Jurnal - Tugas Akhir , Teknik Kelautan (2012)
Perubahan Spektrum Gelombang pada Moored Floating Breakwater Syawindah Anggryana Puspasari *(1) Haryo Dwito Armono (2) Sujantoko (2) 1
Mahasiswa Jurusan Teknik Kelautan FTK ITS. *E-mail:
[email protected] 2 Dosen Jurusan Teknik Kelautan FTK ITS ITS-Surabaya.
Abstrak Floating breakwater merupakan struktur pelindung pantai pemecah gelombang yang mengapung di atas laut. Seperti yang telah diketahui saat ini floating breakwater telah banyak digunakan karena keunggulannya dibanding dengan submerged breakwater. Sebagai bangunan mengapung banyak keuntungan yang bisa diperoleh dari konstruksinya, antara lain; ekonomis dan instalasinya yang mudah. kinerja bangunan pelindung pantai diukur berdasarkan efektifitas redaman gelombangnya. Untuk itu dilakukan penelitian untuk mengetahui perubahan bentuk spektrum gelombang sebelum dan sesudah mengenai floating breakwater untuk mengetahui efektifitas redamannya. Perubahan bentuk spektrum gelombang diketahui dengan melihat perbedaan antara energi gelombang datang dengan energi gelombang yang ditransmisikan oleh floating breakwater. Hasil pengujian menunjukkan ada pengurangan energi gelombang oleh floating breakwater. Persamaan untuk memperkirakan energi dan periode gelombang transmisi telah berhasil disusun. Keyword : floating breakwater, wave spectrum
1.
Pendahuluan
Seperti kita ketahui breakwater sangat efektif dalam mencegah abrasi pantai, akan tetapi pembangunan breakwater dapat menjadi sangat mahal karena biaya konstruksi bergantung pada kedalaman air. Breakwater konvesional berupa tumpukan batu merupakan tipe struktur yang berpotensi menyebabkan masalah lingkungan, seperti fenomena erosi pantai yang serius, perubahan kualitas air dan pertimbangan estetika. Untuk itu struktur yang dapat mereduksi gelombang tetapi memberi dampak yang lebih positif, mulai banyak dicoba sebagai alternatif, seperti floating breakwater. Penggunaan floating breakwater secara kontinu terus bertambah karena kecepatan dan konstruksinya yang tidak mahal, memungkinkan untuk dipindah dan ditarik kembali. Floating breakwater ini biasanya ditahan dengan pile atau dengan menambatkan kabel (mooring). Pile digunakan pada kedalaman air kurang dari 10m dengan kondisi dasar laut yang baik, dan mooring bisa digunakan pada kedalaman yang lebih tanpa memperdulikan kondisi dasar laut.
* Corresponding author Phone : +6283856453280 e-mail address:
[email protected]
Kinerja bangunan pelindung pantai diukur berdasarkan efektifitas redaman gelombangnya. untuk itu dilakukan penelitian untuk mengetahui perubahan bentuk spektrum gelombang sebelum dan sesudah mengenai floating breakwater untuk mengetahui efektifitas redamannya, karena menurut Bleck dan Oumeraci (2002) perubahan spectral pada bangunan pelindung pantai tidak dapat diabaikan. Penelitian ini dilakukan untuk melihat perubahan bentuk spektral gelombang pada Floating Breakwater dan melihat pengaruh perubahan tersebut pada koefisien transmisi gelombang untuk menggambarkan efektifitas redamannya.
2.
Transmisi Gelombang
Transmisi gelombang adalah sisa energi gelombang setelah melewati struktur, yang perameternya dinyatakan sebagai perbandingan antara tinggi gelombang yang ditransmisikan (Ht) dengan tinggi gelombang datang (Hi ) atau akar dari energi gelombang trasnmisi (Et) dan energi gelombang datang (Ei). Dalam menilai tingkat efektifitas suatu struktur penahan gelombang dapat dilihat dari banyaknya energi transmisi gelombang yang melewati struktur
Jurnal - Tugas Akhir , Teknik Kelautan (2012) tersebut. Semakin besar pengurangan energi gelombang maka semakin kecil koefisien transmisinya. Hal ini berarti kinerja struktur tersebut baik karena energi gelombang yang ditransmisikan melewati struktur tersebut kecil. (1)
3.
b.
