## EVALUASI PENURUNAN PONDASI TANGKI MINYAK SESUAI API 653
oleh :
Budi Satiawan
Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah Jakarta Email : budi.satiawan@umj.ac.id

## Tanjung Rahayu Raswitaningrum
Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah Jakarta Email : tanjung.rahayu@umj.ac.id
Abstrak : Lapangan pengolahan minyak dan gas menyimpan banyak fasilitas peralatan berupa tangki pelat  baja  yang  melayani  penyimpanan  fluida  diantaranya  berupa  minyak.  Beberapa  masalah  yang mungkin terjadi pada tangki yang telah beroperasi sekian lama adalah penurunan pada pondasi. Suatu tangki  yang  telah  beroperasi  sekitar  20  tahun  terindikasi  secara  visual  telah  mengalami  kemiringan. Indikasi  awal  terhadap  kemiringan  tersebut  adalah  telah  terjadinya  penurunan  tidak  seragam ( differential  settlement )  pada  pondasi  tangki.  Penelitian  dilakukan  untuk  mengetahui  apakah  tangki tersebut  masih  dapat  digunakan  dan  dalam  kondisi  aman  untuk  dioperasikan  atau  memerlukan perbaikan. Penelitian ini akan mengevaluasi penurunan yang terjadi pada tangki tersebut sesuai metode analisis pada American Petroleum Institute (API) 653. API 653, Tank Inspection, Repair, Alteration, and Reconstruction,  fifth  edition memberikan  rekomendasi  metoda  untuk  melakukan  evaluasi  terhadap penurunan tanah ( settlement ). Hasil penelitian menunjukkan bahwa penurunan tangki di beberapa titik telah melebih batas penurunan maksimum sehingga diperlukan adanya perbaikan lebih lanjut.
Kata Kunci : tangki minyak, tipe tangki, penurunan, API 653,
Abstract : The field of oil and gas processing have many equipment facilities such as steel plate tanks serving fluid storage, including oil. Some problems that may  occur in tanks that have been operating  for a long periode are about the problem of settlement on the foundation. A tank that has been operating for about 20 years is visually indicated to have a settlement problem. The initial indication is suspected that there has been a non-uniform settlement (differential settlement) on the tank foundation. The research was conducted to  determine  whether  the  tank  can  still  be  used  and  is  in  a  safe  condition  to  be  operated  or  need  an improvement. This research will evaluate the settlement that occurs in the tank with the analysis method according  to  American  Petroleum  Institute  (API)  653.  API  653,  Tank  Inspection,  Repair,  Alteration,  and Reconstruction  recommends  methods  for  evaluating  settlement.  The  results  of  research  showed  that  the settlement at several points has exceeded the maximum settlement so the futher improvements were needed.
Keywords: Oil tank, tank type, settlement, API 653

## Pendahuluan
Di  dalam  fasilitas  infrastruktur  pengolahan minyak  dan  gas  banyak  ditemui  fasilitas penyimpanan  fluida  yang  biasa  dikenal dengan tangki.
Nurpadmi (2018)
menyatakan bahwa fungsi tangki atau sering
disebut  tangki  timbun  adalah  untuk menyimpan  minyak  mentah  atau  minyak hasil  dari  proses  kilang  gas, chemical ,  dan lain-lain.
Perencanaan desain tangki yang tepat dapat mengurangi  risiko  kegagalan  baik  dalam proses  fabrikasi  maupun  penggunaannya.
Dalam  tahap  perencanaan  pondasi,  akan dilakukan  perhitungan  terhadap  stabilitas pondasi meliputi stabilitas daya dukung saat kondisi  pondasi  menerima  beban  tetap meliputi  berat  sendiri  tangki  beserta aksesorisnya, beban fluida yang ditampung di  dalam  tangki  dan  beban  hidup  yang bekerja  pada  atap  tangki  maupun pembebanan  yang  sifatnya  sementara (beban gempa,  beban angin serta beban isi saat dilakukan hydrostatic test ). Faktor yang tidak
kalah pentingnya untuk
dipertimbangkan  saat  tahap  perencanaan adalah  perhitungan  terhadap  penurunan jangka  pendek  dan  jangka  panjang  yang dapat terjadi sesuai kondisi tanah setempat yang  manakala  akibat  pertimbangan penurunan tersebut akan dapat mempengaruhi dari jenis tipe pondasi yang akan digunakan.
Beberapa  kasus  penurunan  pondasi  yang seringkali ditemukan pada fasilitas penyimpanan  fluida  (tangki)  diantaranya adalah  masalah  penurunan  dari  pondasi tangki baik pada saat sebelum dioperasikan (saat hydrostatic test ) maupun pada kondisi setelah  dioperasikan jangka panjang.

