tinjauan pustaka

Tinjauan Pustaka

TINJAUAN PUSTAKA

1. Konsep Pemecah Gelombang Ambang Rendah Struktur pemecah gelombang ambang rendah (selanjutnya disebut PEGAR), adalah

struktur pelindung pantai yang ditempatkan sejajar pantai dengan bagian puncak berada di bawah muka air tertinggi, mendekati atau sedikit muncul di atas permukaan air laut rata-rata. Struktur tersebut akan berfungsi dengan baik apabila keberadaannya tidak hanya mampu memulihkan pantai yang tererosi yang berada di belakang struktur, tetapi juga mampu memperlebar pantai ke arah laut dengan terbentuknya salient atau lahan timbul. Demikian pula energi gelombang yang melewati struktur tersebut mengalami pelemahan yang mendorong terjadinya sedimetasi di pantai.

PEGAR dapat dibangun secara menerus (tanpa celah) ataupun dengan celah diantaranya. Celah yang ada di antara struktur berfungsi untuk mengurangi penumpukan massa air di belakang struktur dan mengurangu efek refleksi gelombang oleh struktur. Namun demikian, struktur bercelah pada saat yang bersamaan, membangkitkan arus yang kuat pada celah yang disebut rip current. Aliran massa air inilah yang berperan mengurangi tinggi kenaikan muka air di belakang struktur. Kecepatan arus rip current yang kuat tersebut, berpotensi mengikis dan mengangkut sedimen pantai di belakang PEGAR. Selain mengakibatkan erosi pantai di belakang struktur, arus kuat tersebut juga dapat menimbulkan gerusan pada ujung PEGAR di celah, yang dapat mengancam kinerja struktur. Oleh karena itu, untuk keperluan praktis perencanaan PEGAR ang efektif, diperlukan lebar celah yang optimal, yaitu mampu meminimalkan kenaikan muka air, tetapi juga tidak menimbulkan arus yang kuat yang dapat menimbulkan efek yang tidak diinginkan.

2. Penentuan Jarak Ambang PEGAR Parameter utama yang digunakan dalam menggambarkan geometri PEGAR

ditunjukkan pada Gambar 1. Dalam hal ini h= tinggi struktur, d = kedalaman air, dan Rc= h-d merupakan jarak ambang, yaitu selisih antara elevasi puncak struktur dengan elevasi muka air rata-rata. Salah satu parameter penting dalam merancang dan menentukan efektifitas pemecah gelombang ambang rendah adalah derajat submergensinya, yang dapat dijelaskan dengan tiga parameter, yaitu: a) derajat tenggelam (submergence) atau jarak ambang, Rc= h-d; b) tinggi struktur relatif = h/d; dan c) perbandingan antara jarak ambang terhadap kedalaman air = Rc/d.

Derajat submergensi merupakan rasio antara kedalaman air terhadap tinggi struktur PEGAR. Untuk struktur PG yang mencuat (terekspos), dengan tinggi puncaknya melampaui kedalaman air, rasionya adalah kurang dari satu. Tinggi struktur relatif, yang merupakan rasio antara tinggi struktur terhadap kedalaman air (h/d) juga dapat dipakai sebagai parameter non-dimensi untuk menggambarkan derajat tenggelamnya dan derajat cuatannya struktur.

1

Tinjauan Pustaka

Gambar 1. Parameter geometri pada struktur PEGAR(Sulaiman dkk., 2013)

Jarak ambang, didefinisikan sebagai selisih tinggi antara elevasi puncak struktur dengan elevasi muka air rata-rata:Rc=h−d (1)

Dengan Rc adalah jarak ambang, h adalah tinggi struktur, dan d adalah kedalaman air di depan struktur. Dengan Persamaan (1) tersebut diperoleh nilai jarak ambang positif untuk pemecah gelombang mencuat dan negatif untuk PEGAR. Karena itu, jarak ambang untuk PEGAR bisa disebut sebagai derajat tenggelam. Parameter non-dimensi untuk jarak ambang relatif, merupakan jarak ambang rasio yang didefinisikan sebagai perbandingan antara derajat tenggelam dengan kedalaman air, yaitu:

