Analisa Concrete Block Anchor Pada Floating Breakwater

Transkripsi

1 Analisa Concrete Block Anchor Pada Floating Breakwater Risandi Dwirama Putra *, Sujantoko 1, Haryo Dwito Armono 1 * Mahasiswa Teknik Kelautan, 1 Staf Pengajar Teknik Kelautan Jurusan Teknik Kelautan - Fakultas Teknologi Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Abstrak Penahan gelombang berfungsi untuk mengurangi intensitas dari hempasan gelombang di perairan dekat pantai dimana bertujuan untuk mengurangi erosi pantai. Floating breakwater merupakan bangunan pelindung pantai terapung yang dapat mereduksi gelombang yang digunakan secara efektif di daerah pesisir dengan kondisi lingkungan gelombang yang ringan. Kestabilan floating breakwater dipengaruhi oleh desain mooring serta berat anchor yang menahan struktur tetap stabil. Penelitian kali ini bertujuan untuk mengetahui kestabilan floating breakwater dengan melakukan permodelan fisik dalam skala labolatorium menggunakan sistem mooring dengan sistem anchor yang merupakan concrete block. Pemodelan ini dilakukan dengan menggunakan variasi tinggi gelombang (H), periode gelombang (T), konfigurasi sudut mooring ( ) dan lebar floaters (B) Floating breakwater dan concrete block anchor dirancang sedemikian rupa agar mewakili karakteristik prototipe floating breakwater sebenarnya. Floating breakwater yang digunakan dalam uji merupakan floating breakwater berbahan fiber dengan memiliki 3 konfigurasi jenis floating breakwater sedangkan anchor yang digunakan dalam penelitian merupakan anchor balok yang dirancang dari beton. Mooring line disusun didalam wave fume yang dilengkapi pembangkit gelombang. Gelombang uji yang digunakan dalam penelitian kali ini merupakan gelombang irreguler. Data yang didapat berupa berat concrete block anchor yang sesuai untuk setiap model floating breakwater agar tetap stabil. Hasil penelitian ini menunjukan bahwa mooring line bahwa konfigurasi 3 floating breakwater dengan konfigurasi sudut mooring 45 o memiliki kestabilan yang lebih besar dan konfigurasi 1 untuk sudut mooring 90 o memiliki kestabilan yang paling kecil. Kata kunci : floating breakwater, mooring, concret, anchor 1. Pendahuluan Kerusakan lingkungan akan semakin bertambah seiring dengan berjalannya waktu. Sebagai contoh yang sering kita jumpai belakangan ini adalah masalah abrasi pantai. Abrasi pantai hampir terjadi di seluruh wilayah di Indonesia. Abrasi pantai di Indonesia, telah mencapai tingkat yang mengkhawatirkan. Sedikitnya 40 persen dari km pantai di Indonesia rusak akibat abrasi. Abrasi dapat menyebabkan semakin menjoroknya garis pantai ke darat, yang mengakibatkan mundurnya garis pantai. Oleh sebab itu, pembangunan struktur pantai untuk menjaga garis pantai sangat diperlukan Hal ini bertujuan untuk melindungi garis pantai dari gempuran ombak atau dengan * Corresponding author Phone : address: raka_putra89@yahoo.com mereduksi energi gelombang agar tidak sampai ke daerah pantai. Salah satu struktur pantai yang dapat mereduksi energi gelombang adalah struktur breakwater. Struktur breawater yang biasanya digunakan adalah tipe rubblemound. Tetapi terdapat hamabatan pada penyediaan batu alam sebagai badan struktur itu sendiri dan keterbatasan dalam pemasangan rubble mound di topografi laut dalam yang curam dan kondisi tanah yang buruk serta biaya yang sangat mahal untuk memasang breakwater ini. Oleh karena itu dibutuhkan alternatif berupa struktur bangunan apung (Floating breakwater) agar hambatan tersebut dapat ditanggulangi. Struktur terapung ini sesuai untuk pulau-pulau perbatasan dengan topografi laut dalam yang curam, dan keterbatasan bahan batu belah pada daerah tersebut (Rochani, 2007) Sebuah breakwater terapung (Floating Breakwater) yang ditambat harus benar-benar dirancang dalam rangka untuk memastikan pengurangan efektif energi yang di transmisikan 1

