang diangkat (L). Besar sudut (θ) tersebut adalah sebagai berikut. (3.2.15) Dimana : d2y : ketinggian pipa yang diinginkan pada step 1 L : panjang pipa yang terangkat pada step 1 Dari gambar 3.5, dapat dilihat bahwasannya m1 dan m2 merupakan momen equivalent pada nodal 1 dan 2 pada pipa. Sedangkan f1y dan f2y merupakan gaya equivalent pada nodal 1 dan 2. Adapun f1y dan f2y di sini mengandung efek gaya tali (P) yang sudah dikonversi menjadi searah sumbu x dan y lokal. Berikut ini adalah pengkonversian yang dilakukan terhadap gaya tali P1, P2, dan P3. Py = cos (θ) . P Px = sin (θ) . P Dengan menggunakan persamaan yang sudah dijelaskan pada BAB 2 mengenai penerapan gaya ekuivalen maka kita akan mendapatkan gaya dan momen ekuivalen sebagai berikut :


3-16


(3.2.16) (3.2.17)

(3.2.18) (3.2.19)

2. Menentukan Syarat Batas Pada Pipa Syarat batas yang digunakan pada kasus ini adalah syarat batas pada nodal 1, dimana defleksi (d1y) dan rotasi (ø1) pada nodal 1 adalah nol. 0

(3.2.20)

0

(3.2.21)

ø1 = 0

(3.2.22)

Syarat batas ini diambil berdasarkan asumsi sebelumnya bahwa ujung pipa yang terikat atau pada nodal 1 merupakan jepit. Oleh karena jepit, defleksi horisontal, defleksi vertikal, dan rotasi pada nodal 1 dapat diabaikan atau sama dengan nol. Selain itu juga kenaikan pipa yang diharapkan pada step 2 ini harus juga ikut dikonversi akibat adanya kemiringan pipa ini sehingga konversi yang dilakukan ini mendapatkan harga defleksi yang berada pada sumbu lokal. Berikut adalah perhitungan mengenai defleksi pada nodal 2 dalam sumbu koordinat lokal. cos

.

(3.2.23)

sin

.

(3.2.24)

Dimana : defleksi pipa pada arah vertikal koordinat lokalnya LAPORAN TUGAS AKHIR Analisis Tie In Pipa Bawah Laut Dengan Metode Elemen Hingga Dan Castigliano

3-17


defleksi pipa pada arah horisontal koordinat lokalnya defleksi pipa pada arah vertikal koordinat globalnya 3. Menentukan Matriks Kekakuan Kita tinjau persamaan umum matriks kekakuan beserta gaya dan momen sera efekefeknya pada balok, seperi yang sudah dijelaskan pada BAB 2 sebelumnya.

0 0 0 0

0 12 6 0 12 6

0 6 4

0 12 6 0 12 6

0 0

0 6 2

0 0

0 6 2

(3.2.25)

0 6 4

Dimana : dan

(3.2.26)

Dengan mensubstitusikan persamaan (3.2.20), persamaan (3.2.21), persamaan (3.2.22), persamaan (3.2.23), dan persamaan (3.2.24) ke persamaan (3.2.25) maka kita akan mendapatkan sebuah persaman baru dimana defleksi dan rotasi pada nodal 1 adalah nol.

0 0 0 0

0 12 6 0 12 6

0 6 4 0 6 2

0 12 6 0 12 6

0 0 0 0

0 6 2 0 6

sin cos

0 0 0

. .

(3.2.27)

4

Persamaan (3.2.8) di atas dapat ditulis menjadi. 0 0

0 12 6

0 6

sin cos

. .

(3.2.28)

4

Sehingga akan didapatkan persamaan invers matriks kekakuannya adalah sebagai berikut.


3-18


0

0

0

(3.2.29)

0 Kemudian kita bisa mendapatkan harga defleksi pada nodal 2 (d2y) dengan invers matriks kekakuan yang ada. 4. Menentukan Defleksi Dan Rotasi Nodal 2 Setelah kita mendapatkan invers matriks kekakuannya, barulah kita dapat mencari dengan mengalikan invers matriks kekakuan dengan matriks gaya dan momen pada nodal 2. Adapun persamaan matriksnya akan menjadi seperti berikut. sin cos

0

. .

