Studi Eksperimen; Analisa Redaman Gelombang pada Floating Concrete Breakwater Tipe Catamaran

Transkripsi

1 Studi Eksperimen; Analisa Redaman Gelombang pada Floating Concrete Breakwater Tipe Catamaran Januar Saleh Kaimuddin, Dr. Yoyok Setyo Hadiwidodo, S.T, M.T. dan Suntoyo, S.T, M.Eng, Ph.D. Jurusan Teknik Kelautan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya lajanuar.celebest@gmail.com ABSTRACT_ Perkembangan studi penelitian tentang struktur pelindung pantai semakin berkembang. Hal ini dilakukan untuk meningkatkan efektivitas redaman gelombang pada struktur. Dalam penelitian ini, dilakukan studi lanjutan dalam mengembangkan secara inovatif konsep struktur peredam gelombang, yakni floating concrete breakwater tipe catamaran. Dengan prinsip konsep bahwa struktur pelindung pantai diaplikasikan untuk mereduksi gelombang yang mencapai bibir pantai. Pembagian besarnya energi gelombang yang tereduksi tergantung pada karakteristik gelombang yang terjadi, diantaranya periode gelombang (T), tinggi gelombang (H), panjang gelombang (L) dan kedalaman air (D). Selanjutnya, pada penelitian ini dilakukan uji eksperimen terhadap model floating breakwater dengan bahan dasar beton ringan (concrete) dengan modifikasi bentuk (tipe) catamaran dalam skala 1 : 10 terhadap ukuran sebenarnya (prototipe). Fokus yang dilakukan adalah pengamatan pada transimisi (redaman) gelombang yang terjadi dalam pengujian terhadap variasi konfigurasi struktur model terhadap variasi parameter gelombang. Dengan ukuran utama panjang model 40 cm, lebar 30 cm dan tinggi 18,5 cm, dilakukan pengujian di laboratorium dengan kedalaman air 70 cm serta gelombang bangkitan irregular. Dari data hasil rekaman pengujian, selanjutnya dilakukan pengolahan data yang dibantu dengan aplikasi Wabelab dalam basic pemograman Matlab. Kemudian dari olahan data tersebut dianalisa pengaruh variasi bentuk floating concrete breakwater tipe catamaran dalam menghasilkan koefisien redaman (transmisi) gelombang (). Dalam analisa, didapatkan bahwa variasi konfigurasi struktur model memberikan kontribusi dalam menghasilkan koefisien redaman gelombang. Dimana dengan variasi dimensi lebar kaki ketiga model secara berturut-turut adalah 9 cm (model A), 10,5 cm (model B) dan 12 cm (model C) menghasilkan nilai koefisien transmisi untuk model A berkisar antara 0,474 0,817, model B 0,483 0,798 dan model C berkisar antara 0,428 0,777. Kata-kata kunci : floating concrete breakwater tipe catamaran, uji fisik, konfigurasi, koefisien transmisi. I. PENDAHULUAN Pembangunan struktur pantai untuk menjaga garis pantai sangat diperlukan untuk melindungi garis pantai dari aktivitas gelombang dengan mereduksi energi gelombang tersebut sebelum mencapai bibir pantai. Gelombang yang menjalar mengenai suatu bangunan peredam gelombang sebagian energinya akan dipantulkan (refleksi), sebagian diteruskan (transmisi) dan sebagian dihancurkan (dissipasi). Pembagian besarnya energi gelombang yang dipantulkan, dihancurkan dan diteruskan tergantung karakteristik gelombang datang, diantaranya periode gelombang (T), tinggi gelombang (H), dan kedalaman air (D). Salah satu struktur perlindungan pantai yang dapat mereduksi energi gelombang adalah bangunan breakwater. Breakwater merupakan bangunan yang dibuat sejajar dengan pantai dan berada pada jarak tertentu dari garis pantai (Triatmojo, 1999). Sebagai bangunan yang dapat melindungi garis pantai, dewasa ini struktur breakwater telah berkembang cukup signifikan. Salah satunya dikembangkan secara terapung yang disebut dengan floating breakwater. Floating breakwater memberikan penyelesaian positif terhadap perkembangan breakwater untuk jenis fixed structure (terpancang/tetap). Floating breakwater dapat digunakan secara efektif pada area pantai dengan kondisi gelombang yang relatif ringan. Sejalan dengan itu pula, kondisi tanah yang kurang baik, kedalaman laut yang cukup dalam, fenomena erosi pantai yang intens, serta pertimbangan estetika mendukung penerapan struktur floating breakwater (McCartney, 1985). Pemecah gelombang terapung (floating breakwater) telah berkembang dari sisi disain diantara tipe box, pontoon, mat, tethered float, serta tipe catamaran. Dalam penelitian tugas akhir ini dilakukan penelitian lebih lanjut tentang floating concrete breakwater dengan variasi dimensi dan beban gelombang. Floating breakwater dengan berbahan dasar beton ringan akan dibentuk berdasarkan acuan bentuk serta konfigurasi floating breakwater yang telah diteliti sebelumnya (Theoharris K. dan Panayotis P., 2005). Dengan variasi dimensi dan beban gelombang tersebut diujikan pada jenis floating breakwater tipe catamaran. Pengujian dalam flume tank di laboratorium energi dan lingkungan laut Jurusan Teknik Kelautan ITS Surabaya. Dalam penelitian ini diharapkan akan diketahui bentuk dan konfigurasi yang optimum

