JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6 1

Transkripsi

1 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) Stabilitas Pondasi pada Vertical Breakwater dengan Variasi Lebar dan Konfigurasi Kantong Pasir Moch. Sigit Firmansyah, Haryo D. Armono, dan Sujantoko Jurusan Teknik Kelautan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya armono@oe.its.ac.id Abstrak Pemecah gelombang merupakan struktur yang berfungsi untuk mengurangi intensitas gelombang yang menuju pesisir pantai dan berpotensi merusak. Untuk tetap menjaga kestabilan vertical breakwater, digunakan rubblemound yang terbuat dari kantong pasir sebagai pondasi yang diinstal di dasar perairan sebagai penopang struktur caisson. Penggunaan kantong pasir juga menjadi solusi jika bahan batuan susah didapat. Penelitian kali ini bertujuan untuk mengetahui kestabilan pondasi vertical breakwater dengan melakukan permodelan fisik dalam skala labolatorium menggunakan tipe rubblemound yang disusun dari sandbag. Pemodelan ini dilakukan dengan menggunakan variasi tinggi gelombang (H), periode gelombang (T) dan lebar puncak susunan kantong pasir (B). Gelombang uji yang digunakan adalah gelombang regular. Dalam pengujian, model vertical breakwater dan sandbag didesain dan dirancang sehingga dapat mewakili prototype vertical breakwater dan sandbag yang sebenarnya. Vertical breakwater yang digunakan dalam pengujian ini disusun dari model caisson yang berbahan kayu sehingga memenuhi bentuk yang diharapkan. Vertical breakwater disusun dalam wave flum sesuai dengan susunan dan konfigurasi yang diinginkan, gelombang yang di bangkitkan berupa gelombang regular. Berdasarkan penelitian dapat ditunjukan bahwa vertical breakwater model 2 dengan konfigurasi pertama adalah model yang paling stabil dibandingkan model yang lain. pada pelabuhan menjadi relatif aman, hal ini tentunya menjadi faktor yang berpengaruh terhadap perekonomian di kawasan tersebut. Banyak sekali jenis breakwater yang dapat kita temui salah satunya vertical breakwater. Struktur vertical breakwater yang biasanya digunakan adalah tipe rubblemound. Bahan utama penyusun untuk tipe rubblemound berupa batuan. Namun batuan sangat sulit ditemukan pada daerah pantai, sedangkan material yang sangat mudah didapat di daerah pantai adalah pasir. Salah satu cara untuk mengatasi masalah keterbatasan infrastruktur dan sumber material tersebut adalah penggunaan kantong pasir sebagai penahan gelombang (Fatnanta, 2007). Penggunaan kantong pasir juga terbukti tidak merusak lingkungan sekitar dan lebih hemat dalam penganggaran biaya. Kata Kunci Vertical breakwater, sandbag, rubblemound, caisson, stabilitas. I. PENDAHULUAN trukur perlindungan perlindungan pantai mempunyai Sbanyak jenis. Jenis struktur ini dibedakan menurut fungsi dan perletakanya. Untuk kawasan pesisir yang berkembang dan terdapat pelabuhan sangat membutuhkan struktur perlindungan pantai guna mencegah terjadinya abrasi maupun sedimentasi terutama yang mampu mereduksi gelombang dengan baik. Salah satu struktur perlindungan pantai yang tepat adalah dengan dibangunya breakwater, karena strukur breakwater mampu meredam energi gelombang secara efektif sehingga energi yang datang akan relatif lebih kecil dan aman akibat tereduksi saat menuju garis pantai. Pada kawasan pelabuhan akan sangat cocok jika dibangun breakwater, gelombang yang teredam membuat alur pelayaran Gambar 1. Contoh Struktur Vertical Breakwater Pada penelitian tugas akhir kali ini saya akan memodelkan secara fisik pondasi kantong pasir untuk vertical breakwater tipe rubblemound pada gelombang reguler dengan variasi terhadap tinggi gelombang (H), periode (T), sarat air (d) serta konfigurasi berat kantong pasir yang telah ditentukan dan diuji dalam flume tank. Hasil dari penelitian ini diharapkan akan diketahui konfigurasi kantong pasir yang optimum dan kestabilan pondasi vertical breakwater.

