tugas akhir (060404092) -...

17

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Umum

Seluruh permukaan dasar lautan ditutupi oleh partikel-partikel sedimen yang

telah diendapkan secara perlahan-lahan dalam jangka waktu berjuta-juta tahun. Secara

relatif ketebalan lapisan sedimen yang terdapat di banyak bagian laut, mempunyai

variasi kedalaman yang berbeda-beda dari sekitar 600 meter di lautan Pasifik, antara 500

sampai 1000 meter di Lautan Atlantik, 4000 meter di Laut Antartika dan 9000 meter

Puerto Rico Trench (Sahala dan Evans, 1985). Sedimen terdiri dari suatu

kepingan/potongan material yang terbentuk oleh proses phisik dan kimia dari

batuan/tanah. Partikel tersebut bervariasi dalam ukuran (dari bongkah sampai

lempung/koloidal), bentuk dari bulat sampai tajam.

Ada beberapa pengertian dari sedimentasi atau juga disebut proses pengendapan.

Menurut Krumbein dan Sloss (1971) sedimentasi berdasarkan ilmu geologi dan

sratigrafi adalah proses-proses yang berperan atas terbentuknya batuan sedimen.

Selanjutnya disebutkan bahwa urutan proses sedimentasi adalah meliputi proses :

pelapukan, perpindahan, deposisi (sedimentasi), serta lithifikasi (pembatuan).

Menurut Pipkin (1977) sedimen adalah material atau pecahan dari batuan,

mineral dan material organik yang dipindahkan dari berbagai sumber air darat maupun

laut dan didepositkan oleh udara, angin, es, dan air. Selain itu ada juga yang dapat

diendapkan dari material yang melayang dalam air (suspensi) atau dalam bentuk kimia

pada suatu tempat (presipitasi kimia).

Universitas Sumatera Utara

18

Batuan sedimen dibentuk dari batuan yang telah ada oleh kekuatan luar (gaya)

dalam geologi, oleh pelapukan, gaya-gaya air, pengikisan angin maka batuan-batuan

yang telah ada seperti batuan beku dihancurkan, diangkut dan kemudian diendapkan di

tempat-tempat yang rendah letaknya, misalnya di laut, samudra atau danau (Kaliti,

1963).

Pada permukaan dasar laut terdapat tiga sumber material dari sedimen yang

ditemukan. Drake (1978) menerangkan bahwa sumber tersebut, yaitu sumbernya dari

daratan yang menyuplai material hancuran dan material terlarut, sumber asli dari laut

dan dari material angkasa luar. Dari ketiganya yang paling penting adalah sumber dari

daratan.

Kebanyakan sumber dari material sedimen adalah daratan, dimana erosi dan

pelapukan sangat nyata terhadap pengikisan daratan dan dipindahkan ke laut. Pelapukan

adalah aksi dari tumbuhan dan bakteri, juga proses kimia, termasuk juga penghancuran

batuan secara mekanik (Drake 1978).

2.2 Sifat-sifat Cairan

Pengangkutan sedimen di sungai pada umumnya digerakkkan oleh aliran air,

sehingga sangat penting untuk mengetahui sifat-sifat aliran terutama aliran pada saluran

terbuka. Beberapa sifat dan parameter yang saling berkaitan dan berpengaruh pada

pengangkutan sedimen dapat dilihat pada Tabel 2.1 berikut :


19

Tabel 2.1 Parameter yang berpengaruh pada pengangkutan sedimen

BESARAN SIMBOL SATUAN/DIMENSI KETERANGAN

Rapat massa/kerapatan air ρa kg.m-3 -

Rapat massa/kerapatan sedimen ρs kg.m-3 -

Kerapatan relatif dalam air ∆ - ∆ = ρs - ρa /ρa

Viskositas dinamik Η kg.m-1.det-2 -

Viskositas kinematik Ν m2/det -

Tegangan permukaan Σ kg.det-2 -

2.2.1 Berat jenis ( Specific weight) – γ ( N/m3)

γ = ��

�� = � �

= γ.g (2.1)

Besarnya harga γ tergantung pada tempat di bumi (g), pada garis katulistiwa

harga g = 9,78 m/det2, sedangkan di daerah kutub harga g = 9,832 m/det2 . Dengan

demikian pada umumnya diambil harga rata-rata g = 9,8 m/det2.

2.2.2 Kekentalan (viscocity)

Kekentalan (viscocity) merupakan sifat zat cair untuk melawan tegangan geser

atau perubahan sudut, terbagi dua macam :

1. Kekentalan kinematik (ν)

Kekentalan kinematik sangat dipengaruhi suhu :

ν = ( �.��)

(��) (2.2)

dimana T merupakan suhu (oC)


20

2. Kekentalan dinamik (η)

Kekentalan dinamik dipengaruhi partikel sedimen.

Untuk larutan yang dicairkan (c < 0.1) – Einstein (1906), mendapat :

ηm = η (1 + 2,5 c) (2.3)

dimana ηm adalah koefisien kekentalan dinamik – campuran/larutan sedimen; η

adalah koefisien kekentalan dinamik air bersih; dan c merupakan konsentrasi sedimen.

2.2.3 Kerapatan relatif dalam air - ∆ (tanpa dimensi)

Kerapatan relatif dalam air adalah perbandingan selisih kerapatan suatu

zat/sedimen dan air terhadap kerapatan air.

∆ = ��

�� (2.4)

2.3 Sifat-sifat Sedimen

Sifat sedimen yang paling mendasar adalah ukuran butiran dan bentuk, berat

jenis dari sedimen dan air, viskositas, dan kecepatan jatuh dan lain-lain.

2.3.1 Ukuran partikel

Sekumpulan sedimen alami memilki bentuk yang tidak seragam. Para geolog

mengembangkan klasifikasi untuk menentukan mana yang termasuk pasir, mana yang

termasuk kerikil dan sebagainya. Salah satu klasifikasi yang terkenal adalah skala

Wenworth yang mengklasifikasikan sedimen oleh ukuran (dalam millimeter) seperti

ditunjukkan dalam tabel 2.2 berikut:


21

Tabel 2.2 Skala Wenworth dari klasifikasi ukuran sedimen

Deskripsi Ukuran Skala Wenworth

Diameter Ukuran Unified Soil

Classification (USC) Ayakan Ayakan d (mm) U.S.

Bongkah (Boulder)

Brangkal (Cobble) 256

Brangkal (Cobble)

Kasar

76,2 3 in

64,0 Kerikil

Krakal/Koral (Peeble)

Halus

(Gravel) 19,0 ¾ in

4,76 No. 4

4,0

Batu Kerikil (Granule)

Kasar

2,0

Sangat Kasar

No. 10

Sedang

1,0 No. 20

Kasar

0,5

Sedang

Pasir 0,42 No. 40 Pasir

(Sand)

0,25 (Sand)

Halus

Halus

0,20 No. 100

Sangat Halus

0,125 No. 140

0,075 No. 200 0,0625

Lanau

(Silt) 0,00391

Lempung Lanau atau Lempung

(Clay) 0,00024 (Silt or Clay) Koloid

(Colloid)

Sumber: Dean and Dalrymple, 2002


22

Berdasarkan klasifikasi tersebut pasir memilki diameter antara 0,0625 dan 2,00

mm yang selanjutnya dibedakan menjadi lima kelas. Material sangat halus seperti

lumpur dan lempung berdiameter di bawah 0,0625 mm yang merupakan sedimen

kohesif.

Untuk beberapa studi kasus analisa ayakan menggunakan SNI 03-6388-2000 dan

SNI 03-6408-2000 seperti pada Tabel 2.3 dan Tabel 2.4 berikut ini:

Tabel 2.3 Standar ukuran saringan

Standar Ukuran (mm) Alternatif Satuan

75 3 inci

50 2 inci

25 1 inci

9,25 3/8 inci

4,75 No. 4

2,00 No. 10

0,425 No. 40

0,075 No. 200


23

Tabel 2.4 Batasan-batasan ukuran butiran tanah

Jenis Butiran Ukuran Butir (mm)

Pasir kasar 2,0 mm – 0,42 mm

Pasir halus 0,42 mm – 0,075 mm

Lanau 0,075 mm – 0,002 mm

Lempung 0,002 mm – 0,001 mm

Kolloida < 0,001 mm

Untuk menentukan batasan dari ukuran dalam suatu sample pasir, harus

dilakukan analisis ukuran. Mengayak pasir adalah dimaksudkan untuk menemukan

batasan dari ukuran dalam sampel. Biasanya ayakan berupa pan dengan saringan kawat

sebagai suatu standar diberikan di dasarnya dan diklasifikasikan seperti yang dapat

dilihat dalam Tabel 2.2. Ayakan disusun dalam suatu tumpukan di mana untuk ayakan

yang lebih besar pada bagian atas dan ayakan yang lebih halus berada di bawahnya.