0

0

(3.2.30)

0 Persamaan matriks di atas dapat kita pecah lagi dengan hanya mengikutsertakan besaran arah vertikal dan rotasinya. Persamaan tersebut akan menjadi seperti berikut. cos

.

(3.2.31)

Untuk tahap ini dilakukan proses pengiterasian pada besaran L dan P3 dimana besaran ini terus diiterasi hingga mendapatkan harga defleksi pada nodal 2 (d2y) yang diharapkan. Dengan menggunakan program matlab akan didapatkan persamaan defleksi untuk nodal 2 dan rotasi nodal 2 dengan sangat mudah. 5. Menentukan Gaya Dan Momen Efektif Gaya dan momen efektif dicari untuk mendapat kan gaya dan momen asli. Seperti yang sudah dijelaskan pada BAB 2, bahwasannya gaya dan momen asli merupakan selisih antara gaya dan momen efektof dengan gaya dan momen ekuivalen. Adapun perumusan gaya dan momen efektif adalah sebagai berikut. 0 0 0 0

0 12 6 0 12 6

0 6 4 0 6 2

0 0 0 0

0 12 6 0 12 6

0 6 2 0 6

sin cos

0 0 0

. .

(3.2.32)

4


3-19


Rotasi pada nodal 2 ini adalah besaran yang didapat dari iterasi pada gaya dan momen ekuivalen. Input untuk menghasilkan rotasi pada nodal 2 tersebut harus sama dengan input yang digunakan untuk menghasilkan defleksi pada nodal 2 seperti yang sudah direncanakan. 6. Menentukan Gaya Dan Momen Asli Setelah mendapatkan gaya dan momen efektif, maka gaya dan momen asli didapat dengan cara mengurangkan gaya dan momen efektif dengan gaya dan momen ekuivalen. Adapun perumusan yang digunakan adalah sesuai dengan yang dijabarkan pada persamaan (3.2.33). Selain itu juga penurunan gaya dan momen asli ini masih dalam sumbu lokal, namun karena keperluan penyederhanaan masalah maka gaya dan momen asli yang terjadi tidak akan ditransformasikan ke sumbu global. Selain itu juga dari persamaan-persamaan matriks sebelumnya yang diutamakan dilakukan perhitungan adalah pada momen dan gaya arah vertikal sumbu lokal, sementara itu gaya pada arah horisontal sumbu lokal dapat diabaikan untuk tidak dilakukan perhitungan dan penganalisisan.

(3.2.33)

7. Menghitung Tegangan Lentur Yang Terjadi Momen asli yang sudah didapatkan pada langkah sebelumnya dicek terlebih dahulu. Momen lentur tersebut pasti menghasilkan tegangan lentur yang bekerja pada pipa pada saat proses pengangkatan. Adapun perumusan yang digunakan untuk mendapatkan besaran tegangan lentur adalah sebagai berikut. (3.2.14) Dimana : σb : Tegangan lentur M : Momen maksimum LAPORAN TUGAS AKHIR Analisis Tie In Pipa Bawah Laut Dengan Metode Elemen Hingga Dan Castigliano

3-20


y


I


Momen yang digunakan disini adalah momen maksimum yang mungkin terjadi pada pipa. Momen tersebut lazimnya terjadi pada nodal pertama (M1). 8. Mengecek Tegangan Longitudinal dan Tegangan Ekuivalent Tegangan longitudinal yang ada dibandingkan dengan tegangan izin, yaitu sebesar 85% SMYS atau sebesar 3.83 x 108 N/m2. Apabila harga tegangan longitudinal yang terjadi lebih besar daripada tegangan izin maka gaya tali dan panjang pipa yang dihasilkan tidak dapat digunakan pada proses pengangkatan dan sebaliknya apabila harga tegangan longitudinal yang terjadi lebih kecil daripada tegangan izinnya maka besaran gaya tali dan panjang pipa yang digunakan dapat diaplikasikan pada proses pengangkatan pipa ini. Setelah didapatlan harga tegangan longitudinal yang memenuhi persyaratan maka selanjutnya dilakukan perhitungan tegangan ekuivalent. Tegangan ekuivalent ini nantinya dibandingkan dengan tegangan izin yang ada, yaitu sebesar 80% SMYS.