2 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) II. TINJAUAN PUSTAKA Tumpukan batu juga digunakan sebagai fondasi dan pelindung kaki bangunan pantai. Stabilitas bangunan tergantung pada kemampuan pondasi terhadap erosi yang ditimbulkan oleh serangan gelombang-gelombang besar. Model perumusan stabilitas pada pemecah gelombang tipe rubble mound telah dikembangkan oleh Hudson (1959), dengan kriteria tidak terjadi kerusakan dan tidak overtopping maka hubungan antara gaya gelombang dan berat batuan dapat dirumuskan sebagai berikut: Koefisien stabilitas dapat ditentukan dengan menyusun kembali Pesamaan 2.21, diperoleh persamaan sebagai berikut: Sesuai dengan van der Meer (1988) perumusan Hudson dapat disederhanakan kembali menjadi: (1) (2) (3) Tabel 2. Skala model dan prototype caisson 2 Tinggi :20 80 Tabel 3. Skala model dan prototype caisson 3 Tinggi :20 70 Tabel 4. Skala model dan prototype caisson 4 Tinggi :20 60 III. METODOLOGI PENELITIAAN A. Perancangan Model Caisson Perancangan model fisik caisson harus sebaik mungkin dilakukan agar benar-benar bisa mewakili karakteristik prototipe caisson yang sebenarnya. Beberapa hal yang harus dilakukan dalam perancangan model fisik caisson 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. B. Keserupaan Geometrik Untuk mendapatkan model yang memiliki keserupaan geometrik, maka penyekalaan prototipe harus sebaik mungkin dilakukan agar model benar-benar memiliki rasio semua dimensi linier yang sama. Dimensi linier yang dimaksud adalah panjang, lebar, tinggi, dan kedalaman air. Setelah dilakukan analisa maka perbandingan model diperoleh sebesar 1:20. Tabel 1. Skala model dan prototype caisson 1 Tinggi :20 90 Berikut merupakan hasil penyekalaan dari data percobaan untuk mendapatkan ukuran sebenarnya. Tabel 5. Skala tinggi gelombang dan kedalaman Parameter Model (cm) Skala Prototype (cm) 5 1: Tinggi Gelombang (H) 10 1: : Water Depth (D) 80 1: C. Pembuatan Model Kantong Pasir 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 kantong pasir. Pada percobaan ini, model dibuat dari bahan yang sama dengan skala prototype-nya 1 : 20, yakni dengan ukuran (18,55 x 15,20 x 4,88) cm dengan berat jenis ( γa) adalah 2,65 gr/cm 3.

3 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) Gambar 2. Model fisik kantong pasir (Fatnanta, 2007) D. Desain Pengujian Model Desain pengujian sangat perlu dilakukan agar saat pengujian model di laboratorium peneliti telah terlebih dahulu mengetahui gambaran yang harus dilakukan sehingga percobaan dapat dilakukan dengan sebaik mungkin untuk mendapatkan hasil yang direncanakan. Desain pengujian model fisik caisson dapat terlihat pada gambar model 1 konfigurasi 1 dan 2 berikut: Gambar 3. Desain pengujian model 1 konfigurasi pertama dengan sarat air di wave flume tampak samping Gambar 4. Desain pengujian model 1 konfigurasi kedua dengan sarat air di wave flume tampak samping Gambar 5. Grafik Kalibrasi Probe 1 dan Probe 2 F. Pelaksanaan Percobaan dan Pengambilan Data Meletakan dan menyusun model vertical breakwater beserta sandbag kedalam wave flume sedemikian rupa agar dapat dilaksanakan proses percobaan vertical breakwater. Melaksanakan running model vertical breakwater dengan variasi tinggi gelombang, periode, konfigurasi dan sarat air. Agar dapat mengetahui berat sandbag yang digunakan sebagai pondasi. Setelah model sudah terpasang pada flume tank, maka pengujian bisa dilakukan sesuai dengan desain eksperimen model yang telah ditentukan sebelumnya berdasarkan matriks, data yang dimasukkan meliputi tinggi gelombang dan periode gelombang dalam komputer kendali. Gelombang yang dibangkitkan merupakan gelombang reguler. Pada