KARAKTERISTIK GERUSAN DASAR DI SEKITAR STRUKTUR TIANG BULAT AKIBAT ARUS OLEH GELOMBANG* Pangeran Simon Sihombing Binus University, Jl. KH. Syahdan No. 9 Kemanggisan Jakarta Barat, 5345830, sihombingpangeran@gmail.com Pangeran Simon Sihombing, Oki Setyandito ABSTRAK Karakteristik pola gerusan gerusan yang terjadi pada pantai terutama di area surfzone yang diakibatkan oleh adanya arus dasar oleh gelombang. Gerusan yang terjadi secara terus menerus akan mengakibatkan perubahan pola dasar pada daerah pantai. Struktur tiang pada daerah pantai akan menahan beban terhadap arah verikal dan horizontal akibat gaya hidrodinamika yang terjadi. Laporan penelitian ini meneliti tentang pola gerusan dasar disekitar area surfzone yang terjadi akibat arus oleh gelombang. Gerusan yang terjadi disekitar struktur tiang berbentuk bulat pada area surfzone diakibatkan oleh pergerakan material dasar akibat arus dasar disekitar struktur tiang. Penelitian ini mempelajari pengaruh kecepatan arus dasar (Uw) oleh gelombang (H,T,d) terhadap perubahan gerusan dasar (ds). Pendekatan teoritis dilakukan dengan menggunakan persamaan dasar aliran yang dihubungkan dengan hasil analisa persamaan parameter non-dimensional yang diverifikasi dengan data hasil penelitian model fisik hidraulik. Hasil penelitian yang di dapat adalah hubungan antar parameter antara kondisi gelombang (H,T,d) dan kedalaman gerusan (ds) pada kondisi material (ω) non-cohesive Kata kunci : Gerusan, area surfzone, struktur tiang bulat PENDAHULUAN Gerusan lokal pada dasar merupakan fenomena yang banyak dialami oleh struktur bangunan air dan terutama di sungai dan daerah pantai. Gerusan dasar tersebut diakibatkan oleh gaya akibat arus, gelombang, maupun kombinasi keduanya. Hal ini menjadi salah satu faktor penyebab terjadinya kerusakan pada area dasar struktur maupun pada struktur diatasnya.struktur tiang dalam air merupakan bagian dari struktur yang biasanya ada pada struktur bangunan disungai dan pantai, yang merupakan bagian dari struktur pelindung pantai maupun yang berada pada struktur jembatan di area muara sungai. Struktur tiang merupakan komponen utama untuk menahan beban, baik dari arah vertikal maupun arah horizontal. Salah satu permasalahan pada dasar tiang yang berada pada area arus dasar adalah gerusan lokal yang terjadi pada dasar struktur tiang yang berada pada dasar struktur bangunan pantai akibat arus dan gelombang maupun kombinasi arus dan gelombang. Gerusan ini dapat menyebabkan terganggunya stabilitas konstruksi yang berakibat pada kerusakan struktur. METODE PENELITIAN Penelitian diawali dengan melakukan tinjauan pustaka untuk mencari dan mempelajari bahan referensi tentang teori gelombang dan gerusan dasar di sekitar struktur pantai terutama diarea surfzone. Kemudian mengidentifikasi masalah yang terdapat pada dasar struktur tiang yang berupa karakteristik hidraulik dan hubungannya dengan karakteristik gerusan dasar disekitar struktur tiang. Pengembangan kajian teoritis dilakukan dengan memperoleh parameter kecepatan arus dasar dari teori gelombang yang kemudian melakukan pengembangan teori kedalaman gerusan tanpa tiang dan dengan struktur tiang berbentuk bulat. Hasil pengembangan teoritis diverifikasi dengan menggunakan data hasil uji model fisik hasil penelitian laboratorium.
