1 Pendahuluan
I.1 Latar belakang
Kerusakan pantai dalam bentuk abrasi pantai merupakan masalah yang telah dihadapi oleh banyak negara di dunia, dan telah menelan banyak korban materi seperti yang dilaporkan oleh Bali Beach Conservation Project [JICA 1989, Nippon Coei 1992 & 1998 dan Kinog 2000]. Untuk menanggulanginya
para ahli telah banyak pula mengembangkan bentuk-bentuk bangunan seperti Revetment, Groin, Breakwater lepas pantai (detached breakwater), namun dirasa masih ada yang belum memuaskan, khususnya dari sudut pandang kepariwisataan, yang menganggap bangunan-bangunan tersebut kurang ramah lingkungan, karena menghilangkan kesan alamiah pantai yang bersangkutan.
Abrasi pantai disebabkan oleh adanya angkutan sedimen pantai dan besarnya dipengaruhi oleh tinggi
- 1. Mahasiswa S-3 Departemen Teknik Sipil FTSP- ITB
- Guru Besar Departemen Teknik Sipil FTSP- ITB
- 3. Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil FTSP- ITB
Catatan: Usulan makalah dikirimkan pada 24 Agustus 2004 dan dinilai oleh peer reviewer pada tanggal 30 Agustus 2004 - 6 September 2004. Revisi penulisan dilakukan antara tanggal 21 Oktober 2004 hingga 1 Nopember 2004.
gelombang H, (SPM halaman 89-100). Kalau H dapat direduksi, yaitu dengan breakwater tenggelam, maka abrasi akan berkurang. Beberapa karakter gelombang yang berhubungan dengan penyusutan gelombang, antara lain kecuraman gelombang yang dinyatakan dengan \(H/gT^2\), dimana makin curam kondisinya makin labil (mudah pecah). Breakwater tenggelam sendiri mengambil sifat terumbu karang pantai, yang dapat mereduksi gelombang datang, dimana makin lebar terumbu karang dan makin kecil kedalaman air h pada terumbu karang, maka makin kecil besar penysutan H.
Hal-hal di ataslah yang melatar-belakangi makalah ini, yaitu bahwa abrasi pantai dapat dikurangi dengan mereduksi tinggi gelombang datang, yaitu dengan membuat breakwater tenggelam yang akan meniru sifat terumbu karang.
I.2 Tujuan penelitian
Tujuan penelitian ini secara umum adalah mempelajari interaksi antara gelombang dan breakwater tenggelam, yang digambarkan dengan perubahan-perubahan parameter gelombang setelah melewati breakwater tenggelam tersebut.
Sedangkan tujuan secara khusus, adalah untuk mendapatkan suatu grafik yang dapat digunakan untuk merencanakan breakwater tenggelam. Dalam hal ini analisis difokuskan pada masalah transmisi gelombang, yang dinyatakan dengan hubungan antara parameter kecuraman gelombang \(H_i/gT^2\) dengan koefisien transmisi \(C_T = H_t/H_t\). Dari hubungan \(H_i/gT^2\) versus \(C_T\) akan diperoleh grafik transmisi gelombang, yang memberi gambaran besarnya \(C_T\) untuk suatu parameter b/L dan d/h tertentu. Grafik transmisi gelombang inilah yang akan digunakan untuk merencanakan breakwater tenggelam.
I.3 Manfaat penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat yaitu:
• Dari segi lingkungan hidup, secara umum sebagai
metode pengamanan pantai yang ramah lingkungan, khususnya dari sudut pandang kepariwisataan, karena pembuatan breakwater tenggelam tidak akan mengubah kesan alamiah pantai yang bersangkutan.
Dari segi teknis, grafik yang dihasilkan dapat digunakan untuk merencanakan dimensi breakwater tenggelam.
I.4 Metode penelitian
Metode penelitian yang digunakan adalah model fisik, yang dilakukan pada saluran gelombang [Hughes 1993]. Untuk hal ini dibuat model armor sebagai pembentuk model breakwater di saluran gelombang. Model armor dan model breakwater disesuaikan dengan kemampuan saluran gelombang, yang dalam hal ini adalah:
- Kedamanan air dalam flume 0,2 m − 0.7 m
- Ketinggian gelombang maksimum yang dapat dibuat = 0,3 m
- Frekuensi 0,3 0,6 hz.
