1. Pendahuluan
Penggunaan beton pemberat pipa pada saat ini semakin berkembang terutama dengan semakin banyaknya eksplorasi gas di lepas pantai dan distribusi gas antar pulau melalui pipa. Beton pemberat pipa diperlukan untuk dapat mempertahankan posisi pipa selama masa layanan, karena besarnya gaya-gaya yang bekerja pada pipa tersebut, terutama gaya apung pada saat pipa dalam kondisi kosong. Berat pipa baja dan beton pemberat harus dapat menahan semua gaya yang bekerja termasuk gaya apung yang memungkinkan pipa dapat terapung. Dari pengalaman pada tahun 1975 bagian dari pipa Brent-Cormorant Line sepanjang 1500 meter kehilangan sebagian dari lapisan pemberatnya sehingga terapung selama konstruksi di Sound of Yeell di Shetlands [Palmer A.C. 1985].
beton pemberat pipa saat ini, Penggunaan menggunakan iron ore sebagai agregat, baik agregat halus maupun agregat kasar. PT. KHI Pipe Industries, Cilegon Banten, sebagai salah satu perusahaan pembuat pipa yang dilapisi pelapis beton pemberat, menggunakan agregat iron ore untuk pembuatan beton pemberat pipa [Sugiri & Louis, 2003].
Terak nikel merupakan limbah industri nikel berupa bongkahan dan memiliki bobot yang besar, sehingga dimungkinkan untuk digunakan sebagai material pengganti iron ore untuk beton pemberat pipa. Terak nikel dapat ditemukan dan diperoleh dari limbah industri nikel PT. INCO di Soroako Provensi Sulawesi Selatan. Jumlah terak nikel yang dihasilkan setiap minggu mencapai 48679 ton terdiri dari dua bentuk struktur berpori dan padat. Jumlah ini sangat besar sehingga dapat digunakan untuk agregat beton
- Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil FTSP-ITB.
- Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil FTSP-ITB.
- Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil FTSP-ITB.
- Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Kristen Indonesia, Paulus, Makassar.
pemberat pipa gas lepas pantai. Terak nikel itu sendiri berwarna coklat tua dan terdiri dari unsur silikat 26.43% dan ferro 43.03% yang merupakan bagian paling dominan [Sugiri & Khosoma, 1997]. Unsur silikat sangat berperan besar dalam memperbaiki interface antara agregat dan pasta semen.
2. Landasan Teori
2.1 Parameter beton pemberat
Persyaratan Beton pemberat pipa harus memenuhi parameter-parameter tertentu, diantaranya adalah berat jenis beton, absorpsi beton dan kuat tekan beton. Khusus untuk perusahaan pengguna pipa yang dilapisi beton pemberat seperti Perusahaan Gas Negara (PGN) dan PT. Total Indonesie memberikan batasan-batasan pada parameter beton tersebut seperti pada Tabel 1 di bawah ini [PGN 2001, PT. Total Indonesie 1997].
2.2 Tebal beton pemberat
Tebal beton pemberat pipa yang diperlukan tergantung dari ketebalan dinding pipa, diameter pipa, gaya yang bekerja pada pipa dan berat jenis beton yang digunakan. Pipa yang tidak dilapisi dengan beton pemberat apabila diturunkan ke dalam air dalam kondisi kosong akan mengalami gaya apung akibat air (buoyancy efect). Pada Gambar 1 diperlihatkan perbandingan antara berat pipa dengan gaya apung yang bekerja pada pipa, dalam kondisi pipa kosong.
Tabel 1. Batasan spesifikasi parameter beton pemberat pipa
| Donocomo | Kuat Tek | ekan, (MPa) | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Pengguna | Jenis (Kg/m³) | (%) | 7 hari | 28 hari | |
| PGN | 3365 | 5 | 28 | 41 | |
| PT. Total Indonesie | 3000 | 5 | 30 | 38 | |
Gambar 1. Hubungan diameter pipa terhadap gaya apung
Berdasarkan Gambar 1 di atas gaya apung dipisahkan oleh garis normal, artinya pipa yang berada di bawah garis normal beratnya dapat mengimbangi gaya apung yang bekerja, sedangkan yang diatas garis normal adalah pipa yang akan mengalami gaya apung jika tidak dilapisi beton pemberat. Oleh sebab itu pipa yang berada diatas garis normal, perlu dilapisi beton pemberat pipa. Adapun persamaan yang digunakan untuk menghitung tebal beton pemberat pipa adalah:
\[Tb = \frac{\sqrt{\frac{4W_V - \pi(Di)^2(Dc)}{\pi(S.G)(D_W) - \pi(Dc)}} - Di}{2}\]
\[S.G = \frac{Wp + Wc}{Ww}\]
dimana : Tb = tebal lapisan beton, [cm]
\(W_V\) = berat pipa, [kg/m']
\(Dc = densitas beton, [kg/m^3]\)
\(Dw = densitas air, [kg/m^3]\)
Di = diameter dalam lapisan beton, [cm]
S.G = Specifit Gravity
Wp = berat pipa, [kg]
Wc = berat beton, [kg]
Ww = berat air yang dipindah, [kg]
2.3 Metode pengecoran pipa
Metode untuk pengecoran beton pemberat pipa untuk melapisi pipa pada bagian luar dapat digunakan dengan beberapa cara antara lain dengan metode casting, sprayer atau wrapping. Secara khusus dalam pembahasan paper ini akan digunakan metode wrapping. Metode wrapping sudah digunakan oleh PT. KHI Pipe Industries, Cilegon Provensi Banten dalam pembuatan pipa yang dilapisi beton pemberat pipa. Sketsa metode pengecoran beton pada pipa di PT KHI Pipe Industries [Sugiri & Luis, 2003] terlihat pada Gambar 3.
