ANALISIS ON-BOTTOM STABILITY DAN INSTALASI PIPA BAWAH LAUT DI DAERAH SHORE APPROACH

TUGAS AKHIR Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana

Oleh Zenal Abidin

NIM 15503023

PROGRAM STUDI TEKNIK KELAUTAN FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008

PROGRAM STUDI TEKNIK KELAUTAN FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN TUT TEK INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

TUGAS AKHIR Diberikan kepada : Nama : Zenal Abidin NIM : 15503023 Judul Tugas Akhir adalah Analisis On-Bottom Stability Dan Instalasi Pipa Bawah Laut Di Daerah Shore Approach, dengan isi Tugas Akhir sebagai berikut : BAB II DISAIN PIPA BAWAH LAUT

BAB III PROSES DI SHORE APPROACH

BAB IV METODE INSTALASI PIPA BAWAH LAUT

BAB V STUDI KASUS

BAB VI PENUTUP

Tugas Akhir ini dibuat rangkap 6 (enam) : 1. Untuk Mahasiswa ( 1 buah ) 2. Untuk Pembimbing ( 1 buah ) 3. Untuk Penguji Sidang Tugas Akhir ( 2 buah) 4. Untuk Tata Usaha Program Studi Teknik Kelautan ( 1 buah ) 5. Untuk Perpustakaan ( 1 buah ) Bandung, Februari 2008

Menyetujui

Koodinator,

Krisnaldi Idris, Ph.D NIP. 131 570 002

Pembimbing

Rildova, Ph.D NIP.1321 634 93

Lembar Pengesahan

Tugas Akhir Sarjana

ANALISIS ON-BOTTOM STABILITY DAN INSTALASI PIPA BAWAH LAUT DI DAERAH SHORE APPROACH

Adalah benar dibuat oleh saya sendiri dan belum pernah dibuat dan diserahkan sebelumnya

baik sebagian ataupun seluruhnya, baik oleh saya maupun orang lain, baik di ITB maupun institusi pendidikan lainnya.

Bandung, _______________

Penulis Zenal Abidin NIM 15503023

Bandung, ________________

Pembimbing

Rildova, Ph.D NIP 132163493

Mengetahui:

Program Studi Teknik Kelautan Ketua,

Dr. Ir. Muslim Muin, MSOE NIP 131570005

Pasfoto 3x4

ABSTRAK

Gelombang merambat dari laut dalam menuju pantai melalui perairan dengan kedalaman yang bervariasi dan cenderung semakin dangkal. Perubahan ini memberikan efek pada gelombang terutama ketika gelombang mulai menyentuh dasar laut . Disamping itu, fenomena refraksi, kekasaran dan gradien kemiringan dasar laut juga ikut mempengaruhi perubahan sifat-sifat gelombang. Stabilitas pipa bawah laut diperhitungkan dengan mempertimbangkan efek gaya-gaya hidrodinamika yang bekerja pada pipa. Ketika suatu jaringan pipa dipasang dari darat menuju ke laut lepas, disepanjang rutenya pipa ini akan mengalami efek gaya hidrodinamika yang berbeda-beda seiring dengan perubahan karakteristik gelombang menuju perairan dangkal (transformasi gelombang). Dan, pada kedalaman tertentu disekitar pantai dimana gelombang semakin tinggi dan tidak stabil, gelombang akan pecah dengan menghempaskan energi yang lebih besar terhadap pipa dibawahnya. Pada keadaan sebenarnya dimungkinkan pipa akan mengalami penetrasi ketanah akibat beban fungsional pipa tersebut, keadaan ini mengakibatkan adanya reduksi terhadap gaya-gaya hidrodinamika yang bekerja pada pipa. Berdasarkan pada SK Mentamben No. 300.K/38/M.PE/1997 menyatakan bahwa untuk keamanan pipa pada kedalaman kurang dari 13 mater harus dikubur 2 meter top of pipe. Sama halnya dengan pipa yang terpenetrasi, analisa stabilitas yang dilakukan untuk pipa di dalam open trench berbeda dengan adanya reduksi terhadap gaya hidrodinamik. Dalam hal ini harus diperhatikan metode trenching dan back filling agar propertis pipa yang kita pilih tetap stabil. Pemilihan metode instalasi biasanya didasarkan kedalaman lokasi pipa yang akan dipasang. Dalam proses instalasi pipa membutuhkan analisis yang benar agar pipa yang dipilih tidak mengalami kerusakan akibat gaya-gaya yang bekerja selama proses instalasi tersebut berlangsung.

i

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur kehadirat Allah SWT atas semua rahmat dan hidayah-Nya

sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini.