Dari perhitungan skala model didapat skala model = 24, yang menghasilkan model armor A-jack, tetrapod dan kubus masing-masing dengan ukuran 6,25 cm, 8 cm dan 4cm.
Dalam penentuan parameter penelitian digunakan parameter gelombang dan breakwater seperti pada Gambar 2.
Analisis dimensional dengan Buckingham Pi Theorem [Hughes 1993] menghasilkan persamaan parameter transmisi gelombang:
\[C_T = \frac{H_t}{H_i} = f(\frac{H_i}{gT^2}, \frac{b}{L}, \frac{d}{h})\] (1)
yang dapat dibuat grafik 2-D, untuk harga b/L dan d/h tertentu, seperti pada Gambar 3.
Gambar 1. Breakwater tenggelam
Gambar 2. Parameter breakwater dan gelombang
Gambar 3. Perkiraan grafik transmisi 2-D
Percobaan yang dilakukan ditujukan untuk mendapatkan grafik seperti Gambar 3, untuk tiap jenis armor. Rentang harga b/L diambil 0,1 – 1,0, sedangkan rentang harga d/h, diambil 0,7 – 0,95.
2. Tinjauan Pustaka
Studi yang mengarah pada masalah transmisi gelombang pada breakwater, dimulai oleh Biesel [1950], Goda et al. [1963], Sawargi et al. [1970], Saville [1963] dan Lamarre [1967], tapi belum ada yang memberikan perumusan yang berarti. Baru setelah Cross dan Sollitt [1971], Sollitt & Cross [1976] dan Seelig [1980], mulai ada perumusan dengan adanya parameter tranmisi gelombang dan parameter steepness gelombang.
Berikutnya Losada et al. [1996] mempelajari transmisi gelombang pada submerged breakwater didasarkan pada pola model linier untuk submerged rectangular porous breakwater dari Sollitt et al. [1976] dan Losada [1991]. Hasilnya berupa grafik hubungan antara koefisien refleksi, transmisi dan redaman versus koh.
Mizutani et al. [1998] mempelajari interaksi antara gelombang dan permeable submerged breakwater secara numerik dan diverifikasi dengan model fisik, dengan armor dari bola-bola plastik berdiameter 2.7 cm, yang ditempatkan dalam sangkar baja talud 1:2, lebar puncak 105 cm, tinggi 21 cm. Hasilnya berupa grafik yang menggambarkan pengaruh b/L pada energi gelombang.
Sejalan dengan studi mengenai transmisi gelombang, Goda dan Suzuki [1976] mengembangkan metode pemisahan gelombang di depan breakwater menjadi gelombang datang Hi dan gelombang pantul Hr. Selanjutnya Goda [1985] mengembangkan pula metode perhitungan periode gelombang T dan tinggi gelombang H dari data hasil rekaman gelombang, yang disebut metode zero-upcrossing.
3. Pelaksanaan Penelitian
3.1 Tahap persiapan
Tahap persiapan ini terdiri dari 3 bagian, yaitu:
- Pencetakan model armor, adalah membuat benda model berupa A-jack, tetrapod dan kubus. Jumlahnya sedemikian rupa sehingga dapat memenuhi volume model breakwater yang akan dibuat. Dalam hal ini telah dibuat 2500 buah model armor A-jack, 2000 buah model tetrapod dan 1500 buah model kubus.
- Persiapan laboratorium dapat berfungsi dengan baik. Laboratorium yang digunakan berupa saluran gelombang milik Pusat Penelitian dan Pengembangan Sumberdaya Air Balitbang Kimpraswil Departemen Pemukiman dan Prasarana Wilayah, Jl. Ir. H. Juanda 193 Bandung. Saluran ini berukuran panjang 40 m, lebar 0,6 m, tinggi 1,1 m, dilengkapi dengan pembangkit gelombang tipe piston yang sesuai untuk laut dangkal (pantai). Gerakan piston pembangkit gelombang dikontrol oleh sistem penggerak terdiri dari motor penggerak,
- Membuat model pantai dengan kemiringan 1 : 10 dengan peredam gelombang dari ijuk. Peredam juga dibuat dibagian belakang piston.
- Memeriksa sistem penggerak piston dan sistem pengatur frekuensi.
- Melakukan kalibrasi, untuk mengetahui hubungan antara jarum penunjuk frekuensi dengan periode gelombang T yang dapat dihasilkan dan hubungan antara frekuensi dengan tinggi gelombang yang dapat dihasilkan.
