ANALISA GEOHAZARD TERHADAP JALUR PIPA GAS BAWAH LAUT PGN LABUHAN MARINGGAI - MUARA BEKASI Annisa Hanimadhania , Dr. Ir. Wahyudi, M.Sc.b, Kriyo Sambodho,ST.M.Eng.Ph.Db a
Mahasiswa S1 Jurusan Teknik Kelautan-FTK-ITS, b Dosen Jurusan Teknik Kelautan-FTK-ITS,
Abstrak Pipa g as b awah l aut d alam masa o perasionalnya d apat mengalami k egagalan a kibat geohazard. A ktivitas geologi yang membahayakan (geohazard) pada pipa dapat berupa gempa bumi atau longsoran tanah bawah laut (submarine landslide). A ktifitas t ersebut b erpotensi menimbulkan ga ngguan t erhadap i ntegritas p ipa. B eban impact dari longsoran tanah dan beban gempa dapat mengakibatkan kegagalan sistem perpipaan. Tugas akhir ini membahas tentang bahaya gempa bumi dan submarine landslide pada pipa gas bawah laut. Analisa geohazard ini penting untuk mengetahui sejauh mana kekuatan pipa dapat bertahan akibat beban gempa bumi dan jatuhan longsoran tanah. Pemodelan pi pa da n be ban dilakukan de ngan menggunakan software Autopipe. A nalisa p ada Autopipe digunakan analisa statis. Code yang digunakan adalah DNV RP OS F101 “Submarine Pipeline System - 2000”. Pada pemodelan pipa untuk analisa beban gempa digunakan KP 10- KP 73 dan model beban gempa divariasikan dari 0,05 g - 1 g. Sedangkan pemodelan pipa untuk analisa beban submarine landslide digunakan KP 110 – KP 112 dan model beban longsoran tanah diasumsikan sebagai beban merata. Hasil perhitungan dan pemodelan pipa menunjukkan bahwa pipa tidak memenuhi code DNV pada saat PGA mencapai 0 ,95 g. R asio t egangan menunjukkan 1 ,04 d i KP 10 . S edangkan volume l ongsoran t anah yang mungkin terjadi sebesar 14.928,60 m 3 per satu meter lebar. Pipa KP 110 – KP 112 juga tidak memenuhi code DNV d titunjukkan d ari maksimum r asio t egangan a kibat b eban longsoran t anah di KP 110 y aitu s ebesar 6334,78. Kata-kata kunci: Geohazard, submarine landslide, gempa, pipeline, Autopipe 1. Pendahuluan Indonesia merupakan salah satu negara dengan kondisi ge ologi ya ng rawan t erjadi bencana al am. Kondisi tersebut menyebabkan instalasi pipa bawah laut d i I ndonesia menjadi r awan t erhadap ak tivitas geologi ya ng m embahayakan (geohazard). Aktivitas geologi tersebut antara lain seperti gempa bumi, t anah l ongsor, pe rgerakan tanah, gunung meletus ya ng semuanya d apat m engancam keberlangsungan operasi pipa. Risiko terberat yang harus di tanggung ol eh pi pa ba wah l aut a dalah kegagalan pipa yang mengakibatkan terhentinya proses distribusi. Jalur p ipa ga s L abuhan M aringgai-Muara Bekasi merupakan j alur p ipa offshore milik P T Perusahaan Gas Negara (persero) Tbk (PGN). Jalur pipa ini merupakan bagian dari jalur pipa transmisi yang mengalirkan gas d ari S umatra S elatan (sumber gas dari Pertamina dan Conoco Philips) ke Jawa B arat da n m emiliki pa njang 160 k m de ngan diameter pipa 32 inchi. Rute yang dilalui jalur pipa gas b awah l aut Labuhan M aringgai-Muara B ekasi tergolong dalam profil seabed yang halus. Apabila j enis t anah yang halus ( fine-grain sediment) d engan kemiringan ( slope) seabed yang curam, l ongsoran t anah b awah l aut m ungkin s aja terjadi. K etidakstabilan ta nah te ntunya d apat
menyebabkan kegagalan pada pipa. Selain itu rute yang dilalui pipa gas bawah laut membentang Selat Sunda, d imana t erdapat j alur p atahan l empeng bumi a ktif yang r awan ge mpa. B ahaya yang mungkin d ialami p ipa g as bawah la ut Labuhan Maringgai-Muara B ekasi ak an l ebih b esar d engan adanya gempa. Pipa dapat mengalami buckling dan kemudian terjadi kebocoran (leakage). Dalam p enelitian i ni p ermasalahan a kan lebih difokuskan un tuk menganalisa bahaya a kibat geohazard yang m enimpa pipa gas bawah laut Labuhan M aringgai-Muara B ekasi. Pada a khirnya diperoleh nilai maksimum b eban a kibat geohazard yang menyebabkan ke gagalan p ipa ga s b awah l aut Labuhan Maringgai-Muara Bekasi. 2. Dasar Teori 2.1 Geohazard Geohazard dapat d iartikan s ebagai s uatu fenomena f isik l ingkungan seperti ge mpa b umi, tanah l ongsor, p ergerakan t anah, a ktivitas s eismik, dll yang dapat mengancam keberadaan struktur buatan manusia. Geohazard pada bawah laut dapat berupa submarine landslide, submarine fault, daerah d engan tekanan t inggi, mud flows dan shallow gas or water accumulation. Hal ini sangat membahayakan i nstalasi-instalasi d i l epas p antai
karena da pat mengurangi k estabilan ba hkan menjadi penyebab tsunami.
