ANALISA FREESPAN AKIBAT SCOURING PIPA BAWAH LAUT Studi Kasus Dry Gas Pipeline dari HESS (Indinesia-Pangkah) Ltd yang menghubungkan WellHead Platform-A di perairan Madura menuju Gresik Onshore Processing Facility (OPF) (Umar Arif), Hasan I2), Imam R3)) Jurusan Teknik Kelautan Fakultas Teknologi Kelautan Institute Teknologi Sepuluh Nopember Kampus ITS Keputih Sukolilo – Surabaya 60111 E-mail :
[email protected] Abstrak Jalur pipa bawah laut merupakan salah satu infrastruktur transportasi jarak jauh untuk minyak dan gas yang paling efisien untuk pemindahan produksi minyak dan gas baik yang berasal dari eksplorasi di darat, daerah dekat pantai maupun dari laut dalam dengan metode yang efektif dan efisien. Freespan harus mendapat perhatian khusus dalam proses desain pipa bawah laut karena kondisi ini dapat menyebabkan vibrasi atau biasa dikenal sebagai fenomena Vortex Induce Vibration (VIV). Tugas akhir ini adalah melakukan analisa pengaruh VIV pada freespan pipa bawah laut, Data yang digunakan merupakan data pipa Hess (IndonesiaPangkah) Limited di perairan Ujung Pangkah, berdasarkan code yang mengacu pada ASME B31.8 untuk analisa statis dan DnV RP F105 untuk analisa dinamis. Dari hasil analisa, maka diperoleh kedalaman scouring pada pipa bawah laut adalah: 0.0099 m, 0.011m, 0.012 m, 0.014 m,0.049 muntuk tiap KP dengan panjang span yang diijinkan adalah panjang span yang terpendek dari perhitungan, yaitu 21.28 m, 22.41 m, 22.34 m, 18.04 m, 19.41 m, 19.65 m, 20.17 untuk KP yang sama. Sedangkan Dari hasil analisa VIV diketahui bahwa frekuensi natural span pada pipa lebih besar dari frekuensi vortex. Aliran vortex yang terjadi pada disekitar pipa kurang teratur karena harga Reynold number antara 1.25.104 ~ 3.27.103. Hasil ini menunjukkan bahwa pipa akan aman dioperasikan dari osilasi akibat vortex.
Kata kunci : freespan, vortex induced vibration, scouring, pipa bawah laut 1. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Energi telah dijadikan bagian mendasar pada
minyak dan gas yang paling efisien untuk
kebutuhan hidup manusia. Diantara banyak
pemindahan produksi minyak dan gas baik
sumber energi yang ada di alam ini, minyak
yang berasal dari eksplorasi di darat, daerah
dan gas merupakan sumber energi paling
dekat pantai maupun dari laut dalam dengan
banyak digunakan manusia.
metode yang efektif dan efisien. Mahalnya konstruksi pipa bawah laut menjadi
Ketergantungan manusia terhadap produkproduk migas yang tidak dapat dihentikan, menyebabkan
semakin
intensifnya
usaha
pencarian dan eksplorasi migas di daerah lepas
pantai
dan
laut
dalam.
Untuk
mengakomodasi penyaluran minyak dan gas bumi dari sumur-sumur minyak di Lepas pantai dan di laut dalam maka digunakan jaringan pipa bawah laut sebagai alternatif yang paling mudah, aman, dan efisien.
Jalur pipa bawah laut merupakan salah satu infrastruktur transportasi jarak jauh untuk
hal yang diperhitungkan. Oleh karena itu, konstruksi pipa bawah laut harus didesain dan dianalisis dengan baik agar konstruksi tersebut dapat diinstal dan beroperasi dengan baik sesuai dengan tujuannya. Tugas akhir ini akan menganalisa freespan pipa bawah laut. Analisa freespan dilakukan setelah
proses
inspeksi
pasca
instalasi.
Freespan pipa bawah laut adalah suatu keadaan dimana terbentuk bentangan pipa dengan panjang tertentu memiliki jarak (gap) terhadap seabed. Bentangan bebas pada pipa ini sangat berbahaya terhadap konstruksi pipa
itu sendiri, yang nantinya mengakibatkan
akibat
beban
dinamis
sehingga
dapat
kerusakan. Bending diakibatkan beban statis
ditentukan panjang span yang diijinkan agar
yang timbul pada pipa. Sementara itu beban
frekuensi natural pipa tidak sama dengan
siklis berakibat pipa terkena beban dinamis.
frekuensi beban yang mengenai freespan.
Fenomena vortex shedding ditimbulkan akibat beban
dinamis,
dimana
disebabkan
getaran/osilasi pada pipa. Oleh karena itu perlu dilakukan suatu evaluasi atau analisa terhadap freespan yang terjadi.
Analisis kondisi
freespan yaitu,
dilakukan
kondisi
dalam
instalasi,
tiga
kondisi
hidrotes, dan kondisi operasi. Perbedaan untuk masing-masing kondisi ini terdapat pada jenis pengisi pipa, kondisi korosi pada pipa, dan gaya lingkungan yang terjadi. Pada kondisi instalasi, bagian dalam pipa masih berisi udara dengan densitas sama dengan nol, pipa belum dipengaruhi oleh korosi, dan gaya lingkungan yang digunakan adalah gaya lingkungan
1.2. Permasalahan Permasalahan yang diangkat dalam Tugas Akhir ini adalah 1. Berapa kedalaman scouring pada pipa bawah laut? 2. Berapa besar vortex yang terjadi? 3. Berapa panjang span maksimum yang diijinkan? 1.3. Tujuan Adapun tujuan yang ingin dicapai dari tugas akhir ini adalah 1. Mengetahui kedalaman scuring untuk menentukan bentangan bebas. 2. Mengetahui besar vortex yang terjadi. 3. Mengetahui panjang bentagan bebas yang diijinkan agar tidak terjadi osilasi. 1.4. Manfaat Manfaat yang akan diperoleh dari tugas akhir ini, yaitu: 1.
karena
belum
terkena
korosi.
Gaya
lingkungan yang digunakan adalah gaya lingkungan dengan periode ulang satu tahun. Pada kondisi operasi, bagian dalam pipa sudah terisi gas sehingga berat jenis pengisi pipa adalah berat jenis gas pengisi pipa. Tebal pipa masih belum berkurang karena belum terkena korosi dan gaya lingkungan yang digunakan adalah gaya lingkungan dengan periode ulang seratus tahun. Pada setiap kondisi akan dianalisa freespan pada pipa akibat beban statis, sehingga dapat ditentukan panjang span yang diijinkan agar tegangan yang terjadi tidak lebih dari tegangan yang diijinkan. Selain beban statis juga dianalisa freespan
sebagai
bahan
pipa bawah laut.
hidrotes, bagian dalam pipa terisi dengan air
jenis air laut. Tebal pipa belum berkurang
digunakan
pertimbangan dalam perancangan instalasi
dengan periode ulang satu tahun. Pada kondisi
sehingga berat jenis pengisi pipa adalah berat
Dapat
2.