- Persiapan alat pengukur dan perekam data, berupa alat ultrasonic distance sensor merk Senix, dengan model Ultra-SP, vang prinsip pengukurannya adalah dengan mengirim gelombang ultrasonic ke permukaan air (gelombang) yang kemudian dipantulkan. Pantulan tersebut ditangkap lagi oleh sensor Senix. Dari perhitungan waktu yang ditempuh oleh gelombang ultrasonic, jarak permukaan gelombang dengan sensor alat Senix tersebut dapat ditentukan. Dengan sistem elektronik, data yang didapat diubah menjadi arus listrik (satuan mA), yang selanjutnya dengan mengkalibrasi alat tersebut dengan dengan jarak yang telah diketahui, maka data yang didapat dapat diubah menjadi data jarak. Persiapan yang dilakukan adalah menyiapkan sistem kabel antara Senix dengan komputer, karena perekaman dilakukan dengan komputer yang dijalankan dengan software winspan.
3.2 Tahap percobaan
Pada tahap ini dilaksanakan percobaan-percobaan seperti yang telah direncanakan. Percobaan pada dasarnya untuk mendapatkan data gelombang datang \(H_i\), \(H_t\) dan T, untuk harga b, d, h yang ditentukan. Gelombang datang diukur dengan 2 buah Senix dan gelombang transmisi diukur dengan 1 buah Senix. Telah dilakukan 325 percobaan dan dihasilkan 325 x 3 = 975 file data transmisi gelombang.
4. Hasil Percobaan dan Pembahasan
4.1 Data hasil percobaan
Percobaan yang dilakukan menghasilkan data berupa rekaman data permukaan gelombang, untuk transmisi gelombang. Berikut ini rinciannya:
4.2 Pengolahan data
Data yang didapat berupa file data komputer. Kondisi data yang didapat, untuk gelombang yang relatif lantai umumnya mulus (tanpa error), tapi untuk gelombang yang relatif curam mengandung error pada beberapa titik, sehingga perlu perbaikan.
Untuk mencari T dan Ht pada gelombang transmisi, digunakan metode zero-upcrossing [Goda, 1985], dan untuk menentukan tinggi gelombang datang Hi, maka gelombang di depan breakwater yang direkam dengan 2 buah Senix, digunakan metode Goda-Suzuki [1976], yang menguraikan gelombang menjadi datang Hi dan gelombang pantul Hr. Untuk proses perbaikan data, penggunaan metode zero-upcrossing dan metode Goda-Suzuki telah dibuatkan program komputer, dengan input data dari data rekaman yang diambil sepanjang sekitar 20 gelombang berturut-turut. Output program berupa data hasil perbaikan data gelombang, harga Hi dan T serta spektrum gelombang yang bersangkutan. Berikut ini contoh gelombang yang masih mengandung error, yang sudah diperbaiki dan spektrumnya:
Tabel 1. Perincian hasil percobaan transmisi gelombang
| Jenis | Kelompok | Sub | Jumlah | Jumlah | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| armor | Keloliipok | kelompok | percobaan | file | ||
| A-jack | I | 5 | 29 | 87 | ||
| II | 5 | 28 | 84 | |||
| III | 5 | 26 | 78 | |||
| IV | 5 | 22 | 66 | |||
| V | 4 | 19 | 27 | |||
| VI | 4 | 20 | 60 | |||
| VII | 4 | 20 | 60 | |||
| VIII | 4 | 20 | 60 | |||
| IX | 4 | 20 | 60 | |||
| Tetrapod | I | 4 | 20 | 60 | ||
| II | 4 | 18 | 54 | |||
| III | 4 | 20 | 60 | |||
| IV | 3 | 15 | 45 | |||
| V | 3 | 14 | 42 | |||
| Kubus | I | 4 | 16 | 48 | ||
| II | 4 | 17 | 51 | |||
| III | 3 | 12 | 36 | |||
| IV | 4 | 18 | 54 | |||
| V | 4 | 15 | 45 | |||
| Jumlah | 325 | 975 | ||||
Gambar 4. Contoh grafik data gelombang asli (belum diperbaiki)
Gambar 5. Contoh gelombang yang telah diperbaiki dan spektrumnya
4.3 Hasil Pembahasan
Hasil perhitungan Hi, Ht dan T, kemudian digunakan untuk perhitungan \(C_T = H_t/H_i\) dan \(H_t/gT^2\) (Tabel 2). Selanjutnya dari harga-harga \(H_t/H_i\) dan \(H_t/gT^2\) pada tabel dibuat grafik transmisi gelombang (Gambar 6). Tabel 2 dan grafik Gambar 6 adalah hasil perhitungan 1 kelompok data. Pada analisis dengan metode Goda-Zuzuki [1976], Hr yang terjadi berkisar antara 20 - 28 % dari Hi.