Gambar 1. Geohazard Pada Instalasi Bawah Laut (Norwegian Journals, 2006)
2.2 Gempa Bumi Gempa bumi adalah suatu gerakan tiba-tiba atau suatu r entetan gerakan tiba-tiba d ari tanah dan bersifat t ransient yang b erasal d ari s uatu d aerah tersebar d an menyebar d ari titik tersebut ke s egala arah (Zein MT, 2001). Energi dalam j umlah besar yang dilepaskan selama terjadinya gempa kemudian menjalar di bumi seperti b eragamnya j enis g elombang s eismik dengan variasi frekuensi getaran dan amplitudo yang be rbeda-beda. P artikel-partikel g etaran gelombang t ersebut m emiliki k ecepatan dan menimbulkan g aya a kibat percepatan g ravitasi. Gaya yang paling memberikan pengaruh signifikan terhadap s truktur, manusia d an l ingkungannya dihasilkan d ari strong ground motion. Besarnya ground motion yang d itimbulkan a kibat gempa dapat d iketahui d ari d ata yang t ercatat p ada seismograph atau accelerograph.
tahun ke jadian. P ada ko ndisi i ni t egangan yang d ihitung mungkin melebihi t egangan yang d iijinkan te tapi struktur tid ak b oleh runtuh. 2.3 Submarine Landslide Submarine landslide atau k elongsoran s eabed merupakan mekanisme t ranspor s edimen e kstrim dari l ereng p antai d an l ereng yang l ebih c uram sampai l aut da lam, yang um um da n yang pa ling efektif (Hampton et al.1996). Submarine landslide dapat d iidentifikasi d engan dua c iri : P ertama, adanya ar ea yang t erpisah s eperti p ermukaan pecahan, slope tanah yang c uram. Kedua, a danya material d alam v olume b esar y ang t erpindahkan, dimana umumnya mengalami p erubahan p erilaku antara a wal d an waktu ak hir p engendapan (Hampton, 1972).
Gambar 3. Hubungan antara penyebab dan akibat kejadian submarine landslide (Parsons and Nittrouer, 2004)
Submarine landslide dapat terjadi akibat getaran gempa bumi a tau terjadinya badai gelombang l aut dan j atuhan a tau l ongsoran tanah t ersebut d apat mengalir hingga j arak ya ng c ukup j auh (Hampton,1996). P erlu di ingat l agi ba hwa submarine landslide adalah l ongsoran yang membawa dua f ase m aterial y aitu, fase solid dan fase liquid. Sehingga submarine landslide memiliki kekuatan yang cukup besar untuk merusak instalasi bawah laut.
Gambar 2. Sebaran Peak Ground Acceleration
Menurut B altrop & A dams ( 1991), a da 2 pendekatan yang kini t elah d iterima o leh d unia perancangan s truktur. S truktur d idesain untuk 2 level gempa, sebagai berikut : 1. Strength Level Earthquake (SLE), y aitu gempa bumi dengan kejadian 100 – 200 tahun kejadian. P ada ko ndisi i ni t egangan yang dihitung t idak bol eh melebihi t egangan yang diijinkan pada struktur. 2. Ductility Level Earthquake (DLE), yaitu gempa bumi dengan kejadian 500 – 5000
Gambar 4. Sketsa submarine landslide menimpa pipa gas bawah laut
2.4 Perhitungan Area Longsoran Suatu massa l ongsoran da pat dihitung luasannya d engan mengetahui b esaran p anjang longsoran L da n ketinggian slope H a tau kedalaman s eabed ( submarine slope). M elalui perhitungan i ntegrasi numerik d engan metode ”Simpson”, ar ea massa l ongsoran d ibagi menjadi pias-pias yang lebih kecil dengan jarak yang sama.
Gambar 4. Ketinggian slope (H), panjang jarak longsoran (L) (Amiruddin et al, 2005)
Integrasi s uatu fungsi adalah o perator matematik yang penting dan dipresentasikan dalam bentuk : b
I = ∫ f ( x)dx
……………….. (1)
(11)
a
2.5 Buckling Karakteristik tahanan untuk tekanan luar kritis (Pc) yang dapat membuat sistem collapse dihitung dengan menggunakan formulasi berikut: D ( Pc − Pel ).( Pc 2 − Pp 2 ) = Pc.Pel.Ppf 0 ………….. (2) t2
dimana:
2E t 2 3 . 1− v2 D t Pp = 2. f yα fab 2 D
Pel =
Dmax − Dmin D
f0 =
……………….. (3)
, tidak berlaku jika <0.005 (0.5%) ……………….. (4)
t2= t – tcorr
Tekanan luar kritis (Pc) harus memenuhi syarat: pe ≤
pc 1.1.γ m .γ SC
Gambar 5. Bagan alir penelitian
4. Hasil dan Pembahasan Berikut data-data yang digunakan dalam analisa penelitian ini:
……………….. (5)
Untuk m enghitung perambatan ( propagation) buckling digunakan persamaan: t Ppr = 35 f yα fab 2 D
2.5
……………….. (6)
Ketentuan yang berlaku: Pe ≤
Ppr
……………….. (7)
γ m γ SC
Gambar 6. Seabed Profile tiap KP
2.8 Tegangan Hoop dan Von misses Tegangan Hoop : σ h = ( pi − p e )
η=
D − t1 (8) ) ≤ η (SMYS − f y ,temp……………….. 2t1
2.α U 3.γ m γ sc γ inc
atau dari tabel DNV …..……….. (9)
Tegangan Von misses : σ e = σ h2 + σ L2 − σ h .σ L + 3τ 2
……….. (10)
