BAB II TEORI DASAR. II.1.2. Mekanisme Proses Terjadinya Sedimentasi

Transkripsi

1 BAB II TEORI DASAR II. 1. Sedimentasi II.1.1. Pengertian Sedimentasi Sedimentasi merupakan proses penghancuran, pengikisan, dan pengendapan material pada suatu tempat melalui media air laut, air tawar, angin dan es. Beerapa faktor alam yang menyeakan terjadinya proses pendangkalan atau proses sedimentasi, yaitu : a. Adanya sumer sedimentasi yang mengakiatkan anyaknya sedimen yang terawa oleh arus.. Adanya sungai-sungai yang ermuara terjadinya sedimentasi c. Adanya arus laut yang memungkinkan terjadinya sedimentasi d. Berat dan esar utir-utir material pementuk sedimen memungkinkan tempat pengendapannya. e. Tempat pengendapan, untuk daerah relatif tenang seperti entuk-entuk lekukan teluk yang kecil, dimana air relatif tenang kemungkinan sedimentasi akan leih esar diandingkan dengan daerah yang arusnya kuat dan letaknya didaerah yang eas. II.1.. Mekanisme Proses Terjadinya Sedimentasi Seagai dasar proses terjadinya sedimentasi diseakan oleh eerapa peristiwa yang mempengaruhi terentuknya permukaan umi yaitu : a. proses pengangkatan. proses transportasi c. proses pengendapan d. proses erikutnya erulang lagi terus menerus 13

2 Pada pementukan permukaan umi dimulai dari proses pengangkatan yang diseakan oleh adanya tenaga endogen, dengan adanya pengangkatan ini, atuan kulit umi akan terangkat seagian kemudian menjadi relatif tinggi dari daerah lainnya. Proses terjadinya pengangkatan juga dipengaruhi oleh faktor dari luar yaitu tenaga eksogen yang terdiri dari pelapukan, transportasi dan pengendapan. Dengan demikian sedimentasi terjadi karena adanya sumer sedimen, transpor sedimen dan daerah terjadinya sedimen atau pengendapan material. Fenomena fisik dihuungkan dengan transport sedimen di daerah pantai, menghasilkan peruahan morfologi pantai (erosi, sedimentasi) adalah faktor utama dalam desain, konstruksi dan operasi struktur pantai (Koutitas, 1988). Penjelasan umum awal sedimen dasar ergerak Berdasarkan teori klasik partikel sedimen tidak akan ergerak apaila kecepatan aliran sangat kecil. Sediment akan mulai ergerak jika kecepatan aliran cukup kuat sehingga gaya pengerak partikel sedimen meleihi gaya stailnya, Kecepatan ini dikatakan kecepatan aliran kritis. Seagian esar kriteria mulai ergerak partikel sedimen umunya diturunkan atas dua pendekatan, yaitu: pendekatan tegangan geser dan kecepatan. Untuk sungai iasa, slope channel cukup kecil dimana komponen dari gaya gravitasi pada aliran arah arus dapat diaaikan dengan gerak gaya partikel sediment spherical. Pada Gamar.1 memperlihatkan gaya-gaya yang ekerja pada partikel sedimen di dasar. 14

3 Gamar.1 Diagram gaya yang ekerja pada partikel sediment. Keterangan : d diameter partikel, D kedalaman perairan, F D F L W s gaya penarik (drag force), gaya pengangkat, erat di awah permukaan air. F R gaya penahan (resistance force ). Partikel sedimen erada pada kondisi mulai ergerak apaila salah satu dari kondisi erikut terpenuhi yaitu : F L W S F D F R dimana : M O M R M O Moment penggelinding yang diseakan oleh F D dan F L M R Momen penahan yang diseakan oleh F L dan W s. 15