## Gambar 1. Tangki
Penelitian  ini  dilakukan  karena  ditemukan permasalahan di suatu lapangan infrastruktur migas. Tangki
yang merupakan  tempat  penyimpanan  fluida
berupa  minyak  dengan  dengan  tipe  tangki fixed  roof terlihat  secara  visual  telah mengalami  kemiringan.  Indikasi  awal terhadap  kemiringan  tersebut  adalah  telah terjadi penurunan tidak seragam ( differential settlement ) pada pondasi tangki.

## Tinjauan Pustaka
Secara umum, tangki terdiri dari:
- roof plate
- shell plate
- annular plate
- bottom plate
Gambar 2. Komponen tangki
(Widawardhana, 2020) Pertimbangan desain menurut Widawardhana (2020) adalah: 1. volume tangki maksimum 2. berat  komponen  utama,  pelengkap ( apputenance ), dan aksesoris 3. tinggi dan diameter tangki 4. ketinggian cairan ( liquid level )
5. berat jenis cairan ( specific gravity ) 6. kecepatan angin 7. beban gempa 8. kombinasi pembebanan 9. penyelidikan tanah 10. daya dukung tanah 11. penurunan tanah Berdasarkan  API  650,  fondasi  tangki  dapat dikategorikan menjadi:
1. pondasi  tanah  tanpa ringwall ( earth foundations without a ringwall )
2. pondasi  tanah  dengan ringwall beton
( earth  foundations  with  a  concrete ringwall )
3. fondasi  tanah  dengan ringwall batu pecahan kerikil  ( earth foundations with a crushed stone and gravel ringwall )
4. Fondasi rakit ( slab foundation )
Berdasarkan  API  653,  penurunan  yang terjadi  pada  tangki  dapat  dikategorikan menjadi:
1. penurunan seragam (u niform settlement ) Kondisi  penurunan  seragam  ini  tidak mengakibatkan  kenaikan  tegangan  pada struktur  tangki,  tetapi  kemungkinan konsentrasi tegangan dapat terjadi pada koneksi  hubungan  antara  tangki  dengan sistem  perpipaan  yang  ada, noozle  area atapun attachment yang  terpasang  pada struktur  tangki  dan  tidak  dapat mengikuti  penurunan  seragam  yang terjadi pada dinding tangki.
2. Rigid body tilting of a tank (planar tilt) Kondisi ini dapat diidealisasikan sebagai kondisi  tangki  yang  miring  ( tilting ) dengan  anggapan  tangki  berotasi  dalam suatu  bidang  rata.  Dari  terjadinya kemiringan tangki ini dapat mengakibatkan  terjadinya  peningkatan tegangan  pada  dinding  tangki (hoop stress) yang  disebabkan  oleh  kenaikan elevasi  fluida  disisi  dalam  tangki  yang berada  pada  penurunan  area  di  elevasi rendah. Untuk tangki dengan tipe floating roof , kondisi kemiringan yang besar akan dapat mengakibatkan gangguan pengoperasian  dari  pergerakan  naik turunnya atap.
3. Settle in a non-planar configuration Kondisi  ini  menunjukkan  tangki  yang berotasi  tetapi  tidak  pada  bidang  yang rata  akibat  dari  bentuk  tangki  sendiri yang  sifatnya  adalah  fleksibel.  Efek  dari sifat
fleksibilitas
tangki
dapat mengakibatkan  perubahan  dari  bentuk
kebulatan  tangki (roundess )  yang  dapat berakibat  penambahan  tegangan  atau integritas  dari  struktur  utama  penahan atap seperti rafter , kolom atapun girder . Kondisi penurunan ini dapat mengakibatkan  pembentukan  suatu bidang  bidang  datar  setempat  pada dinding  tangki  serta mempengaruhi integrity dari pipa yang  terkoneksi pada dinding tangki.
Untuk  mengetahui  efek  dari  penurunan tanah  terhadap  kondisi  kemiringan tangki  dapat  digunakan  acuan  dari rekomendasi  API  653  Annex  B.  Standar Annex  B  ini  membahas  mengenai bagaimana melakukan evaluasi terhadap sisi  dasar  tangki  ( evaluation  of  tank bottom  settlement ).  Sub  bab  Annex  B.2 API 653 menjelaskan bagaimana menentukan evaluasi besarnya pengukuran settlement yang  terjadi  dan jumlah titik pengukuran yang diperlukan, sedangkan  sub  bab  Annex  B.3  API  653 menjelaskan  bagaimana  menghitung besaran penurunan yang diijinkan.
Perhitungan  kebutuhan  jumlah  titik sesuai diameter tangki adalah
N = D/10 (1)
Dimana:
N  =  Jumlah  minimum  titik  pengukuran yang  dibutuhkan  dengan  tidak kurang dari 8 titik.
Jarak  radius  maksimum  tiap  titik tidak kurang dari 32 ft (9,75m)
D = Diameter tangki (ft)

