TRANSMISI GELOMBANG PADA FLOATING BREAKWATER POLYETHYLENE BENTUK ZIG ZAG
Ir. Haryo D. Armono, M. Sc. Phd1, Sholihin, ST, MT1, Yogi Rezkirana2 1)Staff pengajar Teknik Kelautan, FTK-ITS, Surabaya
2) Mahasiswa Teknik Kelautan, FTK-ITS, Surabaya Abstrak
Breakwater adalah struktur yang berfungsi untuk mengurangi intensitas aksi gelombang di perairan pantai dan dengan demikian mengurangi erosi pantai salah satunya adalah floating breakwater.
Floating breakwater lebih efektif, efisien dan fleksibel dibandingkan dengan fixed breakwater, sehingga banyak dikembangkan sebagai struktur peredam gelombang. Unit floaton yang berbahan polyethylene (High Density Polyethylene) ini dirangkai untuk dijadikan sebagai struktur floating breakwater. Floaton memiliki beberapa kelebihan yaitu : ramah lingkungan, tahan lama, cara pemasangan mudah dan praktis, tahan sinar ultraviolet dan abrasi, tahan air laut dan zat asam, dan bebas perawatan. Sistem koneksi yang digunakan adalah pin. Akan tetapi kemampuan floating breakwater floaton dalam mereduksi gelombang belum diteliti secara lebih lanjut. Sehingga, hal itulah yang melatar belakangi dilakukannya penelitian ini. Dalam penelitian ini, akan dihitung koefisien transmisi (Kt) gelombang dari model fisik floating breakwater floaton, yang merupakan perbandingan antara tinggi gelombang tertransmisi (Ht) dengan tinggi gelombang datang (Hi), sehingga akan diketahui efektifitas dari floating breakwater floaton dalam meredam gelombang dan pada akhirnya akan memudahkan proses instalasi dilapangan sesuai desain yang dinginkan, dengan berdasarkan nilai Kt yang terjadi. Model floating breakwater polyethylene ini diuji di wave flume menggunakan gelombang irregular dengan tinggi gelombang bangkitan (4-6) cm dan periode (1,1 detik; 1,3 detik; 1,5 detik), dengan variasi draft dan sudut kemiringan tali pada model dimana model A1 dengan draft 0.5 cm dan kemiringan sudut pada tali sebesar 45o , model A2 dengan draft 0.5 cm dan kemiringan sudut pada tali sebesar 90o, model B1 dengan draft 5,6 cm dan kemiringan sudut pada tali sebesar 45o , dan untuk model B2 dengan draft 5,6 cm dan kemiringan sudut pada tali sebesar 90o. Skala geometri yang digunakan adalah 1:10, dan skala waktu untuk periode menggunakan 1: 3,162. Hasil pengujian model fisik menunjukkan semakin dalam draft dan kecil sudut kemiringan pada tali maka koefisien transmisi akan semakin tereduksi.
Kata-kata kunci: floating breakwater, high density polyethylene, model fisik, transmisi gelombang, gelombang irreguler.
1. Pendahuluan
Struktur terapung sudah mulai ramai dibicarakan. Dewasa ini dan dimasa depan, diperkirakan floating structure atau struktur bangunan terapung akan menjadi primadona konstruksi. Di banyak negara maju, penggunaan struktur terapung sudah sampai pada tahap pengembangan very large floating structure atau konstruksi bangunan terapung skala besar misalnya untuk pembangunan bandara internasional terapung (floating airport), jembatan apung (floating bridge), pemecah gelombang terapung (floating breakwater), bahkan kota terapung (floating city) (Danial,2010).
