Bab II Teori Dasar

Laporan Tugas Akhir Kajian Sedimenasi Alur Pelayaran Pelabuhan Belawan 2- 15

Gambar 2. 7 Grafik Rasio Kecepatan Angin di atas Laut dengan di Daratan.

5. Koreksi Koefisien Seret

Setelah data kecepatan angin melalui koreksi-koreksi di atas, maka data tersebut

dikonversi menjadi wind stress factor (UA) dengan menggunakan persamaan di

bawah ini:

23.1A 71.0U U= 2. 18

di mana:

U = kecepatan angin hasil koreksi-koreksi sebelumnya (m/s)

UA = wind stress factor (m/s)

2.2.4.1.2. Daerah Pembentukan Gelombang (Fetch Efektif)

Fetch adalah daerah pembentukan gelombang yang diasumsikan memiliki arah dan

kecepatan angin yang relatif konstan. Karakteristik gelombang yang ditimbulkan oleh

angin ditentukan juga oleh panjang fetch.

Fetch efektif di titik tertentu adalah area dalam radius perairan yang melingkupi titik

tersebut di mana dalam area tersebut angin bertiup dengan kecepatan konstan dari arah

manapun menuju titik tersebut.

Bab II Teori Dasar

Laporan Tugas Akhir Kajian Sedimenasi Alur Pelayaran Pelabuhan Belawan 2- 16

Penghitungan panjang fetch efektif ini dilakukan dengan menggunakan bantuan peta

topografi lokasi dengan skala yang cukup besar, sehingga dapat terlihat pulau-pulau

atau daratan yang mempengaruhi pembentukan gelombang di suatu lokasi. Penentuan

titik fetch diambil pada posisi laut dalam dari lokasi perairan yang ditinjau. Ini karena

gelombang yang dibangkitkan oleh angin terbentuk di laut dalam suatu perairan,

kemudian merambat ke arah pantai dan pecah seiring dengan mendangkalnya dasar

perairan di dekat pantai.

Pada peramalan gelombang, data yang digunakan adalah data-data besar kecepatan

angin maksimum harian berikut arahnya yang kemudian diproyeksi ke delapan arah

mata angin utama. Selain itu juga dibutuhkan informasi tentang panjang fetch efektif

untuk delapan arah mata angin utama.

Untuk menghitung panjang fetch digunakan prosedur sebagai berikut:

1. Tarik garis fetch untuk suatu arah.

2. Tarik garis fetch dengan penyimpangan sebesar 50 dan –50 dari suatu arah sampai

pada batas areal yang lain. Pengambilan nilai 50 ini dilakukan mengingat adanya

keadaan bahwa angin bertiup dalam arah yang bervariasi atau sembarang, maka

panjang fetch diukur dari titik pengamatan dengan interval 50. Tiap garis pada

akhirnya memiliki 9 garis fetch.

3. Ukur panjang fetch tersebut sampai menyentuh daratan terdekat, kalikan dengan

skala peta.

4. Panjang fetch efektif adalah:

∑

∑

=

== k

ii

k

iiiF

Feff

1

1

cos

cos

α

α 2. 19

di mana:

Fi = panjang fetch ke-i

∝i = sudut pengukuran fetch ke-i

i = nomor pengukuranfetch

k = jumlah pengukuran fetch

Bab II Teori Dasar

Laporan Tugas Akhir Kajian Sedimenasi Alur Pelayaran Pelabuhan Belawan 2- 17

2.2.4.2 Peramalan Tinggi dan Perioda Gelombang

Untuk menentukan tinggi gelombang dan perioda gelombang, digunakan data hasil

hindcasting yang berupa Feff dan UA. Kedua parameter tersebut digunakan ke dalam tiga

persamaan berikut sesuai dengan prosedur peramalan gelombang dari SPM 1984:

21

2

20016.0⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

A

effAmo U

gxFg

xUH 2. 20

31

2

2857.0⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

A

effAp U

gxFg

xUT 2. 21

432

2 1015.78.68 xU

gxFx

Ugxt

A

eff

A

≤⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= 2. 22

di mana:

Hmo = tinggi gelombang signifikan menurut energi spektral (m)