2 dalam meredam beban gelombang dengan acuan nilai koefisien transmisi. Dalam penelitian ini dilakukan komparasi dari konfigurasi floating breakwater tipe catamaran yang dilakukan melalui uji fisik (pemodelan di laboratorium). Pemahaman redaman (transmisi) gelombang secara teoritis dapat dilihat dari konsep dasar redaman gelombang pada rectangular floating breakwater seperti yang ditunjukkan pada gambar 1. transmisi untuk rectangular floating breakwater berdasarkan formula Macagno serta skala permodelan dan konfigurasi model yang direncanakan. 2.A. Pembuatan Model Dengan skala 1 : 10 yang mewakili skala sebenarnya, model dibuat dengan konfigurasi panjang, lebar, spasi/jarak antar kaki. Model dibuat dengan bahan dasar semen, kalsium, serbuk stereofoam, dan pasir dengan perbandingan 1 : 1 : 3 : 1. Untuk menghasilkan jenis beton ringan seperti yang diinginkan. Dengan menggunakan cetakan, model dibuat dan beton berikan rangka (kawat) sebagai penguat. Gambar 1. Konsep dasar transmisi gelombang pada rectangular floating breakwater. Adapun hal-hal yang berpengaruh dalam redaman gelombang adalah : 1. Panjang gelombang (L) 2. Lebar breakwater (B) 3. Draught (sarat) model (Dr) 4. Kedalaman air laut. Selanjutnya, besaran-besaran yang mempengaruhi transmisi gelombang diformulasikan ke dalam persamaan karakteristik gelombang : Pers. (1) Kemudian disubtitusikan pada persamaan panjang gelombang (Tsinker, 1995), sehingga, Pers. (2) Pers. (3) Gambar 2. Pembuatan Model. Dalam pengujian laboratorium data yang diimputkan adalah tinggi gelombang (h) dan periode gelombang (T). Dengan melihat bahwa koefisien transmisi ( adalah perbandingan tinggi gelombang datang dengan gelombang yang ditransmisikan kemudian Koefisien transmisi tersebut diperoleh dengan formulasi Macagno, 1953, Pers. (4). II. PERMODELAN Permodelan dilakukan dengan melibatkan iterasi persamaan gelombang, input matriks percobaan, koefisien

3 2.B. Skestsa Penempatan Model Gambar 4. Sketsa 2D penyusunan model dan wave probe dalam wave flume. Gambar 5. Desain penyusunan model dan wave probe dalam wave flume dalam tampilan 3D. III. PERCOBAAN 3.A. Input Percobaan Permodelan Tabel 1. Karakteristik eksperimen Parameter Gelombang bangkitan Water depth D (cm) Model Width W (cm) Model Height H (cm) Model Draught Dr (m) Wave Height H i (cm) Wave Period T (s) Skala model Irregular Wave (Jonswap) 70 cm 30 cm 18.5 cm 11 cm 3, 4, 5 1.1, 1.2, : 10 Gambar 3. Konfigurasi model floating breakwater. Tabel 2. Input matriks percobaan