2 oleh energi gelombang dan mooring yang digunkan harus dapat menjaga struktur ini tetap berada pada posisi mengingat karena floating breakwater merupakan struktur terapung yang rentan berpindah posisi. Pada penelitian kali ini akan dimodelkan secara fisik floating breakwater serta mooring line pada gelombang irreguler dangan variasi terhadap tinggi gelombang (H), periode (T), sarat air (d) serta konfigurasi sistem mooring dan struktur. Data berupa berat anchored yang berfungsi untuk mengetahui kestabilan floating breakwater. 2. Dasar Teori 2.1. Karakteristik Gelombang Salah satu penyebab terbentuknya gelombang dilaut adalah karena hembusan angin yang berhembus secara kontinu. Apabila angin berhembus dalam waktu yang cukup lama dan meliputi jarak permukaan laut atau fetch yang cukup besar maka riak air akan tumbuh menjadi gelombang yang pada saat bersamaan riak baru akan terbentuk diatas gelombang yang sudah terbentuk sebelumnya dan selanjutnya akan berkembang menjadi gelombang baru tersendiri. Proses demikian akan berjalan terus sehingga yang diamati pada waktu dan tempat tertentu akan terlihat sebagai kombinasi perubahanperubahan panjang gelombang dan tinggi gelombang yang saling bertautan Parameter gelombang yang paling penting adalah panjang dan tinggi gelombang serta kedalaman perairan. Pada gambar dibawah ini adalah skema dua dimensi karakteristik gelombang pada arah sumbu x 2.2 Gelombang Acak (Irreguler Wave) Menurut Bhattacharyya (1972), gelombang irregular ditandai sebagai berikut : Permukaan gelombang merupakan permukaan yang tidak beraturan, sangat kompleks dan sulit untuk digambarkan secara matematis karena ketidak linierannya, tiga dimensi dan mempunyai bentuk yang acak, dimana suatu deret gelombang mempunyai tinggi dan periode yang berbeda. Permukaan gelombang yang tidak beraturan selalu berubah dari waktu ke waktu dan bervariasi dari tempat ke tempat, tergantung dari kecepatan angin. Menurut Bhattacharyya (1972), gelombang irreguler tidak dapat didefinisikan menurut pola atau bentuknya, tetapi menurut energi total dari semua gelombang yang membentuknya atau dalam bentuk lain : Dengan : ET Ei ρ g a i = energi total (joule/m) = energi masing-masing gelombang sinusoidal (joule/m) = densitas air laut (kg/m3) = percepatan grafitasi (m/dt2) = amplitudo gelombang (m) (2.1) (2.2) Dengan demikian gelombang di laut dapat dinyatakan menurut distribusi energi terhadap frekuensi gelombang, panjang gelombang, dan periode gelombang. Distribusi energi gelombang menurut frekuesinya disebut spektrum gelombang. 2.3 Pemodelan Fisik Gambar 2.1 Karakteristik Gelombang (Dean and Dalrymple, 1991) Pemodelan fisik dapat dikatakan sebagai percobaan yang dilakukan dengan membuat bentuk model yang sama dengan prototipenya atau menggunakan model yang lebih kecil dengan kesebangunan atau similaritas yang cukup memadai. Pemodelan fisik dilakukan apabila fenomena dari permasalahan yang ada pada 2