setiap pengujian model, gelombang yang dibangkitkan kurang lebih sebanyak 100 gelombang, selama kurang lebih 90 detik. Pengujian dilakukan sebanyak dua kali untuk setiap konfigurasi dengan tinggi gelombang dan periode gelombang yang sama. Pengujian ini dilakukan agar mendapatkan hasil output dan validasi yang sesuai. Dalam pengambilan data, kantong pasir dianggap tidak stabil apabila bergeser lebih dari 0.5 cm, pada kondisi ini dicatat besar tinggi gelombang dan periodenya. Pengujian dilakukan hingga diperoleh kantong pasir yang paling optimum pada kondisi gelombang tertentu. Tabel 6. Rencana matriks percobaan untuk model 1 konfigurasi 1 dan 2. E. Kalibarasi Alat Alat-alat yang perlu dikalibrasi adalah wave probe. Kalibrasi untuk wave probe harus sangat teliti karena alat inilah yang nantinya mengukur tinggi gelombang. Penentuan kalibrasi membawa pengaruh dalam akurasi data yang didapat sehingga memudahkan penulis menganalisa hasil yang diperoleh dari proses running. Berikut ini adalah data hasil kalibrasi dari probe yang digunakan : MODEL 1 (90cm) LEBAR 1 18,55 (cm) KONFIGURASI 1 PERGESERAN T1 1,3 H 1 5 T2 T3 1,7 T1 1,3 H2 10 T2 T3 1,7 T1 1,3 H3 15 T2 T3 1,7

4 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) G. Analisa Data Data yang telah diperoleh dari hasil percobaan dianalisa dengan cara membandingkan hasil uji sandbag di laboratorium dengan perhitungan manual. Kemudian dari hasil perhitungan tersebut diperoleh data yang diinginkan untuk ditampilkan kedalam grafik d/h, H/gt² dan D% (kerusakan). A. Analisa Data IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Dari percobaan yang telah dilakukan, didapatkan hasil stabilitas sandbag kemudian dibandingkan dengan perhitungan manual. Pada percobaan ini menggunakan tinggi gelombang dan periode gelombang rencana yang ada dalam tabel sebagai berikut: Tabel 7. Variasi tinggi gelombang dan periode gelombang rencana No Tinggi Periode ( sec ) Gelombang (cm) Tabel 8. Variabel-variabel analisa dimensi sandbag Symbol Parameter Dimensi H Tinggi Gelombang (m) L T Periode (det) T γ Berat volume material armour (kg/ m 3 ) ML α Sudut antara mooring dengan floaters K D Koefisien stabilitas SG specific gravity material armour ML W Berat susunan kantong pasir (kg) ML g Percepatan gravitasi L T d Struktur kantong pasir yang tercelup L -2-2 T Dari variabel-variabel diatas nilai tiap parameter kemudian dimasukan dalam perhitungan stabiilitas seperti dalam rumus berikut : H/gT², d/h ] C. Grafik Stabilitas Kemudian didapat grafik dari hasil analisa dimensi dengan hubungan, H/gT², d/h dan D% B. Analisa Dimensi Gelombang yang menghempas ke vertical breakwater akan mengakibatkan adanya gaya hidrodinamis serta gaya gesek pada vertical breakwater yang mempengaruhi sandbag sebagai stabilitas vertical breakwater itu sendiri. Variabel variabel yang mungkin terkait dengan fenomena stabilitas kantong pasir pada vertical breakwater adalah sebagai berikut: W, γ, SG, α, H, K D, T, g, d ] B1 dan B2 dengan T 1,3 s model1 B1 model2 B1 model3 B1 model4 B1 model1 B2 model2 B2 model3 B2 model4 B2 Dimana : W Berat susunan kantong pasir γ Berat volume material armour SG ρ/ρ w specific gravity material armour α Slope kemiringan armour terhadap bidang horizontal H Tinggi gelombang K D Koefisien stabilitas T Periode gelombang g Percepatan gravitasi d Struktur kantong pasir yang tercelup 0 0,008 0,012 H/gT² Gambar 6. Grafik hubungan antara H/gT² dengan pada semua model untuk konfigurasi 1 dan 2 dengan T 1,3s Dari gambar 5 baik konfigurasi 1 atau 2 pada model pertama menunjukan nilai stabilitas paling baik. Dapat dilihat bahwa tren grafik menunjukan kenaikan, hal ini disebabkan adanya