4 Tipe Catamaran Floating breakwater H (cm) T (s) B. Pengujian Laboratorium Percobaan dilakukan di laboratorium energi dan lingkungan laut jurusan teknik kelautan. Dengan variasi 3 konfigurasi model, 3 tinggi gelombang serta periode bangkitan. Tabel 3. Matriks inputan data. NO MODEL H (cm) T (s) UJI Dalam percobaan laboratorium diperlukan data output running yang mana berupa plot nilai-nilai yang yang menunjukkan time-series, data gelombang kejadian (probe 1/Eta 1) dan data gelombang transmisi (probe 2/Eta 2). Plot data tersebut berupa titik-titik gelombang kejadian atau pula gelombang transmisi. Berikut data hasil running laboratorium seperti ditunjukkan pada tabel 4 dan gambar Gambar 6. Pengujian Laboratorium Tabel 4. Contoh output running. No Eta 1 Eta Plot Data Gambar 7. Plot data titik IV. ANALISA DAN PEMBAHASAN Data Gelombang Kejadian (Eta 1) Data Gelombang Transmisi (Eta 2) Analisa data dilakukan dengan mengetahui banyaknya gelombang yang terjadi (terekam) baik gelombang kejadian maupun gelombang yang telah ditransmisikan oleh model (catamaran floating breakwater) dalam kurun waktu yang diinginkan. Dalam hal ini pengerjaan (running) percobaan dilakukan dalam interval 1 menit (60 detik).

5 4.A. Analisa Data dianalisis untuk mengetahui output data yang telah di-input-kan seperti yang tertera pada matriks percobaan. Dalam hal ini data yang ingin didapatkan adalah berapa tinggi gelombang kejadian (Hi) dan gelombang transmisi (Ht) dengan dibantu aplikasi (software) WabeLab yang menggunakan basic bahasa pemograman Matlab. Gambar 8. Tampilan layar aplikasi WabeLab. Sehingga didapatkan hasil berupa tinggi gelombang kejadian (dalam hal ini diambil tinggi signifikan /Hs) dan periode gelombang kejadian rata-rata (Tavg). Berikut data tampilan hasil pengoperasian WabeLabe. Dari pengoperasian di atas maka didapatkan data sebagai berikut : Tabel 5. Data hasil pengoperasian WabeLab. Model Data input Hi Ht Ti (s) H (cm) T (s) (cm) (cm) Tt (s) B. Pembahasan Dalam pengolahan data diketahui parameter pengerjaan adalah : Kedalaman (h) = 70 cm Draught (Dr) = 11 cm Tabel 6. Parameter pengerjaan. Parameter Gelombang bangkitan Irregular Wave (Jonswap) Water depth D (cm) 70 cm Model Width W (cm) 30 cm Model Height H (cm) 18.5 cm Model Draught Dr (m) 11 cm Wave Height H i (cm) Wave Period T (s) Skala model 1:10 Spasi (jarak kaki model) Gambar 9. Tampilan layar hasil operasi WabeLabe. Dalam pembahasan ini yang akan dicari adalah nilai koefisien transmisi () serta komparasi hubungan antara koefisien transmisi () tersebut terhadap konfigurasi model (Lebar model, jarak kaki model dan panjang gelombang). Dengan pengolahan data berdasarkan