3.3

ANALISIS TIE IN DENGAN METODE CASTIGLIANO

Metode Castigliano adalah suatu metode untuk mencari defleksi pada suatu balok dengan berdasarkan pada dasar-dasar mekanika rekayasa. Pada proses pengangkatan pipa ini akan dicari defleksi yang terjadi pada ujung bebas pipa. Untuk dapat mencari defleksi pada ujung bebas tersebut dipelukan sebuah beban terpusat virtual, yaitu PC dengan arah vertikal ke atas atau sesuai dengan arah defleksi yang diharapkan. Sama halnya dengan metode elemen hingga, pada proses analisis pengangkatan pipa dengan menggunakan Metode Castigliano juga dilakukan beberapa step pengerjaan . Adapun step 1 merupakan step awal dimana pipa masih terbaring di seabed dan belum memiliki sydyt awal. Sedangkan step 2 dan step-step selanjutnya pipa sudah memiliki sudut awal, sehingga cara perhitungannya akan sedikit berbeda dengan step 1. Untuk memudahkan dalam proses pembandingan dengan 2 metode lainnya, pada metode castigliano ini akan dicari defleksi di tiap-tiap davit dan floater. Sedangkan untuk mempersingkat pembahasan, pada bab ini hanya akan disajikan perhitungan dengan metode castigliano floater tidak dimasukkan dalam pembahasan. Akan tetapi pada studi kasus


3-21


nantinya floater dan semua gaya dan defleksi penting pada pipa akan dihitung dan dianalisis juga. 3.3.1 Step 1 Pengangkatan Pipa Dengan Metode Castigliano Pada proses pengangkatan pipa step 1 ini pipa yang diangkat diasumsikan terdapat beban terpusat virtual pada ujung pipa yang bebas agar bisa menghitung defleksi di ujung pipa tersebut dapat dicari. Berikut adalah langkah-langkah perhitungan pengangkatan pipa dengan menggunakan Metode Castigliano. 1. Pemodelan pipa Pipa yang dimodelkan di sini serupa dengan metode elemen hingga, hanya saja pada metode castigliano terdapat beban terpusat virtual.

W

Pc2

Pc

P1

P2

P3

Gambar 3. 10 Pemodelan pipa dengan Metode Castigliano

2. Menghitung reaksi perletakan Reaksi perletakan di sini meliputi reaksi perletakan arah horisontal, vertikal dan momen pada perletakan.


3-22


W MA RAH RAV

Pc2

Pc

P2

P1

P3

Gambar 3. 11 Reaksi perletakan

(3.3.1) (3.3.2) 0

(3.3.3)

3. Menghitung momen tiap bentang Perhitungan momen untuk proses pengangkatan pipa ini dibagi menjadi 6 (enam). Pembagian bentang tersebut dilakukan dari bentang sebelah kanan. Hal ini dilakukan untuk menghindari variabel iterasi yang terlalu banyak dalam persamaan. Dalam hal ini variabel iterasi adalah P3 dan L1. Berikut akan ditampilkan momen tiap bentangnya. •

Bentang 1 (0 < x < L6=10.71 m)

x

Mx Gambar 3. 12 Bentang 1

(3.3.4) 0


(3.3.5)

3-23


•

Bentang 2 (0 < x < L5=16 m)

x

L6

Mx P3 Gambar 3. 13 Bentang 2

(3.3.6) (3.3.7) •

Bentang 3 (0 < x < L4=16 m)

x L5 L6 Mx P2

P3

Gambar 3. 14 Bentang 3

(3.3.8) (3.3.9) •

Bentang 4 (0 < x < L3 = 16)


3-24


x L4 L5 L6 Mx P1

P2 P3

Gambar 3. 15 Bentang 4

(3.3.10) (3.3.11) •

Bentang 5 (0 < x < L2)

x L3 L4 L5 L6 Mx PC P1 P2 P3 Gambar 3. 16 Bentang 5

(3.3.12) (3.3.13) •

Bentang 6 (0 < x < L1)


