Pipa adalah mode aman dan dapat diandalkan dalam perihal transportasi untuk cairan dan gas. Kegagalan pipa kritis sangat serius dan memiliki konsekuensi besar dalam hal kerugian ekonomi, dampak sosial, dan isu-isu lingkungan. Kegagalan pipa terjadi ketika tekanan diterapkan dalam pipa melebihi kapasitas struktural pipa (Gould et al.). Kapasitas struktural mengurangi waktu ke waktu karena kerusakan material, mekanisme yang tergantung pada material pipa yang dijelaskan oleh Rajani et al. Kegagalan dalam barrel pipa dan hasil bersama dari kombinasi penyebab seperti kondisi operasional (yaitu, beban lalu lintas dan beban tekanan), faktor lingkungan (yaitu, korosifitas tanah dan reaktivitas) dan intrusi (yaitu, kerusakan pihak ketiga) sebagai diklasifikasikan dalam Rajeev et al., Gambar (1) menunjukan penyebab kegagalan pipa dan kontribusinya terhadap jumlah kegagalan dalam air terkubur pipa. Korosi memiliki pengaruh signifikan pada kegagalan pipa terkubur diikuti oleh gerakan tanah dan tekanan transien.
Gambar (1)
Untuk memahami kegagalan pipa in-service, perlu untuk memiliki pengetahuan tentang tekanan yang pipa dikenakan dan degradasi kinerja mekanik pipa dengan waktu yang mungkin berkontribusi terhadap kegagalan. Beberapa model prediksi stres dikembangkan di masa lalu untuk memperkirakan tekanan dalam segmen pipa mengalami beban eksternal dan internal dengan berbagai tingkat akurasi. Sebagian besar model yang ada analitis berdasarkan pada analisis struktur cincin pipa 2-D. Beberapa model dapat mengakomodasi efek tanah dengan menggunakan distribusi tegangan tanah yang telah ditetapkan. Dengan demikian, tekanan dalam pipa di lapangan mungkin berbeda secara signifikan dari perkiraan stres menggunakan model analitis. Ini memberikan informasi tidak dapat diandalkan untuk pembaharuan dan proses pengambilan keputusan rehabilitasi. Oleh karena itu, perlu untuk memiliki model prediksi stres pipa terpercaya menggabungkan faktor-faktor yang memiliki kontribusi yang signifikan terhadap stres pipa.
Model Prediksi Stres Pipa (Pipe Stress Prediction Models)
Spangler mengembangkan persamaan kebinasaan stres pipa pertama untuk pipa dikuburkan mengalami beban lalu lintas. Persamaan ini telah banyak digunakan oleh industri pipa dalam tahap pengkajian desain dan kondisi. persamaan menghitung stres lentur melingkar di invert pipa akibat beban vertikal sebagai berikut:
di mana Wvertical adalah beban vertikal karena pengurukan dan beban permukaan termasuk faktor dampak, E adalah modulus pipa elastisitas, D adalah diameter pipa, t adalah pipa ketebalan dinding, dan p adalah tekanan internal. Kb dan Kz ini lentur saat dan defleksi parameter, masing-masing, yang bergantung pada sudut tempat tidur. Nilai-nilai yang sesuai b K dan z K dapat ditemukan di Moser dan Folkman.
Namun, persamaan di atas tidak termasuk efek dari tanah dukungan lateral pada tegangan pipa. Akhir-akhir ini, Warman et al., mengusulkan persamaan Spangler dimodifikasi oleh menyisir rumus Spangler asli dan rumus Iowa seperti yang diberikan dalam persamaan selanjutnya. Gambar (2) menunjukkan distribusi tegangan diasumsikan sekitar pipa karena tanah dan beban lalu lintas.
di mana E' adalah modulus perlawanan tanah pasif dan r adalah radius pipa.
Juga, desain pipa menganggap pengaruh tekanan internal pada tegangan pipa yang dapat dihitung dengan menggunakan persamaan di bawah ini.
di mana Pw adalah operasi / tekanan kerja dan Ps adalah tekanan gelombang.
Gambar (2)
Oleh karena itu, stres total dalam pipa dapat diperkirakan dengan menambahkan dua persamaan di atas untuk menggabungkan efek dari lalu lintas dan tekanan beban. Sebagaimana dinyatakan di atas, akurasi dalam memprediksi tegangan pipa dipertanyakan karena alasan berikut: (1) teori Boussinesq umumnya digunakan untuk memperkirakan beban lalu lintas yang dialami oleh pipa, dengan asumsi bahwa massa tanah dimuat adalah homogen dan mengabaikan keberadaan pipa kaku dalam tanah; (2) Spangler rumus stres dan rumus Iowa terdiri dari pengobatan agak tidak konsisten dari efek resistensi tekanan kaku dan tanah intern (Masada); (3) persamaan stres didasarkan pada tanah distribusi tegangan diasumsikan dan perkiraan sekitar pipa; (4) variasi kepadatan tanah yang dapat terjadi di berbagai zona selama instalasi pipa tidak dianggap; dan (5) slip antara pipa dan tanah di sekitarnya tidak dianggap. Sebuah analisis tegangan yang lebih lengkap dengan menggunakan metode elemen hingga mampu mengurangi sebagian besar keterbatasan ini.