Keuntungan dari adanya struktur terapung antara lain tidak menambah massa air dimana massa benda tidak mendesak massa air sehingga tidak menimbulkan efek kenaikan muka air laut. Keuntungan berikutnya adalah tidak menimbulkan scouring pada pondasi pilar jembatan. Selain itu floating breakwater
gelombang, struktur yang simpel, murah, dan ukuran panjangnya yang efisien (Tazaki and Ishida, 1975).Dalam penelitian ini akan dianalisa tentang besar nilai transmisi gelombang pada floating breakwater jenis polyethylene dengan variasi kemiringan sudut tali tambat pada struktur dan draft pada struktur. Dari hasil tersebut nantinya penelitian ini dapat diketahui berapa besar gelombang yang dapat teredam akibat penambahan draft dan juga variasi kemiringan sudut tali tambat pada struktur. Unit floaton yang berbahan polyethylene (High Density Polyethylene) ini dirangkai untuk dijadikan sebagai struktur floating breakwater.
Tujuan yang ingin didapatkan dalam penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh kemiringan sudut tali dan pengaruh draft pada struktur floating breakwater jenis polyethylene terhadap nilai koefisien transmisi gelombang jika struktur disusun zig zag. Manfaat yang didapatkan dalam penelitian ini:Mengetahui nilai koefisien transmisi gelombang pada
bentuk/konfigurasi floating breakwater yang ideal untuk meredam gelombang seperti pemberian draft dan sudut kemiringan tali yang tepat pada floating breakwater agar dapat meredam gelombang dengan baik. Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sistem tambat (mooring system) tidak dianalisa, arus yang mengenai struktur tidak dianalisa, arah sudut datang gelombang tegak lurus terhadap model, dasar perairan rata dan kedap, lebar dan kerapatan model tidak divariasikan, gerakan 6 derajat kebebasan tidak dianalisa, gelombang yang dipakai adalah gelombang ireguler, spectrum digunakan adalah spectrum jonswap, mengijinkan terjadinya limpasan gelombang (overtopping), model fisik dari floaton menggunakan bahan yang sama dengan ptototipe-nya.
Ketika suatu gelombang mengenai struktur
maka gelombang akan
terredam/ditransmisikan, tetapi akan ada sisa- sisa energi gelombang yang terjadi setelah melewati struktur. Transmisi gelombang dan tinggi gelombang yang terjadi di belakang struktur dijabarkan sebagai suatu koefisien transmisi :
I T
H CtH
dengan :
Ht = tinggi gelombang setelah melewati struktur (m)
Hi = tinggi gelombang sebelum mengenai struktur (m)
2. Metode Penelitian
Beberapa hal yang harus dilakukan dalam perancangan model fisik floaton sebelum pembuatan model tersebut :
1) Penyekalaan (skala panjang) antara prototipe dan model fisik dengan berpedoman pada keserupaan geometrik, keserupaan dinamik, dan keserupaan kinematik.
2) Perhitungan skala berat model fisik dari prototipe.
Tabel 2.1. Skala model dari prototype
Dimensi Protoype (cm) Skala Model (cm)
Panjang 50 1: 10 5
Lebar 50 1: 10 5
Tinggi 40 1: 10 4
berikut merupakan hasil penyekalaan dari data percobaan untuk mendapatkan ukuran sebenarnya.
Tabel 2.2. Skala prototipe dari model
Dalam penelitian ini, kriteria keserupaan yang juga harus dipenuhi adalah kriteria serupa dinamik menurut kondisi bilangan froude.
Bilangan froude dapat diekspresikan dengan rasio antara gaya inersia dengan gaya gravitasi.
Jika faktor skala panjang adalah maka faktor skala untuk kecepatan menjadi :
sedangkan untuk skala waktu yang digunakan untuk skala periode gelombang diperoleh 1:
3,162 dari :
Dari keserupaan geometrik dan dinamik maka keserupaan kinematik dapat terpenuhi (skala waktu dan kecepatan).