3. Metodologi Gambar 7. Pipa gas bawah laut yang diteliti
Tabel 1. Data tanah lokasi penelitian P (km) - 12 2 -55 5 - 56 6 - 68 8 -70 0 - 74
tipe tanah refleksitifitas sedang dan dominasi pasir berkoral refleksitifitas rendah, butiran halus, lanau berpasir refleksitifitas sedang, butiran kasar s/d halus, dominasi kerikil refleksitifitas rendah, butiran halus, lanau berpasir refleksitifitas sedang, butiran kasar s/d halus, dominasi kerikil refleksitifitas rendah, butiran halus, lanau berpasir
refleksitifitas rendah, butiran halus, lanau berpasir. 09 - 111 Terdapat pipa crossing. refleksitifitas rendah, butiran halus, lanau berpasir tapi 11 - 112 terlihat karang
PIPELINE OUTSIDE DIAMETER PIPELINE WALL THICKNESS INTERNAL CORROSION ALLOWANCE PRODUCT SPESIFY GRAVITY CORROSION COATING THICKNESS CONCRETE COATING THICKNESS CORROSION COATING DENSITY CONCRETE COATING DENSITY CORROSION CUTTING CUTBACK CONCRETE CUTTING CUTBACK FIELD JOINT MATERIAL DENSITY LINEPIPE’S SMYS YOUNG’S MODULUS OF ELASTICITY COEFFICIENT OF THERMAL EXPANSION PIPELINE AMBIENT TEMPERATURE PIPELINE INTERNAL PRESSURE PIPELINE DESIGN TEMPERATURE HYDRODYNAMIC FORCE ON PIPELINE SPAN LENGTH
UNITS mm mm mm mm mm 3 Kg/m 3 Kg/m mm mm 3 Kg/m 2 N/mm 2 N/mm o mm/mm. C o C 2 N/mm o C N/m m
EMPTY 812 15 1 0 2.1 85 1280 3044 275 350 1440 448 2.00E+05 1.17E-05 24 0 50 0 0
Shear strength (kN/m2) 64.87 64.87 64.87
Wet soil unit wt (mg/m3) 1.55 1.55 1.55
64.87 64.87
1.55 1.55
64.87 64.87
1.55 1.55
64.87
1.55
Gambar 11. Grafik Area KP 110-KP 112 Sygmaplot
OPERATING HYDROTEST 812 812 15 15 1.5 1.5 0.02 1 2.1 2.1 85 85 1280 1280 3044 275 350 1440 448 2.00E+05 1.17E-05 24 7.24 31 0 0
3044 275 350 1440 448 2.00E+05 1.17E-05 24 7.6 50 0 0
TYPE “1” FOR RESTRAINED PIPELINE & TYPE “2” FOR UNRESTRAINED PIPELINE ALLOWABLE STRESS (% SMYS) :
1
1
1
EQUIVALENT STRESS
72
50
100
Gambar 9. Data perpipaan yang diteliti
a
4.1 Perhitungan Volume Dari g ambar p eta kedalaman d ibawah ini, kemudian d iplotkan menjadi titik -titik d ata. T itiktitik d ata d iplotkan s esuai a lur p eta d iatas, kemudian diolah menggunakan Sygmaplot 11.0.
Tabel 2. Plot data KP 111 – KP 112 dengan Sygmaplot 11.0 DEPTH DEPTH POSITIF KP (m) KP (m) (m) (m) 0.00 -78.79 0.00 110,664.97 111,060.91 395.94 -78.27 0.53 111,192.89 527.92 -77.57 1.23 111,192.89 527.92 -76.43 2.36 111,192.89 527.92 -75.29 3.50 111,522.84 857.87 -74.77 4.03 111,588.83 923.86 -73.89 4.90 111,522.84 857.87 -73.10 5.69 111,522.84 857.87 -72.14 6.65 111,522.84 857.87 -71.09 7.70 111,588.83 923.86 -69.51 9.28 111,654.82 989.85 -67.59 11.21 111,654.82 989.85 -65.84 12.96 111,720.81 1,055.84 -64.26 14.53 111,720.81 1,055.84 -62.68 16.11 111,720.81 1,055.84 -61.28 17.51 111,720.81 1,055.84 -60.23 18.56 111,720.81 1,055.84 -58.66 20.14 111,720.81 1,055.84 -57.43 21.36 111,720.81 1,055.84 -56.03 22.76 111,918.78 1,253.81 -54.98 23.81 112,116.75 1,451.78 24.86 -53.93 112,116.75 1,451.78 -52.97 25.83 112,116.75 1,451.78 -51.65 27.14 112,050.76 1,385.79 -50.52 28.28 112,182.74 1,517.77 -49.82 28.98
Area di bawah kurva di peroleh da ri grafik berupa ha sil l angsung p erhitungan d ari p rogram Sygmaplot 11.0. =
14,928.60
m2
VOLUME =
14,928.60
m3 per 1 m lebar
AREA
Gambar 10. KP 110-KP 112
4.2 Perhitungan Massa (Berat Longsoran Tanah) Kerapatan jenis tanah jenuh (saturated) rsat = (G + e) ρ sω
s
1+ e Gs =
(Gs + e) ρ sω 1+ e
……….. (11)
……….. (12)
Dengan : kerapatan air
rw
=1
kerapatan air laut
rsw
= 1.025 ton/ m3
Gs
= berat jenis tanah (kg/m3)
e
= angka pori tanah
gsat
= berat jenis tanah jenuh air (N/m3)
g
= percepatan gravitasi (m/s2)
gsw
= berat jenis air laut (N/m3)
gsw
ton/ m3
= rsw x g
Gambar 13. Displacemen sumbu-x pipa KP 10-KP 73 pada 0.05g
= 1.025 x 9.81 = 10.05525 kN/m3
wet soil unit weight gsat (N/m3) gsat
= 1.61 mg/m3 = 1.55 mg/ m3
= 1.58E-05 N/ m3 = 1.52E-05 N/ m3
Dengan menggunakan pe rsamaan ( 11) di peroleh nilai kerapatan massa jenis tanah tersaturasi. Maka, kerapatan massa jenis tanah tersaturasi : rsat
= 0.807576 ton/m3
Setelah d idapatkan n ilai k erapatan massa j enis (densitas), hitungan selanjutnya yaitu mencari nilai berat t anah ( ton). M enggunakan p ersamaan d i bawah ini : Massa :
m m
= rsat x V = 12055.97
ton
Maka d iperoleh be rat l ongsoran tanah yang diperkirakan jatuh m= 12055,97 ton 4.3 Hasil pemodelan Berikut ini contoh pemodelan pipa KP 10 – KP 73 yang dikenai gempa 0.05 g.