3 prototipe sulit untuk diperoleh karena berbagai keterbatasan. Keuntungan digunakan pemodelan fisik ini antara lain model fisik mengintegrasikan semua persamaan pembangkit suatu proses tanpa adanya penyederhanaan assumsi, menyediakan data yang akurat, tetapi biasanya membutuhkan biaya yang tinggi dan memuat variabel alam yang dapat menyebabkan kesulitan dalam interpretasi data 2.4 Sebangun Geometrik Kesebangunan geometrik dipenuhi apabila bentuk prototipe sebangun. Hal ini berarti bahwa perbandingan semua ukuran panjang anatara model dan prorotipe harus sebanding. Skala panjang diberikan dengan notasi n L dan skala tinggi diberikan notasi n H (Hughes, 1993) : (2.3) (2.4) Skala berat untuk armor dihitung dengan merasiokan prototipe terhadap model, hal ini dapat dinyatakan Dengan: Wa = Berat armor (kg) γa = Berat jenis armor (kg/m 3 ) V = Volume armor (m 3 ) (2.5) Rapat massa model dapat diketahui dari persamaan: (2.6) Dengan: = Rapat massa model (kg/m 3 ) = Rapat massa prototipe (kg/m 3 ) = Rapat massa air tawar (kg/m 3 ) = Rapat massa air laut (kg/m 3 ) Selanjutnya dilakukan perhitungan nilai hubungan skala berat (Nwa) sebagai berikut (Hughes, 1993) (2.7) Dengan: N wa = Nilai perbandingan rapat massa prototipe dengan rapat massa model Dengan demikian berat model dapat dihitung menggunakan persamaan (2.8) Dengan: (W a ) m = Berat model (kg) (W a ) P = Berat prototipe (kg) NW a = Angka skala berat armor 2.5 Sistem Mooring Mooring line yang digunakan untuk system tambat biasanya berjumlah 4 sampai 12 lines. Konfigurasi lines biasanya simetris dengan longitudinal axis dari struktur terapung tersebut. Panjang total dari mooring hingga anchor harus sama dengan pejumlahan dari : a. Water depth b. The anchoring distance c. Jarak antara fairlead dan winch d. Safety length (D) sama dengan m untuk wire rope, dan m untuk chain Dalam pemilihan line tipe mempertimbangkan beberapa faktor : a. Berat dari tali tambat peralatan yang (2.5 mendukung seperti winch atau windlass b. Ukuran keseluruhan c. Posisi saat tali tambat stabil dan liftingnya d. Kerapuhan dan kemungkinan perbaikan Untuk tipe tali tambat yang lain dapat memperhitungkan beberapa kasus : a. Ballast lines, untuk menurunkan berat dan mengurangi panjang tali tambat b. Tali tambat yang menempel pada buoys untuk mengurangi panjang tali yang bersinggungan dengan seabed. Safety Factor untuk kondisi normal pada anchoring line berkisar 3-4 dengan persamaan: Dengan (2.9) R = Minimum breaking force; S = Force in the line (Tirant Le, Pierre,1990) 3

4 Jenis dan konfigurasi dari mooring tergantung pada besar dari beban horisontal yang diterima oleh struktur. Tipe mooring system dibagi menjadi tiga kategori yaitu wire rope system, all chain system dan kombinasi chain/wire rope system. Gambar 2.2 Konfigurasi mooring ( Tirant,1990 ) Dengan panjang minimum : T M 3. Metodologi = tegangan tarik tali Perancangan model fisik floating breakwater harus sebaik mungkin dilakukan agar benar-benar bisa mewakili karakteristik prototipe floating breakwater yang sebenarnya. Beberapa hal yang harus dilakukan dalam perancangan model fisik floating breakwater 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. 3.1 Persiapan percobaan Dengan : l h hm hc p F H T (2.33) : panjang minimum : hm + hc : kedalaman perairan : tinggi mooring dari permukaan : submerged weight dari mooring : gaya horisontal pada mooring : tension pada mooring Melakukan perancangan desain model dan pembuatan model fisik floating breakwater. pembuatan model dilakukan dengan berdasarkan pertimbangan dari hasil penyekalaan panjang dan berat, baik mulai dari pemilihan bahan maupun bentuk yang akan dibuat untuk model fisik floater. Pada percobaan ini, model dibuat dari bahan yang sama dengan prototype-nya, yakni dengan ukuran (10 x 10 x 10) cm dengan 3 jenis Floater yang berbeda Panjang minimum yang diberikan diatas adalah panjang mooring dengan keadaan taut (tegang) jadi diperlukan penambahan panjang untuk keamanan (D). Besarnya D bergantung dari nilai keamanan yang diberikan dan daya cengkram jangkar 2.6 Sistem Anchor Berat anchor dapat dihitung dengan mengetahui tegangan tarik maksimum dari struktur dengan mempertimbangkan koefisien gesek dari permukaan dasar laut. Dapat dihitung dengan persamaan 2.12 (Kim, 2001). (2.34) Dimana: W = berat anchor dalam air σ G = berat per unit volume µ = koefisien gesek antara anchor sea bed (0,5-0,6) S F = faktor keamanan Gambar 3.1 Konfigurasi Floating breakwater Untuk pembuatan concrete block anchor, anchor didesain menjadi beberapa bentuk dimana untuk setiap bentuk memiliki berat yang berbeda dan geometrik yang berbeda. 4