Berat jenis HDPE pada prototipe
( a )
adalah 0,945 g/cm3. Model dibuat dengan bahan yang sama dengan protptipenya dengan ukuran (5 x 5 x 4) cm, sehingga volume model adalah 5 cm x 5 cm x 4 cm = 100 cm3sehingga berat model dan prototipe dapat dihitung. Untuk rapat masa model, didapatkan seperti dibawah ini: a m
a p 0 , 945 g/cm
3
selanjutnya dilakukan perhitungan skala berat (Nwa).
1000 1000 0 , 1
Wa Wa
N N
dengan:
Lm Lp n
2 / 1 2 /
1 10
n
m p
162 , 3 101/2
2 / 1 2 /
1
n
n n T
T
m p
Nγα = Nilai perbandingan rapat massa prototipe dengan rapat massa model (Nγα=1)
NL3 = 1000; didapat dari ukuran skala 1:10 sehingga berat model dapat diperoleh:
6 gr 1000 6000
a m a m
W W
dengan :
m
W )
a(
= Berat model (gr)P
W )
a(
= Berat prototipe (6 kg)NW
a = Angka skala berat HDPE (1026) Pada percobaan ini, model dibuat dari bahan yang sama dengan prototype-nya, yakni dengan ukuran (5 x 5 x 4) cm
Gambar 2.1. Model fisik floaton
Model akan diuji dengan variasi tinggi gelombang (H), periode gelombang (T), draft, dan bentuk kemiringan sudut pada mooring Kemudian model dikenai tipe gelombang irregular.
Tabel 2.3. Desain pengujian model floaton di wave flume
3. Hasil dan Pembahasan
Dari nilai-nilai Kt di bawah terlihat bahwa terlihat bahwa pemberian draft pada struktur dan sudut kemiringan tali memberi pengaruh pada Kt, dimana dengan bertambahnya draft dan posisi kemiringan sudut pada tali struktur
maka semakin kecil nilai Kt, sehingga dapat disimpulkan struktur yang draftnya lebih tinggi dan sudut kemiringan tali yang lebih kecil lebih efektif dalam meredam gelombang.
Tabel 3.1. Hasil perhitungan Kt untuk model A dan B
3.1.PengaruhKecuraman Gelombang, Variasi raft, dan Kemiringan Sudut Tali Terhadap Koefisien Transmisi.
Gambar 3.1. Hubungan tinggi gelombang datang (incident wave) terhadap koefisien transmisi model A
Gambar 3.2. Hubungan tinggi gelombang datang (incident wave) terhadap koefisien transmisi model B
Gambar3.1 menunjukkan hubungan tinggi gelombang datang (Hi) pada sumbu-x dan koefisien transmisi (Kt) pada sumbu-y. Pada gambar 3.1 sebaran data berwarna merah mewakili model A1 dengan draft 0.5 cm dan kemiringan sudut pada tali sebesar 45o , warna hijau untuk model A2 dengan draft 0.5 cm dan kemiringan sudut pada tali sebesar 90o dimana masing-masing model memiliki nilai draft yang sama dan sudut kemiringan tali yang berbeda. Sebaran data dari masing-masing model (A1 dan A2) yang hampir sama dan naik turunnya nilai Kt dengan semakin
mengakibatkan sulitnya untuk membedakan secara signifikan hubungan antara Hi dan Kt dari tiap-tiap model. Akan tetapi, jika dicermati kembali, hubungan koefisien transmisi dengan tinggi gelombang datang yang diwakili oleh trendline berbanding lurus dimana semakin tinggi gelombang yang terjadi maka nilai Kt akan semakin naik. Gambar 3.2 menunjukkan hubungan tinggi gelombang datang (Hi) pada sumbu-x dan koefisien transmisi (Kt) pada sumbu-y. Pada gambar 3.2 sebaran data berwarna merah mewakili model B1 dengan draft 5,6 cm dan kemiringan sudut pada tali sebesar 45o , warna hijau untuk model B2 dengan draft 5,6 cm dan kemiringan sudut pada tali sebesar 90o dimana masing-masing model memiliki nilai draft yang sama dan sudut kemiringan tali yang berbeda. Sebaran data dari masing-masing model (B1 dan B2) hampir sama dengan model. Hubungan koefisien transmisi dengan tinggi gelombang datang yang diwakili oleh trendline berbanding lurus dimana semakin tinggi gelombang yang terjadi maka nilai Kt akan semakin naik.