Gambar 14. Rasio tegangan pipa KP 10-KP 73 pada 0.05g
4.4 Analisa Hasil Pemodelan Setelah a nalisa s tatis d ijalankan, p ipa a kan menerima p embebanan d an merespon b erupa sejumlah ni lai t egangan yang d ialami pipa. pa da Autopipe a kan d itampilkan n ilai-nilai t egangan tertentu yang b erhubungan dengan p embebanan yang diberikan. Tegangan yang ditampilkan berupa hoop stress, combine stress dan von misses stress. Selain i tu, g aya, momen d an d isplacemen ak ibat pembebanan juga akan ditampilkan.
Force vs PGA
Force (N)
0,05 0,15 0,25 0,35 0,45 0,55 0,65 0,75 0,85 0,95
Gambar 12. Displacemen sumbu-y pipa KP 10-KP 73 pada 0.05g
600000 400000 200000 0 -200000 -400000 -600000 -800000 -1000000 -1200000 -1400000 -1600000
Fx Fy Fz
PGA (g)
Gambar 15. Grafik gaya
yang dialami pipa KP 10KP 73
Nilai gaya p ada s umbu-x da n pa da s umbu-y adalah nilai maksimum dari semua titik pipa yang dimodelkan. Pada grafik dapat dilihat bahwa untuk sumbu-y nilai ga ya meningkat s ecara p ositif. Sedangkan p ada g aya yang bekerja d i s umbu-x, meningkat secara negatif. Untuk gaya pada sumbuz yaitu d ata kedalaman l aut, t idak t erjadi ad anya
perubahan l inier. G aya p ada s umbu-z s ebesar 104846 N da n c enderung sama di t iap n ilai P GA yang di bebankan. Hal i ni d iakibatkan, a sumsi penjalaran gelombang gempa yang menjalar secara horisontal b ukan naik-turun sesuai kedalaman pipa yang berubah-ubah. Peningkatan ni lai ga ya p ada m asing-masing sumbu terjadi s eiring dengan meningkatnya be ban gempa yang d iberikan. M akna ni lai ga ya ne gatif dan gaya positif hanya sebatas arah gaya saja. Nilai gaya i ni a dalah ga ya yang d iakibatkan b eban gempa dalam satuan Newton (N).
Tabel 4. Plot data KP 111 – KP 112 dengan Sygmaplot 11.0
PGA (g)
Mx 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95
Tabel 3. Plot data KP 111 – KP 112 dengan Sygmaplot 11.0
MOMENT (N.m) TOTAL My Mz -171 350891 177987 392984 -343 350960 354173 498513 -514 351028 531260 636643 -685 351096 708347 790463 -857 351165 885433 952402 -1028 351233 1062520 1118940 -1200 351301 1239607 1288294 -1371 351370 1416693 1459486 -1542 351438 1593780 1631035 -1714 351506 1770866 1805283 -1885 351575 1947953 1979293 -2056 351643 2125040 2153805 -2228 351711 2302126 2318705 -2399 351780 2479213 2503913 -2570 351848 2656300 2679367 -2742 351917 2833386 2855024 -2913 351985 3010473 3030847 -3085 352053 3187559 3206808 -3256 352122 3364646 3382888
4.5 Displacemen pipa KP 10-KP 73 Nilai de formasi memanjang pi pa yang ditampilkan adalah n ilai maksimum dalam s atuan milimeter (mm) y ang m erupakan h asil pemodelan dari titik K P 1 0 – titik K P 7 3 a kibat variasi b eban gempa. D eformasi t erbesar dicapai ak ibat b eban gempa maksimum 0. 95 g , y aitu s ebesar 676. 526 mm pada sumbu-y.
displacement x Tidak jauh b erbeda d engan h asil momen p ada pipa a kibat b eban ge mpa. M omen yang d ihasilkan juga mengalami p erubahan l inier s eiring d engan peningkatan nilai beban gempa.
displacement (mm)
0,7
Moment vs PGA
0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95
0
PGA (g)
My
Gambar 16. Grafik
Mz
displacemen sumbu-x pipa KP 10- KP 73
Mx
displacement y PGA (g)
yang dialami pipa KP 10KP 73
Peningkatan ni lai ga ya p ada m asing-masing sumbu terjadi s eiring dengan meningkatnya beban gempa yang d iberikan. M akna ni lai ga ya ne gatif dan gaya positif hanya sebatas arah gaya saja. Nilai gaya i ni a dalah ga ya yang d iakibatkan b eban gempa dalam satuan Newton (N).