Sampel diletakkan pada ayakan yang paling atas dan ayakan digetarkan sehingga pasir

jatuh sejauh mungkin menembus tumpukan ayakan. Ukuran fraksi yang berbeda terjebak

dalam ayakan dengan ukuran yang bervariasi. Berat pasir yang tertangkap dalam setiap

ayakan ditimbang dan kemudian ditentukan persentase dari berat total sampel yang

melewati ayakan.


24

2.3.2 Bentuk partikel

Bentuk dari sedimen alam beraneka ragam dan tidak terbatas. Di samping ukuran

butir, bentuk partikel juga penting, karena ukuran partikel sedimen itu sendiri belum

cukup untuk menjelaskan karakteristik butir-butir sedimen. Suatu partikel yang pipih

mempunyai harga kecepatan endap yang lebih kecil dan akan lebih sulit untuk terangkut

dibandingkan dengan suatu partikel yang bulat seperti muatan dasar.

Sifat-sifat yang paling penting dan berhubungan dengan angkutan sedimen

adalah bentuk dan kebulatan butir (berdasarkan pengamatan H. Wadell). Bentuk butiran

dinyatakan dalam kebulatannya yang didefinisikan sebagai perbandingan daerah

permukaan partikel. Daerah permukaan sulit ditentukan dan isi butiran relatif kecil,

sehingga Wadell mengambil pendekatan untuk menyatakan kebulatan.

Kebulatan dinyatakan sebagai perbandingan diameter suatu lingkaran dengan

daerah yang sama terhadap proyeksi butiran dalam keadaan diam pada ruang terhadap

bidang yang paling besar terhadap diameter yang paling kecil atau dengan kata lain

kebulatan digambarkan sebagai perbandingan radius rata-rata kelengkungan ujung setiap

butir terhadap radius lingkaran yang paling besar (daerah proyeksi atau bagian butir

melintang).

Bentuk partikel dinyatakan sebagai suatu faktor bentuk (SF) yaitu :

SF = c/(ab)1/2 (2.5)

Dimana a merupakan sumbu terpanjang ; b adalah sumbu menengah dan c adalah sumbu

terpendek.


25

Untuk partikel berbentuk bola mempunyai faktor bentuk SF = 1, sedangkan untuk pasir

alam SF = 0,7. Pengaruh bentuk terhadap karakteristik hidraulik dari partikel/butiran

(yaitu kecepatan jatuh ataupun hambatan) tergantung dari pada angka Reynold.

2.3.3 Rapat massa/Kerapatan (density) – ρ ( kg.m-3 )

Sesungguhnya semua sedimen berasal dari material batu, oleh sebab itu segala

unsur material induk (parent material) dapat ditemukan di sedimen. Sebagai contoh,

fragmen dari induk batuan ditemukan di batu besar dan kerikil, kuarsa pada pasir, silika

pada lumpur, serta feldspars dan mika pada tanah liat. Densiti dari kebanyakan sedimen

yang lebih kecil dari 4 mm adalah 2.650 kg/m3 (graviti spesifik, s = 2.65). densiti dari

mineral lempung (clay) berkisar dari 2.500 sampai 2.700 kg/m3.

ρ = ��

�� = � (2.6)

Besarnya ρa tidak tetap, tergantung pada suhu, tekanan dan larutan. Pada air

tawar memiliki nilai ρa = 1000 kg/m3, dan air laut memiliki nilai ρa = 1025 kg/m3. Pada

perhitungan angkutan sedimen, pengaruh perbedaan kerapatan pada umumnya

diabaikan.


26

2.4 Pengangkutan Sedimen

Sedimen adalah material atau pecahan dari batuan, mineral dan material organik

yang melayang-layang di dalam air, udara, maupun yang dikumpulkan di dasar sungai

atau laut oleh pembawa atau perantara alami lainnya. Sedimen dapat diangkut dengan

tiga cara:

a. Suspension: umumnya terjadi pada sedimen-sedimen yang sangat kecil

ukurannya (seperti lempung) sehingga mampu diangkut oleh aliran air atau angin

yang ada.

b. Bedload: terjadi pada sedimen yang relatif lebih besar (seperti pasir, kerikil,

kerakal, bongkah) sehingga gaya yang ada pada aliran yang bergerak dapat

berfungsi memindahkan pertikel-partikel yang besar di dasar. Pergerakan dari

butiran pasir dimulai pada saat kekuatan gaya aliran melebihi kekuatan inertia

butiran pasir tersebut pada saat diam. Gerakan-gerakan sedimen tersebut bisa

menggelundung, menggeser, atau bahkan bisa mendorong sedimen yang satu

dengan lainnya.

c. Saltation: umumnya terjadi pada sedimen berukuran pasir dimana aliran fluida

yang ada mampu menghisap dan mengangkut sedimen pasir sampai akhirnya

karena gaya grafitasi yang ada mampu mengembalikan sedimen pasir tersebut ke

dasar.

Berdasarkan asalnya material angkutan dapat dibedakan dua macam angkutan :


27

a. Muatan material dasar (bed material transport), yang berasal dari dasar, berarti

bahwa angkutan ini ditentukan oleh keadaan dasar dan aliran (dapat terdiri dari

muatan dasar dan muatan layang).

b. Muatan cuci (wash load), yang berasal dari hasil erosi daerah pantai. Angkutan

ini terdiri dari butiran yang sangat halus dengan diameter < 50 µm (terdiri dari

lempung dan lanau) yang hanya dapat bergerak dengan cara melayang dan tidak

berada pada dasar laut. Oleh karena itu muatan cuci tidak dapat dihitung dan

dapat dipengaruhi oleh turbulensi dan viskositas aliran.

Di kawasan pantai terdapat dua arah pengangkutan sedimen. Yang pertama

adalah pergerakan sedimen tegak lurus pantai (cross-shore transport) atau boleh juga

disebut dengan pergerakan sedimen menuju dan meninggalkan pantai (onshore-offshore

transport). Yang kedua, pergerakan sedimen sepanjang pantai atau sejajar pantai yang

biasa diistilahkan dengan longshore transport.

2.4.1 Pergerakan sedimen tegak lurus pantai (cross-shore transport)

Pengangkutan sedimen tegak lurus pantai dapat dilihat pada bentuk pantai

(kemiringan pantai) dan bentuk dasar lautnya (bar & trough). Secara penampakan

geomorfologi, proses pengangkutan sedimen tegak lurus pantai biasanya terjadi di teluk.

2.4.2 Pengangkutan sedimen sejajar pantai (longshore transport)

Orang sering menyebut pengangkutan sedimen sejajar pantai (dalam bahasa

ilmiahnya littoral sediment transport) atau longshore sediment transport. Proses ini


28

biasanya terjadi di pantai yang berbatasan dengan samudra dan merupakan proses yang

penting karena berdampak sangat besar terhadap suatu struktur yang dibuat manusia

misalnya jetti atau groin.

2.4.3 Mekanisme Transpor Sedimen Oleh Gelombang

Di laut dalam, gerak partikel air karena gelombang jarang mencapai dasar laut.

Sedang di laut dangkal, partikel air dekat dasar bergerak maju dan mundur secara

periodik. Kecepatan partikel air di dekat dasar naik dengan bertambahnya tinggi

gelombang dan berkurang dengan kedalaman.

Dalam mempelajari transpor sedimen, kecepatan partikel air dinyatakan dalam

bentuk tegangan geser dasar �� yang berubah fungsi dari komponen dasar ��.

Hubungan antara tegangan geser dasar dan kecepatan partikel air dinyatakan dalam

bentuk:

�� = ��∗� (2.7)

Dengan,

�∗ = !"� �� (2.8)

dimana, Ρ = Rapat massa air (kg/m3 )

�∗ = Kecepatan geser (m/s)

f = Faktor gesekan

Kecepatan partikel air di dekat dasar atau yang dinyatakan dalam bentuk

tegangan geser tersebut berusaha untuk menarik sedimen dasar. Sementara itu sedimen

dasar memberikan tahanan yang dinyatakan dalam bentuk kecepatan kritik erosi ��#


29

atau tegangan kritik erosi �#�. Kedua parameter tersebut tergantung pada sifat sedimen

dasar seperti diameter, bentuk dan rapat massa sedimen untuk sedimen non kohesif

(pasir) dan kohesifitas antara partikel untuk sedimen lohesif (lumpur, lempung, dll).

Jika dilihat untuk dasar laut berpasir yang datar, apabila kecepatan di dekat

dasar sangat kecil, yang berarti juga tegangan geser dasar, partikel sedimen tidak

bergerak (�� < �#�). Selanjutnya apabila kecepatan bertambah (juga tegangan geser

dasar ��), sampai pada suatu kecepatan tertentu beberapa butiran mulai bergerak, yang

disebut dengan awal gerak sedimen (�� = �#�). Sedimen bergerak maju mundur sesuai

dengan gerak partikel air. Selanjutnya kenaikan kecepatan dapat mempercepat gerak

tersebut, dan transpor sedimen yang terjadi disebut transpor dasar (bed load) seperti

terlihat pada Gambar 2.1 (�� > �#�).