Dapat mengantisipasi atau menghindari terjadinya kegagalan pada pipa bawah laut akibat gerakan osilasi pada pipa
2. DASAR TEORI 2.1. Metode Risk Based freespan pada pipa bawah laut dapat terjadi ketika kontak antara pipa dan seabed hilang dan memiliki jarak pada permukaan seabed (Boyun Guo, 2005). Freespan pada pipa dapat terjadi karena (DnV, 2002) : • Permukaan seabed yang tidak merata. • Perubahan kontur dasar laut ( akibat scouring, sand waves ) • Support buatan. Adanya freespan pipa ini membutuhkan sebuah analisa. Hal ini karena pada freespan pipa bekerja gaya-gaya. Pada freespan pipa harus cukup kuat melawan (Mikael et al, 2005) : • excessive yielding • fatigue • buckling • ovalisasi
Metode analisa span dibagi dua bagian, dan masing-masing memiliki 2 tahapan, dan terdiri dari analisa tegangan awal dan cek frekuensi getaran, kemudian diikuti oleh analisa regangan serta analisa kelelahan apabila diperlukan ( Kaye et al, 1994). Dalam jurnal yang sama, Kaye et al (1994), mengatakan bahwa resiko kerusakan pada freespan pipa dapat terjadi dalam dua mekanisme yang terpisah, yang pertama adalah akibat bending yang berlebih karena beban hidrodinamis dan berat pipa itu sendiri, atau kerusakan akibat fatigue dalam kurun waktu panjang. Analisa freespan akan menghasilkan berapa panjang freespan yang diijinkan agar tegangan yang terjadi pada freespan tidak melebihi tegangan yield material pipa. Aliran dari gelombang dan arus yang timbul di sekitar pipa, timbul pusaran yang menghasilkan distribusi tekanan. Pusaran ini menghasilkan osilasi/getaran pada pipa. Jika frekuensi dari pusaran ini mendekati frekuensi natural pipa, maka terjadi resonansi, dan inilah yang menyebabkan kelelahan pada pipa (Yong Bai, 1981)
Dimana : D = Diameter nominal pipa Di = Diameter internal pipa Do = Diameter external pipa De = Diameter pipa ditambah lapisan anti korosi ρs = massa jenis pipa ρe = massa jenis lapisan anti korosi ρc = massa jenis selubung beton ρl = massa jenis kandungan pipa ρw = massa jenis fluida g = gravitasi bumi Berat pipa terendam terdistribusi secara merata sepanjang pipa, khususnya untuk pipa berat,
akan
sangat
berpengaruh
dalam
penentuan on bottom stability dan perilakunya terhadap span. 2.2.3 Beban Gelombang Mengacu
pada
subbab
diatas,
beban
hidordinamis yang terjadi pada pipa adalah Gambar 2.1. Freespan pada Pipa Bawah Laut (Bai, 1981)
beban gelombang dan arus. - Penentuan Teori Gelombang Teori gelombang yang akan digunakan dalam perancangan
dapat
ditentukan
dengan
menggunakan formulasi matematika dari teori gelombang linier sebagai berikut :
Gambar 2.2. Macam-macam Kondisi Freespan ( Kenny, 1993)
H 2 gT
d 2 gT
dan
(2.2) 2.2 Berat Pipa Terendam Berat pipa terendam
dapat
dihitung
berdasarkan material pipa yang diketahui. Persamaan untuk mendapatkan berat pipa terendam adalah :
setelah
mendapatkan
harga
dari
kedua
formulasi tersebut, kemudian disesuaikan dengan grafik ”Region of Validity”, seperti terlihat pada gambar 2.1, sehingga diperoleh teori gelombang yang dipakai.
Berat pipa terendam terdistribusi secara merata sepanjang pipa, khususnya untuk pipa berat, akan sangat berpengaruh dalam penentuan on bottom stability dan perilakunya terhadap span. 2.3.2 Beban Gelombang Mengacu pada subab diatas, beban hidordinamis yang terjadi pada pipa adalah beban gelombang dan arus.
Gambar 2.3 Grafik Region of Validity of Wave Theories (Mousselli, 1981) 2.3 Jenis-jenis Pembebanan Menurut Kenny (1993), beban yang bekerja pada pipa dibagi menjadi 2 kategori, antara lain : a. Functional Load Beban fungsional in merupakan beban yang bekerja pada pipa sebgai kaibat dari keberadaan pipa itu sendiri tanpa dipengaruhi oleh beban lingkungan. Beban fungsional antara lain adalah beban dari berat pipa itu sendiri, termasuk berat struktur baja pipa, berat lapisan anti korosi, lapisan selubung beton, beban akibat tekanan dalam yang diberikan pada pipa, beban akibat suhu yang cukup tinggi di dalam pipa, serta beban akibat sisa instalasi. b. Environmental Load Beban ini bekerja pada pipa akibat adanya kondisi lingkungan yang terjadi. Untuk beban pada pipa bawah laut, tentunya yang mempengaruhi adalah beban gelombang dan arus. Untuk mendapatkan data beban lingkungan yang tentunya bersifat acak, maka data yang digunakan untuk analisa adalah data dengan periode ulang (return period). Periode ulang merupakan data rata-rata beban yang terjadi. 2.3.1 Berat Pipa Terendam (Submerged Weight) Berat pipa terendam dapat dihitung berdasarkan material pipa yang diketahui. Persamaan untuk mendapatkan berat pipa terendam adalah :
- Penentuan Teori Gelombang Teori gelombang yang akan digunakan dalam perancangan dapat ditentukan dengan menggunakan formulasi matematika dari teori gelombang linier sebagai berikut : H dan d 2 2 gT gT
(2.2)
Dengan mengetahui panjang gelombang pada perairan dalam, maka dapat dihitung panjang gelombang untuk perairan dengan kedalaman yang lain. Hasil dari formulasi matematika tersebut kemudian disesuaikan dengan grafik Daerah Aplikasi Teori Gelombang “Regions of Validity of Wave Theories”, seperti terlihat pada gambar 2.3. sehingga dapat diketahui teori gelombang yang akan digunakan. - Komponen Gelombang Menurut
Triatmodjo
(1999),
gelombang sebagai fungsi dari kedalaman untuk
teori
gelombang
Stokes
Dimana : D = Diameter nominal pipa Di = Diameter internal pipa Do = Diameter external pipa De = Diameter pipa ditambah lapisan anti korosi s = massa jenis pipa e = massa jenis lapisan anti korosi c = massa jenis selubung beton l = massa jenis kandungan pipa w = massa jenis fluida g = gravitasi bumi
orde
2
diperoleh dari iterasi persamaan berikut:
L=
gT 2 2πd tanh 2π L (2.3 )
Panjang gelombang dan tinggi gelombang mula-mula diperoleh dari persamaan
(2.1)
panjang
(Triatmodjo, 1999):
Lo = 1,56.T 2 ( 2.4 )
H = K s .H o ( 2.5 ) Keterangan :
berikut
L
=
panjang
gelombang
pada
disebabkan oleh arus dan gelombang, maka
kedalaman tertentu (m) Lo
kecepatan gelombang. Hal ini karena scouring
kecepatan partikel air efektif yang bekerja
= panjang gelombang awal (m) 2
g
= percepatan gravitasi (m/dt )
pada pipa dapat diformulasikan:
T
= periode gelombang (dt)
Ve = V w + Vc
d
= kedalaman perairan (m)
Dimana: Vw
H
=
tinggi
gelombang
pada
=
Vc
= tinggi gelombang awal (m)
Ks
=
koefisien
arus
akibat
gelombang normal terhadap pipa (m/s)
kedalaman tertentu (m) Ho
Kecepatan
=
Kecepatan
arus
steady
normal terhadap pipa (m/s)
shoaling
/
pendangkalan
- Kecepatan Arus Steady Kecepatan arus yang bekerja dihitung pada 1 m di atas dasar laut berdasarkan standar teori
- Teori Gelombang
gelombang. Hokum pangkat 1/7 biasanya
Pada umumnya bentuk gelombang di alam
digunakan untuk memperkirakan kecepatan
adalah sangat komplek dan sulit digambarkan
horizontal partikel air, seperti dinyatakan pada
secara matematis karena ketidak linieran, tiga
Mouselli (1981):
dimensi, dan mempunyai bentuk random (Triatmodjo, 1999). Untuk meggambarkan gelombang
tersebut,
maka
muncullah
1/ 7
U Y = U 0 Y0
(2.6)
beberapa teori gelombang dengan berbagai pendekatan.