3-25


x L2 L3 L4 L5 L6 Mx PC2 PC P1 P2 P3 Gambar 3. 17 Bentang 6

(3.3.14) (3.3.15) 4. Menghitung defleksi pada ujung pipa Pada langkah ini adalah menghitung defleksi pada ujung pipa. Nantinya defleksi pada ujung pipa ini terus diiterasi hingga mendapatkan harga defleksi yang sudah direncanakan sebelumnya. Berikut adalah persamaan umum dalam menghitung defleksi dengan menggunakan metode castigliano. Perlu dicatat di sini bahwasannya untuk mendapatkan harga defleski pada ujung bebas pipa, maka harga gaya tali virtual dijadikan nol (PC = 0). Sebagai tambahan untuk dapat mengetahui defleksi pada titik yang lain sepanjang bentang atau struktur yang ditinjau maka titil tersebut diberikan gaya terpusat virtual dan nantinya pada proses pengintegralan harga gaya terpusat virtual tersebut harus sama dengan nol. Δ 1

2

3

4

5

6

(3.3.16)

5. Menghitung momen maksimum Setelah mendapatkan harga defleksi pada ujung pipa seperti yang diharapkan, selanjutnya adalah menghitung momen maksimum yang terjadi pada bentang pada proses pengangkatan tersebut.


3-26


Momen maksimum yang biasanya terjadi adalah pada ujung jepit pipa atau sama dengan momen maksimum yang didapatkan dari metode elemen hingga. 6. Menghitung Tegangan Lentur Yang Terjadi Momen asli yang sudah didapatkan pada langkah sebelumnya dicek terlebih dahulu. Momen lentur tersebut pasti menghasilkan tegangan lentur yang bekerja pada pipa pada saat proses pengangkatan. Adapun perumusan yang digunakan untuk mendapatkan besaran tegangan lentur adalah sebagai berikut. (3.2.17) Dimana : σb : Tegangan lentur M : Momen maksimum y


I


Momen yang digunakan disini adalah momen maksimum yang mungkin terjadi pada pipa. Momen tersebut lazimnya terjadi pada nodal pertama (M1). 7. Mengecek Tegangan Longitudinal dan Tegangan Ekuivalent Tegangan longitudinal yang ada dibandingkan dengan tegangan izin, yaitu sebesar 85% SMYS atau sebesar 3.83 x 108 N/m2. Apabila harga tegangan longitudinal yang terjadi lebih besar daripada tegangan izin maka gaya tali dan panjang pipa yang dihasilkan tidak dapat digunakan pada proses pengangkatan dan sebaliknya apabila harga tegangan longitudinal yang terjadi lebih kecil daripada tegangan izinnya maka besaran gaya tali dan panjang pipa yang digunakan dapat diaplikasikan pada proses pengangkatan pipa ini. Setelah didapatlan harga tegangan longitudinal yang memenuhi persyaratan maka selanjutnya dilakukan perhitungan tegangan ekuivalent. Tegangan ekuivalent ini nantinya dibandingkan dengan tegangan izin yang ada, yaitu sebesar 80% SMYS.


3-27


Gambar 3. 18 Flowchart perhitungan pengangkatan pipa step 1 dan 2 metode castigliano

3.3.2 Step 2 Pengangkatan Pipa Dengan Metode Castigliano Sama halnya dengan metode elemen hingga. Step 2 pengangkatan pipa dengan metode castigliano ini juga dapat diaplikasikan untuk step-step selanjutnya karena pipa sudah membentuk sudut awal.


3-28


Ketika pipa sudah membentuk sudut awal terhadap perletakannya maka harus dilakukan transformasi gaya-gaya reaksi perletakan terlebih dahulu atau pipa yang ditransformasikan. Pada laporan tugas akhir ini reaksi perletakan yang ditransformasikan. Hal ini dilakukan untuk mempermudah perhitungan dan penyederhanaan masalah. Berikut adalah langkah-langkah perhitungan yang dilakukan dalam analisis tie in dengan menggunakan metode castigliano pada step 2. Sama halnya seperti step 1, pada step 2 ini pipa juga diberi beban virtual pada ujung bebas pipa untuk dapat mengetahui defleksi yang terjadi pada pipa. Nantinya beban virtual tersebut akan diabaikan ketika akan menghitung defleksi yang terjadi. 1. Pemodelan pipa

L

L2

L1

P1

L3

P2

P3

L4

PC

Gambar 3. 19 Pemodelan pipa pada step 2

Dari gambar 3.14 dapat dilihat bahwasannya pipa memiliki sudut tertentu. Sudut tersebut didapat dari proses deformasi yang terjadi pada step sebelumnya. Adapun besarnya sudut yang terjadi adalah mengkikuti persamaan berikut. asin

(3.3.1)

Nantinya sudut ini akan digunakan untuk mentransformasikan semua gaya-gaya yang ada pada pipa, biaik itu gaya dalam maupun gaya tali dan gaya virtual. 2. Penentuan reaksi perletakan Reaksi perletakan di sini akan ditransformasikan hingga mendapatkan 2 (dua) reaksi perletakan untuk masing-masing gayanya.