Gambar 2.1 Pengaruh tegangan geser terhadap gerak sedimen dasar (tampak samping)


30

Dengan semakin bertambahnya kecepatan di dekat dasar, gerak ripple, yaitu

dasar laut bergelombang kecil dengan puncaknya tegak lurus arah gelombang. Ukuran

ripple tergantung pada pada amplitudo dan perioda dari gerak air di dekat dasar, ukuran

butiran dan rapat massa material dasar (Horikawa, 1978). Dengan terbentuknya ripple

akan meningkatkan turbulensi, dan partikel sedimen akan terangkat dalam bentuk

suspensi (Gambar 2.1). Transpor sedimen dalam bentuk suspensi di atas dasar disebut

transpor sedimen suspensi. Apabila gerak air semakin kuat, ripple akan menghilang dan

terjadi transpor massa di mana suatu lapis dengan tebal tertentu terangkut dalam bentuk

transpor sedimen dasar dan suspensi.


31

2.5 Sedimen Kohesif

Sedimen kohesif sering menimbulkan masalah pada beberapa bangunan air,

misalnya pengendapan di pelabuhan, waduk, penurunan kualitas air dan sebagainya.

Studi tentang sifat dan dinamika sedimen kohesif diperlukan untuk menanggulangi

masalah tersebut. Berbeda dengan sedimen non kohesif, sifat-sifat sedimen kohesif

sangat kompleks. Sifat-sifat tersebut dipengaruhi oleh asal sedimen, sifat air dan

terutama keadaan konsolidasi dari sedimen. Sifat sedimen yang berasal dari suatu daerah

(estuari, sungai, pantai dan sebagainya) berbeda dengan sedimen dari daerah lain. Di

dalam air asin kecepatan endap akan lebih besar karena adanya proses flokulasi,

demikian juga dengan tegangan kritik erosi dan endapan. Proses konsolidasi yang

berjalan dengan waktu akan memperbesar tegangan kritik erosi. Karena banyaknya

faktor yang berpengaruh, sampai saat ini sifat-sifat dan dinamika transpor sedimen

kohesif masih belum diketahui dengan baik (Triatmodjo, 1987).

2.5.1 Profil vertikal dari konsentrasi sedimen

Jumlah dari arus dan gelombang untuk sedimen transport yang melayang

dikendalikan oleh banyak jumlah energi yang tersedia di dalam air. Sedimen melayang

selalu tidak tercampur dengan baik di dalam air dan strarifikasi terjadi karena adanya

pengendapan yang menghasilkan konsentrasi sedimen yang sangat tinggi di dasar.

Gambar 2.3 adalah sketsa profil vertikal dari konsentrasi sedimen kohesif S(ʐ) dan

kecepatan arus u(ʐ), yang menunjukkan bahwa sedimen kohesif memiliki 3 wilayah :


32

a. Daerah paling atas adalah lapisan campuran dan memiliki konsentrasi sedimen

yang relatif rendah.

b. Lapisan lumpur yang tipis dibedakan dari lapisan campuran dengan istilah

gradien konsentrasi “lutocline” (Parker dan Kirby, 1982).

c. Daerah bawah yang merupakan daerah berlumpur.

Dalam lapisan campuran arah vertikal dipisahkan oleh guncangan yang kuat dan

konsentrasi sedimen relatif tercampur dengan baik. Lutocline adalah bagian utama dari

profil vertikal sedimen kohesif dan dikategorikan oleh gradien konsentrasi. Konsentrasi

sedimen dapat diatur dari magnitude tertinggi dekat dasar dibandingkan pada permukaan

air. Di bawah Lutocline, ada lapisan berlumpur dari konsentrasi sedimen. Lapisan

berlumpur ditahan oleh guncangan energi dari arus, ketika ada suatu kesamaan antara

flux deposisi dan guncangan vertikal flux transport. Lapisan berlumpur biasanya tipis

dan oleh karena itu frekuensinya tidak diketahui.

Gambar 2.2 Profil vertikal dari sedimen kohesif dan kecepatan jatuh (Ji, 2008)


33

2.5.2 Flokulasi

Flokulasi adalah proses di mana partikel yang melayang baik terkait menjadi

kelompok yang besar (flocs). Flocs adalah kumpulan dari partikel yang kecil menjadi

besar, lebih mudah mengendap partikel melalui proses kimia, fisika dan/atau biologi.

Sedimen kohesif jarang mengendap dengan partikel tunggal di alam. Sedimen kohesif

cendrung untuk tetap bersama ketika mereka sudah cukup dekat dengan kuatnya

sedimen untuk mengatasi aliran geser dan gravitasi yang membuat mereka tetap

berpisah. Flokulasi melibatkan dua aspek dari partikel yakni kohesi dan kolisi.

Proses tabrakan partikel (kolisi) dan kohesi juga diistilahkan sebagai agregat dan

koagulasi. Flocs lebih besar daripada butiran tunggal dan biasanya jatuh lebih cepat

daripada partikel yang menyatu. Karena terperangkap di dalam air, kepadatan dari flocs

lebih kecil dibandingkan dengan partikel yang menyatu. Kecepatan jatuh dari sebuah

flocs merupakan fungsi dari ukurannya, bentuk, dan kepadatan relatif. Bentuk dari floc

adalah tipe yang bebas dan konsentrasi dari partikel melayang, karakteristik ionik dari

lingkungan, dan tegangan geser cairan dan intensitas aliran turbulensi di lingkungan.

Kohesi (tarikan partikel) diatur oleh elektrokimia dari mineral sedimen dan air.

Partikel kohesi tergantung pada komposisi minerallogikal, ukuran partikel, tergantung

perubahan kapasitas dari sedimen. Parameter lain yang mempengaruhi kohesi termasuk

keasaman, pH, dan temperatur dari air. Batasan dari sedimen kohesif dan tidak kohesif

tidak jelas dibatasi. Ini bisa dinyatakan bagaimanapun, seiring meningkatnya kohesi

dengan penurunan ukuran partikel untuk jenis material yang sama.

Kolisi antara partikel kohesi yang kecil menjadi flokulasi dan bentuk floc.

Frekuensi kolisi sering meningkat dengan konsentrasi sedimen dan gradien kecepatan.


34

Bagaimanapun, selagi gradien kecepatan meningkat menjadi besar, floc akan mudah

pecah, terurai, dan pada akhirnya membentuk floc yang baru. Flokulasi yang

berkelanjutan menghasilkan agregat yang lebih besar (floc) yang bisa dikarakteristikkan

dengan porositas tinggi, meningkat secara teratur dan rapuh, dan kecepatan rata-rata

yang tinggi.

2.5.3 Kecepatan jatuh partikel

2.5.3.1 Hukum Stokes

Kecepatan jatuh sebuah partikel merupakan parameter yang penting untuk

mempelajari sedimentasi di pantai dan proses pengendapan lain serta untuk menentukan

gerak sedimen dalam suspensi. Kecepatan jatuh butiran ditentukan dengan persamaan

hambatan aliran:

&' D3 (ρs – ρa) g = CD

�� ρa w

2 & D2 (2.9)

gaya berat gaya hambatan

&' D3 (ρs – ρa) g

w2 =

CD �� ρa

& D2

w2 = (

� ) ∆+, (2.10)

- = .

( �)+, ∆/�/�

..................Rumus umum (Re > 1) (2.11)


35

Dimana

w = kecepatan jatuh sedimen (mm/s)

g = kecepatan gravitasi (m/det2)

D = diameter butiran sedimen (mm)

CD = koefisien hambatan

∆ = (ρs - ρa) / ρa , dan

ρa = rapat massa air laut (1025 kg/m3)

ρs = rapat massa sedimen (kg/m3)

Harga besaran CD tergantung dari bilangan Reynold dan bentuk dari partikel

Re = .)

1 (2.12)

Untuk

V = kecepatan arus (mm/s)

ν = vsikositas kinematik

Untuk partikel berbentuk bola dan bilangan Reynold rendah (Re < 1) (koefisien

hambatan di daerah Stokes adalah CD = 24/Re), rumus di atas menjadi :

w = �� – ��

�34 g D2 = ∆ � )5

�36 (2.13)

untuk bilangan Reynold yang besar, harga CD menjadi konstan yang bervariasi seperti :

(∆ 7 8)1/2 (2.14)


36

2.5.3.2 Bottom withdrawal tube

Metode ini menggunakan alat yang disebut bottom withdrawal tube seperti yang

terlihat pada Gambar 2.3. Mula-mula sedimen diambil dengan alat tersebut secara

melintang dengan dua sisi terbuka pada kedalaman 1 meter. Kemudian sedimen diangkat

secara vertikal dengan bagian bawah ditutup, lalu dibawa ke permukaan untuk

dimasukkan dalam wadah dengan pengendapan dalam perhitungan waktu 3’, 6’, 10’,

15’, 25’, 40’, 60’. Dengan demikian, ada tujuh contoh sedimen yang diambil untuk

dihitung konsentrasinya dengan metode gravimetri.