dimana:
v = kecepatan horizontal partikel
ketinggian y dari dasar laut (m/s) Penentuan teori gelombang yang berlaku
v0
=
pengukuran
kecepatan
didasarkan pada parameter-parameter berupa
horizontal pada tinggi y0 dari dasar laut
tinggi gelombang, periodenya serta kedalaman
Pada persamaan di atas V0 biasanya dihitung
laut yang diamati. Semua parameter tersebut
pada ketinggian sekitar 1 m di atas dasar laut.
menjadi
teori
Pada kenyataanya tergantung dari kekasaran
gelombang yang dapat dilihat pada grafik
dasar laut dan Reynolds Number. Sehingga
Region Validity.
kecepatan efektif (Ve) seperti pada Mouselli
Beberapa teori gelombang tesebut antara lain:
(1981), adalah:
acuan
untuk
penentuan
•
Teori Gelombang Airy
•
Teori Gelombang Stokes
•
Teori Gelombang Knoidal
•
Teori Gelombang Tunggal
D
Ve
2
1 = ∫ V 2 ( y )dy D0
(2.7)
Setelah mensubtitusi persamaan 2.2 ke dalam 2.3, maka diperoleh kecepatan arus efektif (Mouselli, (1981):
- Kecepatan Arus Efektif Yang Bekerja Pada Pipa Kecepatan efektif yang bekerja pada pipa merupakan kombinasi dari kecepatan arus dan
2
2
Vew = 0.778 x Vw x ( D / y ) c.286
Dimana Vc dan y0 diperoleh dari data, dengan harga D yang ditentukan maka harga Ve dapat dicari. Arah arus yang digunakan normal
Dengan melakukan subtitusi persamaan 2.11
terhadap pipa. Apabila dalam data arah arus
dan 2.12 ke dalam persamaan (2.10) maka
menunjukkan
sudut
diperoleh persamaan kecepatan arus akibat
dengan garis
pengaruh gelombang berdasarkan kedalaman
datangnya
arah
tertentu
perlu diketahui
maka
normal pipa. Jadi semua arah diproyeksikan
adalah:
terlebih dahulu terhadap garis normal pipa,
U * = π 2.δ 2. c . e 2 kd
sehingga di dapat (Soegiono, 1998):
dimana: Vn = Vew cos θ
(2.9)
δ -
Kecepatan
Arus
Akibat
=
δ
(2.13)
= wave steepness
H L
(2.14)
Pengaruh
Gelombang
- Kecepatan Partikel Efektif dari Patikel
Perhitungan kecepatan arus akibat pengaruh
Air
gelombang dilakukan dengan menggunakan
Dalam Mouselli (1981), penentuan kecepatan
teori gelombang yang berlaku. Pemilihan teori
horizontal partikel air pada kedalaman tertentu
gelombang
serta persamaan kecepatan efektif adalah
dilakukan
menurut
diagram
validitas teori gelombang (Region of Validity)
Menurut Kinsman (1965), kecepatan arus akibat
pengaruh
gelombang
sebagai berikut: 2
U e = 0.778 U 0
berdasarkan
2
D y0
0.286
( 2.15 )
kedalaman tertentu dapat dihitung dengan
keterangan :
menggunakan rumus:
Ue = Kecepatan efektif partikel air pada
U * = k 2 aδ 2. c . e 2 kd L T 2π k= L
ketinggian y0 (m/s) U0 = Kecepatan horizontal partikel air yang diketahui pada y0 (m/s)
c=
D = Diameter luar pipa (m) Y = Kedalaman Laut y0 = Ketinggian orbit partikel dari seabed
Dimana:
U* = Kecepatan arus akibat
(m)
gelombang c
= Celerity gelombang
Arah kecepatan partikel air yang digunakan
k
= Angka gelombang
adalah normal terhadap pipa. Sehingga jika
L
= Panjang gelombang
kecepatan partikel air datang pada arah
d
= Kedalaman perairan
tertentu, maka perlu untuk mengetahui sudut
T
= Periode
datang tersebut terhadap arah normal pipa.
a
= Amplitudo gelombang
Dengan demikian kecepatan normal pipa
H
= Tinggi gelombang
dapat dinyatakan dalam rumusan sebagai
koefisien hidrodinamis yang dirumuskan oleh
berikut:
Mouselli (1981) untuk desain pipa.
VN = Vabs . cosθ
2.2.4 Analisa Freespan Dinamis
( 2.16 )
Pipa
hidrodinamis
Keterangan : VN
= kecepatan normal (m/dt)
Vabs
= kecepatan absolut (m/dt)
Bilangan Reynold yang
dengan
terkena
suatu
beban
ketika
akan
tersebut yang bersifat siklis. Kelelahan pada
mengindikasikan bentuk dan
suatu
berhubungan
benda.