Laporan yang berjudul: “Analisis On-Bottom Stability Dan Instalasi Pipa Bawah Laut Di Daerah Shore Approach” ini disusun untuk memenuhi persyaratan pendidikan

sarjana pada Program Studi Teknik Kelautan, Institut Teknologi Bandung.

Berbagai pihak yang telah memberikan bantuan baik secara moril maupun materiil

kepada penulis untuk menyusun laporan ini hingga selesai. Untuk itu penulis ingin

menyampaikan terima kasih sebanyak-banyaknya, kepada :

1. Bapak Rildova, Ph.D selaku dosen pembimbing yang telah dengan sabar

memberikan bimbingan dan nasihat-nasihatnya.

2. Bapak Ricky Lukman Tawekal, Ph.D selaku dosen penguji yang telah

meluangkan waktunya.

3. Dr.Ir. Hendriyawan, MT selaku dosen penguji yang telah meluangkan

waktunya.

4. Dr. Nita Yuanita, ST. MT. selaku dosen penguji yang telah meluangkan

waktunya.

5. Bapak, Mimi, dan adik-adik’ku yang sangat penulis sayangi, kalian telah

memberikan inspirasi pada penulis untuk selalu semangat.

6. Mas Dwi Haryo Wibisono “Mas Karyo” terima kasih atas semua ilmu dan

wawasan yang telah diberikan.

7. Seluruh staff pengajar Program Studi Teknik Kelautan Institut Teknologi

Bandung.

8. Seluruh staff Tata Usaha Program Studi Teknik Kelautan Institut Teknologi

Bandung.

9. Teman-teman seperjuangan Mamin Rajin, Micho Ganteng, Rudi Parto,

Ridha Metal, Mendy Ganteng, Amri Milanisti, Reza Ganteng, Iyus Endut,

Wawan, Andri, Leo, Dimas, Gusti, Yaser, Frans, Iwan, Erik mah urang

sunda, Andreas, Oki, Bang-Fantri, Anton, Ana, Nana, Wistie, Ica, Mice,

Rahma, terimakasih telah menjadi teman-teman terbaik penulis selaman ini.

“Dan barang siapa yang mentaati Allah dan Rosul-Nya mereka itu akan bersama-

sama dengan orang-orang yang dianugrahi nikmat oleh Allah, yaitu: Nabi-Nabi,

ii

Para Shiddiqi, orang-orang yang mati syahid, dan orang-orang saleh. Dan mereka

itulah teman yang sebaik-baiknya” (QS: An Nisa:69).

10. Teman-teman KL 2002, 2004, dan 2005, penulis ucapkan terimakasih.

11. Dan pihak-pihak lainnya yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu,

penulis ucapkan terima kasih

Penulis menyadari bahwa dalam laporan tugas akhir ini masih terdapat kekurangan, untuk

itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun mengenai laporan ini.

Semoga laporan ini dapat menjadi sesuatu yang bermanfaat.

Bandung, Februari 2008

Penulis

iii

DAFTAR ISI Pengantar i Daftar Isi iii Daftar Gambar v Daftar Tabel vii BAB 1 PENDAHULUAN I-1

1.1 Latar Belakang I-11.2 Tujuan Penulisan I-21.3 Lingkup Pembahasan I-31.4 Metode Penulisan I-31.5 Sistematika Pembahasan I-4

BAB 2 DISAIN PIPA BAWAH LAUT II-1

2.1 Pendahuluan II-12.1.1 Klasifikasi Sistem Pipa Bawah Laut Berdasarkan Fluida Yang Dialirkan II-32.1.2 Klasifikasi Sistem Pipa Bawah Laut Berdasarkan Lokasi Pipa II-32.1.3 Klasifikasi Sistem Pipa Bawah Laut Berdasarkan Tingkat Keamanan II-4