Konsentrasi sedimen diperoleh dari hasil laboratorium kimia analitik. Dengan

mengambil sampel sedimen sebanyak 50 ml kemudian diletakkan pada kertas saring dan

di-oven agar kering sempurna. Kemudian ditimbang berat kertas saring dan sedimen di

atasnya. Dengan perhitungan sebagai berikut:

C = 9 – : ; ��<

��=�> (2.15)

dengan C = konsentrasi sedimen (kg/m3)

a = massa kertas saring + sedimen

b = massa awal kertas saring

Untuk analisa data kecepatan jatuh sedimen, nilai konsentrasi yang dipakai dalam

bentuk persentase (%) dengan tujuh perhitungan sesuai sampel.

C1 = +?∑+ x 100%; C2 =

+?A B5∑+ x 100%; C3 = +?A B5A B<∑+ x100%; dst.... (2.16)

Perhitungan untuk kecepatan jatuhnya sendiri dengan:

w = ��C�� =�D� ��EC� (��)

F�G�E =�C��CD�=�C (�) (mm/s) (2.17)


37

l tabung

l = 1.00 m

d = 38 mm

d

penyangga

klep penutup

Gambar 2.3 Tabung kecepatan jatuh dari Metode Bottom Withdrawal

Sample


38

2.5.4 Deposisi dari sedimen kohesif

Deposisi (dan resuspensi) dari sedimen kohesif begitu rumit. Walaupun banyak

studi di masa lampau, banyak ketidakpastian yang terkait dengan deposisi dan

resuspensi sedimen kohesif yang ada. Kesulitan di dalam keakuratan dan contoh data

yang pasti adalah satu kendala yang besar:

a. Percobaan sedimen di laboratorium tidak memerlukan kondisi yang sebenarnya.

b. Sulit untuk mengukur dari semua parameter yang penting untuk pengembangan

model deposisi dan resuspensi.

Erosi terjadi ketika tegangan geser di dasar melebihi gaya tahanan di dasar

(tegangan geser kritis), yang sebaliknya tergantung pada parameter dasar yang lain,

seperti komposisi sedimen, kadar air, salinitas, dan waktu dari konsolidasi dasar.

Umumnya, model dari sedimen dasar sangat empiris dan lokasinya spesifik. Deposisi,

dengan kata lain, secara langsung terpengaruh oleh proses hidrodinamik di dalam air,

sehingga secara langsung menjadi model yang rapat.

Tegangan geser yang besar di dasar menghancurkan floc yang besar sebelum

mereka jatuh. Kemudian butiran yang sudah pecah dari floc tersebut dan partikel tunggal

tersuspensi. Ketika floc yang jatuh menyentuh sedimen di dasar, berat dari butiran

sedimen memaksa air pori keluar dan struktur floc hancur perlahan di dasar. Sementara

itu, floc yang kecil akan lebih mudah tersuspensi dan erosi akan berlanjut sampai

kekuatan tegangan geser dasar stabil. Penyusunan kembali partikel akan meningkatkan

kekuatan tegangan geser dan perlawanan ke resuspensi, secara umum menjadi

konsolidasi.


39

2.5.5 Resuspensi dari sedimen kohesif

Resuspensi (erosi) dari sedimen yang dihasilkan dari tegangan geser dasar diatur

oleh arus dan gelombang. Erosi dimulai ketika tegangan geser dasar ama dengan

tegangan geser permukaan dari sedimen dasar. Sedimen kohesif dasar terdiri dari

partikel tunggal, tetapi lebih disempurnakan menjadi kelompok butiran tergabung

bersama secara kohesi. Erosi terjadi dimana kohesi terlalu kuat. Erosi rata-rata dan

kedalaman di dasar yang terjadi begitu kuat pada profil dari kekuatan dasar. Jenis profil

ini menunjukkan peningkatan dengan kedalaman dan meningkatnya konsolidasidengan

kedalaman. Ketika kekuatan di dasar tidak sanggup untuk menolak tekanan erosi,

resuspensi bermula.

Perilaku dari sedimen kohesif sangat kompleks dan tidak hanya bergantung pada

kondisi aliran, tetapi juga properti elektrokimia dari sedimen. Faktor seperti kondisi

hidrodinamik, distribusi ukuran partikel, tipe vegetasi dan distribusi, properti biokimia di

dasar, dan waktu tempuh sedimen dasar, semua mempengaruhi erosi dari sedimen

kohesif dasar. Karena kohesi, konsolidasi sedimen membutuhkan tekanan tinggi untuk

pergerakkan, membuat lebih tahan terhadap erosi. Tegangan geser kritis untuk erosi dari

dasar kohesif lebih signifikan daripada tegangan geser kritis untuk deposisi. Dengan kata

lain, sekali partikel terdeposisi di dasar, ikatan kohesif dengan partikel lain membuatnya

lebih sulit untuk terhapus daripada partikel tunggal yang dibutuhkan. Bagaimanapun,

sekali sedimen kohesif tersuspensi, akan bergerak jatuh perlahan dan diperlukan untuk

inisiasi erosi.


40

2.6 Karakter Profil Pantai

Pantai selalu menyesuaikan bentuk profilnya sedemikian sehingga mampu

menghancurkan energi gelombang yang datang. Penyesuaian bentuk tersebut merupakan

tanggapan dinamis alami pantai terhadap laut. Ada dua tipe tanggapan pantai dinamis

terhadap gerak gelombang, yaitu tanggapan terhadap kondisi gelombang normal dan

tanggapan terhadap kondisi gelombang badai. Gelombang normal merupakan

gelombang yang terjadi dalam waktu yang lebih lama, dan energi gelombang dengan

mudah dapat dihancurkan oleh mekanisme pertahanan alami pantai. Gelombang badai

adalah sebutan untuk fenomena gelombang laut yang terjadi karena itupan angin badai,

yang ukurannya di atas ukuran gelombang normal, yang melanda ke daratan. Di

Indonesia, secara umum masyarakat menyebut fenomena gelombang ini dengan

Gelombang Pasang. Gelombang badai dapat menyebabkan air laut masuk ke daratan dan

mencapat jarak 200 meter ke dalam daratan dari tepi pantai.

Pada saat badai terjadi gelombang mempunyai energi besar. Sering pertahanan

alami pantai tidak mampu menahan serangan gelombang, sehingga pantai dapat tererosi.

Setelah gelombang besar reda, pantai akan kembali ke bentuk semula. Dengan demikian

pantai tersebut mengalami erosi. Material yang terbawa arus tersebut diatas akan

mengendap di daerah yang lebih tenang. Seperti di muara sungai, teluk, pelabuhan , dan

sebagainya, sehingga mengakibatkan sedimentasi di daerah tersebut.

Bentuk profil pantai sangat dipengaruhi oleh material yang membentuk pantai

tersebut dan juga gaya-gaya pembentuknya. Pantai dapat terbentuk dari material dasar

yang berupa lumpur, pasir, kerikil, dan batu. Pantai lumpur mempunyai kemiringan

sangat kecil sampai mencapai 1:5000. Kemiringan pantai pasir lebih besar yang berkisar


41

antara 1:20 dan 1:50. Kemiringan pantai berkerikil bisa mencapai 1:4, pantai berlumpur

banyak dijumpai di daerah pantai dimana banyak sungai yang mengangkut sedimen

suspensi bermuara di daerah tersebut dan gelombang relatif kecil. Bentuk profil pantai

pada umumnya seperti ditunjukkan dalam gambar 2.4 berikut ini.

Gambar 2.4 Bentuk profil pantai

Dari gambar 2.4 diatas dapat dilihat bahwa profil pantai dapat dibagi kedalam

empat bagian yaitu: daerah lepas pantai (offshore), daerah pantai dalam (inshore), daerah

depan pantai (foreshore), dan daerah belakang pantai (backshore). Sedangkan menurut

sudut pandang hidrodinamika, perairan pantai di daerah dekat pantai (nearshore zone)

dibagi menjadi tiga daerah yaitu: daerah gelombang pecah (breaker zone), daerah buih

(surf zone), dan daerah swash (swash zone).

Penjelasan dari beberapa uraian di atas diberikan sebagai berikut (Triadmodjo,

1999).


42

• Inshore (daerah pantai dalam) adalah daerah profil pantai yang terbentang

keaarah laut batas daerah depan pantai (foreshore) sampai ke bawah breaker

zone.

• Foreshore (daerah depan pantai) adalah daerah yang meliputi garis pantai ,

daerah swash sampai dengan bagian yang tidak terlalu jauh dari garis pantai.

• Backshore (daerah belakang pantai) adalah daerah yang dibatasi oleh garis pantai

kearah daratan.

• Offshore (daerah lepas pantai) adalah daerah dari garis gelombang pecah kearah

laut.