Bilangan
Reynold itu sendiri dirumuskan sebagai
Tujuan dari analisa freespan dinamis adalah untuk menentukan panjang span maksimum yang diijinkan agar pipa terhindar dari responrespon
alami
yang
bisa
menyebabkan
kelelahan.
berikut:
Re =
yang
struktur akan memicu terjadinya kegagalan.
terbentuk
tahanan
laut
mengalami`kelelahan, karena akibatkan beban
- Reynold Number
aliran
bawah
Ue D v
( 2.17 )
2.2.5 Massa Efektif Pipa Dalam Yong Bai (1981), persamaan massa efektif pipa adalah:
keterangan: υ = viskositas kinematis fluida untuk air laut berkisar 1,2 x 10-6 m2/s
Me = Mstr + Mc + Ma Keterangan: Mstr = Massa
D = diameter luar pipa (m)
(2.18)
stuktur
pipa
(termasuk
lapisan), kg/m
Ue = kecepatan efektif partikel (m/dt)
Gambar 2.4 Kecepatan Efektif pada Pipa (Mikael, 2005)
Mc
= Massa kandungan pipa, kg/m
Ma
= Massa tambah
dimana Ca = Koefisien massa tambah
2.2.6 Stability Parameter Dalam Boyun Guo (2005), salah satu bagian penting dalam menganalisa gerak akibat vortex adalah parameter kestabilan. Parameter ini digunakan untuk menentukan respon maksimal akibat beban hidrodinamis (Kaye, et al). Persamaannya adalah sebagai berikut: Desainer
harus
dapat
menerapkan
nilai
koefisien hidrodinamis sesuai dengan keadaan sebenarnya di lapangan. Beberapa pihak mempunyai cara tersendiri dalam menentukan koefisien hidrodinamis. Salah satunya adalah
Ks =
2M e δ s ρ D2
(2.19)
keterangan: Ks = Parameter kestabilan Me
= Massa efektif pipa, kg/m
δs = Logaritmic decrement ( 0,125 ) 3
Ur
= Reduced Velocity, m/s
ρ
= density air laut, kg/m
D
= diameter luar pipa, m
D
= diameter luar pipa, m
Me
= Massa efektif pipa, kg/m
2.2.9
Gerusan (Scouring)
2.2.7 Pipeline Natural Frequency Dalam Boyun Guo (2005), frekuensi natural
Scouring
pipa tergantung pada kekakuan pipa, kondisi
penurunan kapasitas tahanan pondasi
ujung span pipa, panjang span, serta massa
yaitu tahanan pasif tanah terhadap
efektif dari pipa tersebut. Persamaan ferkuensi
gaya lateral dan momen.
natural pipa adalah sebagai berikut :
Scouring adalah fenomena alam yang
fn =
Ce 2π
(2.20)
4
Peristiwa ini banyak terjadi pada material
keterangan:
lumpur/endapan,
pada keadaaan berbatu/berkaranng
Ls = Panjang Span, m
dengan kondisi tertentu. Sehingga
Me = Massa efektif pipa, kg/m
dapat disimpulkan pengertian dari
Ce = Konstanta ujung span
scouring
Ce = 9.87 ( pin-pin)
adalah
sama seperti erosi dapat juga terjadi secara
2.2.8 Panjang Span kritis
proses alami dapat juga
disebabkan elemen struktur yang
Sedangkan dalam Boyun Guo (2005), panjang span kritis atau panjang pipa tanpa support dimana terjadi osilasi akibat arus adalah merupakan hubungan antara frekuensi natural span pipa dan reduced velocity.
dekat dengan dasar laut. Pergerakan tekanan dasar laut dan kecepatan dapat menggerus sedimen dari bawah pipa. Sedikit demi sedikit sedimen bergerak dari bawah pipa,
Panjang span kritis untuk gerak cross flow adalah:
pola
pergerakan
menghasilkan
EI Me
dari
dan gelombang yang mana prosesnya
Ce = 22.2 (jepit-jepit)
Ce U r D 2π
pergerakan
tanah dasar laut yang disebabkan arus
Ce = 15.5 (jepit-pin)
Ls =
tanah
tetapi juga dapat terjadi juga terjadi
fn = frekuensi natural pipa, Hz
dimana
menyebabkan
disebabkan oleh aliran air laut.
EI M e Ls
akan
(2.21)
setiap
sisi
pun
vortices pipa.
berubah, dari
shed
dapat
Vortices
menyebabkan osilasi vertikal dan
Panjang span kritis untuk gerak in-flow
horisontal
pada
pipa
(Halliwell,
1986).
adalah:
2.2.9.1 Estimasi Kedalaman Scouring
Ce f n Ls = 2π
EI Me
(2.22)
Sangat penting mempertimbangkan keakuratan
dalam
menghitung
keterangan :
kedalaman maksimum dari scouring
Ls
= panjang span kritis, m
untuk
Ce
= Konstanta ujung span
mendesain suatu struktur. Zaman
pertimbangan
dalam
sekarang sudah banyak formulasi
kesetimbangan
yang
tujuan
scour pada live-bed condition
scouring
akan lebih kecil daripada clear-
pada tiang jembatan tetapi hanya
water condition. Percobaan ini
sedikit formulasi yang ditemukan
menghasilkan formulasi untuk
untuk
menghitung
dibuat
menghitung
dengan
kedalaman
menghitung
kedalaman
scouring bawah laut.
kedalaman
kedalaman
scouring:
Penalitian-penelitian
untuk 0 .2
memprediksi
kedalaman
V 2 d s = 0.972 et D 0.8 (2.23) 2g
scouring
telah banyak dilakukan pada pipa bawah laut yang terletak pada dasar
dimana:
laut. Pada Chiew (1997) terdapat beberapa
penelitian
memprediksi
kedalaman
ds
untuk
:
Kedalaman scouring (m)
Vet : Kecepatan arus efektif pada pipa (m/s)
scouring
menghasilkan formulasi:
D
: Diameter pipa (m)
1.
Technical University of Norway
g
: Percepatan gravitasi (m/s2)
2.
Delf University of Technology
3.
Nanyang Technology
Persamaan
University
tergantung dengan kecepatan
di
atas
hanya
aliran dan diameter pipa, tetapi 1.
Technical University of Norway
tidak
Kjeldsen et. al. (1973) dalam Chiew
(1997)
melakukan
memperhitungkan
kedalaman dan grain size. 2.
Delf University of Technology
percobaan flume di laboraturium untuk meneliti local scour di
Perhitungan
sekitar pipa bawah laut pada
selain formulasi dari Norway Delf
kondisi undirictional current
University
(arus dalam segala arah) dengan
makanisme dari kecepatan aliran di
live-bed condition atau dimana
sekitar
lingkungan terjadi transportasi
University mempelajari perubahan
sedimen. Menurut percobaan
dari pola aliran di sekitar pipa dan
kondisi ini
sedimen selalu
respon dari sedimen. Bijker dan
bertambah ke lubang scouring
Leuwestien (1984) dalam Chiew
dari bagian upstream karena
(1997)
terjadinya
transpor
kedalaman scour tergantung pada
pada dasar laut. Chiew dan
kecepatan undisturbed flow, diameter
Melville (1987) dalam Chiew
pipa, kedalaman, tinggi pipa dari
(1997)
tingkat dasar laut dan grain size.
sedimen
menunjukkan
bahwa
kedalaman
juga
pipa
bawah
mengatakan
scouring
mempelajari
laut.
Delf
bahwa
Dengan masih berdasarkan pada formulasi dari Kjelsen et. al (1973) dalam Chiew (1997) yang telah dijelaskan di atas maka tim ilmuwan Belanda menemukan formula yaitu: V 2 d s = 0.929 et 2g
3.