3.1.1. Pengaruh Kecuraman Gelombang (Wave Steepness) Terhadap Koefisien Transmisi.
Gambar 3.3. Hubungan wave steepness dengan koefisien transmisi model A
Gambar 3.4. Hubungan wave steepness dengan koefisien transmisi model B
Gambar 3.3 menunjukkan hubungan wave steepness pada sumbu-x dan koefisien transmisi (Kt) pada sumbu-y. Pada gambar 3.3 sebaran data berwarna merah mewakili model
A1 dengan draft 0.5 cm dan kemiringan sudut pada tali sebesar 45o , warna hijau untuk model A2 dengan draft 0.5 cm dan kemiringan sudut pada tali sebesar 90o dimana masing-masing model memiliki nilai draft yang sama dan sudut kemiringan tali yang berbeda. Sebaran data dari masing-masing model (A1 dan A2) yang hampir sama dan naik turunnya nilai Kt dengan semakin besarnya tinggi gelombang yang mengakibatkan sulitnya untuk membedakan secara signifikan hubungan antara wave steepness dan Kt dari tiap-tiap model. Akan tetapi, jika dicermati kembali, hubungan koefisien transmisi dengan wave steepness pada model A1 yang diwakili oleh trendline berbanding terbalik dimana semakin bertambah besarnya kecuraman gelombang yang terjadi maka nilai Kt akan semakin turun.
Sedangkan pada hubungan koefisien transmisi dengan wave steepness pada model A2 yang diwakili oleh trendline berbanding lurus dimana semakin bertambah besarnya kecuraman gelombang yang terjadi maka nilai Kt akan semakin naik. Gambar 3.4 menunjukkan hubungan wave steepness pada sumbu-x dan koefisien transmisi (Kt) pada sumbu-y. Pada gambar 3.4 sebaran data berwarna merah mewakili model B1 dengan draft 5,6 cm dan kemiringan sudut pada tali sebesar 45o , warna hijau untuk model B2 dengan draft 5,6 cm dan kemiringan sudut pada tali sebesar 90o, dimana masing-masing model memiliki nilai draft yang sama dan sudut kemiringan tali yang berbeda. Sebaran data dari masing-masing model (B1 dan B2) hampir sama dengan model. Hubungan koefisien transmisi dengan wave steepness yang diwakili oleh trendline berbanding terbalik dimana semakin bertambah besarnya kecuraman gelombang yang terjadi maka nilai Kt akan semakin turun.
3.1.2. Hubungan Periode Gelombang Datang (Incident Wave) Terhadap Koefisien Transmisi
Gambar 3.5. Hubungan periode gelombang datang (incident wave) terhadap koefisien transmisi untuk model A
Gambar 3.6. Hubungan periode gelombang datang (incident wave) terhadap koefisien transmisi untuk model B
Gambar 3.5 menunjukkan hubungan periode gelombang datang (T) pada sumbu-x dan koefisien transmisi (Kt) pada sumbu-y. Pada gambar 3.5 sebaran data berwarna merah mewakili model A1 dengan draft 0.5 cm dan kemiringan sudut pada tali sebesar 45o , warna hijau untuk model A2 dengan draft 0.5 cm dan kemiringan sudut pada tali sebesar 90o dimana masing-masing model memiliki nilai draft yang sama dan sudut kemiringan tali yang berbeda. Sebaran data dari masing-masing model (A1 dan A2) yang hampir sama dan naik turunnya nilai Kt dengan semakin besarnya tinggi gelombang yang mengakibatkan sulitnya untuk membedakan secara signifikan hubungan antara periode dan Kt dari tiap-tiap model. Akan tetapi, jika dicermati kembali, hubungan koefisien transmisi dengan periode gelombang datang yang diwakili oleh trendline berbanding lurus dimana semakin besar periode gelombang yang terjadi maka nilai Kt akan semakin naik.