Rcd

=(h−d )d

= hd−1 (2)

3. Tata letak dan Optimalisasi Lebar Celah PEGAR dapat dirancang untuk mengurangi atau mencegah erosi pantai dan

mendorong terakumulasinya sedimen, sehingga terbentuk pantai baru. Pendekatan praktis untuk menghasilkan PEGAR yang efektif sebagai pengendali erosi adalah dengan menempatkan struktur PEGAR pada posisi di atas MSL atau di bawah muka air tertinggi (Gambar 2 ).

2

Tinjauan Pustaka

Gambar 2. Penempatan PEGAR geotube pada posisi MSL(Sulaiman, 2012)

4. Transmisi Gelombang pada PEGAR

Respon garis pantai terhadap pemecah gelombang ditentukan oleh 14 variabel (Hanson dan Kraus, 1989, 1990, 1991), dimana 8 variabel utama adalah : 1) jarak terhadap garis pantai; 2) panjang struktur; 3) karakteristik transmisi; 4) kemiringan pantai; 5) tinggi dan periode gelombang; 6) orientasi struktur; dan 7) arah gelombang dominan. Efisiensi PEGAR dan respon garis pantai yang dihasilkan terutama ditentukan oleh karakteristik transmisi dan layput struktur.

Koefisien transmisi, Kt, didefinisikan sebagai perbandingan antara tinggi gelombang transmisi dan tinggi gelombang datang, dengan nilai berkisar antara 0 dan 1. Kt = 0 berarti tidak terjadi transmisi, dalam hal ini struktur tinggi dan impermeable. Sementara itu, Kt = 1 berarti gelombang ditransmisikan dengan sempurna, dalam hal ini tidak ada pemecah gelombang.

Perumusan Kt dinyatakan oleh d’Angremond dan van der Meer & de Jong (1996) sebagai berikut :

K t=0.4 RcH i

+( BH i )−0.31

[1−exp (−0.5ξ ) ]C

dengan

ξ= tanα

(H i /L0 )0.5

Gambar 3 menunjukkan grafik koefisien transmisi sebagai fungsi Rc/Hi dan B/L.

3

Tinjauan Pustaka

Gambar 3. Koefisien transmisi sebagai fungsi Rc/Hi dan B/L (Delft Hydraulics, 2002)

4

Tinjauan Pustaka

5. Prediksi Garis Pantai

Pemecah gelombang lepas pantai (offshore/detached breakwater) telah digunakan secara luas dan terbukti cukup efektif sebagai bangunan pengaman pantai terhadap erosi. Meskipun metoda-metoda yang telah diuraikan sebelumnya dapat digunakan untuk memprediki bentuk garis pantai seimbang statik di belakang struktur sembarang, tetapi terdapat beberapa metoda empiris yang secara khusus digunakan untuk memprediksi bentuk garis pantai seimbang di belakan offshore breakwater.

a) Metoda McCormick yang Dimodifikasi

Satu topik khusus diberikan untuk memprediksi kemungkinan pembentukan formasi salient/tombolo yang stabil di belakang sebuah pemecah gelombang berdasarkan perkiraan panjang dan jarak struktur terhadap pantai awal. McCormick (1993) menyatakan bahwa garis pantai seimbang di belakang offshore breakwater dengan gelombang datang normal terhadap struktur dapat didekati dengan geometri ellips.

h = G + 0.5B

a = (G2 + b2)0.5

Hsu, dkk. (2003) memodifikasi model eliptik McCormick untuk memprediksi bentuk garis pantai seimbang di belakang pemecah gelombang lepas pantai (offshore breakwater). Hsu dkk menyatakan bahwa bentuk garis pantai seimbang di belakang offshore breakwater tidak hanya bergantung pada panjang breakwater B dan jarak breakwater dari pantai mula-mula S, tetapi juga merupakan fungsi dari kecuraman gelombang datang H0/L0, kemiringan pantai Sb dan ukuran sedimen D50, sehingga metoda ini dinamakan Modified McCormick's Elliptic Shoreline Model.Sketsa definisi pembentukan garis pantai seimbang di belakang offshore breakwater disajikan pada Gambar 4.

