UJI MODEL FISIK FLOATING BREAKWATER : PENGARUH

SUBMERGENCE PADA KOEFISIEN TRANSMISI DAN REFLEKSI

Bagus Teguh. , Haryo Dwito A. & Sujantoko

Abstract

Perkembangan floating breakwater telah meningkat secara signifikan dalam

beberapa tahun terakhir. Floating breakwater memberikan penyelesaian yang positif

terhadap perkembangan breakwater konvensional. Dibandingkan dengan fixed

breakwater, floating breakwater memiliki berbagai kelebihan karena lebih efektif,

efisien dan fleksibel, sehingga floating breakwater banyak dikembangkan sebagai

struktur peredam gelombang. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisa pengaruh

variasi submergence pada koefisien transmisi dan refleksi gelombang sebelum dan

sesudah mengenai floating breakwater. Penelitian ini dimulai dengan pengujian fisik di

laboratorium bawah air dan dasar laut, dengan parameter-parameter percobaan yang

berbeda, yaitu tinggi gelombang, periode gelombang, dan tentunya dengan variasi

submergence pada floating breakwater. Variasi submergence yang dilakukan dengan

menenggelamkan rangkaian floating breakwater 0.25 ; 0.5 ; 0.75 bagian. Dari analisa

yang telah dilakukan, floating breakwater terendam 0.75 bagian yang paling optimum

dalam menahan gelombang, hal ini dapat dilihat dari koefisien transmisi (Kt) rata-rata

sebesar 0.71, dan koefisien refleksi (Kr) rata-rata sebesar 0.607.

.

Keywords: floating breakwater, koefisien transmisi , koefisien refleksi.

1. Pendahuluan

Perkembangan floating breakwater telah meningkat secara sigfnifikan dalam beberapa

tahun terakhir. Floating breakwater dapat digunakan secara efektif pada area pantai

dengan kondisi gelombang yang relatif ringan. Banyak penelitian yang mempelajari

tentang floating breakwater (Dong, 2008; Neelamani, 2001; Gunaydin, 2007, etc).

Menurut McCartney (1985) floating breakwater dapat diidentifikasikan dalam banyak

jenis, diantaranya box, pontoon, mat, dan tethered float. Floating breakwater memiliki

banyak keunggulan jika dibandingkan dengan fixed breakwater, diantaranya lebih

ekonomis, efektif, efisien, simpel, mempunyai desain yang fleksibel sehingga mudah

dipindah-pindahkan (Fousert, 2006). Tetapi floating breakwater ini memiliki

keterbatasan juga dalam kinerjanya, akibat dipengaruhi oleh besarnya karakteristik

gelombang datang yaitu periode dan panjang gelombang.

Penelitian ini akan melakukan penelitian lebih lanjut tentang floating breakwater

berbentuk belah ketupat yang disusun berdasarkan enam konfigurasi yang akan diteliti

dan akan diuji dengan berbagai variasi jarak dan beban gelombang (tinggi gelombang

dan periode gelombang). Model ini akan diuji dalam wave flume pada Laboraturium

Rekayasa Bawah Air dan Dasar Laut. Dari penelitian ini diharapkan akan diketahui

konfigurasi jarak yang optimum dalam meredam beban gelombang dengan acuan nilai

koefisien transmisi.

2. Transmisi gelombang

Transmisi adalah penerusan gelombang melalui suatu bangunan yang parameternya

dinyatakan sebagai perbandingan antara tinggi gelombang yang ditansmisikan (Ht)

dengan tinggi gelombang datang (Hi) atau akar dari energi gelombang transmisi (Et)

dengan energi gelombang dating (Ei).