Konfigurasi 2
c.
Konfigurasi 3
Desain Pengujian Model
Pengujian model dilakukan di Laboratorium Lingkungan & Energi Lautan Jurusan Teknik Kelautan FTK-ITS dengan wave flume ( panjang = 20,3 m; lebar = 2,0 m; tinggi = 1,5 m). Desain pengujian model fisik dengan lebar tiap konfigurasi berturut-turut ( B = 0,1 m; 0,2 m; 0,3 m ).
a.
b.
c.
Gambar 2. Konfigurasi sudut 900 pada floating breakwater tipe 1, 2, dan 3
Konfigurasi 1 a.
Konfigurasi 1
b.
Konfigurasi 2
c.
Konfigurasi 3
Konfigurasi 2
Konfigurasi 3
Gambar 1. Konfigurasi sudut 450 pada floating breakwater tipe 1, 2 dan 3
Gambar 3. Konfigurasi sudut cross pada floating breakwater tipe 1, 2, dan 3
a.
Konfigurasi 1
Model akan diuji dengan variasi tinggi gelombang (H), periode gelombang (T) dan lebar pemecah gelombang (B) seperti pada tabel dibawah ini. Kemudian model dikenai tipe gelombang irregular selama 60 detik. Secara umum data pengujian model floaton dapat dilihat dalam table berikut:
Jurnal - Tugas Akhir , Teknik Kelautan (2012) Tabel 1. Desain rencana pengujian model floating breakwater di wave flume
no
tinggi gel (cm)
1
3,5
2
4,5
3
5,5
periode gel (sec)
jenis gel
1,1 1,3 1,5 1,1 1,3 1,5 1,1 1,3 1,5
irreguler
dan setelah melewati struktur dapat dilihat pada gambar 4.
a. 4.
Gelombang datang
Parameter Analisis
Dari hasil pengolahan data gelombang dengan bantuan MATLAB didapatkan nilai tinggi gelombang signifikan (Hs), periode (T), dan luasan dibawah kurva spectrum (m0) di depan dan di belakang pemecah gelombang terapung. Koefisien transmisi (Kt) dihitung dengan menggunakan tinggi gelombang signifikan di depan dan di belakang floating breakwater. Secara umum koefisien transmisi dan Km-1 dalam penelitian ini, tergantung pada parameter berikut : Kt, Km-1 = f (Hi, Ti, Li, B, g, ρ)
(2)
b.
Gelombang transmisi
Gambar 4. Perubahan bentuk spectrum gelombang
parameter tidak berdimensi yang akan digunakan untuk menganalisa data dalam penelitian ini adalah: (3)
5.
Analisa Data dan Pembahasan
Spektrum gelombang mengalami perubahan setelah melewati Floating Breakwater. Bentuk spektrum gelombang sebelum dan sesudah melewati Floating Breakwater dapat di lihat pada gambar 4. Pada sumbu x menunjukkan frekuensi domain (Hz) dan sumbu y menunjukkan energy spectrum (m2/Hz). Parameter yang digunakan untuk menggambarkan perubahan bentuk spektrum gelombang setelah melewati pemecah gelombang terapung adalah perbedaan luasan di bawah kurva spectrum sebelum dan sesudah melewati pemecah gelombang terapung, yang merupakan nilai dari energi yang teredam. Spectrum gelombang sebelum melewati struktur
Parameter terbaik untuk menjelaskan gelombang transmisi yaitu dengan menggunakan panjang relatif floating breakwater. Dari hasil pengolahan data dalam penelitian ini telah di dapatkan hubungan koefisien transmisi dengan panjang relatif pemecah gelombang terapung untuk masingmasing konfigurasi sudut yang digunakan. Dari ketiga sudut yang digunakan dalam percobaan, diketahui sudut 900 yang memiliki koefisien regresi paling baik yaitu R2=0,72 dengan persamaan koefisien transmisi Kt = 0,12. Ln + 0,474. Lalu konfigurasi sudut dengan koefisien regresi terendah adalah sudut cross dengan R2=0,463 dengan persamaan koefisien transmisi Kt = -0,08. Ln + 0,605. Dan konfigurasi sudut 450 dengan R2=0,576 dengan persamaan koefisien transmisi Kt = 0,09. Ln + 0,523.