Karena seperti tertera pada Tabel 1 ada 9 kelompok data untuk armor A-jack, 5 kelompok data untuk armor tetrapod dan 5 kelompok data untuk armor kubus, maka dihasilkan 9 grafik A-jack, 5 grafik armor tetrapod dan 5 grafik untuk armor kubus dengan harga b/L dan d/h berbeda. Untuk penyajian yang lebih komprehensif, kelompok-kelompok tersebut di gabungkan (Gambar 6 sampai 10), dimana terlihat sebarannya untuk bergagai harga b/L dan d/h.
Tabel 2. Contoh hasil perhitungan parameter Hi/gT2 dan Ct = Ht/Hi untuk A-jack kelompok V
| Senix1 | Senix2 | Glb datang | |||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| A-V | T | H | T | H | Ti | Hi | Ht | d | h | b | L | d/h | b/L | Hi/gT^2 | Ct |
| g11 | 2.56 | 4.72 | 2.55 | 4.80 | 2.55 | 4.76 | 2.90 | 0.32 | 0.42 | 4.40 | 5.12 | 0.76 | 0.86 | 0.07 | 0.609 |
| g13 | 2.55 | 6.19 | 2.55 | 6.28 | 2.55 | 6.24 | 3.53 | 0.32 | 0.42 | 4.40 | 5.12 | 0.76 | 0.86 | 0.10 | 0.566 |
| g14 | 2.59 | 7.24 | 2.59 | 7.53 | 2.55 | 7.39 | 3.93 | 0.32 | 0.42 | 4.40 | 5.12 | 0.76 | 0.86 | 0.12 | 0.532 |
| g15 | 2.29 | 9.23 | 2.56 | 8.36 | 2.55 | 8.80 | 4.42 | 0.32 | 0.42 | 4.40 | 5.12 | 0.76 | 0.86 | 0.14 | 0.503 |
| g17 | 2.61 | 10.82 | 2.59 | 10.63 | 2.55 | 10.73 | 5.04 | 0.32 | 0.42 | 4.40 | 5.12 | 0.76 | 0.86 | 0.17 | 0.470 |
| g21 | 2.30 | 5.00 | 2.55 | 5.49 | 2.30 | 5.25 | 2.70 | 0.32 | 0.42 | 4.40 | 4.59 | 0.76 | 0.96 | 0.10 | 0.515 |
| g23 | 2.30 | 7.12 | 2.30 | 8.44 | 2.30 | 7.78 | 3.40 | 0.32 | 0.42 | 4.40 | 4.59 | 0.76 | 0.96 | 0.15 | 0.437 |
| g24 | 2.29 | 8.63 | 2.30 | 9.86 | 2.30 | 9.25 | 3.90 | 0.32 | 0.42 | 4.40 | 4.59 | 0.76 | 0.96 | 0.18 | 0.422 |
| g26 | 2.29 | 11.58 | 2.29 | 12.44 | 2.30 | 12.01 | 4.60 | 0.32 | 0.42 | 4.40 | 4.59 | 0.76 | 0.96 | 0.23 | 0.383 |
| g27 | 2.32 | 14.60 | 2.32 | 14.57 | 2.30 | 14.59 | 5.30 | 0.32 | 0.42 | 4.40 | 4.59 | 0.76 | 0.96 | 0.28 | 0.363 |
| T | H | T | H | Ti | Hi | Ht | |||||||||
| g31 | 2.07 | 6.46 | 2.06 | 6.56 | 2.05 | 6.51 | 2.67 | 0.32 | 0.42 | 4.40 | 4.05 | 0.76 | 1.09 | 0.16 | 0.410 |
| g33 | 2.06 | 8.82 | 2.06 | 10.08 | 2.05 | 9.45 | 3.27 | 0.32 | 0.42 | 4.40 | 4.05 | 0.76 | 1.09 | 0.23 | 0.346 |
| g34 | 2.05 | 11.45 | 2.04 | 11.18 | 2.05 | 11.32 | 3.86 | 0.32 | 0.42 | 4.40 | 4.05 | 0.76 | 1.09 | 0.27 | 0.341 |
| g36 | 2.05 | 14.53 | 2.04 | 14.13 | 2.05 | 14.33 | 4.61 | 0.32 | 0.42 | 4.40 | 4.05 | 0.76 | 1.09 | 0.35 | 0.322 |
| g37 | 2.06 | 16.26 | 2.05 | 16.21 | 2.05 | 16.24 | 5.26 | 0.32 | 0.42 | 4.40 | 4.05 | 0.76 | 1.09 | 0.39 | 0.324 |