Gambar 2. Penampang pipa komposit
Gambar 3. Proses pembuatan beton pemberat pipa dengan metode wapping
3. Hasil Eksperimental
3.1 Pembutan agregat
Pembuatan agregat merupakan suatu proses penghancuran bongkahan terak nikel yang kemudian disaring dan dipisahkan menjadi agregat kasar dan agregat halus. Pembuatan agregat ini sangat penting dan ditentukan oleh alat crusher yang digunakan. Dari hasil pembuatan agregat terak nikel dengan mengambil tiga contoh kelompok agregat didapatkan hasil saringan ASTM pada Tabel 2.
Dari hasil ini kemudian dipisahkan menjadi agregat kasar dan agregat halus. Agregat kasar diambil yang lolos saringan 9,5 mm sesuai dengan spesifikasi PGN, dan tertahan saringan 4,75 mm. Sedangkan untuk agregat halus diambil yang lolos saringan 4,75 mm dan tertahan saringan 0.075 mm. Pada Gambar 4. diperlihatkan gradasi butiran agregat halus setelah dipisahkan dan diplot ke spesifikasi ASTM C33-92a.
Tabel 2. Hasil saringan contoh agregat hasil crusher
| Ukuran | Berat Tertahan, (gram) | ||
|---|---|---|---|
| Saringan (mm) | Klp. I | Klp. II | Klp. III |
| 19 | |||
| 12.5 | 400 | 950 | 325 |
| 9.5 | 500 | 871 | 575 |
| 4.75 | 2100 | 1399 | 2100 |
| 2.36 | 722 | 682 | 645 |
| 1.18 | 567 | 548 | 640 |
| 0.60 | 236 | 242 | 237 |
| 0.3 | 136 | 155 | 217 |
| 0.15 | 91 | 76 | 16 |
| 0.075 | 248 | 77 | 245 |
| Jumlah | 5000 | 5000 | 5000 |
Hasil pengujian sifat fisik dari tiga kelompok agregat tersebut diperlihatkan pada Tabel 3 dan Tabel 4.
Tabel 3. Sifat fisik agregat kasar
| Pengujian | Kelompok 1 Kelompok 2 Kelompok 3 | ||
|---|---|---|---|
| Berat Volume (dry) | 2.057 kg/m3 | 2.208 kg/m3 | 1.834 kg/m3 |
| Specifit Gravity (SSD) | 3.626 | 3.752 | 3.288 |
| Specifit Gravity (Dry) | 3.622 | 3.735 | 3.264 |
| Kadar Air | 0.050 % | 0.135 % | 0.036 % |
| Absorpsi | 0.145 % | 0.450 % | 0.750 % |
Gambar 4. Gradasi butiran agregat halus
Tabel 4. Sifat fisik agregat halus
| Pengujian | Kelompok 1 Kelompok 2 Kelompok 3 | ||
|---|---|---|---|
| Berat Volume (dry) | 2.201 kg/m3 | 2.402 kg/m3 | 2.021 kg/m3 |
| Specifit Gravity (SSD) | 3.715 | 3.858 | 3.289 |
| Specifit Gravity (Dry) | 3.711 | 3.848 | 3.276 |
| Kadar Air | 0.050 % | 0.100 % | 0.107 % |
| Absorpsi | 0.080 % | 0.100 % | 0.402 % |
3.2 Perencanaan campuran
Perencanaan campuran beton pemberat pipa dilakukan dengan menggunakan metode ACI 211.4R-93 dan metode coba-coba. Metode coba-coba, yaitu dengan mengurangi semen dan air dari kondisi perhitungan metode ACI agar agregat lebih dominant, dimana agregat memiliki berat jenis yang lebih besar dari semen. Dengan demikian diharapkan didapat berat jenis beton yang lebih besar dari metode ACI. Berdasarkan hasil perencanaan campuran didapatkan komposisi campuran ACI pada Tabel 5 dan untuk campuran coba-coba pada Tabel 6.