Gambar 1 Diagram Alir Penelitian HASIL DAN BAHASAN Perhitungan Kedalaman Gerusan Tanpa Struktur Tiang Menggunakan Rumus Leo C.van Rjin (2013) : ds h0 = (αd * U0 -Ucr) Ucr Tabel 1 Kedalaman Gerusan (ds) Tanpa Struktur Tiang H/gT2 ds/lo ds/l u/( gd) Hd/L0 Hd/L 0,000796381 0,00161404 0,002482986 0,05054 0,007184 0,011052 0,000796381 0,001688324 0,002597261 0,04329 0,006758 0,010397 0,000796381 0,001764909 0,002715077 0,03785 0,006448 0,00992 0,000796381 0,001852831 0,002850334 0,03385 0,006208 0,00955 0,000796381 0,001910687 0,002939337 0,03059 0,006013 0,009249 0,000796381 0,001977607 0,003042284 0,02804 0,005852 0,009003 0,000796381 0,002053387 0,003158863 0,02586 0,005712 0,008788 0,000796381 0,002109866 0,003245748 0,02405 0,005597 0,008611 0,000796381 0,002160016 0,003322897 0,02249 0,005497 0,008457 0,000796381 0,002207105 0,003395337 0,02127 0,005407 0,008318 0,000796381 0,002239617 0,003445352 0,02008 0,005327 0,008195 0,000796381 0,002263742 0,003482465 0,01916 0,005257 0,008087 0,000796381 0,002273727 0,003497827 0,01823 0,005197 0,007995 0,000796381 0,002272234 0,00349553 0,01754 0,005137 0,007903
Menggunakan Rumus teoritus (2015) : ds = f(ω,d 50,µ,U, d 0,H,T,K) ds = K. ω. d50-0,002. 1 πh. µ gd0 TpSinh(kd0).d 0,dengan K = 0,2 H = m Tp = 8 s kd = 2πd/L = 2π (1/64,9)= 0,096764 Uw = π. 8 x Sinh(0,096764) = 2,024 m/s d 0 = 1 m d 50 = diameter butiran pasir = 0,33 mm = 0,00033 m ω = 0,06 m/s, diperoleh dari grafik menentukan kecepatan butir pasir dari ukuran diameter butir pasir. µ = viskositas air laut (1,520 x 10-6 m 2 /s) Maka diperoleh kedalaman gerusan tanpa struktur tiang (persamaan teoritis) : ds = 0,2. ω. d50-0,002. 1 πh. µ gd 0 TpSinh(kd.d 0 = 0,1599 m 0) Tabel 2 Kedalaman Gerusan (ds) Tanpa Struktur Tiang dengan persamaan teoritis (2015): d 0 (m) ds (m) ds/l0 ds/l 1 0,159989734 0,001602461 0,002465173 1,3 0,170743559 0,001710172 0,002630871 1,6 0,179719028 0,00180007 0,002769168 1,9 0,187455133 0,001877555 0,002888369 2,2 0,194266937 0,001945783 0,002993327 2,5 0,200355866 0,002006769 0,003087147 2,8 0,205859124 0,00206189 0,003171943 3,1 0,2108747 0,002112126 0,003249225 3,4 0,21547521 0,002158205 0,003320111 3,7 0,219716082 0,002200682 0,003385456 4 0,223640669 0,002239991 0,003445927 4,3 0,227283578 0,002276478 0,003502058 4,6 0,230672924 0,002310426 0,003554282 4,9 0,233831896 0,002342066 0,003602957 Gambar 2 Hubungan antara kedalaman gerusan ds/l0 dan tinggi gelombang H/gT 2 pada setiap