## Gambar 3. Potongan pondasi tangki
(API Standard 653, 2014)
API  653  memberikan  ilustrasi  besarnya penurunan tangki tipe rigid tilt plane dalam bentuk  kurva  cosine  dimana  nilai  elevasi settlement ( Elev  pred .)  dihitung  dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:
Elev pred = a + b x cos (θ + c) (2)
Nilai a, b dan c dapat dihitung dengan cara coba-coba  sehingga  diperoleh  nilai  R  yang dianggap  valid  untuk  tipe  penurunan rigid tilt plane yaitu lebih besar atau sama dengan 0,9.
𝑅 2 = (𝑆 𝑦𝑦 −𝑆𝑆𝐸) 𝑆 𝑦𝑦 (3)
Dimana:
Syy = Jumlah kuadrat dari perbedaan antara ketinggian  rata-rata  yang  diukur terhadap ketinggian titik yang ditinjau SSE = Jumlah kuadrat dari perbedaan antara ketinggian yang diukur dan
diperkirakan
Gambar 4. Gambar grafik kurva cosine (API Standard 653, 2014)
Out-of-plane deflection , Si untuk point i dapat dihitung menggunakan persamaan:
Si = Ui – (1/2Ui-1 + ½ Ui+1) (4)
Out-of-plane  settlement ,  Ui  untuk  point  i dapat  dihitung  berdasarkan  selisih  antara settlement  actual (pengukuran)  terhadap elevasi settlement berdasarkan kurva cosine dimana  bernilai  positif  (+)  bila  elevasi pengukuran  di  lapangan  berada  di  atas kurva cosine dan sebaliknya (-) bila berada di bawah kurva cosine .
Untuk melakukan evaluasi penurunan yang terjadi  pada  tangki  ( shell  settlement )  akan digunakan  evaluasi  terhadap  batasan settlement yang diijinkan dimana penurunan  yang  terjadi  tidak  melebihi penurunan  maksimum  ( permissible  out-of- plane settlement, Smax).
𝑆 𝑚𝑎𝑥 = (𝐿 2 ×𝑌×11) 2[(𝐸×𝐻)] (5)

## Dimana:
Smax  =  penurunan    maksimum      yang diizinkan (ft) L =   panjang  busur  antara  titik-titik pengukuran (ft) Y =   tegangan leleh material (lb/ft 2 ) E
=   modulus Young (lb/ft 2 ) H = tinggi tangki (ft)

## Metodologi Penelitian
Gambar 5. Flowchart simulasi
Proses  pengambilan  data  hingga  hasil penelitian  dapat  dilihat  pada flowchart di atas.
Dalam  melakukan  evaluasi  penurunan tangki,  akan  dilakukan  pengambilan  data pengukuran elevasi  pada  permukaan  dasar tangki  (eksternal  tangki)  dan  analisis berdasarkan rekomendasi dari API 653.

## Data Tangki
Diketahui  data  geometri  dan  properti material  tangki  secara  umum  adalah sebagaimana berikut.

## Tabel 1. Data tangki

## Gambar 6. Potongan pondasi tangki
Tipe  pondasi  tangki  yang  digunakan merupakan tipe pondasi tanah  dengan ring wall beton.

## Gambar 7. Tampak atas pondasi tangki
Berdasarkan  data  lapangan  tersebut, penelitian  dilakukan  dengan  mengevaluasi kondisi  awal  tangki  dan  menganalisis apakah  tangki  tersebut  masih  aman  untuk terus dioperasikan atau sudah berada dalam kondisi  yang  memang  membutuhkan perbaikan.