Pemodelan Numerik dari Pipe-Soil System
Analisis tiga dimensi (3D) elemen hingga (FE) dilakukan dengan menggunakan ABAQUS 6.11 / standar untuk mendapatkan pipa dan tanah distribusi tegangan sekitar pipa. tanah diwakili oleh batu bata 8-noded mengurangi unsur integrasi dan pipa diwakili oleh shell 8-noded berkurang elemen integrasi. Perilaku baik tanah dan pipa diasumsikan sebagai bahan elastis linier mirip dengan apa yang diasumsikan dalam derivasi dari solusi analitis tersedia (misalnya, tanah diasumsikan lebih-konsolidasi dan berperilaku elastis selama rentang beban lalu lintas diuji). Batas-batas sisi tanah model FE diasumsikan halus dan terletak jauh dari pipa (& beban lalu lintas) untuk menghilangkan efek batas. Gambar (3) menunjukkan mesh diskritisasi dan model dimensi. Dimensi yang tepat dan kerapatan mesh model ini adalah untuk mengurangi waktu komputasi. Sejalan dengan asumsi yang dibuat dalam solusi analitis, interaksi antara pipa dan tanah diasumsikan gesekan, dan beban lalu lintas yang disederhanakan untuk menunjukkan beban.
Gambar (3)
Perkembangan Persamaan Prediksi Stres
Stres dalam pipa tergantung pada besar dan distribusi beban eksternal dan internal, yang pipa dikenakan, serta kondisi tanah dan pipa bahan dan sifat geometris. Kontribusi masing-masing faktor ini perlu ditentukan dan dimasukkan ke dalam model prediksi stres. Dalam penelitian ini, variabel-variabel berikut dianggap untuk mengembangkan persamaan prediksi tegangan pipa: beban lalu lintas (W), tekanan internal yang (P), modulus tanah (Es), kepadatan tanah (γ), lateral yang koefisien tekanan tanah (k), pipa diameter (D), ketebalan dinding pipa (t), dan kedalaman penguburan (h). Analisis elemen hingga dilakukan dengan berbagai tingkat variabel dan kombinasinya. Tabel 1 memberikan variabel dan rentang dipertimbangkan untuk simulasi FE. Kisaran untuk variabel dipilih untuk mewakili realitas di kondisi lapangan. Atas dasar parameter yang dipilih, 576 simulasi elemen hingga dilakukan untuk mengembangkan persamaan prediksi stres.
Tegangan maksimum dalam pipa ditentukan dari analisis elemen hingga untuk semua kemungkinan kombinasi dari variabel. Metode response surface digunakan untuk mengembangkan hubungan fungsional antara pipa stres maksimum dan variabel sebagai:
Akurasi model prediksi yang dikembangkan diuji menggunakan 20 variabel input secara acak. Nilai untuk sampel secara acak dipilih untuk menjadi dengan ruang data yang digunakan untuk mengembangkan model. Koefisien determinasi adalah sekitar 0,98, yang lebih tinggi dari model prediksi. Hal ini mungkin disebabkan fakta bahwa jumlah sampel yang digunakan dalam simulasi kecil dibandingkan dengan jumlah sampel yang digunakan dalam model pembangunan (lebih dari 500). Hal ini tidak dapat mewakili dispersi yang mungkin dapat terjadi di prediksi. Namun, koefisien minimal penentuan stres pipa diprediksi dengan menggunakan model maju di atas 0.953.
Gambar (4)
Akhirnya, analisis sensitivitas dilakukan untuk menyelidiki kontribusi relatif dari masing-masing variabel dalam model prediksi. Spearman koefisien korelasi rank (Spearman) digunakan untuk melakukan sensitivitas. Koefisien korelasi dihitung untuk setiap variabel mengendalikan stres pipa maksimum ditentukan dari simulasi FE. Koefisien korelasi dihitung adalah dinormalisasi untuk menemukan sensitivitas relatif dari setiap parameter pada tegangan pipa. Gambar (5) menunjukkan hasil analisis sensitivitas. Beban lalu lintas, tekanan dan ketebalan dinding pipa harus signifikan kontribusi terhadap stres pipa.
Gambar (5)
Sources:
- https://www.researchgate.net/publication/271386536
No comments:
Post a Comment