𝐾𝑡 = 𝐻𝑡𝐻𝑖

= �𝐸𝑡𝐸𝑖

(2.1)

dengan :

Hi = tinggi gelombang datang

Ht = tinggi gelombang transmisi

Ei = energi gelombang datang

Et = energi gelombang transmisi

Perhitungan transmisi gelombang pada sebuah penghalang terapung bebas yang

terendam hampir seluruhnya ke dalam air telah dirumaskan oleh Carr J.H. dalam Ippen,

A.T (1966). Perhitungan koefisien transmisi dihasilkan berdasarkan hukum kekekalan

energi tanpa memperhitungkan loss energy. Nilai koefisien transmisi dinyatakan dalam

bentuk formula sebgai berikut :

𝐾𝑡 = 1

�1+� 𝜋.𝑤𝛾𝑤.𝐿.𝑑�

2 (2.2)

dengan :

W = berat struktur tiap satun puncak gelombang

γw = berat spesifik air (m)

L = panjang gelombang (m)

d = kedalaman air (m)

3. Pemodelan Fisik

Dasar dari permodelan fisik adalah model yang akan diuji harus disesuaikan dengan

prototype-nya, sehingga perilaku model akan mirip dengan keadaan prototype-nya.

Meskipun dalam aplikasi di laboraturium kemungkinan tidak sama persis dengan

kondisi di lapangan namun diusahankan dengan memperhatikan efek penyekalaan dan

meminimalisir efek laboratorium. Keserupaan antara protoptype dengan model fisik

dapat diperoleh jika semua faktor yang mempengaruhi reaksi, berada pada porsi yang

sesuai antara kondisi sebenarnya dengan model. Untuk model pant, tiga kondisi umum

dibawah ini harus dipenuhi untuk memperoleh kesamaan model (model similitude)

(Hughes, Cohen, dan Acuff, 2008)

3.1. Sebangun Geometrik

Sebangun geometrik dipenuhi apabila bentuk model dan prototipe sebangun. Hal ini

menyatakan ukuran panjang antara model dan prototype harus sebanding, jika skala

model diberi notasi nL maka persamaan akan menjadi sebagai berikut (Hughes, 1993)

𝑛𝐿 = 𝐿𝑝𝐿𝑚

(3.1)

Dengan:

nL = Skala panjang

Lp = Panjang prototipe (m)

Lm = Panjang model (m)

3.2. Sebangun Kinematik

Sebangun kinematik dipenuhi apabila aliran pada model dan prototipe sebangun.

Menendakan bahwa kecepatan aliran di titik-titik yang sama pada model dan prototipe

mempunyai arah yang sama dan sebanding. Berdasarkan kesebangunan kinematik dapat

diberikan nilai-nilai skala :

• Skala Waktu :

𝑛𝑇=

𝑇𝑝𝑇𝑀

(3.2)

• Skala Kecepatan :

𝑛𝑈 = 𝑈𝑝𝑈𝑚

=𝑙𝑝𝑇𝑝𝑙𝑚𝑇𝑚

= 𝑛𝐿𝑛𝑇

(3.3)

• Skala Percepatan :

𝑛𝑎 = 𝑎𝑝𝑎𝑚

=𝑙𝑝𝑇𝑝2

𝑙𝑚𝑇𝑚2

= 𝑛𝐿𝑛𝑇

(3.4)

3.3. Sebangun Dinamik

Sebangun dinamik sangat diperlukan dalam permodelan fisik. Hughes (1993),

menyatakan bahwa pada bangunan pantai proses fisik yang terjadi dipengaruhi oleh

gaya gravitasi. Gaya-gaya tersebut meliputi gaya inersia, gaya tekan, gaya berat, gaya

gesek dan gaya tegangan permukaan. Dalam penelitian ini kriteria kesebangunan yang

harus dipenuhi adalah kriteria sebangun dinamik menurut kondisi bilangan froude.

Bilangan froude dapat diekspresikan dengan ratio antara gaya inersia dengan gaya

gravitasi.