Jurnal - Tugas Akhir , Teknik Kelautan (2012) konfigurasi sudut cross, dan R2 = 0.698494 pada konfigurasi sudut 450.
1.2
1
0.8
R² = 0.463 R² = 0.576 R² = 0.720
0.6
45 derajat cross
90
0.4
0.2
0 0
0.1
0.2
0.3
0.4
Gambar 5. Hubungan koefisien transmisi dengan Gambar 6. Hubungan nilai Ei percobaan dan Ei
panjang relatif floating breakwater pada Konfigurasi sudut 450, 900, dan cross
6.
perhitungan
Hubungan Koefisien Transmisi dengan Perubahan Spectrum Gelombang.
Dalam penelitian ini akan digunakan dua pendekatan parameter untuk mengetahui hubungan koefisien transmisi dengan perubahan spectrum gelombang, yaitu parameter m0 dan T10 dengan menggunakan persamaan berikut:
Dengan hasil analisa koefisien transmisi sebelumnya maka dari ketiga konfigurai sudut didapatkan, pada konfigurasi
900,
sudut
pada konfigurasi
sudut
cross,
dan
(4) pada Sehingga energi gelombang di belakang pemecah gelombang terapung dalam penelitian dapat kita susun dalam satu bentuk persamaan, yaitu :
(5) dan,
konfigurasi sudut 450. Hasil pendekatan ini menunjukkan korelasi yang cukup baik dengan hasil terukur pada percobaan, dengan R2 = 0.641314 pada konfigurasi sudut 900, R2= 0.780929 pada konfigurasi sudut cross, dan R2 = 0.675689 pada konfigurasi sudut 450.
(6) Dengan hasil analisa koefisien transmisi sebelumnya maka dari ketiga konfigurai sudut didapatkan, Et =( -0,08. Ln + 0,605)2 .Ei pada konfigurasi sudut 900, Et =( -0,09. Ln + 0,523)2 .Ei pada konfigurasi sudut cross, dan Et =( -0,12. Ln + 0,474)2 .Ei pada konfigurasi sudut 450. Hasil pendekatan ini menunjukkan korelasi yang cukup baik dengan hasil terukur pada percobaan, dengan R2= 0.806475 pada konfigurasi sudut 900, R2 = 0.671045 pada
Gambar 7. Hubungan tingkat keakuratan nilai T-10,t percobaan dan T-10,t perhitungan
Jurnal - Tugas Akhir , Teknik Kelautan (2012) 7.