• Breaker zone (daerah gelombang pecah) adalah daerah dimana gelombang yang

datang dari laut (lepas pantai) mencapai ketidakstabilan dan akhirnya pecah. Di

pantai yang landai gelombang pecah bisa terjadi dua kali.

• Surf zone (daerah buih) adalah daerah yang terbentang antara bagian dalam dari

gelombang pecah dan batas naik turunnya gelombang di pantai. Pantai yang

landai mempunyai surf zone yang lebar.

• Swash zone (daerah swash) adalah daerah yang dibatasi oleh garis batas tertinggi

naiknya gelombang dan batas terendah turunnya gelombang di pantai.

• Longshore bar (gundukan sepanjang pantai) adalah tumpukan pasir yang paralel

terhadap garis pantai. Tumpukan pasir tersebut dapat muncul pada saat air surut,

pada saat lain dapat menjadi barisan tumpukan pasir yang sejajar pantai dengan

kedalaman yang berbeda.


43

Secara umum, bentuk profil alami pantai dibagi atas dua bagian menurut jenis

sedimen penyusunnya, yaitu: profil pantai berpasir (coarse-grained profiles) dan profil

pantai berlumpur (fine-grained profiles).

2.6.1 Profil pantai berpasir

Pada umumnya profil pantai berpasir mempunyai bentuk serupa seperti

ditunjukkan dalam Gambar 2.4 dalam gambar tersebut pantai dibagi menjadi backshore

dan foreshore. Batas antara kedua zona adalah puncak berm, yaitu titik dari runup

maksimum pada kondisi gelombang normal (biasa). Runup adalah naiknya gelombang

pada permukaan miring. Runup gelombang mencapai batas antara pesisir dan pantai

hanya selama terjadi gelombang badai. Surfzone terbentang dari titik dimana gelombang

pertama kali pecah sampai titik runup di sekitar lokasi gelombang pecah. Di lokasi

gelombang pecah terdapat longshore bar, yaitu gundukan pasir di dasar yang

memanjang sepanjang pantai.

Selama kondisi gelombang biasa (tidak ada badai) pantai dalam keadaan

keseimbangan dinamis. Selama terjadinya gelombang tersebut sejumlah pasir bergerak

pada profil pantai, tetapi angkutan netto pada suatu lokasi yang ditinjau sangat kecil.

Pada saat gelombang pecah, sebagian besar energi gelombang dihancurkan dalam

turbulensi. Butir pasir digerakkan dari dasar dan tersuspensi oleh turbulensi. Pecahnya

gelombang tersebut menghempaskan massa air ke pantai dengan membawa pasir

tersebut. Massa air tersebut menghancurkan sisa energinya dengan runup ke pantai.

Sebagian air yang naik tersebut akan kembali ke laut melalui permukaan pantai. Air

yang kembali tersebut kurang turbulen, sehingga pasir yang terangkut ke arah laut tidak


44

sebanyak yang terangkut ke arah darat, sehingga pada kondisi gelombang kecil tersebut

terbentuk pantai secara perlahan-lahan. Aliran kembali dari air dan pasir yang terjadi

sepanjang dasar menuju offshore bar di sisi luar gelombang pecah.

Pada saat terjadi badai, dimana gelombang besar dan elevasi muka air diam lebih

tinggi karena adanya setup gelombang dan angin, pantai dapat mengalami erosi. Gambar

2.5 menunjukkan proses terjadinya erosi pantai oleh gelombang badai dengan puncak

gelombang sejajar garis pantai. Gambar 2.5.a adalah profil pantai dengan gelombang

normal yang terjadi sehari-hari. Pada saat terjadi badai yang bersamaan dengan muka air

tinggi, gelombang mulai mengalami sand dunes, dan membawa material ke arah laut

dan kemudian mengendap (gambar 2.5.b). gelombang badai yang berlangsung cukup

lama semakin banyak mengerosi bukit pasir (sand dunes) seperti terlihat pada gambar

2.5.c. Setelah badai reda gelombang normal kembali. Selama terjadinya badai tersebut

terlihat perubahan profil pantai. Dengan membandingkan profil pantai sebelum dan

sesudah badai, dapat diketahui volume sedimen yang tererosi dan mundurnya garis

pantai (gambar 2.5.d).

Setelah badai berlalu, kondisi gelombang normal kembali. Gelombang ini akan

mengangkut sedimen yang telah diendapkan di perairan dalam selama badai, kembali ke

pantai. Gelombang normal yang berlangsung dalam waktu panjang tersebut akan

membentuk pantai kembali ke profil semula. Dengan demikian profil pantai yang

ditinjau dalam satu periode panjang menunjukkan kondisi yang stabil dinamis.

Apabila gelombang yang terjadi membentuk sudut dengan garis pantai, maka

akan terjadi dua proses angkutan sedimen yang bekerja secara bersamaan, yaitu

komponen tegak lurus dan sejajar garis pantai. Sedimen yang tererosi oleh komponen


45

tegak lurus dan sejajar garis pantai (gambar 2.5) akan terangkut oleh arus sepanjang

pantai sampai ke lokasi yang cukup jauh. Akibatnya apabila ditinjau di suatu lokasi,

pamtai yang mengalami erosi pada saat terjadi badai tidak bisa terbentuk kembali pada

saat gelombang normal, karena material yang tererosi telah terbawa ke tempat lain.

Dengan demikian, untuk satu periode waktu yang panjang, gelombang yang datang

dengan membentuk sudut terhadap garis pantai dapat menyebabkan mundurnya (erosi)

garis pantai.


46

Gambar 2.5 Proses pembentukan pantai (Triadmodjo, 1999)

Sand dunes seperti yang telah disebutkan diatas biasanya terdapat pada pantai berpasir.

Pada saat air pasang bagian atas dari foreshore akan terbentuk dan menjadi kering

selama air surut. Angin yang berhembus ke arah darat dapat mengangkut pasir yang


47

kering tersebut ke arah darat di backshore atau lebih jauh lagi di pesisir dan membentuk

sand dunes. Sand dunes ini dapat berfungsi sebagai pelindung pantai terhadap serangan

gelombang.

Profil pantai berpasir didominasi oleh pasir dalam ukuran yang besar hingga

pasir ukuran yang kecil dimana sedimen dianggap tidak kohesif (diameter lebih besar

dari 0,0625 mm).

Profil pantai berpasir didominasi oleh pasir dalam ukuran yang besar hingga

pasir ukuran yang kecil di mana sedimen dianggap tidak kohesif (diameter > 0,064 mm).

Persamaan profil pantai berpasir telah diberikan oleh Bruun (1954) dan Dean (1977) dan

arah koordinat dari parameter pantai terdapat pada Gambar 2.6 sebagai berikut:

ℎ = IJC (2.18)

dimana h = kedalaman air (m)

A = parameter skala profil

y = jarak dari garis pantai (m)

n = konstanta.

Gambar 2.6 Arah koordinat parameter pantai (Dean and Dalrymple, 2002)


48

2.6.2 Profil pantai berlumpur

Pantai berlumpur terjadi di daerah pantai dimana terdapat banyak muara sungai

yang membawa sedimen suspensi dalam jumlah besar kelaut. Selain itu kondisi

gelombang di pantai tersebut relatif tenang sehingga tidak mampu membawa (dispersi)

sedimen tersebut ke perairan dalam di laut lepas. Sedimen suspensi tersebut dapat

menyebar pada suatu daerah perairan yang cukup luas sehingga membentuk pantai yang

luas, datar, dan dangkal. Kemiringan dasar laut/pantai sangat kecil

Biasanya pantai berlumpur sangat rendah dan merupakan daerah rawa yang

terendam air pada saat muka air tinggi (pasang). Daerah ini sangat subur bagi tumbuhan

pantai seperti pohon bakau (mangrove). Mangrove adalah tumbuhan berwujud semak

dan pohon dengan akar tunjang, yaitu akar yang banyak tumbuh dari batang menjadi

penopang tumbuhan tersebut. Selain itu ada juga mangrove yang mempunyai akar

pernapasan yang menyembul dari tanah. Magrove dengan akar tunjang dan akar

pernapasan yang menyembul dari tanah. Mangrove dengan akar tunjang dan akar

pernapasan tang begitu ruwet di pantai dapat menangkap lumpur sehingga terjadi

sedimentasi. Hutan bakau ini dapat berfungsi sebagai peredam energi gelombang,

sehingga pantai dapat terlindung terhadap erosi.

Pada umumnya sedimen yang berada di daerah pantai (perairan pantai, muara

pantai atau estuari, teluk) adalah sedimen kohesif dengan diameter butiran sangat kecil,

yaitu dalam beberapa mikron. Sifat-sifat sedimen lebih tergantung pada gaya-gaya

permukaan daripada gaya berat. Gaya-gaya permukaan tersebut adalah gaya tarik dan

gaya tolak. Apabila resultannya merupakan gaya tarik, partikel akan berkumpul dan

membentuk flokon dengan dimensi yang jauh lebih besar daripada dimensi partikel


49

individu. Fenomena ini disebut dengan flukoasi. Sebagian besar sedimentasi yang terjadi

di perairan pantai merupakan hasil flukoasi sedimen kohesif.