6 persamaan karakteristik gelombang (pers. 1, pers. 2, pers. 3, dan pers. 4), maka didapatkan : 4.B.1. Pengaruh Tinggi Gelombang Datang (Hi) terhadap Koefisien Transmisi () Model 1. B/L Tabel 7.a. Hasil pengolahan data untuk model 1. S/L (Eksperimen) (Software) (Numerik) Model 2. B/L Tabel 7.b. Hasil pengolahan data untuk model 1. S/L (Eksperimen) (Software) (Numerik) Model 3 B/L Tabel 7.c. Hasil pengolahan data untuk model 1. S/L (Eksperimen) (Software) (Numerik) Pengaruh gelombang datang (Hi) terhadap koefisien transmisi () Hi (cm) Model A Model B Model C Gambar 10. Pengaruh tinggi gelombang terhadap koefisien transmisi. Dari gambar bahwa nilai koefisien transmisi berbanding lurus dengan tinggi gelombang datang. Hal ini berarti semakin tinggi gelombang datang maka semakin besar koefisien transmisi yang dihasilkan. Begitu juga sebaliknya. Dimana semakin besar tinggi gelombang datang maka semakin banyak pula gelombang yang melewati struktur floating concrete breakwater (overtopping). Jadi floating breakwater akan dapat mereduksi gelombang dengan besar jika periode gelombang datang kecil. 4.B.2. Pengaruh Periode Gelombang (T) terhadap Koefisien Transmisi () Model A Model B Model C Ti (detik) Gambar 11. Pengaruh periode gelombang terhadap koefisien transmisi. Output periode gelombang bervariasi karena pengaruh stabilitas wave generator dan wave probe dalam pembacaan data. Berdasarkan gambar 11 hubungan periode gelombang (T) terhadap koefisien transmisi menunjukkan kecenderungan berbanding lurus. Hal ini berarti semakin besar periode gelombang maka semakin

7 bersar pula koefisien transmisi yang dihasilkan. Begitu juga sebalikanya. 4.B.3. Pengaruh Kecuraman Gelombang terhadap Koefisien Transmisi () Hi/gT² Gambar 12. Pengaruh kecuraman gelombang terhadap koefisien transmisi Dari gambar 12 dapat dilihat bahwa kecenderungan transmisi gelombang terkecil ditemukan pada nilai wave steepness yang lebih besar. Hal ini memperlihatkan bahwa gelombang dengan angka kemiringan gelombang yang lebih kecil cenderung diteruskan dan membentuk gelombang transmisi yang yang lebih besar. 4.B.4. Pengaruh Perbandingan Lebar Kaki Relatif (2K) dengan Panjang Gelombang (L) terhadap Koefisien Transmisi () K/L Model A Model B Model C Model A Model B Model C Gambar 13. Pengaruh perbandingan lebar kaki relatif dengan panjang gelombang terhadap koefisien transmisi. Dari pengamatan ini diketahui cukup relevan, bahwa secara teori jika struktur floating breakwater bertambah lebar maka nilai akan cenderung lebih kecil. Hal ini dikarenakan jarak tempuh gelombang yang lebih panjang sehingga tereduksi semakin besar pula. Dari gambar 13 juga dapat diketahui bahwa pengaruh lebar kaki relatif terhadap koefisien transmisi adalah berbanding terbalik. Dimana semakin lebar kaki struktur maka menghasilkan koefisien transmisi yang semakin kecil. Hasil pengamatan di atas relevan dengan hasil penelitian yang telah dilakukan oleh Tsinker (1995) yang menunjukkan besaran perbandingan lebar floating breakwater dengan panjang gelombang (wave length) berbanding terbalik terhadap koefisien transmisi yang dihasilkan. 4.B.4. Pemilihan Model Terbaik berdasarkan Perbandingan Nilai Koefisien Transmisi Hi(Avg) (cm) Model A Model B Model C Ti(Avg) (detik) Model A Model B Model C Gambar Perbandingan nilai koefisien transmisi berdasarkan tinggi dan periode gelombang rata-rata pada ketiga model.