Gaya inersia : Fi = ρl2v2

Gaya berat : Fg = ρl3g

Gaya gesek : Fμ = μvl

Gaya tegangan permukaan : Fσ = σl

Dimana: ρ = densitas fluida

L = panjang

v = kecepatan

g = percepatan gravitasi

µ = viskositas dinamik

σ = tegangan permukaan

E = modulus Elastisitas

Sebangunan dinamik diekspresikan sebagai perbandingan gaya-gaya tersebut

diatas sebagai bilangan tek berdimensi dan dinyatakan dalam kriteria-kriteria

a. Froude Number � 𝑣�𝑔𝐿

�𝑝

= � 𝑣�𝑔𝐿

�𝑚

(3.5)

b. Reynold Number �𝜌𝑣𝐿𝜇�𝑝

= �𝜌𝑣𝐿𝜇�𝑚

(3.6)

c. Euler Number � 𝑃𝜎𝑣2

�𝑝

= � 𝑃𝜎𝑣2

�𝑚

(3.7)

d. Weber Number �𝜌𝑣2𝐿𝜎�𝑝

= �𝜌𝑣2𝐿𝜎�𝑚

(3.8)

e. Cauchy Number �𝜌𝑣2

𝐸�𝑝

= �𝜌𝑣2

𝐸�𝑚

(3.9)

Rasio antara gaya gravitasi dan gaya inersia pada model dan prototipe harus sama,

karena kedua gaya tersebut memiliki peranan yang penting didalam pemodelan, yang

dinyatakan sebagai berikut:

𝑛𝐹𝑟 = 𝑛𝑢(𝑛𝐿)0,5 = 1 (3.10)

4. Model Percobaan

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 dengan rasio perbandingan Sehingga, diperoleh skala panjang 1:10

Tabel 2. Dimensi Model

Gambar 2 : Model dan prototype floating breakwater

5. Pelaksanaan Percobaan

Berikut adalah desain permodelan yang akan di ujikan di laboratorium wave floomtank

jurusan Teknik Kelautan FTK-ITS.

Gambar 3 : model pengujian

Setelah model sudah terpasang atau tersusun di wave flume maka pengujian (running)

dapat segera dilakukan sesuai desain pengujian yang telah dibuat, yakni dengan

memasukkan data tinggi gelombang dan periode gelombang di komputer kendali.

Gelombang yang dibangkitkan merupakan gelombang irrreguler. Desain pengujian

model fisik floating breakwaterdapat terlihat pada tabel berikut

Tabel 3. Tabel percobaan

6. Analisa Data

Dari enam percobaan yang telah dilakukan setelah proses running dan dari

parameter-parameter gelombang , didapatkan hasil koefisien gelombang refleksi yang

telah diperoleh dari masing-masing model dengan tinggi dan periode gelombang

tertentu. Data yang dihasilkan merupakan file hasil bacaan dari wavan probe yang

memiliki besaran volt. Data volt tersebut berupa file *.TMH. Data tersebut yang

nantinya akan menjadi data input untuk menganalisa lanjut kinerja floating breakwater.

Data voltase dibaca dengan bantuan macro Refana Microsoft Excel, setelah dirubah

menjadi besaran panjang (cm) dengan menggunakan persamaan kalibrasi wave probe.

Setelah dirubah ke (cm) maka dirubah kembali ke satuan panjang (m) dengan cara hasil

besaran panjang (cm) dibagi 100. Proses konversi data voltase menjadi data satuan

panjang. Langkah berikutnya dari data yang sudah dalam bentuk satuan panjang (m)

adalah mencari panjang gelombang signifikan (Hs) dan periode rata-rata (Taverage).

Langkah ini dilakukan dengan menggunakan bantuan program wavan (Wave Analysis).

Setelah mendapatkan hasil running dari program wavan yaitu Hs dan Tave langkah

berikutnya, dapat dihitung koefisien transmisi (Kt) menggunakan program MATLAB.