3.3 Pengujian
3.3.1 Berat jenis
Berat jenis beton yang didapatkan dari hasil percobaan dengan menggunakan metode ACI dapat dilihat pada Gambar 5, Sedangkan untuk campuran coba-coba dapat dilihat pada Gambar 6.
3.3.2 Kuat tekan
Kuat tekan beton yang didapatkan dari hasil campuran metode ACI dan metode campuran coba-coba dapat dihat pada Gambar 7 dan Gambar 8. Kedua metode pencampuran ini menghasilkan kuat tekan yang melebihi standar PGN dan PT. Total Indonesie [PGN 2001, PT. Total Indonesie 1997].
Tabel 5. Komposisi berat material campuran ACI
| Material | w/c=0.40 | w/c=0.42 | w/c=0.44 |
|---|---|---|---|
| Semen | 490 | 467 | 445 |
| Air | 200 | 200 | 200 |
| Agregat Kasar Kelompok II | 1437 | 1437 | 1437 |
| Agregat Halus Kelompok II | 919 | 955 | 977 |
Tabel 6. Komposisi campuran coba-coba
| Kelompok (kg) | ||
|---|---|---|
| Material | I | II |
| Semen | 450 | 375 |
| Air | 184.33 | 154 |
| Agregat kasar | 1338 | 1338 |
| Agregat halus | 1018 | 1222 |
| Superplasticizer | 5.625 | 4.668 |
Gambar 5. Berat jenis beton campuran dengan metode ACI 211.4R-93
Gambar 6. Berat jenis beton campuran coba-coba
Gambar 7. Kuat tekan beton campuran ACI
Gambar 8 Kuat tekan beton campuran coba-coba
3.3.3 Absorpsi
Absorpsi beton yang didapatkan sangat kecil baik untuk campuran metode ACI maupun dengan metode campuran coba-coba. Dari hasil pengujian diambil 6 contoh terakhir sebagai bahan pengujian. Hasilnya untuk metode ACI diperlihatkan pada Tabel 7 dan untuk metode campuran coba-coba diperlihatkan pada Tabel 8 [Sugiri & Louis, 2003].
3.4 Tebal beton pemberat
Dengan membandingkan berat jenis beton spesifikasi Perusahaan Gas Negara (PGN) dan berat jenis beton yang didapatkan dari penelitian ini dan mengaplikasikan pada pipa beton pemberat tetapi untuk diameter pipa yang berbeda, dapat di lihat pada Gambar 9.
Tabel 7. Absorpsi beton campuran metode ACI untuk w/c = 0,42
| Benda Uji | Berat SSD (gram) | Berat Kering (gram) | Absorpsi Betom ( % ) |
|---|---|---|---|
| 1 | 5192 | 5165 | 0.52 |
| 2 | 5193 | 5164 | 0.56 |
| 3 | 5095 | 5055 | 0.79 |
| 4 | 5071 | 5030 | 0.82 |
| 5 | 5167 | 5135 | 0.62 |
| 6 | 5240 | 5221 | 0.36 |
| Rata-Rata | 0.61 |
Tabel 8. Absorpsi beton campuran coba-coba kelompok II
| Benda Uji | Berat SSD (gram) | Berat Kering (gram) | Absorpsi Beton ( % ) |
|---|---|---|---|
| 1 | 5085 | 5060 | 0.49 |
| 2 | 5053 | 5020 | 0.66 |
| 3 | 4960 | 4920 | 0.81 |
| 4 | 5070 | 5040 | 0.59 |
| 5 | 5054 | 5020 | 0.68 |
| 6 | 5025 | 4980 | 0.90 |
| Rata-Rata | 0.69 |
Gambar 9. Hubungan diameter pipa dengan ketebalan beton pemberat
Gambar ini memperlihatkan bahwa ketebalan dinding beton pemberat antara spesifikasi PGN dengan hasil yang didapatkan tidaklah terlalu jauh berbeda. Dengan demikian bahwa untuk diameter tertentu beton agregat terak nikel ini dapat digunakan sebagai beton pemberat pipa.
3.5 Pengecoran pipa
Pengecoran pipa dengan cara wrapping dalam skala laboratorium dilakukan dengan menggunakan alat yang prosedur kerjanya menyerupai kondisi di lapangan, dalam skala besar [Sugiri & Louis, 2003] dapat dilihat pada Gambar 10. Pembuatan alat ini dimaksudkan untuk melihat hasil campuran beton yang didapat bila diaplikasikan di lapangan apakah dapat menghasilkan campuran yang padat dan tidak terjadi segeregasi campuran.