800 700 600 500 400 300 200 100 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95
Gambar 15. Grafik gaya
displacement (mm)
Moment (N.m)
0,05 0,15 0,25 0,35 0,45 0,55 0,65 0,75 0,85 0,95 4000000 3500000 3000000 2500000 2000000 1500000 1000000 500000 0 -500000
PGA (g)
Gambar 17. Grafik
displacemen sumbu-y pipa KP 10- KP 73
Sumbu-z tidak mengalami p erubahan l inier seiring dengan bertambahnya beban gempa. Hal ini diakibatkan ar ah p enjalaran g empa t idak mempengaruhi t ingkat k edalaman te mpat p ipa diletakkan ( sumbu-z = k edalaman l aut). Arah penjalaran gempa hanya bergerak di arah horisontal saja. S ama s eperti an alisa gaya yang d ihasilkan beban g empa. N ilai p ada s umbu-z t idak b erubah. Walaupun be ban g empa di asumsikan ke 3 a rah (x,y,z) di splacemen di s umbu-z b ernilai kecil d an tidak berubah secara linier. DNV t elah mengatur b esar d isplacemen maksimum yang da pat diterima. Dengan mengacu pada aturan DNV tersebut, displacemen maksimum pipa dapat diketahui hingga batas mana masih bisa diterima da n ba tasan mana s udah t idak bi sa diterima. DNV O S F 101 S ec.7 507 e quiv.7.2 "Manufacture B ends" mengatur b ahwa nilai displacemen p ada p ipa s etelah p embebanan tidak boleh melebihi n ilai %deformation. N ilai %deformation didefinisikan sebagai : Tabel 5. Displacemen MAX DISPL (mm) y 35.607 71.213 106.82 142.427 178.033 213.64 249.246 284.853 320.46 356.066 391.673 427.279 462.886 498.493 534.099 569.706 605.313 640.919 676.526
%deformation
maksimum yang diijinkan KP 10- KP 73
%MAX DISPL
%deformation
y 0.00356 0.00712 0.01068 0.01424 0.01780 0.02136 0.02492 0.02849 0.03205 0.03561 0.03917 0.04273 0.04629 0.04985 0.05341 0.05697 0.06053 0.06409 0.06765
=
58.97551 41.81968 32.39561 26.43784 22.33112 19.32862 17.03788 15.23254 13.77313 12.56895 11.55838 10.69824 9.95723 9.31223 8.74572 8.24417 7.79702 7.39590 7.03402
acceptance YES YES YES YES YES YES YES YES YES YES YES YES YES YES YES YES YES YES YES
t max x100 2r + t max
Sehingga %displacemen bi sa di hitung, de ngan rumus = ( r/Lpipa)x 100 . Dimana : r = n ilai displacemen; L pipa= p anjang pi pa y ang dimodelkan dan tmax = t + tconcrete + tcorr Pada tabel diatas diperoleh nilai %deformation yang lebih b esar d ari % displacemen maksimum. Hal in i b erarti d isplacemen y ang te rjadi p ada panjang pi pa t iap 1 km masih bi sa di terima menurut DNV.
4.6 Hoop stress, combine stress dan vonmisses stress Tegangan hoop s endiri a dalah tegangan ya ng terjadi p ada p ipa ak ibat ad anya t ekanan d ari l uar pipa dan tekanan internal pipa. Tegangan ho op ha nya d ihitung b erdasarkan tekanan l uar pi pa, di mensi pi pa da n h ubungannya dengan tegangan yang diijinkan (SMYS). Nilai S all adalah n ilai S MYS p ipa yang d iperoleh d ari d ata dikalikan faktor desain dari DNV. Dari tabel dapat dipahami ba hwa nilai t egangan h oop s ama di t iap beban gempa yang diberikan. Tabel 6. Hoop stress pipa KP 10 – KP 73 PGA 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95
N/mm2 N/mm3 Shoop Sall SF 185 349 185 349 185 349 185 349 185 349 185 349 185 349 185 349 185 349 185 349 185 349 185 349 185 349 185 349 185 349 185 349 185 349 185 349 185 349
0.53 0.53 0.53 0.53 0.53 0.53 0.53 0.53 0.53 0.53 0.53 0.53 0.53 0.53 0.53 0.53 0.53 0.53 0.53
%SMYS 53.0 53.0 53.0 53.0 53.0 53.0 53.0 53.0 53.0 53.0 53.0 53.0 53.0 53.0 53.0 53.0 53.0 53.0 53.0
Dari h asil p emodelan d an a nalisa statis Autopipe, pipa yang mengalami beban gempa dari 0.05g – 0.95g m asih b isa d iterima ni lai t egangan hoop-nya, yaitu masih 53% dari SMYS pipa. Tidak j auh b eda d engan t egangan hoop, tegangan v onmisses adalah n ilai g abungan dari tegangan hoop, tegangan longitudinal dan tegangan torsional. Tegangan vonmisses bernilai konstan tiap nilai b eban gempa yang d ivariasikan. H al i ni dikarenakan, b eban g empa t idak t ermasuk d alam perhitungan t egangan vonmisses. S ehingga n ilai tegangan vonmisses dapat d ikatakan konstan. Nilai tegangan vonmisses untuk s emua nilai P GA, 0, 05 g-1 g dan semua titik KP pipa adalah 177 N/mm2. Nilai cek t egangan vonmisses didasarkan d ari aturan DNV OS F101 dan ASME B31.8, yaitu nilai tegangan vonmisses tidak b oleh le bih d ari n ilai SMYS p ipa d ikalikan f aktor d esain s ebesar 0. 9. Nilai tegangan v onmisses h asil pemodelan m asih memenuhi aturan yang dipakai. Pada tegangan gabungan (combine stress) mulai diperhitungkan ba gaimana beban g empa da pat mempengaruhi k ondisi pi pa KP 1 0 – KP 7 3 yang dintinjau. T egangan gabungan pada Autopipe diperoleh de ngan menggabungkan s emua t ekanan dari luar p ipa s eperti suhu, b eban gravitasi, beban