TP = perioda puncak spektrum (detik)

g = percepatan gravitasi bumi = 9.81 (m/s2)

UA = wind stress factor (m/s)

Feff = panjang fetch efektif (m)

T = durasi angin yang bertiup (detik)

Adapun prosedur peramalan gelombang adalah sebagai berikut:

1. Analisa perbandingan pada persamaan 2.17 di atas. Jika tidak memenuhi

persamaan tersebut, maka gelombang yang terjadi merupakan hasil pembentukan

gelombang sempurna. Penghitungan tinggi dan perioda gelombangnya

menggunakan persamaan-persamaan berikut:

g

xUH Amo

22433.0= 2. 23

g

xUT Ap

134.8= 2. 24

Jika hasil analisa perbandingan memenuhi persamaan 2.17 di atas, maka

gelombang yang terjadi merupakan hasil pembentukan gelombang tidak

sempurna. Pembentukan gelombang tidak sempurna ini ada 2 (dua) jenis, yaitu

Bab II Teori Dasar

Laporan Tugas Akhir Kajian Sedimenasi Alur Pelayaran Pelabuhan Belawan 2- 18

pembentukan gelombang terbatas fetch dan terbatas durasi. Untuk

membedakannya perlu diketahui terlebih dahulu durasi kritis (tc), sebagai berikut:

32

2

8.68⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

A

effAc U

gxFgxUt 2. 25

2. Periksa durasi data yang ditentukan (t), lalu bandingkan terhadap durasi kritis (tc).

a. Jika t > tc, maka gelombang yang terjadi merupakan gelombang hasil

pembentukan terbatas fetch. Pada pembentukan jenis ini, durasi angin yang

bertiup cukup lama. Penghitungan tinggi dan perioda gelombangnya dilakukan

dengan menggunakan persamaan 2.15 dan 2.16.

b. Jika t > tc, maka gelombang yang terjadi merupakan gelombang hasil

pembentukan terbatas durasi. Pada pembentukan ini, durasi angin yang bertiup

tidak cukup lama. Penghitungan tinggi dan perioda gelombangnya dilakukan

dengan menggunakan persamaan 2.15 dan 2.16 dengan terlebih dahulu

mengganti panjang Feff dengan Fmin berikut ini:

23

2

min 6.68 ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

A

A

xUgxt

gUF 2. 26

2.3 SEDIMEN

2.3.1 Deskripsi Umum Sedimen

Sedimen merupakan material berupa partikel-partikel yang bergerak akibat aliran air

(arus atau gelombang). Secara umum angkutan sedimen dibagi menjadi 3 bagian yaitu:

a. Bed Load – partikel besar (sliding, jumping, rolling)

b. Suspended Load – partikel lebih kecil (meloncat ke dalam aliran)

c. Wash Load – partikel sangat halus (tidak ada kontak dengan dasar)

Sedimen dasar (bed load) merupakan bagian dari total angkutan sedimen baik sedikit atau

banyak yang secara terus menerus melakukan kontak dengan dasar perairan selama

proses angkutan sedimen tersebut. Pada umumnya angkutan sedimen jenis ini

partikelnya melakukan gerakan menggelinding, meluncur, dan melompat di dasar

perairan.

Bab II Teori Dasar

Laporan Tugas Akhir Kajian Sedimenasi Alur Pelayaran Pelabuhan Belawan 2- 19

Sedimen melayang (suspended load) merupakan bagian dari total angkutan sedimen yang

bergerak tanpa kontak terus menerus dengan dasar perairan sebagai hasil dari turbulensi

fluida.

Sedimen sangat halus (wash load) terdiri dari partikel yang sangat halus yang secara

normal umumnya tidak berada di dasar perairan. Dalam perhitungan jumlah total

sedimen, sedimen jenis wash load ini diabaikan (Fredsoe, 1995).