Lee (1995) mengemukakan bahwa gelombang pecah tidak selalu menjadi dasar

dissipasi energi di daerah buih (surf zone) untuk profil pantai berlumpur, tetapi juga efek

viskositas (kekentalan) mengakibatkan disipasi energi gelombang. Oleh karena itu, Lee

(1995) mengembangkan persamaan untuk profil pantai berlumpur adalah sebagai

berikut.

K(L) = K�M�GN(LO�L) (2.19)

dimana K� = tinggi gelombang pada jarak J�

J� = jarak dari garis pantai sampai ke batas onshore

k = koefisien

2.7 Bangunan Pelindung Pantai

Erosi pantai adalah proses mundurnya garis pantai dari kedudukan garis pantai

semula yang antara lain disebabkan oleh :

a. Daya tahan erosi material dilampaui oleh kekuatan eksternal yang ditimbulkan

oleh pengaruh hidrodinamika (arus dan gelombang).

b. Terganggunya atau tidak adanya keseimbangan antara suplai sedimen yang

datang ke bagian pantai yang ditinjau dan kapasitas angkutan sedimen di bagian

pantai tersebut.

Erosi pantai tergantung pada kondisi angkutan sedimen pada lokasi tersebut,

yang di pengaruhi oleh : angin, gelombang, arus, pasang surut, sedimen dan kejadian


50

lainnya, serta adanya gangguan yang diakibatkan oleh ulaah manusia yang mungkin

berupa konstruksi bangunan pada pantai tersebut.

Salah satu metode penanggulangan erosi pantai adalah penggunaan struktur

pelindung pantai, dimana struktur tersebut berfungsi sebagai peredam energi gelombang

pada lokasi tertentu. Struktur pelindung pantai juga memicu adanya penumpukan

sedimen.

2.7.1 Groin dan Jetty

Groin dan jetty merupakan bangunan tegak lurus pantai untuk mengamankan

pantai dari gangguan kesetimbangan angkutan sedimen sejajar pantai (longshore

transport). Groin berfungsi menahan laju sedimen sejajar pantai dan biasanya berupa

serangkaian struktur krib (Gambar 2.7). Sedimen akan terperangkap di bagian

hilir/bayangan krib akan terjadi erosi. Sedimen yang terperangkap di antara krib-krib

diharapkan lama-kelamaan akan membentuk sudut garis pantai sedemikian rupa

sehingga arah datang gelombang menjadi tegak lurus terhadap garis pantai baru tersebut.

Bila arah datang gelombang tegak lurus terhadap garis pantai maka angkutan sedimen

sejajar pantai akan terhenti dan pantai akan stabil. Groin dapat dibuat pendek (lebih

pendek dari lokasi gelombang pecah) atau panjang (melampaui zona gelombang).

Puncaknya dapat dibuat tinggi maupun rendah tergantung pada keperluannya. Sebagai

bahan groin dapat dipakai tumpukan batu, bronjong, kayu, sheet pile beton maupun baja.

Konsep tersebut ternyata tidak selalu berhasil. Beberapa penelitian menunjukkan

bahwa keberadaan krib justru meningkatkan arus sirkulasi di antara dua krib dan

membentuk rip current yang akan mengangkut sedimen hilang ke lepas pantai. Erosi


yang terjadi di daerah hilir krib juga dapat membahayakan keamanan bangunan krib di

sebelahnya. Dari sisi e

kaki di pantai. Selain itu groin sama sekali tidak efektif untuk mengatasi permasalahan

erosi yang disebabkan oleh angkutan sedimen tegak lurus pantai (

Jetty merupakan ba

laut (Gambar 2.8). Struktur ini dibangun untuk mengatasi masalah pendangkalan muara

sungai. Dengan adanya jetty yang cukup panjang, maka muara sungai akan bebas dari

littoral transport. Permaslahan


sebelahnya. Dari sisi estetis adanya krib menggangu keindahan dan kenyamanan pejalan


erosi yang disebabkan oleh angkutan sedimen tegak lurus pantai (cross

Jetty merupakan bangunan tegak lurus pantai yang cukup panjang menjorok ke



Permaslahan yang terjadi adalah tertahannya sedimen di sisi hilir jetty.

Gambar 2.7 Groin

Gambar 2.8 Jetty

51


stetis adanya krib menggangu keindahan dan kenyamanan pejalan


cross-shore transport).

ngunan tegak lurus pantai yang cukup panjang menjorok ke



yang terjadi adalah tertahannya sedimen di sisi hilir jetty.


2.7.2 Seawall dan Revetment

Tembok laut (

pembatas antara daratan di satu sisi dan perairan di

Gambar 2.9. Fungsinya adalah untuk melindungi/mempertahankan garis pantai dari

serangan gelombang serta untuk menahan tanah di belakang tembok laut tersebut.

Dengan adanya tembok laut diharapkan proses abrasi dapat

(seawall) berupa struktur kuat yang diharapkan mampu menahan gempuran gelombang

sedangkan revetment

(Gambar 2.10).

Karena struktur tembok laut berupa bangunan yang kuat,

ditimbulkan oleh bangunan tersebut justru meningkatkan tinggi gelombang bahkan dapat

mencapai dua kali tinggi gelombang datang dan dapat terjadi gelombang tegak

(clapotis). Akibatnya, di depan struktur tersebut justru terjadi gerusan ya

membahayakan struktur itu sendiri.

Revetment

Tembok laut (seawall) berupa bangunan yang dibuat pada garis pantai sebagai

pembatas antara daratan di satu sisi dan perairan di sisi lainnya seperti yang terlihat pada



Dengan adanya tembok laut diharapkan proses abrasi dapat dihentikan. Tembok laut

) berupa struktur kuat yang diharapkan mampu menahan gempuran gelombang

revetment berupa struktur fleksibel susunan batu kosong atau blok beton

Karena struktur tembok laut berupa bangunan yang kuat,



). Akibatnya, di depan struktur tersebut justru terjadi gerusan ya

membahayakan struktur itu sendiri.

Gambar 2.9 Seawall

52

) berupa bangunan yang dibuat pada garis pantai sebagai

sisi lainnya seperti yang terlihat pada



dihentikan. Tembok laut

) berupa struktur kuat yang diharapkan mampu menahan gempuran gelombang

berupa struktur fleksibel susunan batu kosong atau blok beton

Karena struktur tembok laut berupa bangunan yang kuat, maka refleksi yang



). Akibatnya, di depan struktur tersebut justru terjadi gerusan yang kadang dapat


2.7.3 Breakwater

Breakwater atau dalam hal ini pemecah gelombang lepas pantai adalah bangunan

yang dibuat sejajar pantai dan berada pada jarak tertentu dari ga

gelombang dibangun sebagai salah satu bentuk perlindungan pantai terhadap erosi

dengan menghancurkan energi gelombang sebelum sampai ke pantai, sehingga terjadi

endapan dibelakang bangunan. Endapan ini dapat menghalangi transport sedime

sepanjang pantai.

Sebenarnya breakwater atau pemecah gelombang dapat dibedakan menjadi dua

macam yaitu pemecah gelombang sambung pantai dan lepas pantai. Tipe pertama

banyak digunakan pada perlindungan perairan pelabuhan, sedangkan tipe kedua untuk

perlindungan pantai terha

sama, hanya pada tipe pertama perlu ditinjau karakteristik gelombang di beberapa lokasi

di sepanjang pemecah gelombang, seperti halnya pada perencanaan groin dan jetty.

Penjelasan lebih rinci men

Gambar 2.10 Revetment


yang dibuat sejajar pantai dan berada pada jarak tertentu dari ga



endapan dibelakang bangunan. Endapan ini dapat menghalangi transport sedime




perlindungan pantai terhadap erosi. Secara umum kondisi perencanaan kedua tipe adalah



Penjelasan lebih rinci mengenai pemecah gelombang sambung pantai lebih cenderung

53


yang dibuat sejajar pantai dan berada pada jarak tertentu dari garis pantai. Pemecah



endapan dibelakang bangunan. Endapan ini dapat menghalangi transport sedimen




dap erosi. Secara umum kondisi perencanaan kedua tipe adalah



genai pemecah gelombang sambung pantai lebih cenderung


54

berkaitan dengan palabuhan dan bukan dengan perlindungan pantai terhadap erosi.

pemecah gelombang lepas pantai dibuat sejajar pantai dan berada pada jarak tertentu

dari garis pantai, maka tergantung pada panjang pantai yang dilindungi, pemecah

gelombang lepas pantai dapat dibuat dari satu pemecah gelombang atau suatu seri

bangunan yang terdiri dari beberapa ruas pemecah gelombang yang dipisahkan oleh

celah.