| g41 | 1.84 | 6.37 | 1.83 | 7.45 | 1.83 | 6.91 | 2.40 | 0.32 | 0.42 | 4.40 | 3.57 | 0.76 | 1.23 | 0.21 | 0.347 |
| g42 | 1.82 | 7.74 | 1.82 | 8.64 | 1.83 | 8.19 | 2.63 | 0.32 | 0.42 | 4.40 | 3.57 | 0.76 | 1.23 | 0.25 | 0.321 |
| g43 | 1.83 | 10.57 | 1.83 | 10.07 | 1.83 | 10.32 | 3.08 | 0.32 | 0.42 | 4.40 | 3.57 | 0.76 | 1.23 | 0.31 | 0.298 |
| g45 | 1.82 | 12.34 | 1.82 | 12.66 | 1.83 | 12.50 | 3.62 | 0.32 | 0.42 | 4.40 | 3.57 | 0.76 | 1.23 | 0.38 | 0.290 |
| g47 | 1.84 | 14.66 | 1.82 | 15.33 | 1.83 | 15.00 | 4.39 | 0.32 | 0.42 | 4.40 | 3.57 | 0.76 | 1.23 | 0.46 | 0.293 |
Gambar 6. Contoh grafik transmisi (A-jack kelompok V)
Gambar 7. Grafik transmisi gelombang gabungan untuk A-jack dengan d/h = 0,77
Gambar 8. Grafik transmisi gelombang gabungan untuk A-jack dengan d/h = 0,95
Gambar 9. Grafik transmisi gelombang gabungan untuk armor tetrapod
Gambar 10. Grafik transmisi gelombang gabungan untuk armor kubus
5. Kesimpulan dan Saran
5.1 Kesimpulan
- Makin besar harga dimensionless wave steepness Hi/gT2 , maka makin kecil harga wave transmission coeficient Ct. Ini sejalan dengan :
- ° Sollitt [1976], walaupun penelitiannya untuk porous breakwater tidak tenggelam.
- ° SPM 1984 halaman 7-62, yang didasarkan pada Seelig [1980].
- ° Seelig [1980], yang penelitiannya untuk submerged impermeable breakwater dan ruble mound breakwater.
- Makin besar dimesionless breakwater width b/L, maka makin kecil harga wave transmission coeficient Ct. Ini sesuai dengan :
- ° Losada et al. [1996], yang penelitiannya dilakukan dengan model numerik untuk submerged rectangular porous breakwater.
- ° Mizutani et al. (1998), yang penelitiannya dilakukan dengan model numerik untuk submerged porous breakwater, dan diverifikasi dengan midel fisik, menggunakan armor bolabola plastik.
- Makin besar harga relative breakwater height d/h, maka makin kecil harga wave transmission coeficient Ct. Ini sesuai dengan :
- ° Mizutani et al. (1998), yang penelitiannya dilakukan dengan model numerik untuk submerged porous breakwater, dan diverifikasi dengan midel fisik, menggunakan armor bolabola plastik.
5.2 Saran
Dalam pemilihan jenis armor sebaiknya disesuaikan dengan tingkat tenaga ahli yang tersedia, di lokasi pekerjaan yaitu:
- Bila tenaga ahli tidak memadai, sebaiknya pilih armor kubus, yang kurang efisien tapi mudah dibuat dan diawasi.
- Bila tenaga ahli cukup baik, sebaiknya pilih armor tetrapod, yang cukup efisien.
- Bila tenaga ahli baik, pilih armor A-jack yang paling efisien, tapi perlu pengawasan ketat.