3-29


Untuk rekasi perletakan vertikal (RAV) akan ditransformasikan menjadi perletakan searah sumbu-x dan sumbu-y pada koordinat lokal dari pipa. Penurunan persamaan reaksi perletakan vertikal tersebut adalah sebagai berikut. . sin

(3.3.2)

. cos

(3.3.3)

Dimana : RAVx = reaksi perletakan vertikal arah sumbu-x pada koordinat lokal pipa RAVy = reaksi perletakan vertikal arah sumbu-y pada koordinat lokal pipa RAV = reaksi perletakan vertikal pada koordinat global pipa

L

MA RAH

L2

L1

RAV

P1

P2

L3

P3

L4

PC

Gambar 3. 20 Reaksi perletakan sebelum ditransformasikan

Sama halnya dengan reaksi perletakan vertikal, untuk rekasi perletakan horisontal (RAX) akan ditransformasikan menjadi perletakan searah sumbu-x dan sumbu-y pada koordinat lokal dari pipa. Penurunan persamaan reaksi perletakan vertikal tersebut adalah sebagai berikut.


3-30


Yglobal Ylokal

RA

HY

X lokal

L W

R AVX

X global

R AH X R AVY Gambar 3. 21 Reaksi perletakan yang sudah ditransformasikan

. sin

(3.3.4)

. cos

(3.3.5)

Dimana : RAHx = reaksi perletakan horisontal arah sumbu-x pada koordinat lokal pipa RAHy = reaksi perletakan horisontal arah sumbu-y pada koordinat lokal pipa RAH = reaksi perletakan horisontal pada koordinat global pipa Kemudian gaya-gaya tali yang ada pada pipa juga harus ditransformasikan searah dengan sumbu lokal pipa. Berikut adalah penurunan transformasi gaya-gaya tali pada pipa. •

•

Untuk P1 sin

.

(3.3.6)

cos

.

(3.3.7)

.

(3.3.8)

Untuk P2 sin


3-31


cos •

•

.

(3.3.9)

sin

.

(3.3.10

cos

.

(3.3.11)

sin

.

(3.3.12)

cos

.

(3.3.13)

Untuk P3

Untuk PC

Setelah semua reaksi perletakan arah vertikal dan horisontal serta gaya tali ditransformasikan, barulah dapat ditentukan gaya-gaya reaksi perletakan pada pipa. Berikut adalah penurunan reaksi perletakannya yang didasarkan pada teori kesetimbangan gaya. •

Kesetimbangan arah vertikal. ∑

0

(3.3.14) (3.3.15)

•

Kesetimbangan arah horisontal. ∑

0

(3.3.16) (3.3.17)

•

Kesetimbangan momen Ambil momen di titik A (ujung pipa yang terikat) = 0 ∑

0

(3.3.18) (3.3.19)

Setelah menghitung momen dan persamaan defleksi dengan metode castigliano, maka harga defleksi tersebut dibandingkan dengan defleksi rencana dan dalam kasus ini harga defleksi rencananya menjadi sebagi berikut. cos

.

(3.3.20)

Dimana :


3-32


defleksi pipa pada arah vertikal koordinat lokalnya defleksi pipa pada arah vertikal koordinat globalnya 3. Menghitung momen tiap bentang Perhitungan momen untuk proses pengangkatan pipa ini dibagi menjadi 6 (enam). Pembagian bentang tersebut dilakukan dari bentang sebelah kanan. Hal ini dilakukan untuk menghindari variabel iterasi yang terlalu banyak dalam persamaan. Dalam hal ini variabel iterasi adalah P3 dan L1. Setelah mendapatkan momen tiap bentang dan diturunkan terhadap beban terpusat di titik yang ingin diketahui defleksinya, tahap selanjutnya adalah mencari momen maksimum tiap bentang tersebut untuk dicari tegangan lenturnya dan kemudian di bandingkan dengan tegangan izin yang ada.

