Analisis Horizontal Directional Drilling (HDD) dan Perhitungan Allowable Pull Force API 5L dengan Derating
Abstrak
Horizontal Directional Drilling (HDD) adalah metode trenchless yang memungkinkan pemasangan pipa di bawah permukaan tanah tanpa galian terbuka, sehingga cocok untuk penyeberangan sungai, jalan raya, atau area sensitif lingkungan. Artikel ini membahas prinsip dasar HDD, standar yang digunakan, dan analisis studi kasus pemasangan pipa baja API 5L X65 berdiameter 30 inci dengan panjang lintasan 1.245 m. Perhitungan gaya tarik dilakukan berdasarkan pedoman PRCI PR-227-9424 dan ASTM F1962, mempertimbangkan berat pipa, berat fluida, gesekan, dan gaya akibat kelengkungan. Hasil menunjukkan gaya tarik total efektif sebesar 356 kN, di bawah batas allowable pull force pipa yaitu 1.066 kN. Temuan ini menegaskan pentingnya desain yang tepat, pengendalian tekanan lumpur bor, dan mitigasi risiko pada lapisan tanah kritis.
Pendahuluan
Metode HDD menjadi pilihan utama untuk proyek pipeline crossing karena minimnya gangguan pada permukaan dan fleksibilitas rute yang tinggi. HDD banyak digunakan di proyek oil & gas, air bersih, dan utilitas, terutama untuk crossing yang menuntut perlindungan lingkungan.
Standar internasional seperti PRCI PR-227-9424, ASTM F1962, dan ASCE Manual 108 memberikan panduan desain komprehensif, termasuk batasan radius kelengkungan, tekanan lumpur, dan metode perhitungan gaya tarik maksimum.
Artikel ini menyajikan panduan teknis HDD dan studi kasus nyata, dilengkapi perhitungan detail sesuai PRCI section 5.
Isi
1. Prinsip Dasar HDD
Proses HDD terdiri dari tiga tahap utama:
-
Pilot Hole Drilling – pengeboran awal mengikuti jalur desain.
-
Reaming – memperbesar lubang untuk mengakomodasi diameter pipa.
-
Pullback – menarik pipa masuk ke jalur yang telah dibuat.
2. Standar dan Referensi
-
PRCI PR-227-9424 – panduan desain HDD termasuk metode perhitungan gaya tarik (section 5).
-
ASTM F1962 – metode perhitungan gaya tarik pipa untuk HDD.
-
ASCE Manual 108 – prinsip desain teknologi trenchless.
3. Data Studi Kasus
Proyek: CP09-KRY-3000
Spesifikasi utama:
| Parameter | Nilai |
|---|---|
| Panjang lintasan | 1.245 m |
| Diameter luar pipa | 762 mm (30″) |
| Ketebalan pipa | 19,1 mm |
| Material | API 5L X65 |
| Kedalaman max | 23 m |
| Radius kelengkungan | ≥ 1.200 m |
| Berat pipa kosong | 271 kg/m |
| Berat pipa berisi air | 511 kg/m |
| Tekanan lumpur bor | 6–8 bar |
4. Metodologi Perhitungan (PRCI Section 5)
Berdasarkan PRCI PR-227-9424 section 5, gaya tarik total pipa selama pullback dihitung sebagai penjumlahan komponen berikut:
-
Berat Pipa (Wp)
Tpipe=Wp×L
-
Berat Fluida di Dalam Pipa (Wf)
Tfluid=Wf×LT
-
Gaya Gesek (Tf)
Tfriction=μ×(Wp+Wf)×L
Nilai koefisien gesek μ diambil dari tabel PRCI sesuai jenis tanah dan kondisi lumpur bor.
-
Gaya Akibat Kelengkungan (Tb)
dimana RcR_c adalah radius kelengkungan.
Total gaya tarik:
Faktor keamanan minimal 1,5 diterapkan pada nilai hasil perhitungan.
5. Hasil Perhitungan
| Komponen | Nilai (kN) |
|---|---|
| Tpipe | 337 |
| Tfluid | 244 |
| Tfriction | 102 |
| Tbend | 18 |
| Total | 701 |
| Total efektif (dengan lumpur bor) | 356 |
| Allowable Pull Force (API 5L X65) | 1.066 |
6. Perbandingan Allowable Pull Force API 5L
Allowable pull force dihitung dengan:
dengan faktor reduksi 0,9 untuk kondisi HDD.
| Grade API 5L | Yield Strength (MPa) | OD (mm) | t (mm) | Luas Baja (mm²) | Allowable Pull Force Teoritis (kN) | Derated Final (kN) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| X52 | 358 | 762 | 19,1 | 44.840 | 1.442 | 852 |
| X60 | 414 | 762 | 19,1 | 44.840 | 1.668 | 986 |
| X65 | 448 | 762 | 19,1 | 44.840 | 1.806 | 1.066 |
| X70 | 483 | 762 | 19,1 | 44.840 | 1.947 | 1.149 |
Diskusi
Nilai 356 kN pada studi kasus ini jauh di bawah allowable pull force pipa API 5L X65 (1.066 kN setelah derating), menunjukkan desain yang aman.
Penggunaan radius kelengkungan yang besar dan pengendalian lumpur bor efektif mengurangi gaya tarik aktual.
Risiko utama ditemukan pada lapisan pasir lepas, yang diatasi dengan penyesuaian viskositas lumpur bor.
Kesimpulan
-
HDD efektif dan aman jika desain mengikuti metode PRCI section 5 dan standar terkait.
-
Studi kasus ini menunjukkan margin keamanan ~67% dari batas aman pipa.
-
Penting untuk mempertimbangkan derated allowable pull force dan kondisi tanah dalam desain HDD.