Gambar 3.6. Menunjukkan hubungan periode gelombang datang (T) pada sumbu-x dan koefisien transmisi (Kt) pada sumbu-y. Pada
gambar 3.6. Sebaran data berwarna merah mewakili model B1 dengan draft 5,6 cm dan kemiringan sudut pada tali sebesar 45o , warna hijau untuk model B2 dengan draft 5,6 cm dan kemiringan sudut pada tali sebesar 90o, dimana masing-masing model memiliki nilai draft yang sama dan sudut kemiringan tali yang berbeda. Sebaran data dari masing-masing model (B1 dan B2) hampir sama dengan model. Hubungan koefisien transmisi dengan periode gelombang datang yang diwakili oleh trendline berbanding lurus dimana semakin besar periode gelombang yang terjadi maka nilai Kt akan semakin naik.
3.2. Pembahasan
Perbandingan Hasil Pengujian
Penelitian sebelumnya yang digunakan untuk membandingkan hasil pengujian antara lain :
1) Eksperimen Carver (1979), untuk membandingkan periode gelombang datang terhadap koefisien transmisi dan wave steepness terhadap koefisien transmisi.
Gambar 3.7. Perbandingan pengaruh periode gelombang terhadap koefisien transmisi antara hasil pengujian dengan eksperimen Carver (1979).
Gambar 3.7 terlihat kecenderungan hubungan periode terhadap koefisien transmisi hasil pengujian yang hampir sama dengan yang diperlihatkan oleh Carver yakni model hidrolik tipe caisson persegi dengan spesifikasi lebar 4.9 m, sarat 1.1 m dan ditambat dengan rantai dan jangkar pada kedalaman 7.6 m dimana semakin besar periode, grafik terus naik berbanding lurus dengan koefisien transmisi.
Dari analisa tersebut dapat disimpulkan bahwa gelombang dengan periode panjang akan mempunyai nilai koefisien transmisi yang semakin besar.
Gambar 3.8. Perbandingan pengaruh wave steepness terhadap koefisien transmisi antara hasil pengujian dengan eksperimen Carver (1979).
Dari grafik pada gambar 4.8 dapat dilihat tereduksinya koefisien transmisi dipengaruhi oleh nilai wave steepness (H/L) , dimana grafik tersebut membandingkan hasil dari penelitian sekarang dan peneltian yang dilakukan oleh Carver (1979). Penelitian Carver (1979) membandingkan pengaruh wave steepness terhadap koefisien transmisi dengan memvariasikan tinggi gelombang (H) dan lebar struktur (B). Sebaran data hasil penelitian Carver (1979) dimana hubungan koefisien transmisi dengan wave steepness berbanding terbalik dimana semakin besar kecuraman gelombang yang terjadi maka nilai Kt akan semakin turun. Sedangkan untuk sebaran data pada penelitian ini dengan model A1 dengan draft 0.5 cm dan kemiringan sudut pada tali sebesar 45o , warna hijau untuk model A2 dengan draft 0.5 cm dan kemiringan sudut pada tali sebesar 90o dan sebaran data berwarna biru mewakili model B1 dengan draft 5,6 cm dan kemiringan sudut pada tali sebesar 45o , warna hitam untuk model B2 dengan draft 5,6 cm dan kemiringan sudut pada tali sebesar 90o sebaran data hubungan wave steepness dengan koefisien transmisinya menujukkan bahwa model A1 dan B1 cenderung konstan dimana semakin curam gelombang yang terjadi koefisien transmisinya konstan. Sedangkan untuk model A2 hubungan wave steepness dengan koefisien transmisinya berbanding lurus dimana semakin curam gelombang yang terjadi koefisien transmisinya semakin naik. Untuk model B2 hubungan wave steepness dengan koefisien transmisinya berbanding terbalik dimana semakin curam gelombang yang terjadi koefisien transmisinya semakin turun.