5 Gambar 3.4 Desain pengujian model floating breakwater type 1 sudut 90⁰ tampak samping Gambar 3.2 Konfigurasi berat concrete block anchor massa jenis berat volume panjang lebar tinggi (gr/ cm 3 ) (gram) ( cm 3 ) ( cm) ( cm) ( cm) 2, , ,72 2, ,0038 6,7 5,7 6,3 2, ,0015 6,7 5,7 2,519 2, , ,9 Gambar 3.5 Desain pengujian model floating breakwater type 1 sudut cross tampak samping Tabel 3.1 Konfigurasi berat concrete block anchor 3.2 Pelaksanaan percobaan Menempatkan dan menyusun model floating breakwater beserta mooring line kedalam wave flume sedemikian rupa agar dapat dilaksanakan running percobaan floating breakwater. Melaksanakan running model floating breakwater dengan variasi tinggi gelombang, periode, konfigurasi floating breakwater. Agar dapat mengetahui berat concrete block yang digunakan sebagai anchor. Gambar 3.6 Desain pengujian model floating breakwater type 2 sudut 45⁰ tampak samping Gambar 3.3 Desain pengujian model floating breakwater type 1 sudut 45⁰ tampak samping Gambar 3.7 Desain pengujian model floating breakwater type 2 sudut 90⁰ tampak samping 5

6 floating breakwater untuk beberapa konfigurasi yang diuji. Berikut adalah hasil dari analisa data pengujian di labolatorium Gambar 3.8 Desain pengujian model floating breakwater type 2 sudut cross tampak samping Gambar 3.9 Desain pengujian model floating breakwater type 3 sudut 45⁰ tampak samping Gambar 4.1 analisa dimensi perbandingan antara W/ Hs 3 terhadap H/gT 2 untuk beberapa sudut mooring pada floating breakwater konfigurasi 1 Gambar 3.10 Desain pengujian model floating breakwater type 3 sudut 90⁰ tampak samping Gambar 3.11 Desain pengujian model floating breakwater type 3 sudut cross tampak samping 4. Hasil dan Pembahasan Dari beberapa percobaan yang telah dilakukan, didapatkan hasil stabilitas concrete anchor yang kemudian akan dianalisa serta dicari anchor yang paling optimum sebagai stabilitas Gambar 4.1 diatas merupakan grafik analisa dimensi dari hubungan W/ Hs 3 terhadap H/gt 2, gambar 4.1 diatas menggambarkan bahwa untuk floating breakwater dengan tipe satu dimana floating breakwater yang dipasang sejajar dan hanya merupakan satu baris rangkaian yang diuji dengan beberapa konfigurasi sudut mooring menghasilkan parameter berat concrete anchor yang berebeda. Pada konfigurasi floating breakwater dengan memakai sudut anchor 45 o menghasilkan parameter berat anchor yang paling berat dimana bisa dilihat dari distribusi data W/ Hs 3 terhadap H/gt 2, dimana untuk sudut 45 o nilai maksimum dari distribusi data W/ Hs 3 sebesar 0,20140 dengan H/gt 2 nya adalah 0,0249, sedangkan untuk sudut cross nilai maksimum distribusi data dari W/ Hs 3 adalah sebesar 0,187 untuk H/gt 2 sebesar 0,032. Untuk sudut 90 o nilai maksimum distribusi dari W/ Hs 3 adalah sebesar 0,159 untuk H/gt 2 sebesar 0,028. Jadi dapat disimpulkan bahwa untuk konfigurasi 1, sudut mooring 45 o memerlukan berat anchor yang paling besar untuk menstabilkan floating breakwater sedangkan sudut 90 o untuk konfigurasi 1 6