2.2 Pemilihan Jalur Pipa II-52.3 Pembebanan Pada Pipa II-52.4 Diameter Pipa dan Pemilihan Material Pipa II-72.5 Disain Tebal Dinding Pipa (Wall Thickness) II-10

2.5.1 Karakteristik Wall Thickness II-102.5.2 Kriteria Pressure Containment II-102.5.3 Kriteria Buckling II-14

2.6 On-Bottom Stability II-202.6.1 Kondisi Lingkungan II-212.6.2 Periode Ulang (Return Periode) II-222.6.3 Gaya-Gaya Yang Bekerja Pada Analisa Stabiltas Pipa Bawah Laut II-232.6.4 Analisis Disain Stabilitas Pipa Bawah Laut II-322.6.5 Penetrasi Pipa II-352.6.6 Jetting dan Trenching II-372.6.7 Reduksi Pembebanan Pada Pipa II-39

BAB 3 PROSES DI SHORE APPROACH III-1

3.1 Pendahuluan III-13.2 Gelombang III-2

3.2.1 Teori Gelombang Linier (Airy) III-23.2.2 Persamaan Gelombang III-33.2.3 Kecepatan Rambat dan Panjang Gelombang Airy III-53.2.4 Kecepatan dan Percepatan Air III-63.2.5 Gelombang Acak (Random Wave) III-7

3.3 Transformasi Gelombang III-103.3.1 Refraksi Gelombang III-113.3.2 Shoaling III-143.3.3 Kombinasi Refraksi dan Shoaling III-143.3.4 Gelombang Pecah III-163.3.5 Difraksi Gelombang III-17

3.4 Metode Numerik untuk Gelombang Pecah (William R. Dally, 1980) III-193.5 Pasang Surut Air Laut III-213.6 Pantai dan Daerah Disekitarnya III-22

iv

BAB 4 METODE DAN ANALISIS INSTALASI PIPA BAWAH LAUT IV-14.1 Pendahuluan IV-14.2 Metode Pemasangan Pipa (Lay Method) IV-2

4.2.1 Metode S-Lay IV-24.2.2 Metode J-Lay IV-34.2.3 Metode Reel Lay IV-54.2.4 Tow Methods IV-64.2.5 Metode Shore Pull IV-10

4.3 Analisis Instalasi Pipa IV-124.3.1 Overbend IV-134.3.2 Sagbend IV-14

BAB 5 STUDI KASUS V-1

5.1 Pendahuluan V-15.2 Data Proyek V-2

5.2.1 Data Pipa Dan Materialnya V-35.2.2 Data Batimetri V-35.2.3 Data Lingkungan V-4

5.3 Hasil dan Analisa Perhitungan V-75.3.1 Perhitungan Wall Thickness V-75.3.2 Perhitungan Gelombang V-105.3.3 Perhitungan On botttom Stability V-235.3.4 Instalasi Pipa Bawah Laut V-28