Gambar 3 Hubungan antara kedalaman gerusan ds/l dan tinggi gelombang H/gT 2 pada setiap periode (T). Perhitungan Kecepatan Puncak Arus Dasar Pada Tiang (Uw) Perhitunga kecepatan arus dasar pada tiang adalah dengan menggunakan persamaan kecepatan puncak partikel air (peak orbital velocity): πh Uw = TpSinh(kd) mencari angka gelombang kd = 2πd/L = 2π (1/64,9)= 0,096764 π. 1 Uw = = 2,024 m/s 8 x Sinh(0,096764) Perhitungan Kedalaman Gerusan Pada Struktur Tiang Kedalaman gerusan pada struktur tiang dapat dihitung dengan menggunakan beberapa metoda, pada penelitian ini menggunakan pendekatan CSU (Colorado State University),1975 d s = 2,0.K 1.K 2. K 3. K 4. b d 0 0,65 F r 0,43 d 0 K1 = koef. Koreksi bentuk pilar (bulat) = 1,0 K2 = koef. Koreksi untuk arah datang aliran air 0 (L/a =4 ) =1,0 K3 = koef. Koreksi untuk kondisi dasar saluran (gundukan kecil) =1,1 K4 = koef. efek gradasi sedimen = 0,1 d 0 = 1 m b = lebar pilar/diameter menghadap aliran = 1 m (b/d0 ) 0,65 = 1 1 0,65 = 1 Fr =( Uw gd 0 ) 0,45 = ( 2,024 9,81*1 )0,43 = 0,82899 ds = 2,0.K1.K2.K3.K4. b d0 0,65 F 0 0,43 d 0 ds = 2,0 (1,0) (1,0) (1,1) (0,1) (1) (0,82899) (1) = 0,165798 m Tabel 3 Kedalaman Gerusan (ds) dengan Struktur Tiang Uw (m/s) (Fr) 0,43 ds (m) ds/l0 ds/l 2,024963457 0,828992412 0,165798482 0,001661 0,002555 1,55598924 0,69961027 0,153379157 0,001536 0,002363 1,262528255 0,611559959 0,144181996 0,001444 0,002222 1,061444346 47009599 0,136958409 0,001372 0,00211 0,914948645 0,497245516 0,131053556 0,001313 0,002019 0,803391197 0,457459553 0,1260845 0,001263 0,001943 0,715543678 0,424762072 0,121809465 0,00122 0,001877 0,64452441 0,397302528 0,118066834 0,001183 0,001819 85880718 0,373836029 0,114743679 0,001149 0,001768 36604193 0,353491552 0,111758262 0,001119 0,001722 0,494589092 0,33563977 0,109049683 0,001092 0,00168 0,458317445 0,319813647 0,106571468 0,001067 0,001642 0,42666739 0,305658652 0,104287422 0,001045 0,001607 0,398791909 0,292900378 0,102168862 0,001023 0,001574
Kedalaman gerusan dihitung dengan menggunakan rumus teoritis (2015) : ds = f(ω,d 50,µ,U, d,h,t, b, d 0, K,) ds = K. ω. d50-0,002. 1 πh. µ gd0 TpSinh(kd0).(d0). b d0 0,74 H = m Tp = 8 s kd = 2πd/L = 2π (1/64,9)= 0,096764 π. Uw = = 2,024 m/s d 0 d 50 8 x Sinh(0,096764) = 1 m = diameter butiran pasir = 0,33 mm = 0,00033 m ω = 0,06 m/s, diperoleh dari grafik menentukan kecepatan butir pasir dari ukuran diameter butir pasir (gambar 4.5) µ = viskositas air laut (1,520 x 10-6 m 2 /s) b = 1 m (diameter tiang) Maka diperoleh besar kedalaman gerusan : ds = 0,24. ω. d50 µ -0,002. 1 πh. gd 0 TpSinh(kd.(d 0 ). b 0,74 = 0,19199 m 0) d 0 Tabel 4 Kedalaman Gerusan (ds) dengan Struktur Tiang d ds ds/l0 ds/l 1 0,19199 0,001922954 0,002958208 1,3 0,16874 0,001690063 0,002599937 1,6 0,15231 0,001525534 0,002346831 1,9 0,13989 0,001401188 0,002155541 2,2 0,13007 0,001302815 0,002004207 2,5 0,12204 0,001222371 0,001880455 2,8 0,11531 0,001154915 0,001776682 3,1 0,10955 0,001097219 0,001687926 3,4 0,10454 0,001047079 0,001610792 3,7 0,10013 0,001002927 0,001542869 4 0,09621 0,000963614 0,001482392 4,3 0,09268 0,000928278 0,001428032 4,6 0,08948 0,000896257 0,001378772 4,9 0,08656 0,000867032 0,001333814 Gambar 4 Hubungan antara kedalaman gerusan ds/l0 dan tinggi gelombang H/gT 2 pada setiap