Nanyang Technological University Salah satu dari formulasi untuk menghitung
kedalaman
untuk
bawah
pipa
. D 0.78 . d 50
− 0.04
(2.24)
dalam tugas akhir ini yang ada dalam
:
Kedalaman scouring (m)
D
:
Diameter pipa (m)
:
(1991).
Formulasi
ini
didasarkan pada kondisi :
ds
g
adalah
formulasi Nanyang Technological
Chiew
d50 :
laut
University yang akan digunakan
0 .26
dimana:
Vet :
scouring
1.
Clear-water
yaitu
condition,
kondisi dimana tidak terdapat
Kecepatan arus efektif pada pipa (m/s)
tranportasi sedimen upstream lokasi terbentuknya
Ukuran butiran tanah (m) 2
scouring.
Undistrubed shear stress pada
Percepatan gravitasi (m/s )
dasar laut dengan critical shear Ukuran
partikel
tanah
entrainment
sediment.
digunakan yaitu d50 yaitu ukuran diameter butiran partikel tanah atau
untuk
stress
yang
2.
Scouring terjadi dalam kondisi
diameter yang bersesuaian dengan
unidirectional
50% dari berat total yang lolos dari
memberikan shear stress.
akan
current
ayakan yang ditentukan dari kurva distribusi ukuran butiran, d50 sering digunakan untuk menghitung daya dukung
dan
stabilitas
sedimen,
karena d50 adalah nilai tengah dari seluruh
ukuran
butiran
tanah,
sehingga dianggap lebih mendekati dengan
karakteristik
tanah
Ketika
lubang
scouring
ada
antara pipa dan dasar laut, aliran yang datang terpisah menjadi dua bagian. Berdasarkan penelitian yang dilakukan Chiew (1991) untuk aliran di gap pada aliran shallow
open
chennel,
menemukan bahwa jumlah aliran
sebenarnya.
di
gap
tergantung
pada
undisturbed
flow
Kesimpulan utama dari penelitian ini
kedalaman
bahwa
pada
(Yo), diameter pipa (D) dan
unidirectional current selalu lebih
kedalaman scouring (ds). Metode
besar
ini
kedalaman
daripada
yang
scour
di
bawah
dalam
perhitungan
untuk
pengaruh gelombang murni atau efek
memprediksi kedalaman scouring
kombinasi dari gelombang dan arus
dengan
pada tegangan geser dasar laut yang
membandingkan
sama.
yang digunakan mencari untuk
terlebih harga
dahulu Yo/D
harga kecepatan total aliran di
Selanjutnya
harga
kecepatan rata-rata
gap (q’) dengan menggunakan
aliran di bawah pipa dapat ditentukan
grafik, seperti pada gambar di
dengan mengasumsikan lebih dulu harga
bawah ini.
kedalaman scouring, sehingga kecepatan rata-rata di bawah pipa dan harga bed shear stress di lubang scouring juga dapat dihitung,
seperti
dinyatakan
dalam
persamaan di bawah ini: Kecepatan rata-rata di bawah pipa:
Vbot = Gambar 2.6 Grafik q’ terhadap Yo/D (Chiew, 1997)
q bot (d s ) est (2.26)
Dimana q’ merupakan rasio antara qbot dan qo,
dimana:
sedang nilai qo dapat dihitung dengan rumus:
qbot : Debit aliran yang melewati gap persatuan panjang ke arah panjang pipa (m2/det)
q o = Yo x Vet (2.25)
(ds)est: Asumsi kedalaman maksimal dari scouring (m)
dimana : qo
: Debit aliran sepanjang Yo persatuan panjang ke arah panjang pipa (m2/det)
Bed shear stress pada lubang scouring:
: Kecepatan
arus efektif yang bekerja pada pipa (m/det)
Vet
fρ Vbot = 8
τ bot
2
dimana:
SW L
τbot : Tegangan geser pada lubang scouring (Pa) f
: Faktor gesekan dari diagram Moody
ρ
: massa jenis fluida (Kg/m3)
q o
d D
Y O
Faktor gesekan yang diambil dari
diagram
Moody
(Gambar 2.8) berdasarkan harga
L (p an
kekasaran
relative
dibandingkan
dengan
Reynold
dengan
Number
persamaan:
2.2.10
Free Span Akibat Scouring Span pada pipa dapat muncul karena lokal scour dari sedimen dasar laut atau dimana rute pipa melalui dasar
Kekasaranrelative=
Re =
Vbot × d s
e d50 (2.28) = D ds (2.29)
υ
Dimana, υ : viskositas kinematis (m2/s)
laut yang tidak teratur. Ketika arus bawah melewati pipa, secara terpisah vortices terbentuk dari bagian atas dan
bawah
pipa.
Hal
ini
menimbulkan
fluktuasi
gaya
hidrodinamik
dimana
dapat
menghasilkan osilasi yang besar atau span pada arah aliran silang apabila frekuensi vortex shedding mendekati span natural vibration. Kegagalan pipa dimana dapat disebabkan
pergerakan
vortex
dapat dicegah apabila frekuensi vortex shedding adalah cukup Gambar 2.8 Diagram Moudy
jauh dari frekuensi natural dari
(Daugherty R.L, 1985)
bentangan pipa sehingga osilasi
Terakhir bed shear stress yang telah
dinamik pipa dapat diminimalkan.
dihitung dibandingkan dengan critical
Frekuensi vortex shedding dapat
shear stress (τc) yang diambil dari diagram
dituliskan:
Shield, dilanjutkan dengan iterasi sampai nilai τbot = τc.
fs =
S Veff D (2.30)
dimana : fs : frekuensi vortex shedding S : strouhal number Veff : kecepatan arus efektif pada pipa (m/s) D : diameter pipa (m) Strouhal number adalah fungsi dari Reynolds’ number dari aliran arus. Koefisien drag juga fungsi dari Gambar 2.9 Critical Shear Stress – d50 (Chiew,1997).
Reynolds’
number.
Hubungan antara koefisien drag dengan Strouhal number adalah: S = 0.21 / (Cd)0.75
(2.31)
Mc = ρc . 0,25 . π. ( ( Do + 2 . tac + 2 . tc )2 Untuk
masalah
biasanya
praktis
Strouhal
pipa
number
diambil harga 0,2.