4. Kesimpulan
Berdasarkan analisa data hasil pengujian dan perhitungan, dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut :
1. Variasi draft dan kemiringan sudut tali pada model (A1, A2, B1, B2) dengan menggunakan hubungan wave steepness dengan koefisien transmisinya menujukkan bahwa model A1 dan B1 cenderung konstan. Sedangkan untuk model A2 hubungan wave steepness dengan koefisien transmisinya berbanding lurus. Untuk model B2 hubungan wave steepness dengan koefisien transmisinya berbanding terbalik.
2. Variasi draft sangat berpengaruh untuk mereduksi gelombang semakin dalam draftnya lebih efektif untuk mereduksi gelombang
3. Variasi kemiringan sudut tali pada struktur tidak begitu berpengaruh untuk mereduksi gelombang.
4. Model A2 tidak mampu mereduksi gelombang.
5. Model B2 mampu meredam gelombang.
6. Model A1 dan B1 kurang efektif untuk meredam gelombang.
Daftar Pustaka
Bambang Triatmodjo. 1999. Teknik Pantai.
Yogyakarta.
Bruce L. McCartney. 1985. “Floating Breakwater Design” Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering, Vol. I l l , No. 2.
Carver, R. D. “Floating Breakwater Wave- Attenuation Tests for East Bay Marina, Olympia Harbor, Washington;
Hydraulic Model Investigation.”
Technical Report HL-79-13, U.S.
Army Engineer Waterways Experiment Station, CE, Vicksburg, Miss., July, 1979.
Coastal Engineering Manual (CEM). 2005,
“Engineering and Design Coastal Engineering manual”, Department of The Army, US Army Corps of Engineers, Washington DC.
Cox, Ron, dkk. 2007. “Floating Breakwater Performance in Irregular Waves with Particular Emphasis on Wave Transmission and Reflection, Energy Dissipation, Motions and Restraining Forces”, Proceeding of The 5th International Conference, Coastal Strcture 2007 Vol 1, Venice Italy.
Dean, R. G dan Dalrymple, R. A. 1984,
“Water Wave Mechanics or Engineer and Scientists”, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey.
Dong, G.H., et al. 2008. “ Experiment on Wave Transmission Coeficient of Floating Breakwater”, Dalian University of Technology,Ocean Engineering Vol. 35, Elsevier,China.
Fousert, M. W. 2006. “Floating Breakwater Theoretical Study of Dynamic Wave Attenuating System”, Final Report Of The Master Thesis, Delft University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Geoscience, Delft.
Hughes, S.A.1993. “Physical Models and Laboratory Techniques in Coastal Engineering”, Coastal Engineering Research Center, USA.
Loukogeorgaki, Eva dan Angelides, Demos, C.
2005, “Perormance of Moored Floating Breakwater”, International Journal of Offshore and Polar Engineering, The International Societyof Offshore and Polar Engineering Vol-15, Greece.
Nieuwenhuis, Odelinde. 2009, “Pedoman Perancangan Pelindung Pantai”, Proyek Perlindungan Pantai, Pengendalian Banjir, Bangunan Penyelamatandan Peringatan Dini Tsunami Aceh dan Nias, (BRR Concept Note/INFRA 300GI), Sea Defence Consultant.
PIANC. 1994. “Floatings Breakwater A Practical Guide for Design and Construction”, Report of Working Group No.13 of The Permanent Technical Comitte II, Brussel, Belgium.
Pierson, et al. 1953, “On the Motion of Ships in Confused Seas”, Transaction of SNAME, Vol. 61.
Tazaki, et al. 1975, “Floating Breakwater”, United States Patent, Tokyo Japan.