Gambar 5 Hubungan antara kedalaman gerusan ds/l dan tinggi gelombang H/gT 2 pada setiap periode (T) Verifikasi Pengembangan Teoritis Pengembangan teori yang diperoleh diverifikasi dengan menggunakan data running uji model hidraulik laboratorium yang ada, yang diperoleh dari hasil penelitian : Ikhsan (2006). Diperoleh grafik non-dimensional yang menyatakan bahwa data running hidraulik laboratorium masih berada di daerah penelitian. Dengan menggunakan rumus teoritis (2015) : ds = 0,24. ω. d50 µ -0,002. 1 gd 0 πh. TpSinh(kd.(d 0 ). b 0) d 0 0,74 dapat diperoleh kedalam gerusan pada setiap periode sebai berikut : Tabel 5 Pola kedalaman gerusan dasar pada T = 8 s T8 U (m/s) d 0 (m) ds (m) L0 (m) L (m) ds/l0 ds/l 0,9025 0,04 0,12411063 0,00124310 0,001912 1,7306 0,049 0,17221327 99,84 64,9 0,00172489 0,002654 1,907 0,057 0,18105097 0,00181341 0,00279 Tabel 6 Pola kedalaman gerusan dasar pada T = 10 s T10 U (m/s) d 0 (m) ds (m) L0 (m) L (m) ds/l0 ds/l 0,9025 0,04 0,12411063 0,00079558 0,001481 1,7306 0,049 0,17221327 156 83,81 0,00110393 0,002055 1,907 0,057 0,18105097 0,00116058 0,00216 Tabel 7 Pola kedalaman gerusan dasar pada T = 12 s T12 U (m/s) d 0 (m) ds (m) L0 (m) L (m) ds/l0 ds/l 0,9025 0,04 0,12411063 0,00055249 0,001213 1,7306 0,049 0,17221327 224,64 102,33 0,00076662 0,001683 1,907 0,057 0,18105097 0,00080596 0,001769 Tabel 8 Pola kedalaman gerusan dasar pada T = 14 s T14 U (m/s) d 0 (m) ds (m) L0 L (m) ds/l0 ds/l 0,9025 0,04 0,12411063 0,00040591 0,001029 1,7306 0,049 0,17221327 305,76 120,64 0,00056323 0,001427 1,907 0,057 0,18105097 0,00059213 0,001501 Tabel 9 Pola kedalaman gerusan dasar pada T = 16 s T16 U (m/s) d 0 (m) ds (m) L0 (m) L (m) ds/l0 ds/l 1,7306 0,049 0,12411063 0,00031077 0,000894 1,907 0,057 0,17221327 399,36 138,76 0,00043122 0,001241 0 0 0,18105097 0,00045335 0,001305
Gambar 6 Hubungan antara kedalaman gerusan ds/l0 dan tinggi gelombang H/gT2 pada verifikasi Ikhsan (2006) dengan persamaan teoritis (2015) Gambar 7 Hubungan antara kedalaman gerusan ds/l dan tinggi gelombang H/gT2 pada verifikasi Ikhsan (2006) dengan persamaan teoritis (2015) Hubungan antar Parameter yang diteliti disajikan dalam grafik non-dimensional Gambar 8 Hubungan antara kedalaman gerusan ds/l0 dan tinggi gelombang Hd/gT 2 pada setiap Gambar 9 Hubungan antara kedalaman gerusan ds/l0 dan tinggi gelombang Hd/gT 2 pada setiap
Gambar 10 Hubungan antara kedalaman gerusan ds/l0 dan kecepatan arus dasar Uw/ gd pada setiap Gambar 11 Hubungan antara kedalaman gerusan ds/l dan kecepatan arus dasar Uw/ gd pada setiap Gambar 12 Hubungan antara kedalaman gerusan ds/d 0 dan tinggi gelombang Hd/L0 pada setiap Gambar 15 Hubungan antara kedalaman gerusan ds/d 0 dan tinggi gelombang Hd/L0 pada setiap