Bangunan ini berfungsi untuk melindungi pantai yang terletak dibelakangnya

dari serangan gelombang yang dapat mengakibatkan erosi pada pantai. Perlindungan

oleh pemecahan gelombang lepas pantai terjadi karena berkurangnya energi gelombang

yang sampai di perairan di belakang bangunan. Karena pemecah gelombang ini dibuat

terpisah ke arah lepas pantai, tetapi masih di dalam zona gelombang pecah (breaking

zone). Maka bagian sisi luar pemecah gelombang memberikan perlindungan dengan

meredam energi gelombang sehingga gelombang dan arus di belakangnya dapat

dikurangi.

Gelombang yang menjalar mengenai suatu bangunan peredam gelombang

sebagian energinya akan dipantulkan (refleksi), sebagian diteruskan (transmisi) dan

sebagian dihancurkan (dissipasi) melalui pecahnya gelombang, kekentalan fluida,

gesekan dasar dan lain-lainnya. Pembagian besarnya energi gelombang yang

dipantulkan, dihancurkan dan diteruskan tergantung karakteristik gelombang datang

(periode, tinggi, kedalaman air), tipe bangunan peredam gelombang (permukaan halus

dan kasar, lulus air dan tidak lulus air) dan geometrik bangunan peredam (kemiringan,

elevasi, dan puncak bangunan).


Berkurangnya energi gelombang di daerah terlindung akan mengurangi

pengiriman sedimen di daerah tersebut. Maka pengiriman sedimen sepanjang pantai

yang berasal dari daerah d

belakang struktur akan stabil dengan terbentuknya endapan sediment tersebut.

2.7.4 Artificial Headland

Tanjung buatan adalah struktur batuan yang dibangun di sepanjang

mengikis bukit-bukit untuk melindungi titik strategis, yang memungkinkan proses

proses alam untuk melanjutkan sepanjang bagian depan yang tersisa. Hal ini secara

signifikan lebih murah daripada melindungi seluruh bagian depan dan dapat

memberikan perlindungan sementara atau jangka panjang dengan aktif

macam resiko. Tanjung sementara dapat dibentuk dari gabions atau kantong pasir,

namun umurnya biasanya tidaklah panjang

Tanjung buatan berfungsi menstabilka

pantai semakin stabil, garis pantai menjadi lebih menjorok sehingga energi gelombang



yang berasal dari daerah di sekitarnya akan diendapkan dibelakang bangunan. Pantai di


Gambar 2.11 Breakwater

Artificial Headland

Tanjung buatan adalah struktur batuan yang dibangun di sepanjang

bukit untuk melindungi titik strategis, yang memungkinkan proses



kan perlindungan sementara atau jangka panjang dengan aktif


namun umurnya biasanya tidaklah panjang antara 1 sampai 5 tahun

Tanjung buatan berfungsi menstabilkandaerah pesisir pantai, membentuk garis


55



i sekitarnya akan diendapkan dibelakang bangunan. Pantai di


Tanjung buatan adalah struktur batuan yang dibangun di sepanjang ujung pantai

bukit untuk melindungi titik strategis, yang memungkinkan proses-



kan perlindungan sementara atau jangka panjang dengan aktif dari berbagai


antara 1 sampai 5 tahun

ndaerah pesisir pantai, membentuk garis



akan hilang pada daerah shoreline dan akhirnya membentuk pesisir rencana yang lebih

stabil dan dapat berkembang. Stabilitas akan te

tanjung. struktur pendek dengan celah panjang akan memberikan perlindungan lokal

tetapi tidak mungkin mengizinkan bentuk rencana stabil untuk dikembangkan. Jika erosi

berlangsung terus-menerus tanjung mungkin perlu dipe

mencegah kegagalan struktural, meskipun tanjung buatan akan terus memberikan

perlindungan sebagai breakwaters perairan dekat pantai.

2.7.5 Beach Nourishment

Beach Nourishment

sedimentasi pada pantai ke daerah yang terjadi erosi, sehingga menjaga pantai tetap

stabil. Kita ketahui erosi dapat terjadi jika di suatu pantai yang ditinjau terdapat

kekurangan suplai pasir. Stabilitasi pantai dapat di


stabil dan dapat berkembang. Stabilitas akan tergantung pada panjang dan jarak dari



menerus tanjung mungkin perlu diperpanjang atau dipindahkan untuk


perlindungan sebagai breakwaters perairan dekat pantai.

Gambar 2.12 Artificial Headland

Beach Nourishment

Beach Nourishment merupakan usaha yang dilakukan untuk memindahkan



kekurangan suplai pasir. Stabilitasi pantai dapat dilakukan dengan penambahan suplai

56


rgantung pada panjang dan jarak dari



rpanjang atau dipindahkan untuk


a yang dilakukan untuk memindahkan



lakukan dengan penambahan suplai


57

pasir ke daerah yang terjadi erosi itu. Apabila erosi terjadi secara terus menerus , maka

suplai pasir harus dilakukan secara berkala dengan laju sama dengan kehilangan pasir .

Untuk pantai yang cukup panjang maka penambahan pasir dengan cara pembelian

kurang efektif sehingga digunakan alternatif pasir diambil dari hasil sedimentasi sisi lain

dari pantai. Skematik dari aplikasi untuk Beach Nourishment pada Gambar 2.7 berikut:

Gambar 2.13 Skematik Beach Nourishment

2.7.6 Mangrove

Berbagai macam cara, baik tradisional maupun modern, bentuk dan bahan telah

digunakan sebagai terumbu buatan untuk meningkatkan kualitas habitat ikan dan biota

laut lainnya. Mangrove merupakan tumbuhan pantai yang dapat tumbuh baik di

lingkungan tropis maupun subtropis. Hutan mangrove merupakan suatu ekosistem yang

kompleks dan labil. Daerah pertumbuhan mangrove merupakan suatu ekosistem yang

erosi

sedimentasi

Perpindahan dari sedimentasi ke daerah erosi


58

spesifik, hal ini disebabkan oleh adanya proses kehidupan biota (flora dan fauna) yang

berkaitan baik yang terdapat di daratan maupun di lautan.

Manfaat dan fungsi ekosistem mangrove adalah sebagai habitat yang berperan

penting sebagai tempat berpijah dan tempat asuhan berbagai jenis ikan, udang dan biota

lainnya serts merupakan habitat berbagai jenis burung, mamalia dan reptil.

Mangrove adalah komunitas tumbuhan yang hidup di dalam kawasan yang

lembab dan berlumpur serta dipengaruhi pasang dan surut. Ekosistem ini merupakan

gabungan komponen daratan dan akuatik, termasuk tumbuh-tumbuhan yang terdapat di

lumpur/pasir yang berair, sedangkan komponen hewan terdapat pada akar, batang-

batang mangrove, lumpur, dan pada perairan yang melewati kawasan dan bagian

daratannya. Ekosistem mangrove pada dasarnya memiliki nilai ekonomi, ekologi dan

social. Secara ekonomis mangrove dimanfaatkan untuk kayu bakar, arang, penyamak

kulit, bahan-bahan bangunnan, peralatan rumah tangga, obat-obatan dan bahan baku

untuk pulp dan industry kertas. Selain itu mangrove juga dimanfaatkan untuk kegiatan

pariwisata alam (ecotourism), baik secara langsung maupun tidak langsung.

Pemanfaatan mangrove sebagai daerah tujuan wisata ilmu telah dilakukan oleh Pusat

Riset Kelautan, Universitas Songkla, di Hat Yai, Thailand Selatan yang mengelola

kawasan mangrove secara terpadu sebagai tempat rekreasi dan penelitian.

Nilai penting ekologi mangrove berupa fungsinya sebagai feeding ground,

spawing ground, nursery ground berbagai jenis biota, disamping sebagai pensuplai hara

bagi lingkungan perairan sekitar. Nilai social hutan mangrove berkaitan dengan cara

hidup sebagian besar masyarakat pesisir yang kebutuhan hidupnya bergantung pada

hutan mangrove. Mangrove yang berkembang dengan baik memberikan fungsi dan


keuntungan yang besar,baik dalam mendukung perairan laut, memberikan pasokan

bahan bangunan dan produk

2.8 Aplikasi dari Persamaan

1. Incipient motion

d

weight

Gambar 2.15 Diagram dari partikel sedimen yang bergerak pada saluran


bahan bangunan dan produk-produk lain bagi kebutuhan setempat.

Gambar 2.14 Mangrove

Aplikasi dari Persamaan-persamaan Kecepatan Jatuh

ν

D

νd

weight


terbuka

59


produk lain bagi kebutuhan setempat.