4 II.1.3. Transport Sedimen Transport sedimen adalah gerak partikel yang diangkitkan oleh gaya yang ekerja. Transport sediment merupakan huungan aliran air dan partikel-partikel sediment. Pemahaman dari sifat-sifat fisis air dan partikel sediment sangatlah penting untuk mengetahui tentang pengertian transport sediment. Sifat-sifat pokok dari air dan partikel-partikel sediment, parameter yang menggamarkan eerapa sifat yang sering digunakan dalam persamaan transport sediment. Metode komputasi dan eerapa contoh digunakan dalam menjelaskan prosedur untuk mendeterminasikan eerapa sifat-sifat sediment. Pada umumnya transport sedimen dikelompokkan atas tiga kelompok, yaitu : ed load, suspended load dan wash load. Bed load didefinisikan seagai transport sedimen yang mengalami kontak terus menerus dengan dasar selama pergerakannya (sliding, jumping dan rolling). Sedangkan Suspended load dalam gerakannya tidak mengalami kontak yang terus menerus dengan dasar dan ukuran partikelnya leih kecil (Murphy dan Aguirre, 1985;Fredsoe dan Rolf, 1993 dalam Muarak, 004). Sedangkan Wash load terdiri dari partikel-partikel yang sangat halus, iasanya wash load tidak mewakili komposisi dasar. II.1.4. Transport Sedimen kohesif dan non kohesif Sedimen kohesif merupakan utiran-utiran partikel Lumpur yang erada di dasar maupun di adan air yang ila ergaung ersama akan mementuk suatu unit yangleih esar yang diseut floc. Proses ini sangat ergantungpada konsentrasi sedimen. Flokulasi yang terjadi sangat mempengaruhi kecepatan jatuh sedimen kohesif. Semakin esar konsentrasi dari flokulasi yang terjadi maka akan semakin esar pula kecepatan jatuh sedimen (Irham, 000) Sedimen non-kohesif merupakan sedimen dengan utiran-utiran partikel yang umumnya erasal dari pasir. Pergerakan sedimen ini sangat ergantung pada esar 16

5 kecilnya diameter partikel sedimen. Bereda dengan sedimen kohesif, partikel sedimen non-kohesif tidak pernah mementuk flokulasi sehingga antara partikel sedimen tidak pernah ergaung mementuk suatu unit aru. II.1.5. Pengendapan (deposision) dan erosi (erosion) Pengendapan dan resuspensi sedimen halus selama siklus pasut merupakan karakteristik penting dari transport sedimen kohesif di estuari. Hal terseut sangat diperlukan dalam memodelkan dinamika sedimen untuk memperoleh informasi secara kuantitatif proses peruahan didasar, yaitu pengendapan dan erosi (Dronkers and Van Leussen, 1988) Pengendapan merupakan suatu peristiwa dimana material sedimen tersuspensi (partikel, agregat atau floc) jatuh ke dasar perairan dan menjadi sedimen dasar. Pada peristiwa ini arus sudah tidak mampu lagi mengangkat atau mempertahankan partikel sedimen erada dalam kolam air. Dengan pengertian lain ahwa tegangan geser dasar aliran leih kecil diandingkan tegangan geser kritis pengendapan (Umar, 000 dalam Muarak, 004) Sedangkan peristiwa tergerus atau terangkatnya sedimen dari dasar perairan ke dalam kolam perairan menjadi sedimen tersuspensi diseut dengan erosi. Kecepatan erosi didefinisikan seagai jumlah massa sedimen yang tererosi per satuan waktu. Partikel sedimen, gumpalan (flocs) atau ongkahan (lumps) di permukaan dasar akan tererosi jika tegangan geser dasar ( ) yang ditimulkan oleh arus dan gelomang meleihi tegangan geser kritis erosi ( ce ). Hal ini tergantung pada karakteristik material dasar (komposisi mineral, material organik, salinitas, densitas dan lain-lain) atau struktur dasar (Van Rijn, 1993) Pendekatan Shear Stress Shields (1936) percaya ahwa sangat sulit untuk menjelaskan secara analisa gaya yang erada dalam partikel sediment. Shields menerapkan analisa dimensi untuk 17