SIMPULAN DAN SARAN Dari penelitian yang telah dilakukan, dapat ditarik kesimpulan antara lain sebagai berikut : a. Pada grafik menunjukkan hubungan bahwa semakin tinggi gelombang (h) maka kedalaman gerusan (ds) semakin besar, sedangkan semakin besar periode gelombang (T) maka kedalaman gerusan (ds) semakin kecil. b. Pada grafik menunjukkan hubungan bahwa semakin besar kecepatan arus dasar (Uw) maka kedalaman gerusan (ds) semakin besar. c. Pada grafik menunjukkan hubungan bahwa semakin tinggi gelombang (Hd) maka kedalaman gerusan (ds) semakin besar pada setiap kedalaman (d 0 ). d. Berdasarkan pendekatan teoritis diperoleh persamaan teoritis (2015) yaitu : ds = K. ω. d50 µ -0,002. 1 gd0 πh. TpSinh(kd0).(d 0 ). b 0,74, dengan K = 2,4 d 0 e. Karakteristik gerusan dasar yang terjadi disekitar struktur tiang tergantung pada parameter kecepatan arus dasar (U), tinggi gelombang (H), periode gelombang (T) dan kedalaman air (d 0 ). Saran yang dapat diberikan untuk penelitian selanjutnya adalah sebagai berikut : a. Pengembangan teoritis selanjutnya dapat meneliti tentang pola gerusan yang dipengaruhi oleh variasi bentuk tiang dan pengaruhnya terhadap kecepatan arus dasar oleh gelombang yang terjadi di sekitar struktur tiang. b. Penelitian uji model hidraulik hidrodinamik pantai perlu dilakukan. c. Penelitian lebih lanjut untuk memperoleh dimensi perlindungan kaki struktur tiang dengan memperhatikan pola kedalaman gerusan yang diperoleh dari penelitian ini. REFERENSI Ikhsan, J. dan Hidayat,W, 2006. Pengaruh Bentuk Pilar Jembatan Terhadap Potensi Gerusan Lokal. Yogyakarta: Jurnal Ilmiah Semesta Teknika, Vol. 124 9, No. 2, 2006: 124 132. Dalrino., Yurisman., Syofyan, E.R., 2011. Gerusan Kaki Akibat Gelombang Pecah Pada Struktur Impermeable Sloping Wall. Padang : Jurnal Ilmiah Rekayasa Sipil Volume VII, Nomor 2. Sucipto, 2011. Pengaruh Kecepatan Aliran Terhadap Gerusan Lokal Pada Pilar Jembatan Dengan Perlindungan Grooundsill.Semarang : Jurnal Teknik Sipil dan Perencanaan Halim,Faud, 2014. Pengaruh Debit Terhadap Pola Gerusan Di Sekitar Abutmen Jembatan (Uji Laboratorium Dengan Skala Model Jembatan Megawati). Manado : Jurnal Ilmiah Media Engineering Vol.4 No.1 Christiana,J. dan Patuhena, M.V., 2009. Stability Evaluation Of Sea Wall Construction At Erie Vilage Location Nusaniwe District Amboina City.Maluku : Jurnal TEKNOLOGI, Vol.6 No. 2 Wiyono,A., dan Soekarno,I., 2006. Perbandingan Beberapa Formula Perhitungan Gerusan di Sekitar Pilar (Kajian Laboratorium). Bandung :Jurnal Teknik Sipil Vol.13 No.1 Van Rjin,L.C, 2013. Local scouring near structure. Van Rjin,L.C, 2013. Simple General Formulae For Sand Transport In Rivers, Estuaries And Coastal Waters No. FHWA-HIF-12-003, 2012. Text Book : Evaluating at Bridge RIWAYAT HIDUP Pangeran Simon Sihombing lahir di Tarutung pada tanggal 7 Mei 1993, Penulis menamatkan pendidikan S1 di Universitas Bina Nusantara dalam Bidang Teknik Sipil pada tahun 2015.