5 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) pengaruh kecuraman gelombang sebagai akibat tinggi gelombang terhadap stabilitas, sehingga semakin besar H/gt² maka nilai yang dihasilkan semakin besar, begitu juga sebaliknya. Gambar 7. Grafik hubungan antara H/gT² dengan pada model 1 untuk konfigurasi 1 dan 2 (T 1,3; dan 1,7) Dapat dilihat dari gambar 6 bahwa konfigurasi 1 mempunyai nilai kestabilitasan yang lebih baik dari konfigurasi 2, hal ini sebagai akibat pengaruh dari kecuraman gelombang. Besar nilai H/gT² sebagai pengaruh dari periode, yang singkat, dapat dikatakan jika semakin singkat periode maka kecuraman gelombang semakin besar dan akan mempengaruhi besarnya nilai stabilitas. Sehingga semakin besar nilai H/gT² maka nilai juga akan bertambah besar. Model 1 dengan B1 dan B2 0 0,006 0,008 0,01 H/gT² B1 dan B2 dengan T1,3s 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 d/h B1 T1,3 B1 T B1 T1,7 B2 T1,3 B2 T B2 T1,7 model1 B1 model2 B1 model3 B1 model4 B1 model1 B2 model2 B2 model3 B2 model4 B2 Gambar 8. Grafik hubungan antara d/h dengan pada semua model untuk konfigurasi 1 dan 2 dengan T 1,3s Dari tren gambar 7 pada grafik baik konfigurasi 1 atau 2 pada model pertama menunjukan nilai stabilitas paling baik. Dapat disimpulkan adanya pengaruh jarak kedalaman kantong pasir yang tercelup dalam mempengaruhi stabilitas, sehingga semakin dalam kantong pasir yang tercelup maka nilai kestabilitasanya akan semakin baik karena tinggi gelombang yang datang mengenai tumpukan kantong pasir akan sangat relatif lebih jauh akibat jarak freeboard. Sehingga untuk model dengan nilai d/h yang lebih kecil maka nilai stabilitas () menjadi besar akibat jarak freeboard yang lebar. Gambar 9. Grafik hubungan antara d/h dengan pada model 1 untuk konfigurasi 1 dan 2 (T 1,3; dan 1,7) Menunjukan nilai stabilitas pada konfigurasi 1 lebih daripada 2, hal ini sebagai akibat dari perbandingan jarak kantong pasir yang tercelup terhadap tinggi gelombang. Sehingga semakin dalam kantong pasir yang tercelup maka nilai kestabilitasanya akan semakin baik karena tinggi gelombang yang datang mengenai tumpukan kantong pasir akan sangat relatif lebih jauh akibat jarak freeboard. Sehingga untuk model dengan perbandingan nilai d/h yang lebih kecil maka mempunyai nilai stabilitas () yang baik akibat jarak freeboard yang lebar, begitu juga sebaliknya. D% 2,0 1,0 0,5 0,0 Model 1 dengan B1 dan B2 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 d/h Model 3 B1 T1,3 B1 T B1 T1,7 B2 T1,3 B2 T B2 T1,7 0 Konfigurasi 1 Konfigurasi 2 Gambar 10. Grafik hubungan antara dengan D% pada model 3 Gambar 4.13 merupakan grafik analisa dimensi dari hubungan terhadap D% yang menunjukan parameter kerusakan pada model 3. Dari gambar diatas disimpulkan untuk konfigurasi 1 lebih stabil daripada konfigurasi 2 dengan kerusakan sebesar 1%. Hal ini disebabkan karena karena ada perbedaan lebar (B) tumpukan kantong pasir pada susunan

6 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) paling atas, yaitu untuk konfigurasi 1 sepanjang 18,5 cm dan konfigurasi 2 sepanjang 37,1 cm. Semakin lebar tumpukan paling atas maka kekuatan gelombang yang datang relatif lebih, sehingga untuk lebar kantong pasir yang lebih pendek akan menerima kekuatan gelombang yang lebih kecil karena teredam struktur terlebih dahulu. D% 2,0 1,0 0,5 0,0 Model 4 0 Konfigurasi 1 Konfigurasi 2 Gambar 11. Grafik hubungan antara dengan D% pada model 4 Gambar 4.14 merupakan grafik analisa dimensi dari hubungan terhadap D% yang menunjukan parameter kerusakan pada model 4. Dari gambar diatas menunjukan konfigurasi 1 mengalami kerusakan pada H15 cm dengan T detik