6 mendeterminankan eerapa parameter esaran dan tidak isa dipungkiri diagram yang aik seperti dijelaskan oleh Shields untuk gerak awal. Faktor-faktor yang penting dalam determinan dari gerak awal adalah shear stress, peredaan densitas antara sediment dan fluida ρ s - ρ f, diameter partikel d, viskositas kinematik v dan percepatan gravitasi g. 5 kuantitas dapat dikelompokkan menjadi esaran kuantitas. dan dimana : ( / ρ f ) d v 1/ c du v C C d( ρ ρ ) g dγ[( ρ ρ ) 1] s f S f (1) () ρ s - ρ f densitas sediment dan fluida ϒ U erat spesifik air velocity shear shear stress kritis pada gerak awal II.1.6 Perhitungan Transport Sedimen Dasar dari model tranportasi, jumlah total dari muatan yang merupakan penjumlahan dari muatan dasar dan muatan tersuspensi. Pendekatan secara umum Ada dua pendekatan untuk menentukan jumlah total muatan. Pertama, dengan menghitung muatan dasar dan muatan tersuspensi secara terpisah dan kemudian menamahkan keduanya secara ersamaan untuk mendapatkan total muatan. Kedua, menentukan fungsi muatan total secara langsung tanpa pemisahan dalam muatan dasar dan muatan tersuspensi. 18

7 Partikel sediment yang dipindahkan seagai dasar muatan pada waktu tertentu dan muatan tersuspensi pada lain waktu atau tempat. Dengan pengecualian untuk material coarse dimana pusat perpindahan pada dasar muatan, jumlah persamaan total muatan material dasar yang digunakan untuk menentukan kapasitas transport sediment dalam aliran natural. Adapun eerapa formula empirik yang ada dalam proses erosi dan sedimentasi, yaitu : Formula I (Transpor sedimen total dari Koutitas (1988)) Paramater partikel D D D ( s 1) g v 50 1/3 dimana D 50 ukuran partikel s densitas spesifik g kec. Gravitasi v koef. Viskositas kinetik untuk kecepatan kritis ed shear, erdasarkan Shield jika ; D 4, θ 0.4 ( D ) 1 cr 4 D 10, θ 0.14 ( D ) 0.64 cr 10 D 0, θ 0.04 ( D ) 0.10 cr 0 D 150, θ ( D ) 0.9 cr D 150, θ cr (3) Koefisien Chezy (C ) : 1R C 18log 3 D90 dimana R radius hidrolik D micrometer D micrometer (4) 19

8 Tegangan geser efektif ( ) ( u ) ρ g ( c ) (5) dimana u kec.aliran c koef. Chezy Kec. Efektif ed Shear (U ) Jika ; U 0.5 g u (6) c U U ρ g ( u ) ( c ) s ρ 5 ( ) ( ) g d s D c 5 0 (7) Sehingga transport sedimen total arah x dan y seagai erikut : q q T x T y u v s x s y (8) Formula II Transport Bed Load : Untuk partikel micrometer, kec. Aliran kritis u cr 1R u cr 0.19( D ) log, 100 D 500micrometer D 90 1R u cr 8.50( D ) log, 500 D 000micrometer D 90 0

9 q q s.4 u u cr D (( s 1) gd 50 ) d.4 u u cr D (( s 1) gd 50 ) d D D (9) Muatan sedimen dasar q dan muatan sedimen melayang q s : q u R q Bx q u R q Sx s (10) Transport Sedimen Total q q + q Tx Bx Sx q q + q Ty By Sy (11) Formula III Bed Load Transport q D. (( s 1) g T D B (1) /1 0 3 / s Suspended Load Transport q S F u d C a C a D a F a d z 5 0 T D a a d d z a 1 ( 1. z ) d , , 0. 1 (13) q q + q Tx Bx Sx q q + q Ty By Sy (14) 1