BAB 6 PENUTUP VI-16.1 Kesimpulan VI-16.2 Saran VI-2

Lampiran I Hasil Perhitungan Transformasi Gelombang Dan Arus

Lampiran II Hasil Perhitungan Tebal Dinding Pipa

Lampiran III Hasil Perhitungan On Bottom Stability

Lampiran IV Ouput Program Off Pipe

v

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1 Flow chart langkah disain pipa bawah laut. II-2Gambar 2. 2 Grafik temperatur Vs Stress derating II-8Gambar 2. 3 Sketsa orbit partikel gelombang. II-22Gambar 2. 4 Sketsa gaya-gaya yang bekerja pada pipa bawah laut. II-23Gambar 2. 5 Potongan melintang pipa beserta lapisan pelindungnya. II-24Gambar 2. 6 Grafik Koefisien Drag Vs Raynold Number. II-28Gambar 2. 7 Grafik Koefisien Drag Vs Raynold Number. II-28Gambar 2. 8 Sketsa terjadinya gaya gesek pada pipa. II-29Gambar 2. 9 Sketsa terjadinya gaya angkat pada pipa. II-31Gambar 2. 10 Grafik nilai koefisien gesek untuk jenis tanah clay. II-32Gambar 2. 11 Gaya-gaya hidrodinamika pada pipa (Mousseli, 1981). II-33Gambar 2. 12 Grafik nilai factor kalibrasi (Fw). II-35Gambar 2. 13 Bentuk sttlement pada pipa. II-36Gambar 2. 14 Metode Jetting . II-37Gambar 2. 15 Diverless jet sled (DJS) 10 untuk pipa 60 inc (Saipem) II-38Gambar 2. 16 Potongan melintang pipa dalam parit (Mousselli, 1981). II-38Gambar 2. 17 Sketsa pipa yang terpendam ditanah. II-40Gambar 2. 18 Sktetsa pipa dalam parit. II-40

Gambar 3. 1 Sketsa definisi gelombang. III-3Gambar 3. 2 Kecepatan arus signifikan (Us*). III-9Gambar 3. 3 Periode zero up crossing (Tu). III-10Gambar 3. 4 Faktor reduksi gelombang (R). III-10Gambar 3. 5 Refraksi gelombang. III-12Gambar 3. 6 Hukum Snell’s gelombang. III-13Gambar 3. 7 Sketsa gelombang melewati kontur sejajar. III-15Gambar 3. 8 Pola gelombang di belakang rintangan. III-18Gambar 3. 9 Potongan melintang sebuah profil ideal dengan parameter- III-21Gambar 3. 10 Profil pantai berpasir. III-24

Gambar 4. 1 Sketsa metode instalasi S-lay. IV-2Gambar 4. 2 Contoh barge S-lay (Lorelay Barge (LB) 200). IV-3Gambar 4. 3 Sketsa metode instalasi J-lay. IV-4Gambar 4. 4 Contoh J-lay barge (Heerema’s Balder). IV-4Gambar 4. 5 Sketsa metode instalasi Reel lay. IV-6Gambar 4. 6 Technip’s DP vertical reel vessel Deep Blue (J-lay). IV-6Gambar 4. 7 Sketsa metode bottom tow. IV-7Gambar 4. 8 Sketsa metode surface tow. IV-8Gambar 4. 9 Sketsa metode mid-dept tow. IV-8Gambar 4. 10 Sketsa instalasi pipa. IV-9Gambar 4. 11 Sketsa metode off-bottom tow. IV-10Gambar 4. 12 Metode shore pull dengan winch di lay barge. IV-11Gambar 4. 13 Metode shore pull dengan winch di darat. IV-12Gambar 4. 14 Daerah overbend dan sagbend pada S-lay barge. IV-12Gambar 4. 15 Distribusi momen pada stinger. IV-14Gambar 4. 16 Sktesa bending pada pipa. IV-15

vi

Gambar 5. 1 Peta jalur pipa proyek SSWJ2. V-1Gambar 5. 2 Gambar pembagian wilayah kerja proyek. V-2Gambar 5. 3 Potongan melintang batimetri jalur pipa SSWJ 2. V-3Gambar 5. 4 Pembagian letak zona pada jalur pipa. V-4Gambar 5. 5 Flow chart langkah perhitungan wall tickness pipa. V-8Gambar 5. 6 Kontur dasar laut dengan kemiringan yang bervariasi. V-10Gambar 5. 7 Sketsa tahapan transformasi gelombang dari laut dalam. V-11Gambar 5. 8 Flow chart perhitungan transformasi gelombang. V-13Gambar 5. 9 Sketsa input arah dating gelombang dan sudut pipa terhadap normal kontur. V-14Gambar 5. 10 Plot kedalaman dan tinggi gelombang hasil transformasi (Zona 1,2,3) untuk data periode ulang 1 tahun. V-16Gambar 5. 11 Plot kedalaman dan tinggi gelombang hasil transformasi (Zona 1,2,3) untuk data periode ulang 100 tahun. V-16Gambar 5. 12 Plot kedalaman dan tinggi gelombang hasil transformasi (Zona 14,17,18) untuk data periode ulang 1 tahun. V-17Gambar 5. 13 Plot kedalaman dan tinggi gelombang hasil transformasi (Zona 14,17,18) untuk data periode ulang 100 tahun. V-17Gambar 5. 14 Kecepatan air signifikan (Us*). V-18Gambar 5. 15 Periode zero up cossing (Tu). V-19Gambar 5. 16 Faktor reduksi gelombang untuk N=∞ (R ). V-19Gambar 5. 17 Flow chart langkah perhitungan arus gelombang. V-20Gambar 5. 18 Profil kecepatan arus laut lokasi zona 1 dan 2 periode ulang 1 dan 100 tahun. V-21Gambar 5. 19 Profil kecepatan arus laut lokasi zona 17 dan 18 periode ulang 1 tahun. V-21Gambar 5. 20 Flow chart perhitungan onbottom stability pipa. V-24Gambar 5. 21 Pemilihan metode trenching dan back filling zona 1 dan 2. V-26Gambar 5. 22 Pemilihan metode trenching dan back filling zona 1 dan 2. V-26Gambar 5. 23 Tampak atas sketsa shore pull. V-31Gambar 5. 24 Tampak samping sketsa shore pull. V-32