Kesimpulan
Perubahan spektrum gelombang yang terjadi pada floating breakwater dapat dilihat dari perbedaan luasan di bawah kurva antara spektrum gelombang transmisi dan gelombang datang yang merupakan nilai dari energi gelombang teredam, dan perbedaan periode gelombang, yang pada penelitian kali ini digunakan parameter T-10. Persamaan untuk mencari energi dan periode gelombang transmisi telah berhasil dirumuskan. Luasan di bawah kurva spektrum gelombang merupakan nilai dari energi gelombang, sehingga pendekatan hubungan antara koefisien transmisi dengan perubahan bentuk spectrum gelombang pada floating breakwater dapat dinyatakan dalam persamaan-persamaan untuk masing-masing parameter sudut. Korelasi hubungan nilai energy gelombang teredam perhitungan dari persamaan dan nilai energy gelombang teredam hasil percobaan di lab menunjukkan hasil yang cukup bagus pada sudut 900 dengan nilai koefisien determinasinya 0.806. Dan pendekatan hubungan koefisien transmisi dengan perubahan spectrum gelombang ditinjau dari perbedaan periode gelombang T-10 dinyatakan juga dengan persamaan untuk masing-masing parameter sudut, dengan hasil cukup baik pada sudut 900 juga dengan koefisien determinasi 0.78. Dengan demikian dari pendekatan kedua parameter tersebut, m0 dan T-10, dapat diketahui bahwa tingkat keakuratan persamaan-persamaan tersebut dengan hasil pengukuran/percobaan di wave flume cukup baik. Dan dari hasil analisa yang dilakukan terlihat bahwa pedekatan m0 pada penelitian ini sedikit lebih baik dalam menjelaskan hubungan antara koefisien transmisi dan perubahan spektrum gelombang. 8.
Daftar Pustaka
Bhattacharyya, 1972, Dynamic of Marine Vehicles, a Wiley Interscience Publication, John Wiley&Sons, New York Bleck dan Oumeraci, 2001. Wave Damping and Spectral Evolution at Artificial Reefs, Beethovenstr. Germany. Dean, Robert G., Robert A. Dalrymple. 1991. Water Wave Mechanic for Engineer and Scientist. Advanced Series on Ocean Engineering - Volume 2, World Scientific : Singapore. Diamantoulaki, Ioanna., et al, 2008. Performance of pile-restrained flexible floating breakwaters, Applied Ocean Research 30 (2008) 243_255.
Djatmiko, E.B., 2002. Analisis Gelombang Acak, Materi perkuliahan Jurusan Teknik Kelautan, FTK ITS, Surabaya. Ferrante, Vincenzo., 2007. Spectral Analysis of Wave Transmission Behind Submerged Breakwater. Fousert, M. W., 2006, Floating Breakwater: a Theoretical Study of a Dynamic Wave Attenuating System, Section of Hidraulic Engineering, Faculty of Civil Engineering and Geosciences, Delft University of Technology, Netherland. Goda, Y. 1985. Random seas and design of maritime structures. University of Tokyo Press. Harinaldi, 2005. Prinsip-Prinsip Statistik Untuk Teknik dan Sains, Erlangga, Jakarta. Hegde, A. Vittal., et al, 2007, Performance Characteristics of Horizontal Interlaced Multilayer Moored Floating Pipe Breakwater, Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering, Vol. 133, No. 4, July 1. Journee, J.M.J and Pinkster, J., 2002, Introduction in Ship Hydromechanics. Delft University of Technology. Kamphuis, J. W. 2000, Introduction to Coastal Engineering and Management, Advance Series on Ocean EngineeringVolume 16, World Scientific, Singapore. Koutandos, E. V., et al, Floating Breakwaters Efficiency in Intermediate and Shallow Waters, Division of Hydraulics and Environmental Engineering, Dept. of Civil Engineering, Aristotle University of Thessaloniki, 54006, Greece. McCartney, Bruce L., 1985, Floating Breakwater Design, Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering, Vol. I l l , No. 2, March. Pratikto, dkk, 1996, Diktat Kuliah, Perencanaan Fasilitas Pantai dan Lautan, Kerjasama Segitiga Biru T. Kelautan ITS, Surabaya. Riduwan Abdullah M., 2011. Perangkat Lunak Terpadu pada Analisa Model Gelombang Acak di Saluran Gelombang. Jurusan Teknik Kelautan ITS, FTK-ITS, Surabaya Stewart. Robert. H., 2005, Introduction to Physical Oceanography, Texas A&M University Tsinker, Gregory P., 1986, Floating Port: Design and Contruction Practices, Gulf Publishing Company Texas.