8 Dari gambar di atas dapat diamati bahwa pada tinggi gelombang 4-5 cm, model C memiliki kemampuan redaman yang lebih signifikan dibandingkan dengan kedua model lainnya. Dimana nilai koefisien transmisi yang dihasilkan untuk model C adalah 0,5580, model A 0,5977, model B 0,5967. Begitu pula pada ketinggian gelombang 6,0-7,5 cm. Selanjutnya dapat diamati pula bahwa hubungan yang sama ditunjukkan pada pengaruh periode gelombang terhadap koefisien transmisi. Dimana model C memiliki kemampuan redaman yang lebih signifikan dari pada kedua model lainnya. Dari pengamatan ini, dapat diketahui bahwa lebar struktur relatif floating breakwater memiliki pengaruh terhadap nilai koefisien transmisinya. Dimana lebar struktur relatif floating breakwater berbanding terbalik terhadap koefisien transmisi yang dihasilkan. Dalam hal ini, lebar struktur relatif model pengujian adalah lebar kaki model floating breakwater. V. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian ini adalah : 1. Nilai koefisien transmisi berbanding lurus terhadap tinggi (Hi) dan periode gelombang datang (Ti). Hal ini menunjukkan nilai koefisien transmisi sangat dipengaruhi oleh besaran tinggi gelombang datang dan periode gelombang datangnya. Dimana koefisien transmisi akan bertambah apabila tinggi gelombang datang dan periode gelombang datang meningkat; 2. Nilai koefisien trasmisi berbanding terbalik terhadap kemiringan gelombang (Hi/gT²) dan lebar kaki relatif (2K/L). Dimana nilai koefisien transmisi meningkat dengan berkurangnya besaran kemiringan gelombang serta lebar kaki relatif. Sebaliknya nilai koefisien transmisi menurun dengan bertambahnya besaran kemiringan gelombang dan lebar kaki relatifnya; dan 3. Kinerja floating concrete breakwater tipe katamaran dalam mereduksi gelombang adalah konfigurasi 3 (model C) dengan nilai berkisar antara 0,428 0,777. Koefisien transmisi yang dihasilkan oleh model A berkisar antara 0,474 0,817 dan untuk model B memiliki koefisien transmisi antara 0,483 0, Efisiensi redaman gelombang pada kinerja model untuk konfigurasi model C mencapai 6,65 % lebih besar terhadap model A, sedangkan efisiensi redaman model C terhadap model B mencapai 6,48 %. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, berikut beberapa saran yang dapat diberikan untuk penelitian selanjutnya : 1. Melakukan pengujian dengan variasi kedalaman air; 2. Dalam hal mendapatkan akurasi data gelombang yang lebih baik, sebaiknya dipasang waveprobe lebih dari dua yang terpasang pada posisi di depan dan dibelakang struktur sehingga validasi dan kalibrasi menjadi lebih akurat. 3. Untuk mendapatkan data gelombang yang lebih baik, sebaiknya dipasang waveprobe lebih dari dua. Semisal tambahan satu buah masing-masing di depan dan di belakang floating concrete breakwater. Sehingga validasi dan kalibrasi yang terjadi semakin sempurna. 4. Melakukan penelitian lanjutan terhadap variasi jarak kaki catamaran floating breakwater dengan lebar kaki yang tetap. 5. Melakukan penelitian lanjutan yang menganalisa stabilitas floating concrete breakwater dalam mereduksi gelombang. Hal ini berkenaan pula dengan mooring system (tali jangkar) baik gerakannya maupun kekuatan yang dibutuhkan untuk menahan floating concrete breakwater berada pada posisi yang tetap. DAFTAR PUSTAKA 1. Aditya, Bagus Teguh, 2012, Physical Test Model Floating Breakwater : Submergence Effect on Transmission, Jurusan Teknik Kelautan, institut Teknologi Sepuluh Nopember, Indonesia. 2. GH. Dong, Y.N. Zheng, Y.C. Li, B. Teng, C.T. Guan, dan D.F. Lin, 2005, Experiments on Wave Transmission Coefficients of Floating Breakwater, Ocean Engineering, Vol. 35, Elsevier, Great Britain, pp Janu, Bondan, 2012, Analisa Redaman Gelombang dengan Variasi Konfigurasi Floating Concrete Breakwater, Jurusan Teknik Kelautan, institut Teknologi Sepuluh Nopember, Indonesia. 4. Martinelli L., Zanuttigh B., dan Ruol P. 2007, Effect Of Layout On Floating Breakwater Performance: Results Of Wave Basin Experiments, Proc. Coastal Structure '07, in print. 5. Theoharris K., Panayotis P., 2005,A Numerical Study of the Performance of a Catamaran-Shaped Floating Breakwater, 5124, Aristotle University of Thessanloniki, Greece. 6. Triatmodjo, Bambang, 1999, Teknik Pantai, Beta Offset, Yogyakarta. 7. Tsinker,Gregory P., 1995, Marine Structures Engineering: Specialized Application,An International Thomson Publishing Company, NewYork.