vii

DAFTAR TABEL

Tabel 2. 1 Klasifikasi Sistem Pipa Bawah Laut Berdasarkan Fluida Yang Aialirkan II-3Tabel 2. 2 Klasifikasi Sistem Pipa Bawah Laut Berdasarkan Lokasi Pipa II-3Tabel 2. 3 Klasifikasi Sistem Pipa Bawah Laut Berdasarkan Tingkat Keamanan II-4Tabel 2. 4 Klasifikasi Sistem Pipa Bawah Laut Berdasarkan Tingkat Kemanan Untuk Kondisi Normal II-4Tabel 2. 5 Faktor Kekuatan Material II-7Tabel 2. 6 Karakteristik Kekuatan Material II-8Tabel 2. 7 Grade Material Berdasarkan Standar API II-9Tabel 2. 8 Nilai Maksimum Faktor Fabrikasi II-9Tabel 2. 9 Usage Factor untuk Pressure Containmet II-12Tabel 2. 10 Load Effect Factor dan Load Combination II-18Tabel 2. 11 Nilai Koefisien Gesek Berdasarkan Jenis Tanah II-32 Tabel 5. 1 Data Fisik dan Material pipa V-3Tabel 5. 2 Data Kedalaman Zona V-4Tabel 5. 3 Data Gelombang dan Arus Laut V-5Tabel 5. 4 Data Pasang Surut dan Storm V-5Tabel 5. 5 Data Tanah Untuk Zona 1 dan 2 V-6Tabel 5. 6 Data Tanah Untuk Zona 17 dan 18 V-6Tabel 5. 7 Hasil perhitungan wall tickness pipa pada kedalaman 85 m V-9Tabel 5. 8 Input Parameter Besaran Gelombang Laut Dalam Data Periode Ulang 1 Dan 100 Tahun V-14Tabel 5. 9 Rangkuman Output Parameter Gelombang Zona 1 dan 2 V-15Tabel 5. 10 Rangkuman Output Parameter Gelombang Zona 17 dan 18 V-15Tabel 5. 11 Arus Maksimum Akibat Gelombang V-22Tabel 5. 12 Rangkuman Output Perhitungan Stabilitas Pipa Zona 1 dan 2 V-25Tabel 5. 13 Rangkuman Output Perhitungan Stabilitas Pipa Zona 17 dan 18 V-25Tabel 5. 15 Spesifikasi Barge Yang Digunakan. V-29Tabel 5. 16 Profill Roller (R) Dan Tensioner (T/U). V-29Tabel 5. 17 Profill Stinger (S). V-29Tabel 5. 18 Kesimpulan Ouput Analisis Metode S-lay V-30Tabel 5. 19 Chek Terhadap Load Control Combination V-30Tabel 5. 20 Metode Instalasi Shore Pull V-30Tabel 5. 21 Perhitungan Kebutuhan Pelampung Untuk Pipa V-32Tabel 5. 22 Perhitungan Kebutuhan Pelampung Untuk Wire Rope V-32