( Do - 2 . tac )2) Mf = ρf . 0,25 . π. Do2 Ma = Mp + Mc + Mac + Mf Sehingga kombinasi massa pipa menjadi: M = Ma + Mtambah (2.38) Mtambah = ρsw . 0,25 . π. ( DT ) 2 . L (2.39)
Gambar 2.10 Ilustrasi dari freespan (Mousselli, 1981) Frekuensi natural dari bentangan pipa tergantung dari kekakuan
Dimana: Mp : Mass pipa (kg/m) Mac : Masssa anti corrosion (kg/m) Mc : Massa concrete coating (kg/m) Mf : Massa fluida dalam pipa (kg/m) Ma : Massa pipa diudara (kg/m)
pipa, panjang bentangan pipa dan kombinasi
massa
dari
pipa,
termasuk muatannya dan massa tambah sekitar pipa. Frekuensi natural untuk getaran bentangan pipa diberikan oleh Mousselli (1981) sebagai berikut:
fn =
C L2
EI M
(2.32)
Mousselli (1981) menyatakan bahwa telah diteliti bentangan pipa mulai berosilasi ketika frekuensi shedding 1/3 dari frekuensi natural dari vibrasi bentangan pipa. Untuk tujuan mendesain pipa perbandingan frekuensi vortex shedding lebih kecil 0,7 kali frekuensi natural dari bentangan pipa agar tidak terjadi osilasi. Jadi dapat dituliskan osilasi tidak muncul apabila: f s ≤ 0.7 f n . 3. Metodologi 3.1 Umum
dimana : EI : Kekakuan pipa L : Panjang bentangan (m) M : Kombinasi massa pipa (kg/m) C : Konstanta (tergantung kondisi akhir pipa)
Untuk mencapai penyelesaian masalah dan mendapatkan hasil yang baik maka dalam penelitian
Tugas
Akhir
ini
digunakan
metodologi sebagai berikut : Pengumpulan Data
Sebagai
contoh,
bentangan
bebas
jika
kedua
pipa
ujung
(Data yang diperoleh dari Kerja Praktek)
diasumsikan
berbentuk tumpuan sederhana maka C adalah
π/2.
Jika
kedua
ujung
pipa
Pengolahan Data
(Perhitungan data)
diasumsikan diklem, C adalah 3.5. Kombinasi
massa
pipa
merupakan
gabungan massa pipa di udara dan massa
Analisa dan Pembahasan
(Pengkajian hasil pengolahan data)
tambah pipa, dimana massa pipa di udara adalah total dari massa properties dari pipa seperti yang dirumuskan dalam Mousselli
Menarik kesimpulan dari hasil
analisa dan pembahasan
(1981): Mp = ρp . 0,25 . π. ( Do2 – ( Do – 2 tp )2 ) Mac = ρac . 0,25 . π. ( ( Do + 2 . tac )2 - Do2 )
Gambar 3.1. Diagram Metodologi Penulisan Tugas Akhir
Pengumpulan Data
steady dapat dilihat pada gambar
Data-data yang digunakan diperoleh dari
3.2.
kegiatan
Kerja
Praktek.
Komponen-
Mulai
komponen data yang digunakan adalah sebagai berikut: 1.
Data perairan yang meliputi: •
Kecepatan
arus
murni
Kecepatan arus di lokasi
atau
undisturbed current velocity yang terjadi pada lokasi dan juga kedalaman dari perairan tersebut. •
Vn = V0 cos α
Tinggi dan periode gelombang yang terjadi pada lokasi.
2.
Data tanah dasar laut (seabed) yang
Vmin, Vmean dan Vmax
meliputi: •
Diameter butiran partikel tanah yang bersesuaian dengan 50% lolos
pada
ayakan
yang
2
Vea = 0,778 x v 2 (min/ mean / max)
ditentukan. •
Bathymetri (kontur dasar laut) sepanjang pipa bawah laut yang
STOP
akan ditinjau. 3.
Data pipa bawah laut meliputi: •
Diameter pipa, jenis material pipa
Gambar 3.2. Diagram perhitungan kecepatan efektif arus steady
dan panjang pipa. 2.
Perhitungan kecepatan arus akibat
Pengolahan Data
pengaruh gelombang
Berdasarkan data-data tersbut dilakukan
•
Perhitungan
ini
dimaksudkan
perhitungan-perhitungan yang meliputi:
untuk
1.
Perhitungan kecepatan arus
kecepatan arus yang dipengaruhi
•
Kecepatan arus yang digunakan
oleh gelombang (H), periode
adalah
gelombang (T) dan kedalaman
kecepatan
arus
yang
mengetahui
didapat dari data lingkungan,
(d).
dimana kecepatan arus akibat
digunakan pada region of validity
angin yang diukur 1m di atas
dimana untuk menentukan teori
seabed.
Kemudian
dilakukan arus
Variabel-variabel
besar
tersebut
gelombang yang sesuai dengan kondisi perairan di lokasi. Setelah
perhitungan
kecepatan
efektif.
Langkah-langkah
diperoleh
perhitungan
kecepatan
kemudian dilakukan perhitungan
arus
steady dan kecepatan efektif arus
untuk
teori
menentukan
gelombang
panjang
gelombang dan cepat rambat
Formulasi
kedua
juga
gelombang. Diagram langkah-
menggunakan
data-data
yang
langkah
sama
data-data
pada
perhitungan
panjang
dengan
gelombang (L) dan cepat rambat
metode pertama, tetapi ditambah
(c)
pada
dengan data diameter butiran
gambar 3.3, sesuai dengan besar
partikel seabed (d50). Langkah-
panjang gelombang dan cepat
langkah yang dilakukan dapat
rambat
dilihat pada gambar 3.5.
gelombang
seperti
gelombang,
maka
dilakukan perhitungan kecepatan
Mulai
arus akibat pengaruh gelombang. 3.
Perhitungan
kedalaman
maksimal
scouring •
Vea, D dan d50
Perhitungan ini dilakukan dengan membagi panjang pipa menjadi 6 Kilometer Poin (KP). Kedalaman untuk
scouring
setiap
KP
dihitung dengan menggunakan tiga
formulasi;
University
of
Technical
Norway,
ds = 0,929 V et 2 2 g
0 , 26 0 , 78
D
.d
− 0,4 50
Delf
University of Technology dan Nanyang
STOP
Technological Untuk
University.
formulasi data
Gambar 3.5. Diagram perhitungan kedalaman
kecepatan arus dan kecepatan
scouring dengan menggunakan
arus akibat gelombang, diameter
formulasi kedua
pertama
pipa
digunakan
dan
data
bathymetri.
Langkah-langkah yang dilakukan
Formulasi
dapat dilihat pada gambar 3.4.
dengan
Mulai
ketiga
menggunakan
metode
bersifat
iterasi
yang
menggunakan sama
Vea dan D
dilakukan
pada
data-data formulasi
yang kedua.
Selain itu pada formulasi ketiga ditentukan besarnya kedalaman arus (flow depth) berdasarkan
ds = 0,972
2
V
et
2
g
0
, 2
D
0
, 8
asumsi
dan
juga
estimasi
kedalaman maksimal scouring. STOP
Gambar 3.4. Diagram perhitungan kedalaman scouring dengan menggunakan formulasi pertama
Langkah-langkah yang dilakukan dalam perhitungan dapat dilihat pada gambar 3.6.
efektif yang bekerja pada pipa di lokasi
Mulai Vea, D, d50, Y0
terjadinya
digunakan
untuk
frekuensi
vortex
scouring menghitung shedding.
Kemudian
dilakukan
penghitungan panjang bentangan bebas dan frekuensi natural pipa
q0 = Y1 x Vea
dengan
cara
terdapat syarat
qbot = q’ x q0 (q’ dari diagram Y0/D)
iterais
dimana
fs ≤ 0.7 fn. Nilai
koefisien tumpuan dari bentangan sebesar 1,57 karena bentangan pipa
dsest
diasumsikan
dengan
tumpuan
ditumpu sederhana.