pipa i tu s endiri, be ban g empa da n be ban-beban lain. Sehingga nilai tegangan gabungan mengalami perubahan l inier s eperti s emakin b ertambahnya beban gempa yang diberikan. Scomb
500 400 300 200 100
0,9
0,95
0,8
0,85
0,7
0,75
0,6
0,65
0,5
0,55
0,4
0,45
0,3
0,35
0,2
0,25
0,1
0,15
0 0,05
combine stress-earthquake (N/mm2)
Scomb 600
PGA (g)
Gambar 18. Combine
stress pipa KP 10 – KP 73
Nilai tegangan ga bungan m aksimum m encapai 485 N /mm2 pada be ban gempa 0. 95g. N ilai maksimum tegangan ga bungan i ni t elah melebihi nilai t egangan yang d iijinkan d an r asio tegangan mencapai 1 .05. H asil t egangan gabungan a kibat beban gempa sebesar 0.95g sudah tidak memenuhi standar DNV dan dapat d ikatakan sistem pipa K P 10 – KP 73 mengalami kegagalan pada beban gempa 0.95g. 4.7 Cek Buckling (kriteria DNV) Tidak dapat dipungkiri bahwa beban gempa mengakibatkan sejumlah displacemen pada sumbuy ya ng s ignifikan. Walaupun, m enurut DNV ni lai displacemen t ersebut masih bisa d iterima n amun, perlu dilakukan pengecekan buckling terhadap pipa akibat beban gempa. Berdasarkan persamaan (8) dan (9), pipa akibat beban ge mpa a kan mengalami buckling lokal apabila melebihi S MYS material p ipa. B erikut perhitungan yang telah dilakukan :
Kemudian d ilakukan c ek t erhadap ni lai tegangan ga bungan y ang s udah diperoleh m elalui analisa s tatis p emodelan. P engecekan ini b ertujuan untuk m encari beban g empa m aksimum y ang menyebabkan buckling. N ilai t egangan ga bungan tidak b oleh melebihi s tandar D NV yaitu s ebesar SMYS dikalikan faktor desain (η = 0.8). Hasil yang di peroleh da ri pe rhitungan d iatas yang mana di tunjukkan pa da t abel di bawah i ni adalah pa da be ban g empa 0. 75g pi pa s udah t idak memenuhi s tandar D NV. D engan kata l ain, p ipa mulai m engalami buckling saat b eban g empa mencapai 0.75g.
Tabel 7. Cek tegangan gabungan pipa KP 10- KP 73 PGA (g) 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95
Scomb (N/mm) 179 185 195 206 220 235 251 268 285 304 323 342 362 382 402 422 443 464 485
Scomb (psi) 25961.755 26831.981 28282.359 29877.774 31908.302 34083.868 36404.472 38870.114 41335.755 44091.472 46847.189 49602.906 52503.661 55404.416 58305.171 61205.925 64251.718 67297.510 70343.303
ηSMYS
cek DNV
56274.64 56274.64 56274.64 56274.64 56274.64 56274.64 56274.64 56274.64 56274.64 56274.64 56274.64 56274.64 56274.64 56274.64 56274.64 56274.64 56274.64 56274.64 56274.64
YES YES YES YES YES YES YES YES YES YES YES YES YES YES NO NO NO NO NO
Setelah pengecekan dan melalui perhitungan sesuai s tandar D NV, p ipa dinyatakan mengalami buckling. Hal selanjutnya yang p erlu dilakukan adalah pengecekan t erhadap k riteria sistem collapse, yaitu dengan m enghitung m anual persamaan (2) - (5). Tabel 8. Cek perhitungan buckling pipa KP 10 – KP 73
PGA
Shoop
0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95
185 185 185 185 185 185 185 185 185 185 185 185 185 185 185 185 185 185 185
Pi (data) Sh2t1/D-t1 Pe 7.24 81.4259562 -74.185956 7.24 81.4259562 -74.185956 7.24 81.4259562 -74.185956 7.24 81.4259562 -74.185956 7.24 81.4259562 -74.185956 7.24 81.4259562 -74.185956 7.24 81.4259562 -74.185956 7.24 81.4259562 -74.185956 7.24 81.4259562 -74.185956 7.24 81.4259562 -74.185956 7.24 81.4259562 -74.185956 7.24 81.4259562 -74.185956 7.24 81.4259562 -74.185956 7.24 81.4259562 -74.185956 7.24 81.4259562 -74.185956 7.24 81.4259562 -74.185956 7.24 81.4259562 -74.185956 7.24 81.4259562 -74.185956 7.24 81.4259562 -74.185956
Collapse NOT NOT NOT NOT NOT NOT NOT NOT NOT NOT NOT NOT NOT NOT NOT NOT NOT NOT NOT
Tahapan s elanjutnya ad alah melakukan pengecekan a pakah buckling lokal y ang t erjadi dapat m erambat at au t idak. M elalui p erhitungan manual m enurut D NV, m enggunakan persamaan (6) dan (7).