Gambar 11 memperlihatkan hasil pengecoran pipa pemberat dengan alat pengecoran pipa metoda wrapping. Dan Gambar 12 memperlihatkan pengujian pipa beton pemberat terak nikel.
Metodologi pengecoran :
- Sebelum pencampuran beton dilakukan terlebih dahulu pipa yang akan dicor dipasang dan diatur posisinya pada as pipa dengan menyetel baut yang memegangnya pada kedua ujungnya.
- Sesudah pipa selesai distel pada posisi as, kemudian pipa pengatur dan pemadat beton diukur jaraknya dari pipa sesuai dengan ketebalan beton yang direncanakan.
- Sesudah jarak diatur, kemudian tulangan wire mesh dipasang untuk pipa composit yang memakai tulangan.
- Kemudian belt pembungkus, belt pengantar dan belt penahan dipasang dengan rapih.
- Setelah alat siap, maka campuran mulai dibuat dan dituangkan diantara pipa yang akan dicor dengan pipa pengatur.
- Setelah campuran dituang selanjutnya pipa diputar sambil menarik belt pembantu sampai campuran mengelilingi pipa dan dibalut oleh pembalut pipa.
- Setelah dibalut, pembalut diisolasi pada bagian ujung pembalut dan kemudian dilepaskan dari alat ini dengan membuka penjepitnya.
Gambar 10. Alat pengecoran pipa metode wrapping
Dengan menggunakan alat tersebut dibuat dua macam diameter pipa yaitu diameter 11.75 cm dengan ketebalan 1,4 cm dan diameter 16 cm dgn ketebalan 3,5 cm
Gambar 11. Hasil pengecoran
Gambar 12. Pengujian pipa beton pemberat terak nikel
4. Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian dan percobaan beton berat yang menggunakan agregat terak nikel, maka dapat disimpulkan :
- 1. Terak nikel terdiri dari dua bentuk struktur, yaitu berpori dan padat. Sedangkan beratnya terdiri dari dua macam yaitu ringan dan berat dimana yang berat adalah yang padat dan berwarna cokalt tua.
- 2. Metode pencampuran dengan menggunakan metode ACI 211.4R-93 dapat dijadikan pedoman perencanaan campuran beton pemberat pipa gas lepas pantai dengan rasio air semen (w/c) = 0.42, ukuran maksimum agregat kasar lolos saringan ukuran 9.52 mm, volume agregat kasar 0.65 per volume beton, dengan gradasi butiran agregat halus sesuai standar ASTM C33.
- 3. Metode pencampuran ACI 211.4R-93 dan campuran coba-coba menghasilkan kuat tekan beton yang lebih besar dari spesifikasi PGN. Dari hasil pengujian untuk campuran ACI didapat kuat tekan beton 36.10 MPa pada umur 7 hari dan 50.77 MPa untuk umur 28 hari. Sedangkan campuran coba-coba, kuat tekan 38.60 Mpa pada umur 7 hari dan 44.80 MPa untuk 28 hari.
- 4. Campuran beton dengan menggunakan metode ACI dan metode coba-coba dapat menghasilkan beton pemberat yang berat jenisnya mencapai 3267 kg/m³ (campuran ACI) dan 3189 kg/m³ (metode coba-coba), namun berat yang didapat belum mencapai standar yang diberikan oleh Perusahaan Gas Negara (PGN), yaitu sebesar 3365 kg/m³. Tetapi didalam pelaksanaan untuk beton pemberat yang sesuai spesifikasi PGN dapat dicari jalan keluarnya dengan menambah ketebalan lapisan beton pemberat.
- 5. Komposisi campuran ACI.211.4R-93 dengan menggunakan agregat terak nikel akan menghasilkan absorpsi beton yang kecil dimana dalam penelitian ini didapat 0,61 %. Sedangkan spesifikasi PGN dan PT. Total Indonesie memberikan batas maksimum 5 % dari berat kering beton.
5. Ucapan Terima Kasih
Terima kasih kepada Lab Struktur dan Bahan ITB dan Lab Dinamika PAU ITB untuk pelaksanaan penelitian ini. Hasil penelitian beton pemberat terak nikel ini dapat digunakan sebagai pipa pemberat, dan hasil penelitiannya menghasilkan hak paten no. P20000200, tanggal 19 November 2003, dengan judul Penemuan: Lapisan Pemberat dan Pelindung untuk Jalur Pipa Bawah Laut dan Air Tawar