Langkah-langkah yang dilakukan
Menghitung kecepatan arus di lubang scouring q Vbot = bot (d s )est
dapat dilihat pada gambar 3.7. IV. Analisa 4.1
τ c dari diagram Shield
τ bot
Data-data
Data yang digunakan dalam Tugas Akhir ini adalah data pipa bawah laut milik Hess (PangkahIndonesia), digunakan untuk distribusi gas dari Wellhead Platform A di perairan Ujung Pangkah menuju Gresik Onshore Processing facility (OPF) seperti pada gambar 4.1
f dari diagram Moudy
fρ Vbot = 8
dan Pembahasan
2
τ bot = τ c Tidak STOP Gambar
3.6.
Diagram
kedalaman
perhitungan dengan
scouring
Perhitungan kecepatan arus efektif pada pipa
menggunakan formulasi ketiga 4.
Perhitungan
panjang
freespan
(bentangan bebas) •
2
Perhitungan panjang bentangan bebas perhitungan
Kecepatan efektif arus dirumuskan sebagai berikut:
dimulai kecepatan
dengan arus
karena
gelombang
2
Vew = 0.778 x Vw x ( D / y ) c.286 Arus efektif total merupakan hasil penjumlahan dari arus efektif yang dihasilkan gelombang dengan
arus efektif yang dihasilkan oleh arus steady. Dengan Vw merupakan kecepatan arus yang bekerja pada kedalaman y0 yang besarnya 1,2 m dan D merupakan diameter pipa. Maka Perhitungan kecepatan efektif arus steady pada pipa dilakukan dengan menggunakan data 1 tahunan dan 100 tahunan seperti pada table di bawah ini:
4.3.2 Delft University of Technology Bijker dan Leuwestien (1984) dalam Chiew (1997) mengatakan bahwa kedalaman scour tergantung pada kecepatan undisturbed flow, diameter pipa, kedalaman, tinggi pipa dari tingkat dasar laut dan grain size. Dengan masih mengacu pada formulasi sebelumnya tetapi dalam formulasi sekarang ditambahkan variabel diameter butiran tanah yaitu d50 sebagai faktor yang juga berpengaruh pada perhitungan kedalaman scouring yang nilainya 0.03. Hasil dari perhitungan scouring dengan data 1 tahunan dan 100 tahunan dapat dilihat pada tabel di bawah ini:
Tabel 4.8 Kecepatan Arus Steady (1 y) D (m)
d
c
e 2 kd H/L
0.4064 0.4064 0.4064 0.4064 0.4064
30.3 35.3 30.3 35.3 30.3
13.66 13.66 13.66 13.66 13.66
0.25 0.25 0.25 0.25 0.25
4 .2
0.022 0.022 0.022 0.022 0.022
U* 0.089 0.0997 0.1104 0.1246 0.1389
Vew 0.0424 0.0464 0.0505 0.056 0.0615
P ERHI T U NG AN S C OU RI N G 4.3.1 TECHNICAL UNIVERSITY OF NORWAY Kjeldsen et. al. (1973) dalam Chiew (1997) melakukan percobaan flume di laboraturium untuk meneliti local scour di sekitar pipa bawah laut pada kondisi undirictional current (arus dalam segala arah) dengan live-bed condition atau dimana lingkungan terjadi transportasi sedimen. Menurut percobaan, kondisi ini selalu menghasilkan penambahan sedimen ke lubang scouring dari bagian upstream karena terjadinya sedimen transpor pada dasar laut. Chiew dan Melville (1987) dalam Chiew (1997) menunjukkan bahwa kesetimbangan kedalaman scour pada live-bed condition lebih kecil daripada clear-water condition. Percobaan ini menghasilkan formulasi untuk menghitung kedalaman scouring:
Vet 2 d s = 0.972 2g
0.2
D 0.8
KP
Hasil dari perhitungan scouring dengan 1 menggunakan data 1 tahunan dan 100 tahunan untuk Technical University 2 of Norway dapat dilihat pada table di bawah:3 4 Tabel 4.9 Perhitungan Scouring Technical 5 University of Norway (100 y) D D (m) D0.8 Vet ds (inch) (m/s) KP 1 2 3 4 5
16 16 16 16 16
0.4064 0.4064 0.4064 0.4064 0.4064
0.487 0.487 0.487 0.487 0.487
0.0111 0.0099 0.0102 0.0111 0.0121
0.076 0.079 0.082 0.086 0.090
Tabel 4.10 Perhitungan Scouring Delft University of Technology (1 y) Vet d50 ds D D (m) D0.78 (m/s) (inch) KP 1 16 0.4064 0.495 0.0462 0.03 0.044 2 16 0.4064 0.495 0.0512 0.03 0.047 3 16 0.4064 0.495 0.0561 0.03 0.048 4 16 0.4064 0.495 0.0631 0.03 0.051 5 16 0.4064 0.495 0.0702 0.03 0.054 4.3.3 Nanyang Technologycal University (1 y) Dalam perhitungan ini digunakan undisturbed flow depth, variasi y0 = 1,061,22 yang diambil berdasar acuan dari Mouselli (1981). Hasil perhitungannya dengan menggunakan data 1 tahunan dan 100 tahunan dapat dilihat pada table di bawah ini: Tabel 4.11 Perhitungan Scouring Nanyang Technologycal University (1 y) Vet dest d50 f D (m) τc (m/s) (m) (m)
τ bot
0.4064 0.4064 0.4064 0.4064 0.4064
0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
4 .3
0.0462 0.0512 0.0561 0.0631 0.0702
0.009 0.014 0.012 0.014 0.051
0.03 0.03 0.03 0.03 0.03
0.007 0.0072 0.0074 0.0076 0.0077
P ANJ ANG B E NT AN G AN B EB AS 4.4.1 Perhitungan Vortex Sheding (1 y)
Menghitung Vortex Shedding (1 y) fs = S . Ueff / D
S = 0.21 / C d Dimana S:
Cd = 1.3 0.75
=
0.17248915
0.01 0.01 0.01 0.01 0.01
Tabel 4.12 Perhitungan Vortex Shedding (1 y) Vet (m/s) KP D (m) fs 1 0.4064 0.0462 0.0196 2 0.4064 0.0512 0.0217 3 0.4064 0.0561 0.0238 4 0.4064 0.0631 0.0268 5 0.4064 0.0702 0.0298
fn =
Tabel 4.14 Perhitungan Panjang Bentangan Bebas (1 y)
Menghitung Vortex Shedding (100 y)
S = 0.21 / C d
Cd = 1.3 0.75
Dimana S:
4 .4 .3
=
EI M
Dimana pada perhitungan konstantan natural pipa yang diambil 22,2 karena kondisi ujung bentangan pipa adalah jepit – jepit. Berikut panjang bentangan bebas dapat dilihat pada table 4.18.