7 paling sedikit memerlukan berat anchor untuk menstabilkan floating breakwataer. Untuk konfigurasi 3 juga terjadi perlakuan yang sama bahwa untuk sudut yang dipasang 45 o cenderung memelukan berat anchor yang lebih besar dari pada sudut yang dipasang cross maupun sudut yang dipasang 90 o. Dapat dilihat dari gambar 4.3 nilai maksimum dari distribusi data untuk sudut 45 o W/ Hs 3 sebesar 0,2319 dengan H/gt 2 nya adalah 0,0,032, sedangkan untuk sudut cross nilai maksimum distribusi data dari W/ Hs 3 adalah sebesar 0,201 untuk H/gt 2 sebesar 0,024. Untuk sudut 90 o nilai maksimum distribusi dari W/ Hs 3 adalah sebesar 0,20 untuk H/gt 2 sebesar 0,038 Gambar 4.2 analisa dimensi perbandingan antara W/ Hs 3 terhadap H/gT 2 untuk beberapa sudut mooring pada floating breakwater konfigurasi 2 Untuk konfigurasi 2 floating breakwater dimana terjadi hal yang sama dimana konfigurasi sudut mooring 45 o memerlukan berat anchor yang paling besar untuk menstabilkan floating breakwater daripada sudut cross dan sudut 90 o. Pada distribusi data W/ Hs 3 terhadap H/gt 2, dimana untuk sudut 45 o nilai maksimum dari W/ Hs 3 sebesar 0,233 dengan H/gt 2 nya adalah 0,019. sedangkan untuk sudut cross nilai maksimum distribusi data dari W/ Hs 3 adalah sebesar 0,2177 untuk H/gt 2 sebesar 0,03. Untuk sudut 90 o nilai maksimum distribusi dari W/ Hs 3 adalah sebesar 0,2002 untuk H/gt 2 sebesar 0,0304. Gambar 4.4 analisa dimensi perbandingan antara W/ Hs 3 terhadap Hs/B untuk beberapa sudut mooring pada floating breakwater konfigurasi 1 dan konfigurasi 2 Gambar 4.4 merupakan perbandingan antara konfigurasi 1 dengan konfigurasi 2 terhadap W/ Hs 3 dengan Hs/B. Dimana untuk konfigurasi 2 nilai W/ Hs 3 lebih besar dari pada konfigurasi 1, hal ini menyatakan bahwa semakin lebar dari struktur floating breakwater maka berat anchor untuk menstabilkannya juga akan lebih besar. jadi untuk konfigurasi 2 untuk setiap perlakuan sudut mooring juga menghasilkan berat anchor yang lebih berat dibandingkan dengan konfigurasi 1. Gambar 4.3 analisa dimensi perbandingan antara W/ Hs 3 terhadap H/gT 2 untuk beberapa sudut mooring pada floating breakwater konfigurasi 3 7

8 Gambar 4.6 menunjukan perbandingan antara konfigurasi 1, 2 dan 3 terhadap W/ Hs 3 dengan Hs/B. Dimana untuk konfigurasi 3 nilai dari W/ Hs 3 untuk perlakuan sudut mooring lebih besar daripada konfigurasi 2 dan konfigurasi 1. Ini menyatakan bahwa, semakin besar lebar dari floaters atau floating breakwater yang berfungsi untuk menahan gaya gelombang yang datang, maka semakin berat pula concrete anchor yang dibutuhkan untuk menstabilkan floating breakwater, dan semakin kecil lebar floaters maka concrete anchor yang dibutuhkan suntuk menstabilkan floating breakwater tidak terlalu berat. 5. KESIMPULAN Gambar 4.5 analisa dimensi perbandingan antara W/ Hs 3 terhadap Hs/B untuk beberapa sudut mooring pada floating breakwater konfigurasi 2 dan konfigurasi 3 Gambar 4.5 merupakan gambar korelasi antara konfigurasi 2 dengan konfigurasi 3 terhadap W/ Hs 3 dengan Hs/B. Dimana untuk konfigurasi 3 cendrung menampilkan grafik W/ Hs 3 yang lebih tinggi dari pada konfigurasi 2, dimana untuk setiap perlakuan sudut mooring, konfigurasi 3 juga menunjukan perbandingan W/ Hs 3 yang lebih besar daripada konfigurasi 2, Model untuk konfigurasi 1 dengan sudut 90 o merupakan model yang efektif karena memiliki berat anchor minimum pada kondisi lingkungan yang sama. DAFTAR PUSTAKA Bhattacharyya, 1972, Dynamic of Marine Vehicles, a Wiley Interscience Publication, John Wiley & Sons, New York Hughes, S.A., 1993, Physical Models and Laboratory Techniques in Coastal Engineering, Coastal Engineering Research Center, USA Kim, et al, 2001,Monitoring of Floating Fish ReefInstalled in KojeCoastal Waters. Rochani, Imam, 2007, Kajian Numerik Perancangan Struktur Bangunan Peredam Gelombang Terapung, Jurusan Teknik Kelautan, FTK-ITS Tirant Le, Pierre, 1990, Anchoring Of Floating Structures, Technip, Paris Gambar 4.6 analisa dimensi perbandingan antara W/ Hs 3 terhadap Hs/B untuk beberapa sudut mooring pada floating breakwater konfigurasi 1, konfigurasi 2 dan konfigurasi 3 8