Bagaimana Membuat Pipa Bawah Laut yang Kuat?

Terletak jauh dipermukaan laut, dingin, sepi, hanya berkawan arus dan harus menahan berbagai tekanan.. Bagaimana mungkin pipa dapat bertahan disana? Apa saja tekanan yang harus diperhitungkan?

Pada saat mendesain pipa, struktur dari pipa harus kuat menahan beban-beban yang bekerja pada saat pipa diinstal, hidrotes, dan juga pada saat pipa beroperasi. Selama masa instalasi, pipa akan mengalami pelengkungan, penarikan, gaya gelombang, dan juga tekanan dari air laut. Sedangkan pada masa hidrotes dan operasi, pipa akan mengalami tekanan internal yang berasal dari fluida yang mengalir di dalamnya, tekanan eksternal dari air laut, gaya gelombang, perubahan temperatur, dan sebagainya.

1. Tekanan Internal (Hoop Stress)

Tekanan internal atau yang biasa disebut sebagai hoop stress terjadi akibat tekanan fluida yang mengalir di bagian dalam pipa (ditunjukkan pada gambar di bawah ini), tekanan ini bekerja dalam arah tangensial terhadap dinding dari pipa.

2. Tekanan Eksternal

Struktur pipa bawah laut akan mengalami tekanan hidrostatik dari air laut di atasnya. Semakin dalam perairan dimana pipa berada, maka semakin besar pula tekanan eksternal yang bekerja pada pipa tersebut. Pada kedalaman tertentu dimana tekanan eksternal jauh lebih besar dari tekanan internal yang bekerja di dalam pipa, maka semakin besar pula kemungkinan akan terjadinya kegagalan (collapse) pada pipa.

Kegagalan pada dinding pipa tergantung pada berbagai faktor penentu, diantaranya adalah rasio antara diameter terhadap ketebalan dinding pipa (D/t), karakteristik tegangan dan regangan material, perubahan bentuk penampang melintang pipa (cross section), tekanan hidrostatik, serta momen bending yang terjadi pada pipa.

Untuk mencegah terjadinya kegagalan, maka besarnya tekanan eksternal yang bekerja pada pipa harus memenuhi persamaan berikut ini:

 

3. Tekanan Longitudinal

Longitudinal stress merupakan tegangan aksial yang bekerja pada penampang pipa.

Cross section pipa dan longitudinal stress

Longitudinal stress sendiri adalah penjumlahan dari thermal stress dan Poisson's effect. 

Thermal stress adalah tegangan yang terjadi akibat adanya ekspansi (pemuaian) yang terjadi pada pipa. 

Sedangkan Poisson's effect merupakan tegangan yang terjadi akibat adanya tegangan residdual pada saat fabrikasi pipa, sehingga pipa harus kembali ke keadaan semual. Kembalinya pipa ke keadaan semula. Kembalinya pipa ke keadaan semula menyebabkan terjadinya gaya aksial yang menyebabkan terjadinya gaya aksial yang menyebabkan kontraksi pada dinding pipa.

4. Equivalent Stress (von Mises Equivalent Stress)

Equivalent stress merupakan resultan seluruh komponen tegangan yang terjadi pada pipa.

Disadur dari:

Julius Heryanto (2008). Laporan Tugas Akhir: Desain dan Analisis Struktur Pipa Bawah Laut (http://digilib.itb.ac.id/files/disk1/607/jbptitbpp-gdl-juliushery-30323-3-2008ta-2.pdf)