4.4.2 PERHITUNGAN VORTEX SHEDDING (100 Y)
fs = S . Ueff / D
C L2
0.17248915
P ERHI T U NG AN M AS S A P I P A Dalam analisa frekuensi natural pada pipa terdapat factor massa total dari pipa tersebut, maka massa total pipa dihitung terlebih dahulu.
D m
L
E , I (1 y)
ML4
fn (1 y)
0,7 fn (1 y)
0.406
18
6.02E+05
314838618
1.52
1.07
0.406
19
6.02E+05
409199823
1.34
0.94
0.406
20
6.02E+05
524916302
1.18
0.83
0.406
21
6.02E+05
665419864
1.05
0.73
0.406
22
6.02E+05
834491374
0.94
0.66
4.4 Pembahasan Berdasarkan hasil perhitungan dan setelah dianalisa berdasarkan kecepatan arus akibat pengaruh gelombang dan arus steady, maka diperoleh: f ≤ 0.7 f
Mp = ρp . 0,25 . π . (D02 – (D0 – 2 tp)2)
s
n
Grafik 4.5a Grafik Kedalaman Scouring Tanpa Variasi D
Mac = ρac . 0,25 . π . (D0 + 2 . tac)2
Grafik Kedalaman Scouring Tanpa Variasi D
2
2
Mc = ρc . 0,25 . π ( (D0 + 2 . tac + 2 . tc) – (D0 – 2 . tac) )
Kedalaman Scouring
0,1
Mf = ρf . 0,25 . π . D02
0,08 Norway
0,06
Delft 0,04
Nanyang
0,02 0 0,0462292 0,0511631 0,0561306 0,0631343 0,0702158
Ma = Mp + Mc + Mac + Mf
Kecepatan Arus
Tabel 4.13 Massa Pipa Mp
Mac
Mc
Mf
Mad
Grafik 4.5b
M
kg/m
kg/m
kg/m
kg/m
kg/m
kg/m Kedalaman Scouring Tanpa Variasi D Grafik
115.715963
1.3423735
344.7645
3.12
2534
2999.149
115.715963
1.3423735
344.7645
3.12
2674
3139.938
115.715963
1.3423735
344.7645
3.12
2815
0,25 3280.727
115.715963
1.3423735
344.7645
3.12
2956.
3421.516
115.715963
1.3423735
344.7645
3.12
3097
3562.305 0,1
4.4.4 Perhitungan Frekuensi Natural Pipa Panjang bentangan bebas yang terjadi dihitung dengan cara iteratif melalui perhitungan frekuensi natural pipa dengan melihat syarat osilasi yang terjadi pada bentangan bebas dengan syarat. Sedang frekuensi naturalnya adalah:
Kedalaman Scouring
Grafik Kedalaman Scouring Dengan Variasi D
0,2
Norway
0,15
Delft Nanyang
0,05 0 0,0462292 0,0511631 0,0561306 0,0631343 0,0702158 Kecepatan Arus
Gambar 4.5a memperlihatkan bahwa untuk tiap zona dimana dengan diameter dan hanya pengaruh dari kecepatan arus efektif dan pada grafik 4.5b memperlihatkan selain pengaruh
keepatan arus juga dipengaruhi oleh variasi diameter. Kedalaman scouring maksimal yang dihasilkan oleh formulai nanyang pada kedua analisa diatas mempunyai pertimbangan pengaruh kecepatan efektif yang bekerja pada pipa. Hal ini dikarenakan kecepatan efektif pada pipa berpengaruh pada kecepatan penggerusan sehingga akan mencapai kedalaman yang maksimal. Dengan nilai penggerusan maksimal maka akan menghasilkan panjang bentangan bebas maksimal pula dan dapat pula menyebabkan pipa mengalami osilasi sehingga akhirnya patah.
V Kesimpulan dan Saran 5.1. Kesimpulan Kesimpulan yang dapat diproleh dari penelitian dan analisis pada tugas akhir ini adalah: 1.
Formulasi yang sesuai untuk perhitungan kedalaman
adalah
scouring
formulasi
Nanyang dikarenakan parameternya telah menggunakan Dengan
diameter
formulasi
butiran
tersebut
tanah.
diperoleh
kedalamn scouring untuk pipa dengan diameter 406.4 mm adalah:
2.
Zona I
: 0.00999 m
Zona II
: 0.011 m
Zona III
: 0.012 m
Zona IV
: 0.014 m
Zona V
: 0.049 m
Hasil analisa VIV diketahui bahwa frekuensi natural span pada pipa lebih besar dari frekuensi vortex. Aliran vortex yang terjadi pada disekitar pipa kurang teratur karena harga Reynold number antara 1.25.104 ~ 3.27.103. Hasil ini menunjukkan bahwa pipa akan aman dioperasikan dari osilasi akibat vortex.
3.
Panjang maksimum
bentangan yang
bebas
diijinkan
(freespan) akibat
dari
scouring agar tidak terjadi osilasi dengan pipa berdiameter 406.4 mm adalah: 21.28 m, 22.41 m, 22.34 m, 18.04 m, 19.41 m, 19.65 m, 20.17. Panjang span yang diijinkan adalah panjang span yang terpendek dari perhitungan untuk diterapkan di lapangan.
IV. DAFTAR PUSTAKA Andersen et al. (2005). Design and Installation of Marine Pipelines. Blackwell Science
Mouselli, A. H. (1981). Offshore Pipeline Design, Analysis and Methods. PennWell Books. Oklahoma.
Limited, Oxford, UK.
American Society Of Mechanical Engineers (2003). ASME B31.8: Gas Transmission
Naess, A. Almar. (1985). Fatigue Hanbook Offshore Steel Structure. Trondheim.
and Distribution Piping Systems. The American Society of Mechanical Engineers,
Palmer, A.C., 1981, ”Movements Of Submarine Pipelines close To Platforms”.
USA.
Offshore Technology Conference. Houston Bai, Y. (2001). Pipeline and Riser. Elsevier Soegiono,
Science Ltd, Oxford. UK.
(2006),
“Pipa
Laut”,
Airlangga
University Press, Surabaya. DEP 31.40.10.15-Gen. (1997). Analysis of Spans for Submerged Pipelines. Shell.
Offset. Yogyakarta
Netherland
DNV
RP
F105.
Triatmodjo, B.(1999). Teknik Pantai. Beta
(2002).
Recommended
Practices for Freespanning Pipelines. Det Norske Veritas, Norway.
Hertia,
Arisanti. (2003), ”Studi Estimasi
Scouring dan Freespans Pada Pipa Bawah Laut
PT.
Exxonmobil
Tuban,Jawa Timur. Surabaya Guo, Boyun. et al (2005). Offshore Pipelines. Gulf Profesional Publishing, Burlington. USA.
J.P. Kenny & Partner Ltd, 1993, “Structural
Analysis of Pipeline Spans”. HSE Books. USA
Kaye, David et al.(1994). Freespan Analysis, correction method saves time on North Sea project. Oil and Gas Journal. Tulsa.
Wiyono, Agung (2006). Perbandingan Beberapa Formula Gerusan di Sekitar Pilar.
http://www.ftsl.itb.ac.id/wp-
content/uploads/2007>
di
Perairan