4.2 Nilai Koefisien Transmisi dan Refleksi Pada Model

Dari percobaan yang di laksanakan, di dapatkan nilai-nilai transmisi dan

bermacam-macam dari berbagai model yang ada. Pada percobaan model di wave flume

digunakan beberapa parameter tinggi gelombang dan periode gelombang uji dimana

rentang pengujian tinggi gelombang. Berikut tabel yang menunjukkan nilai-nilai

transmisi yang di dapat selama hasil percobaan.

Gambar 4.3 Pengaruh kecuraman gelombang pada koefisien transmisi 2 floating breakwater.

Gambar 4.4 Pengaruh kecuraman gelombang pada koefisien transmisi 3 floating

breakwater.

Gambar 4.5 Pengaruh kecuraman gelombang pada pada koefisien refleksi 2

floating breakwater

Gambar 4.6 Pengaruh kecuraman gelombang pada pada koefisien refleksi 3

floating breakwater

Pengaruh Lebar pada Model Terhadap Koefisien Transmisi dan Refleksi. Adanya perbedaan yang timbul pada tinggi gelombang datang (Hi), tinggian gelombang transmisi (Ht) dan koefisien refleksi (Kr) serta koefisien transmisi (Kt), juga disebabkan oleh perbedaan lebar model yang diujikan. Dengan menggunakan 2 rangkaian dan 3 rangkaian floating breakwater, maka terdapat perbedaan dari hasil yang didapat. Berikut adalah grafik yang menunjukkan adanya pengaruh lebar model terhadap koefisien transmisi dan refleksi :

Gambar 4.7 Pengaruh lebar model terhadap koefisien transmisi 2 rangkaian floating

breakwater

Gambar 4.8 Pengaruh lebar model terhadap koefisien transmisi 3 rangkaian floating

breakwater

Sedangkan hubungan antara pengaruh lebar model (B/L) terhadap koefisien refleksi (Kr) dari masing-masing kedalaman dapat ditentukan dengan menggunakan parameter lebar model (B) dan panjang gelombang yang datang (L), seperti yang terlihat pada grafik dibawah ini.

Gambar 4.9 Pengaruh kecuraman gelombang pada pada koefisien refleksi 2

floating breakwater.

Gambar 4.10 Pengaruh kecuraman gelombang pada pada koefisien refleksi 3 floating breakwater.

Dari gambar diatas dapat dilihat untuk koefisien transmisi, semakin model memiliki

lebar yang panjang, maka koefisien transmisi semakin kecil, yang berarti semakin baik dalam meredam gelombang. Sebaliknya untuk koefisien refleksi, semakin model

memiliki lebar yang panjang, maka semakin besar koefisien refleksinya.

Pengaruh Kedalaman Terhadap Koefisien Transmisi dan Refleksi.

Adanya perbedaan yang timbul pada tinggi gelombang datang (Hi), tinggian gelombang transmisi (Ht) dan koefisien refleksi (Kr) serta koefisien transmisi (Kt), juga disebabkan

oleh kedalaman yang diujikan. Dengan menggunakan 2 rangkaian dan 3 rangkaian

floating breakwater, maka hasil yang didapat adalah sebagai berikut.

Gambar 4.11 Pengaruh submergence model terhadap koefisien transmisi 2 floating

breakwater

Gambar 4.12 Pengaruh submergence model terhadap koefisien transmisi 3 floating

breakwater

Gambar 4.13 Pengaruh submergence model terhadap koefisien refleksi 2 floating breakwater

Gambar 4.14 Pengaruh submergence model terhadap koefisien refleksi 2 floating

breakwater

Dari gambar diatas dapat dilihat untuk koefisien transmisi, besar kedalaman perairan, maka koefisien transmisi semakin kecil, yang berarti semakin baik dalam meredam

gelombang. Sebaliknya untuk koefisien refleksi, semakin rendah kedalaman, maka

semakin besar koefisien refleksinya.