10 II.. Peruahan Morfologi Dasar Peruahan level dasar laut atau atimetri laut diturunkan dari prinsip kekekalan sedimen di suatu ruang atau tempat yang menyatakan ahwa tergerusnya (erosi) atau terjadinya endapan (sedimentasi) di suatu dasar perairan merupakan netto transpor sedimen total dalam arah sumu x dan sumu y, seperti dinyatakan dalam persamaan (10) erikut: ς t + x (15) dimana : ( q tx ) + ( q ty ) y q t q s + q transpor sedimen total (m /detik) q s transpor sedimen melayang (m /detik) q transpor sedimen dasar (m /detik) q tx transpor sedimen total arah sumu x (m /detik) q ty transpor sedimen total arah sumu y (m /detik) 0 ζ peruahan level dasar laut diseakan oleh transpor sedimen total (m) II. 3. Model Hidrodinamika Arus di perairan pantai dipengaruhi oleh pasang surut dan angin yang ertiup diatas laut. Gelomang laut seenarnya juga mempengaruhi arus laut di dekat pantai, tapi dalam model yang telah dijalankan pengaruh arus yang diangkitkan oleh gelomang dianggap kecil karena daerah kajian erada di suatu selat cukup sempit sehingga angkitan gelomang oleh angin sangat kecil. Gerak sirkulasi arus di perairan pantai yang dangkal dapat diasumsikan seagai aliran masa air yang ercampur sempurna (homogen) mulai dari permukaan laut sampai kedasar perairan dan pengaruh angin dipermukaan diasumsikan mencapai

11 dasar laut. Oleh karena itu persamaan model yang dipakai adalah persamaan yang diintegrasikan terhadap kedalaman. Dalam model ini air laut dianggap seagai fluida yang tak mampu mampat (incompresile fluid). Persamaan model arus perairan dangkal terdiri dari : a. Persamaan kontinuitas, dimana dalam persamaan ini deit air pendingin power plant akan dimasukkan.. Persamaan kekekalan momentum, dimana pengaruh angin dan pasang surut akan diperhatikan. Persamaan kontinusitas dirumuskan seagai erikut : ξ t + U x + V y Q s (16) Persamaan kekekalan momentum dirumuskan seagai erikut : U ξ t + U U H x + V U H y +gh x +ru U + V H V +A ( x + V h y ) W W λ y x + W y (17) U t + U V H x + V V H y +gh ξ y +rv U + V H V +A ( x + V h y ) W W λ y x + W y dimana : x,y : koordinat ruang ertamah esar ke arah timur dan utara (m). u,v : kecepatan arus arah-x dan arah-y (m/detik) U : transpor dalam arah s-x ( m /detik ) 3

12 U 1 h+ ξ ξ udz (18) -h V : transpor dalam arah s-y ( m /detik) V 1 h+ ξ ξ vdz (19) -h t : parameter waktu (detik) ξ : elevasi dari permukaan laut terhadap muka air rata-rata (m) g : percepatan gravitasi umi (m/detik ) H : kedalaman aktual h + z (m) h : kedalaman laut yang tetap (m) r : koefisien gesekan dasar A h λ : koefisien gesekan eddy horisontal (m /detik) : koefisien gesekan angin Wx,Wy : kecepatan angin arah-x dan arah-y (m/detik) Q s : deit yang disedot di inlet dan/atau yang diuang lagi di outlet power plant (m /detik) Model arus terseut diselesaikan dengan menggunakan metode semi implisit dua langkah dimana variael-variaelnya dihitung pada deretan sel ruang pada setiap langkah waktu. Metoda ini dipilih karena dalam pemilihan langkah waktu simulasi tidak ergantung pada kriteria stailitas Courant-Friedrich-Lewy (CFL) seperti pada metoda eksplisit, sehingga memori komputer dihemat dan simulasinya menjadi leih ekonomis. 4