Propagation Buckling Ppr =
0.656517
Pe
0.501656
<
Tabel 9. Cek perhitungan perambatan buckling pipa KP 10-KP 73 PGA
Shoop
0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95
185 185 185 185 185 185 185 185 185 185 185 185 185 185 185 185 185 185 185
Pi (data) 7.24 7.24 7.24 7.24 7.24 7.24 7.24 7.24 7.24 7.24 7.24 7.24 7.24 7.24 7.24 7.24 7.24 7.24 7.24
Sh2t/D 7.225851 7.225851 7.225851 7.225851 7.225851 7.225851 7.225851 7.225851 7.225851 7.225851 7.225851 7.225851 7.225851 7.225851 7.225851 7.225851 7.225851 7.225851 7.225851
Pe 0.014149 0.014149 0.014149 0.014149 0.014149 0.014149 0.014149 0.014149 0.014149 0.014149 0.014149 0.014149 0.014149 0.014149 0.014149 0.014149 0.014149 0.014149 0.014149
CEK OKE OKE OKE OKE OKE OKE OKE OKE OKE OKE OKE OKE OKE OKE OKE OKE OKE OKE OKE
Hasil perhitungan menunjukkan bahwa P e atau tekanan luar tidak boleh melebihi 0.501656 sebagai syarat agar tidak terjadi perambatan buckling. Dari tabel d iatas d iperoleh p erhitungan u ntuk s etiap variasi b eban gempa, t idak t erjadi p erambatan buckling. 4.8 Analisa akibat beban submarine landslide Pipa y ang di analisa un tuk be ban landslide berada m emanjang k ontur s eabed. S ehingga p ipa mengikuti l etak k edalaman l aut. P osisi landslide yang terjadi akan menimpa keseluruhan permukaan pipa. B eban y ang di kenakan pi pa di asumsikan sebagai b eban merata yang menimpa p ipa. P ipa yang d ikenai b eban submarine landslide adalah pipa K P 11 0-KP 11 2. S ketsa pos isi pipa t erhadap landslide dapat dilihat pada gambar di bawah ini :
Gambar 19. Sketsa
posisi pipa terhadap landslide
Volume t anah mencapai 14928. 6 m 3 per s atu meter l ebar l okasi p enelitian d an b erat t anah mencapai 12055. 97 t on. B erat t anah di pengaruhi oleh volume dan kerapatan jenis tanah. Jenis tanah yang l anau b erpasir d an b ercampur ai r l aut, memungkinkan untuk memiliki b erat hi ngga 12055.97 t on. A palagi volume t anah pa da l okasi penelitian c ukup b esar. P erlu d iingat b ahwa n ilai volume d an b erat t anah b erupa n ilai p endekatan (hitungan kasar).
Tabel 10. Ringkasan hasil pemodelan KP 110 – KP 112
Tabel 11. Rasio tegangan pipa KP 110 – KP 112
Nilai displacemen pada sumbu- y sama dengan nol ( 0) k arena p ada s umbu-y tid ak d iberikan pembebanan l angsung a kibat l ongsoran da n pa da data a wal memang t idak ad a n ilai p ada s umbu-y. Displacemen yang t erjadi sangat b esar h ingga satuan kilometer. T anpa melakukan p engecekan pun s udah p asti p ipa akan gagal ap abila menerima beban l ongsoran t anah s ebesar 1205 5.97 t on. Akibat beban yang diterima pipa KP 110 – KP 112, nilai tegangan ga bungan d an t egangan vonmisses menjadi sangat besar. Rasio tegangan pun melebihi nilai 1 . Menurut standar DNV pi pa K P 110 – KP 112 s udah t idak memenuhi dan d ikatakan gagal atau terjadi kerusakan fatal pada pipa. 4.9 Pembahasan hasil analisa Dari analisa yang telah dilakukan dapat ditarik garis t engah, b ahwa s aat b eban g empa mencapai 0.75g s ebaiknya p erlu d ilakukan p engecekan a tau perbaikan t erhadap s egmen-segmen pi pa yang mengalami buckling. S ebelum be ban g empa mencapai nilai m aksimum ya itu, 0.95g s ebaiknya perlu d ilakukan tindakan pencegahan. S eperti memperkuat ko nstruksi p ipa a tau memberikan perlindungan t ambahan. K emudian d ari a nalisa akibat b eban landslide, pi pa K P 110-KP 112 menerima b eban sebesar 12055, 97 t on m erata diseluruh pe rmukaan pi pa m engakibatkan pi pa langsung ga gal ( collapse). T egangan yang t erjadi pada p ipa melebihi te gangan ijin material ( SMYS) pipa, S ehingga K P 110 -KP 112 t idak m emenuhi standar code DNV yang digunakan. Apabila terjadi landslide dan t idak d iketahui b agaimana karakteristik landslide tersebut, b ahaya yang ditimbulkan a kan s angat be resiko da n kemungkinan terjadi kegagalan pipa lebih besar. 5. Kesimpulan dan Saran 5.1 Kesimpulan Dari a nalisa yang t elah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa: 1. Lokasi pe nelitian yang be rpotensi mengalami submarine landslide
2.