7. Kesimpulan

1. Berdasarkan hasil pengujian diperoleh nilai Kt pada konfigurasi 1 adalah

(0.556-0.968) dengan rata-rata 0.802. Nilai Kt pada konfigurasi 2 (0.631-0.926) dengan rata-rata 0.836. Nilai Kt pada konfigurasi 3 (0.223-0.834) dengan

rata-rata 0.7. Nilai Kt konfigurasi 4 (0.761-0.953) dengan rata-rata 0.858. Nilai Kt pada konfigurasi 5 (0.687-0.894) dengan rata-rata 0.803. Nilai Kt pada

konfigurasi 6 (0.636-0.898) dengan rata-rata 0.748. Untuk nilai Kr diperoleh pada konfigurasi 1 yaitu (0.299-0.889) dengan

rata-rata 0.564. Nilai Kr pada konfigurasi 2 (0.126-0.870) dengan rata-rata

0.493. Nilai Kr pada konfigurasi 3 (0.182-0.969) dengan rata-rata 0.607. Nilai Kr konfigurasi 4 (0.218-0.871) dengan rata-rata 0.458. Nilai Kr pada konfigurasi

5 (0.201-0.868) dengan rata-rata 0.501. Nilai Kr pada konfigurasi 6 (0.242-0.923) dengan rata-rata 0.573.

2. Konfigurasi yang paling optimum pada pengujian kali ini adalah, konfigurasi 3,

dimana pada konfigurasi ini mempunyai nilai koefisien transmisi (Kt) yang

terkecil, yaitu dengan rata-rata 0.7, terbesar 0.833 dan terkecil 0.223. sedangkan untuk nilai koefisien refleksi (Kr) rata-rata 0.607, terbesar 0.969 dan

terkecil 0.182.

Daftar Pustaka

Bhattacharyya, 1972, Dynamic of Marine Vehicles, a Wiley IntersciencePublication, John Wiley&Sons, New York.

Carr, J. H., 1966, Estuari and Coastel Line Hidrodinamik, McGraw-Hill Book Company,

USA. Dong, G. H., 2008, Experiments on wave transmission coefficient of floating breakwater,

Ocean Engineering 35, 931–938, 2008. Fousert, M. W., 2006, Floating breakwater: a Theoretical Study of a Dynamic Wave

Attenuating System, Section of Hidraulic Engineering, Faculty of Civil Engineering and Geosciences, Delft University of Technology, Netherland

Hales, Lyndell Z., 1981, Floating breakwater: State-of-the-Art, Literature Preview, TR 81-1, U.S. Army Coastal Engineering Research Center, CE, Fort Belvoir, Va.

Hughes, S.A., 1993, Physical Models and Laboratory Techniques in Coastal Engineering, Coastal Engineering Research Center, USA.

Kurniawidhi, Dimas, 2011, Refleksi Oleh Floaton Floating Breakwater Tipe Zig-Zag, Ocean Engineering, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Indonesia.

Mani, J. S., 1991, Design of Y-Frame Floating Breakwater, Journal of Waterway, Port,

Coastal, and Ocean Engineering, Vol. 117, No.2 McCartney, Bruce, L., 1985, Floating breakwater Design, this paper is part of the

Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering, Vol. 111, No. 2

Neelamani, S., 2001, Wave Interaction with ┴-type Breakwaters, Ocean Engineering 29 (2002) 561–589

PIANC, 1994, Floatings Breakwater A Practical Guide for Design and Construction, Report of Working Group No.13 of The Permanent Technical Comitte II : Brussel, Belgium.

Ridwan, Abdullah, M., 2011, Perangkat Lunak Terpadu pada Analisa Model Gelombang Acak pada Saluran Gelombang Jurusan Teknik Kelautan ITS, Ocean

Engineering, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Indonesia. Triatmodjo, Bambang, 1999, Teknik Pantai, Beta Offset, Yogyakarta.