3.4

ANALISIS TIE IN DENGAN PROGRAM OFFPIPE

Offpipe merupakan suatu program yang dapat menghitung tegangan pipa statik, konfigurasi pipa, dan panjang tali davit (crane) serta gaya talinya untuk menganalisis proses pengangkatan pipa atau memanipulasi posisi pipa di seabed. Jumlah davit yang digunakan dapat modelkan lebih dari satu davit pada offpipe. Offpipe itu sendiri sebenarnya terdiri dari beberapa modul. Modul-modul tersebut saling berhubungan hingga. Modul ini memiliki fungsi dan data masukannya sendiri-sendiri yang berbeda antara modul yang satu dengan yang lain. Contohnya saja modul properti pipa (pipe properties) modul ini berisikan mengenai input data mengenai properti daripada pipa. Mulai dari modulus elastisitas pipa, diameter pipa, dll. Sementara itu untuk bisa melakukan pemodelan pengangkaan pipa dengan offpipe ini harus menggunakan beberapa modul yang ada pada offpipe. Modul-modul tersebut misalnya modul input data barge (laybarge description – BARG), input data pipa yang tidak tersokong atau unsupported pipe segment (sagbend geometry – GEOM), dan lain sebagainya. Modul-mosul ini harus diisikan secara tepat karena sangat memperngaruhi hasil output yang ada nantinya.


3-33


Gambar 3. 22 Pemodelan tie in dengan offpipe

Pemodelan proses pengangkatan pipa ini dapat dilakukan dengan menganalisis beberapa analisis statik terhadap pipa. Hal ini dapat dilakukan dengan menentukan panjang tali davit dan gaya tali davit agar pipa dapat terangkat ke permukaan laut. Proses ini dimodelkan dengan melakukan diskritisasi pengangkatan pipa. Dengan offpipe ini posisi barge yang digunakan untuk mengangkat pipa dapat diubah-ubah dari right-of-way pipa. Selain itu juga tali davit yang digunakan untuk mengangkat pipa dapat dimodelkan sebagai sebuah elemen yang hanya memiliki gaya-gaya aksialnya saja dimana hanya perpanjangan dari tali yang diperhatikan. Tali davit juga dapat dimodelkan sebagai elemen catenary dimana kemiringan atau kurvatur dan perpanjangan dari tali davit juga ikut diperhitungkan. Dalam program offpipe, pada dasarnya proses pengangkatan pipa hampir serupa dengan proses penggelaran pipa. Hanya saja pada proses pengangkatan pipa ada beberapa input yang diubah untuk dapat melakukan pemodelan pengangkatan pipa dengan offpipe. Beberapa input yang harus diubah tersebut adalah sbegai berikut : 1. Penumpu pipa pada barge diganti dengan davit. Pada analisis pengangkatan pipa ini penumpu pipa (pipe support) yang tadinya di penggelaran pipa adalah stinger maka diganti dengan davit atau crane yang ada ada barge. Adapun modul yang digunakan untuk memasukkan data davit ini adalah modul BARG.


3-34


2. Posisi davit secara vertikal dan horisontal harus didefinisikan secara detail. Adapun sumbu koordinat awalnya juga harus didefinisikan di muka, sehingga nantinya posisi davit akan diikatkan terhadap sumbu tersebut. 3. Posisi daripada tali davit juga harus didefinisikan secara jelas terhadap pipa yang sedang diangkat. 4. Koordinat global pipa juga harus didefinisikan secara tepat terhadap barge pengangkat. Hal ini dapat dimasukkan ke dalam modul input GEOM. Pada proses pengangkatan pipa yang dimodelkan dengan program offpipe ini, ujung bebas pipa diangkat dengan mengurangi panjang tali davit secara perlahan-lahan atau dengan mendiskritisasi proses pengurangan panjang tali tersebut. Selain itu juga pemodelan pengangkatan pipa dengan offpipe lebih baik dilakukan dengan memberikan tegangan pada tali pengangkat yang jauh dari ujung bebas pipa dan memberikan panjang tali yang diinginkan pada tali pengangkat yang paling dekat dengan ujung bebas pipa. Dengan cara ini offpipe akan menghitung sendiri panjang tali yang harus dikenakan pada tali pengangkat yang jauh dari ujung bebas dan offpipe juga akan menghitung tegangan tali yang timbul pada tali pengangkat yang paling dekat dengan ujung bebas pipa. Berikut akan diterangkan mengenai input-input yang digunakan dalam menganalisis proses pengangkatan pipa dengan menggunakan program offpipe 1. Properti dari pipa (pipe properties). Adapun input-input yang digunakan pada properti pipa adalah sebagai berikut : •