sebesar 0,65% dan H15 cm dengan T1,7 detik sebesar 1,31 %, sedangkan untuk konfigurasi 2 mengalami kerusakan pada H10 cm dengan T1,7 detik sebesar 0,45%, H15 cm dengan T detik sebesar 0,45% dan H15 cm dengan T 1,7 detik sebesar 0,9%. Dari gambar diatas dapat disimpulkan konfigurasi 1 relatif stabil dengan 2 kerusakan daripada konfigurasi 2 dengan 3 kerusakan. Hal ini disebabkan kekuatan gelombang yang datang relatif lebih besar karena jarak konfigurasi tumpukan kantong pasir yang lebar sehingga belum teredam oleh struktur caisson. IV. KESIMPULAN/RINGKASAN Berdasarkan hasil analisa pada grafik, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Jumlah kantong pasir yang stabil terdapat pada model 2 konfigurasi 1 dengan sebanyak 60 kantong pasir dan seberat 120 kg, dalam skala 1 :20 maka total berat kantong pasir sesungguhnya sebesar 1,2 ton. Selain itu model ini tidak terdapat kerusakan dan tidak membutuhkan banyak kantong pasir sehingga selain stabil juga ekonomis. 2. Konfigurasi kantong pasir paling stabil terdapat pada model 1 dengan konfigurasi dan 2, juga model 2 dengan konfigurasi 1 dan 2, ditunjukan tidak ada kerusakan. Namun pada model 3 dan 4 total kerusakan tidak sampai 5% sehingga bisa dikatakan model 3 dan 4 juga relatif stabil. UCAPAN TERIMA KASIH Penulisan tugas akhir ini tidak terlepas dari kesalahan dan kekurangan. Oleh karena itu penulis mengucapkan syukur kepada Allah SWT atas semua petunjuk dan kelancaran yang selalu penulis terima selama penulisan. Tidak lupa saya ucapkan terima kasih kepada Bapak Haryo Dwito Armono, S.T., M.Eng., Ph.D selaku dosen pembimbing pertama dan juga Bapak Ir.Sujantoko, MT selaku dosen pembimbing kedua saya yang telah bersabar dan merelakan waktunya dalam membimbing menyelesaikan tugas akhir ini. Kepada kedua orang tua saya yang sangat saya hormati dan cintai, terima kasih selama ini sudah memberi doa, semangat dan doronganya. Para karyawan di Jurusan Teknik Kelautan FTK- ITS atas ilmu dan bimbinganya. Terakhir kepada semua teman-teman seperjuangan dalam kelompok tugas akhir, begitu juga teman-teman labkom yang sangat saya cintai, kepada teman-teman lintas angkatan yang sudah banyak membantu, kalian semua sudah seperti saudara saya sendiri, terima kasih untuk kebersamaan selama ini. DAFTAR PUSTAKA [1] Carstens, Torkild, Alf Torum dan Anton Traetteberg, 1958, The Stability of Rubblemound Breakwaters Againts Irreguler Waves, University of Norway, Norwegia.. [2] Fatnanta, F., Stabilitas Penahan Gelombang Kantong Pasir Bentuk Guling, [3] Fatnanta, F., Karakteristik Stabilitas Pemecah Gelombang Kantong Pasir Tipe Tenggelam, Makara, Teknologi, Vol. 14, No.2 November [4] Hudson, R.Y. (1959), Laboratory Investigation Of Rubble-Mound Breakwaters, Waterways and Harbour Division, Vol 85 No WW3. [5] Hughes, S.A., 1993, Physical Models And Laboratory Techniques in Coastal Engineering, Coastal Engineering Research Center, USA [6] Kubota, S., et al, 2007, Stability And Durability Of Filter Unit For Protecting Rubble Mound Of Composite Breakwater, Coastal Structures, Vol.1. [7] Peiji, Huang, dan Zhao Binglai, 1984, The Probability Characteristics of Waves and Wave Pressure at a Vertical Breakwater, China. [8] Takahashi, S., Design of Vertical Breakwaters, Port and Airport Research Institute, Japan, August 31, [9] Tanimoto, Katsutoshi dan Shigeo Takahashi, 1994, Design and Construction of Caisson Breakwaters the Japanese Experience, Coastal Engineering 22, Jepang. [10] Triatmodjo, Bambang, 1999, Teknik Pantai, Beta Offset, Yogyakarta. [11] Van der Meer, J.W. (1988), Rock slopes and gravel beaches under wave attack, Delft Hydraulic Publication No. 396, November 1988.