Proses ketiga jenis angkutan sedimen ini dapat dijelaskan sebagai berikut. Pertama-tama

material yang ditransportasikan berada dekat dasar yang disebut bottom transport atau

bed load kemudian material ditransportasikan pada lapisan atasnya disebut sebagai

suspended transport atau suspended load. Bed load mencakup partikel relatif besar yang

bergerak sepanjang dasar. Bed load transport terjadi pada lapisan tipis di atas dasar yang

disebut bottom layer. Sebaliknya suspended load biasanya terdiri atas partikel yang lebih

kecil yang berada tetap dalam sistem (fluida) karena gradien negatif dari konsentrasi

sedimen dan dorongan ke bawah karena beratnya. Jadi suspended load hanya dipengaruhi

oleh gesekan dari butiran-butiran itu sendiri di dalam air. Kecepatan angkutan sedimen

didapatkan dengan mengintegrasi perkalian dari kecepatan partikel (V) dengan

konsentrasi sedimen (C) sepanjang kedalaman air diukur dari atas bottom layer. Apakah

yang terjadi hanya bed load atau suspended load terutama tergantung pada intensitas dari

gerakan air. Ketika kecepatan telah melebihi kecepatan kritis, pada awalnya hanya terjadi

bottom transport. Pada tingkat ini bed form (ripples) terbentuk. Jika kecepatan bertambah

maka ukuran dari bed form bertambah. Selanjutnya butiran sedimen dibawa ke dalam

suspension dan suspended load akan segera terjadi (Lubis, 1995).

Sedimen Kohesif dan Non Kohesif

Berdasarkan sifat material dasarnya, sedimen dapat dibedakan menjadi dua jenis yaitu

sedimen kohesif dan non kohesif. Sedimen kohesif merupakan butiran-butiran partikel

lumpur (partikel yang ukurannya sangat kecil seperti clay dan silt) yang berada di dasar

maupun di badan air yang bila bergabung bersama akan membentuk suatu unit yang

lebih besar yang disebut floc. Proses pembentukan floc (flokulasi) ini sangat bergantung

pada konsentrasi sedimen. Flokulasi yang terjadi sangat bergantung pada kecepatan

jatuh sedimen.

Bab II Teori Dasar

Laporan Tugas Akhir Kajian Sedimenasi Alur Pelayaran Pelabuhan Belawan 2- 20

Sedimen non kohesif merupakan sedimen dengan butiran-butiran partikel yang

umumnya berasal dari pasir. Pergerakan sedimen ini sangat bergantung pada besar

kecilnya diameter partikel sedimen. Berbeda dengan sedimen kohesif, sedimen non

kohesif tidak pernah membentuk floc sehingga antara satu partikel sedimen dengan

partikel sedimen lainnya tidak akan pernah bergabung membentuk suatu unit individu.

2.3.2 Karakteristik Sedimen

Material sedimen pada umumnya merupakan campuran beberapa jenis material

sehingga sulit memberikan nama menurut jenisnya. Untuk itu diberikan deskripsi

mengenai istilah dalam proses sedimenasi agar diperoleh informasi yang obyektif sesuai

hasil pengamatan di lapangan. Deskripsi dan istilah tersebut antara lain:

• Ukuran partikel sedimen, yaitu menyatakan ukuran panjang diameter butiran

sedimen dengan menganggap bahwa butiran sedimen adalah bola.

• Berat spesifik, merupakan berat per satuan volume dan hubungannya dengan

densitas (kerapatan).

• Porositas sedimen, didefinisikan sebagai harga perbandingan volume udara

dalam suatu sampel sedimen terhadap jumlah total volume sedimen.

• Kecepatan jatuh, adalah bentuk keseimbangan antara gaya gravitasi yang bekerja

pada suatu partikel yang kecil yang berbentuk bola (spheric) dalam suatu kolom

fluida yang tak terhingga dengan daya tahan dari suatu fluida (Lubis, 1995).

2.3.2.1 Kecepatan Kritis

Kondisi kritis yang memicu pergerakan sedimen untuk sedimen non kohesif dijelaskan

oleh gaya-gaya yang bekerja pada partikel seperti berikut :

n

t

FF

=ϕtan 2. 27

dimana Ft dan Fn adalah gaya-gaya yang bekerja secara parallel dan normal terhadap

sudut diam φ. Sudut diam φ adalah sudut yang dibentuk oleh material dalam keadaan

menjelang sliding.