60

Untuk menghitung incipient motion dilakukan dengan pendekatan kecepatan

kriteria Yang. Perkembangan ditunjukkan secara detail untuk menggambarkan

bagaimana beberapa teori dasar dari mekanika fluida dapat diaplikasikan pada studi

incipient motion. Pengaruh yang kuat dari partikel sedimen berbentuk bola pada dasar

saluran ditunjukkan pada Gambar 2.15. Untuk sebagian besar sungai dengan saluran

miring kecil kemungkinan terjadi gravitasi yang kuat dari komponen pada aliran

langsung dan dapat diabaikan dengan pergerakan yang kuat dari partikel sedimen

berbentuk bola. Kuat hambat dapat ditunjukkan sebagai:

FD = CD &D5

�P� Vd

2 (2.20)

Dimana Vd adalah kecepatan pada jarak d di atas dasar

Akhir kecepatan jatuh dari sebuah partikel berbentuk bola dapat dicapai ketika

adanya keseimbangan antara kuat hambatan dan berat dari partikel di bawah permukaan,

ketika:

CD’

&D5

�P� w2 = &D<

' (ρs – ρa) g (2.21)

Dimana CD’ merupakan koefisien hambatan pada w

Subtitusi CD’ dengan CD ψ1 dan eliminasi CD dari persamaan 2.20 dan 2.21 kuat hambat

menjadi:

FD = &D<

'Q?F5 (ρs – ρa) g Vd2 (2.22)

Jika kita asumsikan pada hukum logaritma untuk distribusi kecepatan jatuh dapat

diaplikasikna pada kasus ini

RS∗ = 5,75 log

LD + B (2.23)


61

Dimana Vy = kecepatan pada jarak y di atas dasar dan B adalah fungsi kekasaran

Kemudian kecepatan pada y = d menjadi

Vd = BU* (2.24)

Kecepatan rata-rata dapat diperoleh dengan integrasi persamaan 2.23 dari y = ε ke y = D

dengan ε → 0:

V = U*T5,75 .XY7 )D − 1/ + ]^ (2.25)

Dari persamaan (2.22), (2.24) dan (2.25)

FD = &D<'Q? (ρs – ρa) g.

F/� _ à,ba T>c�.,d/� �^�è�

(2.26)

Pergerakan kuat yang meningkat pada partikel dapat diperoleh:

FL = CL &D5

�P� Vd

2 (2.27)

Hubungan dantara koefisien gaya angkat CL dan koefisien hambatan CD dapat

ditentukan dengan percobaan. Jika kita misalkan ψ2CL = CD dan mengikuti prosedur

yang sama pada persamaan (2.26), kita dapat:

FL = &D<

'Q?Q5 (ρs – ρa) g.F/� _ `

a,ba T>c�.,d/� �^�è� (2.28)

Berat dari partikel di bawah permukaan (suspensi)

ws = &D<

' (ρs – ρa) g (2.29)

Kemudian kekuatan resistan menjadi

FR = ψ3 (ws – FL)

= Q< & D<

' (ρs – ρa) gf1 − �Q?Q5 .

F/� _ à,ba T>c�.,d/� �^�è�g (2.30)


62

Dimana ψ merupakan koefisien geser

Asumsikan bahwa incipient motion terjadi ketika FD = FR dari persamaan (2.26) dan

(2.30)

hiF = _`a,ba T>c�.,d/� �^

` + 1e .Q?Q5Q<Q5�Q< /�/� (2.31)

Dimana Vcr merupakan kecepatan jatuh kritis rata-rata pada incipient motion dan Vcr/w

adalah dimensi kecepatan jatuh kritis

Persamaan (2.31) adalah persamaan dasar spesifik kondisi aliran ketika partikel sedimen

siap untuk bergerak pada dasar dari saluran terbuka. Nilai dari ψ1, ψ2, dan ψ3 harus

ditentukan dengan percobaan. Fungsi kekasaran B tergantung pada apakah batas dalam

hidrolik licin, transisi atau kasar sempurna.

Dalam area hidrolik yang licin, B hanya sebagai fungsi kecepatan geser dari

bilangan Reynold U* d/v (schlichting, 1962) yaitu:

B = 5,5 + 5,75 log S∗D

6 , 0<S∗D

6 <5 (2.32)

Kemudian persamaan (2.31) menjadi

hiF = _ >c�.,d/� �

jkl.m∗dn /��,oa' + 1e .Q?Q5Q<Q5�Q< /�/� (2.33)

Dimana ada pola semilog hiperbola antara Vcr/w dan U* d/v. Kekasaran relatif d/D tidak

memiliki pengaruh yang signifikan pada bentuk dari hiperbola area hidrolik yang licin.

Pada area kasar sempurna, ada bagian yang keluar dari sublapisan laminar.

Pengaruh pergeseran laminar dapat diabaikan dan B tetap menjadi fungsi dari kekasaran

relatif d/D;

B = 8.5, S∗D

6 >70 (2.34)


63

Sehingga persamaan (2.31) menjadi

hiF = _>c�.,d/� �

�, 3 + 1e .Q?Q5Q<Q5�Q< /�/� (2.35)

Persamaan (2.35) terindikasi pada area kasar sempurna, plot dari Vcr/w serta U*d/v

berada pada garis horizontal. Posisi garis horizontal ini bergantung pada nilai kekasaran

relatif ψ1, ψ2, dan ψ3.

Pada area transisi dengan kecepatan geser bilangan Reynold antara 5 dan 70,

bagian yang sampai keluar dari sublapis laminar. Kedua pergeseran laminar dan

pergerakan turbulen dapat dipertimbangkan. Pada kasus ini, B dipisahkan dari

persamaan (2.32) dengan meningkatnya U* d/v. Ini sangat masuk akal karena pada

dasarnya persamaan (2.33) masih berlaku tetapi dengan kekasarana relatif d/D memiliki

peranan peningkatan yang penting sebagai meningkatnya U* d/v.

Kumpulan data laboratorium dari berbagai peneliti yang berbeda yang

digunakan oleh Yang (1973) untuk koefisien determinan pada persamaan (2.33) dan

(2.35) maka kriteria incipient motion diperoleh sebagai berikut:

hiF = �.a

jkl.m∗dn /� �.�' + 0.66, 1.2<S∗D

6 <70 (2.36)

dan hiF = 2.05, 70 ≤ S∗D

6 (2.37)

2. Resistensi terhadap aliran pada batas bergerak

Banyaknya pendekatan yang digunakan pada penentuan kekasaran total dari

saluran alluvial berdasarkan pada konsep dari pemisahan kekasarna antara butiran dan

bentuk kekasaran. Cara yang disarankan oleh beberapa peneliti yang berbeda data harus


64

diperoleh dari laboratorium. Hasil perhitungan dari pendekatan ini selalu berbeda satu

sama lain dan dari ukuran pada sungai. Masalah utama adalah dari ketidakmampuan kita

untuk memprediksi bentuk dasar dari teori sounding. Walaupun jika bentuk dasar

diketahui, bentuk kekasaran tetap berubah secara signifikan.

Mengingat aliran seragam pada saluran alluvial di peroleh lebar W. Rumus

sambungannnya adalah

Q = WDV (2.38)

dimana W merupakan lebar saluran dan D adalah kedalamannya serta V kecepatan arus

Konsentrasi total dari material dapat dijelaskan sebagai

Ct = ɸ (V, S, D, d, v, w) (2.39)

Karena total kekasaran tidak diketahui, secara teori, rumus Manning tidak dapat

dipecahkan tanpa mengandalkan beberapa metode empiris atau semiempiris untuk

menentukan koefisien kekasaran.

Teori dari rata-rata minimum kehilangan energi (Yang, 1976) berdasarkan ketika

sistem dinamik mencapai kondisi equilibrium merupakan kehilangan energi minimum.

Nilai minimum tergantung pada batas sistem yang diterapkan. Untuk aliran seragam

diketahui lebar saluran dimana kehilangan energi rata-rata untuk pengangkutan sedimen

dapat diabaikan, maka kehilangan energi untuk setiapa berat dari air adalah

DpD� =

DqD�

DpDq = VS = kuat aliran (2.40)

Dimana Y adalah energi potensial persatuan berat

Dengan demikian teori dari kekuatan minimum yang diperlukan adalah

VS = Vm Sm = minimum (2.41)


65

Pada batasan yang diberikan yang membawa jumlah debit air yang diketahui Q dan

konsentrasi sedimen C beserta ukuran butiran d. Subskrip m menunjukkan nilai yang

diperoleh dengan kuat aliran minimum. Pemanfaatan dari persamaan 2.41 dalam

konjungsi dengan persamaan 2.38 dan 2.39 dapat memberikan solusi atas variabel yang

tidak diketahui V, D dan S tanpa pengetahuan dari total kekasaran. Persamaan

pergerakan sedimen yang disarankan oleh Yang (1976) pada kuat aliran adalah

Log C = 5,435 – 0,268 log FD1 - 0,475 log

S∗F

+ .1,799 − 0,409 log FD1 − 0,314 log S∗F / log .y

F − hiyF / (2.42)

Dimana:

C = konsentrasi sedimen total (kg/m3)

w = kecepatan jatuh (mm/s)

d = diameter saringan rata-rata (mm)

v = viskositas kinematik

g = gravitasi bumi (m/s2)

VS = kekuatan aliran

VcrS = kekuatan aliran kritis


tugas akhir (060404092) -...

Documents