3. 4.
berdasarkan p embagian r uas p ipa ad alah KP 110 – KP 1 12. N ilai maksimum r asio tegangan terletak d i KP 1 10 yaitu sebesar 6334.78 y ang di akibatkan ol eh t egangan gabungan (combine stress). Lokasi pe nelitian yang be rpotensi mengalami kegagalan a kibat ge mpa berdasarkan p embagian r uas p ipa ad alah KP 1 0 – KP 73. N ilai m aksimum r asio tegangan t erletak d i K P 1 0 yaitu s ebesar 1,04 akibat tegangan gabungan dan PGA. Volume submarine landslide yang t erjadi di l okasi penelitian adalah sebesar 14.928,60 m3 Percepatan b awah t anah ( PGA) t erbesar yang mengakibatkan kegagalan pada pipa gas ba wah l aut a dalah 0, 95 g ( tidak memenuhi standar DNV). Namun, pipa telah terjadi buckling saat PGA mencapai 0.75 g.
5.2 Saran Berdasarkan an alisa yang dilakukan d alam tugas akhir ini ada beberapa saran untuk penelitian lebih lanjut antara lain : 1. Perlu d ilakukan a nalisa mengenai variasi sudut s lope d an p ercepatan p enjalaran submarine landslide 2. Perlu d iadakan p enelitian lebih la njut mengenai frekuensi kejadian d an t ingkat resiko kegagalan yang dialami pipa akibat submarine landslide 6. Daftar Pustaka
American P etroleum I nstitute. API S pec 5 L: Specification For Line Pipe 42nd Edition. 2000 ASME B 31.8. Gas Transmission and Distribution Piping Systems. The A merican S ociety o f Mechanical Engineers. 2003 Alam, S yams Di po. Analisa Keruntuhan Jacket Platform Akibat Beban Seismik Berbasis Keandalan. Fakultas Teknik K elautan. I nstitut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. 2007 Bai,Y. Pipeline and Risers. O xford : E lsevier S cience Ltd. 2001 Baltrop & A dams. Dynamics of Fixed Marine Structures. B utterworth & H einemann. U nited of Kingdom. 1991 Chakrabarti, S .K. Hydrodynamics of Offshore Structure. Computational M echanics Publication. London. 1987 Das, B raja M . Principle of Geotechnology Engineering. PWS Engineering. Boston. 1985. Dawson, T .H. Offshore Structural Engineering. Prentice-Hall, Inc. New Jersey. 1983. Germanisher L lyod, . Rules for Classification and Construction, Part 4-Subsea Pipelines and Riser. Germanisher Llyod. Hamburg. 1995. Hunt, R oy E . Geotechnical Engineering Investigation Manual. M cGraw-Hill B ook. U nited S tate o f America. 1987.
Hampton, M . A ., L ee, H. J . & L ocat, J . Submarine landslide, Reviews of Geopyhsics, 34, No. 1 , pp.35-39. 1996 Kusuma, N izarangga. Perilaku Deformasi Plastis Pipeline API 5L X-42, X-52, X-65, Dan X-80 Akibat Pengaruh Geohazard . I nstitut Teknologi Bandung. 2008 Lebuis, J ., R obert, J .-M., a nd Rissmann, P ., Regional mapping of landslide hazards in Quѐbec. In:Symposium on Slopes on Soft Clays. Linköping, S wedish G eotechnical I nstitute Report No. 17: 205-262. 1983 Masamura K atsumi, & Sonobe O samu, Suzuki Nobuhisa. Numerical Analysis Techniques To Support The Reliability Of Steel Tube And Pipe Products. JFE Tech. Report No.7. 2006 McAllister, E. W. Pipe Line Rules of Thumb. Gulf Publishing Company. Houston-Texas. 1998. Mousselli, A H. Offshore Pipelines Design, A nalysis and Methods. PennWellBooks. Oklahoma. 1981. Nadim, F arroukh. Challenges To Geo-Scientists In Risk Assessment For Submarine Slides. Norwegian Journal of Geology,Vol. 86, pp. 351362. Trondheim 2006. Octavianus, A ndry. Analisis Kegagalan Pipa Transmisi Gas Jenis API 5L X-52 Karena Pembebanan Akibat Geohazard Berupa Penurunan Tanah Dan Erosi Air Sungai. Institut Teknologi Bandung. 2008 Offshore S tandard D NV-OS-F101. Submarine Pipeline Systems. Det Norske Veritas. 2000. Popov, E .P. Mekanika Teknik. Penerbit E rlangga. Jakarta. 1996. Sarpkaya, T . Mechanics of Forces on Offshore Structures. Litton E ducational pub lishing, I nc. USA. 1981. Savigny, K . W ayne. Geohazards Risk Management For The Onshore Pipeline Industry. Norwegian Geotechincal Institute.2005 Sepbri A nto, A ndry. Analisa Dinamis Tegangan Pipa Selama Instalasi Akibat Adanya Perilaku Floating Stinger. Fakultas T eknik K elautan. Institut T eknologi S epuluh N opember Surabaya.2009 Soegiono. Pipa Laut. S urabaya: A irlangga U niversity Press.2007 Thohiroh, L ilik H amidotut. Perancangan Pipa Bawah Laut South Sumatra West Java (SSWJ) Phase II. Fakultas T eknik K elautan. I nstitut T eknologi Sepuluh Nopember Surabaya.2005 Triatmodjo, B ambang. Metode Numerik. J urusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada.Yogyakarta.Beta Offset. 1996 Vaneneste, Marthen. Offshore Geohazards. Norwegian Geotechnical Institute. 2010