Modulus elastisitas dari pipa (steel modulus of elasticity)

•

Momen inersia daripada pipa (coated pipe average moment of inertia)

•

Berat pipa dalam air (submerged weight)

•

Berat pipa di udara (weight per unit length in air)

•

Diameter pipa (steel outside diameter)

•

Ketebalan dinding pipa (steel wall thockness)

•

SMYS atau tegangan leleh daripada baja (yield stress)

•

Stress

intensification

factor

atau

suatu

bilangan

yang

digunakan

untuk

mengikutsertakan pengaruh lapisan beton pada pipa pada proses pengangkatan pipa ataupun pada proses instalasilainnya •

Koefisien drag (drag coefficient)

2. Properti dari lapisan pelindung pipa (pipe coating properties) LAPORAN TUGAS AKHIR Analisis Tie In Pipa Bawah Laut Dengan Metode Elemen Hingga Dan Castigliano

3-35


Adapun input-input yang digunakan pada properti pipa adalah sebagai berikut : •

Ketebalan dari lapisan anti korosi (corrosion coating thickness)

•

Ketebalan dari lapisan beton (concrete coating thickness)

•

Massa jenis pipa baja (steel weight density)

•

Massa jenis lapisan anti korosi (corrosion coating weight density)

•

Massa jenis lapisan beton (concrete coating weight density)

•

Panjang pipa tiap join (average pipe joint length)

•

Panjang join pipa (field joint length)

3. Input data barge (laybarge position) Adapun input-input yang digunakan pada properti pipa adalah sebagai berikut : •

Ketinggian deck barge dari permukaan laut (height of deck above water)

•

Jumlah nodal yang diinginkan (number of pipe nodes)

•

Kondisi node-node yang dimasukkan, apakah menumpu atau tidak menumpu pada apapun (unsupported)

4. Input data pipa pada daerah sagbend (sagbend geometry) Adapun input-input yang digunakan pada properti pipa adalah sebagai berikut : •

Panjang antar nodal di sagbend yang diinginkan (sagbend pipe element length)

•

Kedalaman perairan (water depth)

•

Posisi ujung bebas pipa dari pusat koordinat kapal (x-coordinat of pipe free end of seabed)

5. Kecepatan arus (current velocities) 6. Gaya angkat pipa tambahan (concentrated external force) 7. Penentuan panjang tali davit dan gaya tali yang diberikan Sementara itu output yang dapat dihasilkan oleh program offpipe adalah sebagai berikut : 1. Input data yang telah dimasukkan Pada output ini offpipe akan memberikan semua input data yang telah dimasukkan sebelumnya. Format output ini dibuat sedemikian rupa agar lebih mudah dimengerti dan lebih sistematik. 2. Koordinat pipa statik, gaya-gaya, dan tegangan yang terjadi pada pipa Pada output ini offpipe akan memberikan nodal-nodal yang ada pada pipa, letak daripada nodal tersebut, koordinat global daripada nodal tersebut, panjang pipa, tegangan daripada LAPORAN TUGAS AKHIR Analisis Tie In Pipa Bawah Laut Dengan Metode Elemen Hingga Dan Castigliano

3-36


pipa, momen lentur yang terjadi, tegangan lentur pipa, tegangan hoop, tegangan total pada pipa, dan persentase daripada leleh yang terjadi pada pipa. 3. Kumpulan solusi statik dari proses pengangkatan pipa Pada output ini offpipe akan memberikan properti daripada pipa, data tie in vessel, geometri daripada sagbend pipa, dan hasil perhitungan pada proses pengangkatan pipa.


3-37

1 METODE DAN ANALISIS TIE IN

Recommend Documents