## Analisis dan Pembahasan
Dilakukan  pengukuran  elevasi  permukaan bottom  plate yang  berada  pada  pondasi tangki  dengan  jumlah  titik  sebanyak  16 buah.
Gambar 8. Pengambilan titik pengukuran
Data pengukuran elevasi di lapangan  dapat ditabulasi  untuk  menghitung  besaran  nilai out-of-plane settlement (Ui) dan nilai out-of- plane deflection (Si). Metoda coba-coba untuk nilai a, b dan c yang optimum (persamaan 5) digunakan sehingga  diperoleh  nilai  R  >  0,9.  Untuk perhitungan  kali  ini  setelah  beberapa  kali coba-coba  menggunakan spread  sheet , diperoleh nilai a = 53127, b = 65 dan c = 82 sehingga diperoleh nilai R = 0,998. Dengan demikian,  kurva cosine yang  dibuat  dapat digunakan  sebagai  acuan settlement untuk tipe body  rigid  tilting  settlement sesuai rujukan dari API 653.

## Gambar 9. Kurva Cosine
Karena  diperoleh  nilai  R  >  0,9  maka  tipe penurunan  yang  terjadi  pada  tangki  dapat dikategorikan sebagai penurunan body rigid tilting settlement , dimana dianggap pondasi berputar terhadap satu poros bidang. Perhitungan batas penurunan yang diijinkan (Smax) dapat diperoleh sebagai berikut.
𝑆 𝑚𝑎𝑥 = (𝐿 2 × 𝑌 × 11) 2[(𝐸 × 𝐻)] = (6,87 2 ×29732,8×11)
2[(2,7.1𝐸7×29,79)]

## = 0,01 ft
= 2,9 mm Besaran  nilai  Si, Out-of-plane  deflection untuk tiap titik pengukuran jika dibandingkan dengan kriteria batas penurunan  yang  diijinkan  (persamaan  5) dapat ditampilkan dalam tabel dan grafik di bawah.

## Tabel 2. Tabulasi perhitungan Ui dan Si
Gambar 10. Grafik Si vs Smax
Berdasarkan  nilai  Si  di  tiap  titik,  diketahui bahwa  beberapa  titik  pada  dinding  tangki telah  mengalami  penurunan  melebihi  dari batas ijin penurunan sesuai API 653. Hal ini ditunjukkan  dengan  nilai  Si  yang  melebihi nilai Smax.
Upaya  perbaikan  disarankan  agar  tangki dapat  kembali  dapat  beroperasi  secara penuh.  Indikasi  penurunan  berlebih  dapat juga memperlihatkan kemungkinan terjadinya  kriteria  lainnya  yang  tidak terpenuhi pada tangki sehingga disarankan perlunya  evaluasi  pengukuran  terhadap ketegakan  tangki  ( tiltting  assessment ), survey  terhadap  kondisi settlement pada pelat lantai dasar di dalam tangki, ketebalan material  tangki  serta  kebundaran  dari dinding tangki ( roundness ) untuk mengidentifikasi  kerusakan  lainnya  yang mungkin  telah  terjadi  pada  tangki  sehinga penentuan  perbaikan  pada  tangki  dapat menjadi  satu  rekomendasi  lengkap  dalam
satu  metoda  rencana  kerja  perbaikan kedepannya.
Untuk dapat menganalisis besarnya penurunan di waktu selanjutnya, diperlukan pengambilan undisturb  sample di  area pondasi untuk sampel pengujian konsolidasi di  laboratorium.  Parameter  tanah  yang diperlukan adalah data properti tanah serta parameter kuat geser tanah.

## Kesimpulan
Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa penurunan  tangki  di  beberapa  titik  telah melebih batas penurunan maksimum ( out of plane settlement, Smax) sesuai API 653 pasal B.3.2.2 sehingga diperlukan adanya perbaikan lebih lanjut. Sebelum metoda perbaikan tangki
diputuskan,  perlu  dilakukan  evaluasi kondisi  tangki  terhadap  ketegakan  tangki ( tilting ),  inspeksi  internal  tangki  meliputi settlement di bottom  plate ,  ketebalan material  sisa  tangki  serta  survey  terhadap kebundaran  tangki  ( roundness )  sehingga diperoleh metoda perbaikan yang tepat dan terarah.

## Daftar Pustaka
API 653, Tank Inspection, Repair, Alteration, and  Reconstruction, fifth edition, 2014. API  650, Welded  Tanks  for  Oil  ,  Twelfth edition , 2016.
Nurpadmi, Otomasi  Sistem  Pengosongan Tangki T101 dan T102 untuk PengolahanKilang PPSDM Migas Menggunakan  PLC, Swara  Patra  Vol.  8 No. 2,  PPSDM Migas, 2018.
Widawardhana,  Datta, Pemilihan  Jenis Pondasi pada Tangki Timbun Aboveground ,  Webinar  Sipilpedia  sesi
14, 2020.