5

Tinjauan Pustaka

arah gelombang

y

x

b

a

h

GB

S

garis pantai awal

Ys

XsYt

Sketsa Definisi

formasi tombolo formasi salient

Gambar 4. Sketsa definisi garis pantai seimbang di belakang offshore breakwater

Setengah sumbu pendek ellips b dihitung dengan formula empiris (TW Hsu, et al. 2003):

adalah nisbah angka kecuraman gelombang terhadap slope pantai.

H0, L0 = berturut-turut tinggi dan panjang gelombang di perairan dalam

Sb = slope pantai

G dihitung dari Modified McCormick G/b:

, dan adalah parameter-parameter yang dihitung sebagai berikut

6

, untuk sedimen halus (D50 = 0.25 mm)

, untuk sedimen kasar (D50 = 0.64 mm)

Garis pantai awal

LsLg

XXs

Lc

Lp

Salient/tombolo

dbd'Xs*I

X = d' / I

db / I

Xs

salient/tombolooffshore breakwater

Tinjauan Pustaka

Formasi salient jika: , di mana a > h. Sebaliknya akan terbentuk tombolo jika Xs = 0.

b) Metoda JMC

Respons pantai terhadap struktur dalam bentuk formasi salient atau tombolo di belakang satu seri pemecah gelombang lepas pantai dapat diprediksi dengan metoda Japanese Ministry of Construction (JMC, 1986) seperti diusulkan oleh Rosati dan Truitt (1990). Metoda JMC disusun berdasarkan data penelitian 1522 prototip pemecah gelombang lepas pantai yang telah dibangun Jepang. Sebagai gelombang desain, JMC menggunakan rata-rata dari 5 (lima) gelombang tertinggi (tetapi bukan storm waves) di perairan dalam yang terjadi dalam 1 (satu) tahun, H05, dan perioda gelombang yang berhubungan dengan tinggi gelombang tersebut, T5. H05 lebih kecil daripada tinggi gelombang dengan kala ulang 1-tahunan (tinggi gelombang yang disamai atau dilampaui sekurang-kurangnya sekali setiap tahun), tetapi lebih besar dari tinggi gelombang rata-rata harian.Variabel-variabel yang digunakan pada metoda JMC diberikan pada sketsa definisi di bawah ini.

7

Tinjauan Pustaka

Gambar 5. Sketsa definisi metoda JMC

Prosedur perhitungan metoda JMC adalah sebagai berikut:

1. Setelah menentukan panjang garis pantai yang akan diamankan dengan satu seri pemecah gelombang lepas pantai, Lp, dan lebar salient/tombolo yang diinginkan, Xs, maka pertama-tama kedalaman gelombang pecah, db5, dari tinggi gelombang H05

ditentukan dengan bantuan grafik pada Gambar 5.29 (Goda, 2000), yaitu hubungan antara kecuraman gelombang laut dalam H05/L05 dengan kecuraman pantai db5/H05. Kemudian dihitung nilai perbandingan d’/db5, di mana d’ adalah kedalaman perairan

tepat pada pemecah gelombang yang dihitung dengan di mana adalah sudut kemiringan pantai (tan = I = kemiringan pantai). Dengan menggunakan nilai perbandingan d’/db5, salient area ratio (SAR) untuk pantai Tipe B dan C dapat diperoleh dari grafik pada Gambar 6.

Nilai SAR ditentukan sebagai:

dimana Lc adalah panjang salient/tombolo searah pantai yang diukur pada garis pantai mula-mula.

2. Sebagai pendekatan pertama, jarak struktur dari garis pantai awal dihitung dengan

, sehingga perkiraan awal lebar salient/tombolo adalah . Jika nilai awal Xs’ tersebut mendekati nilai Xs yang diinginkan, maka Xs’ digunakan. Sebaliknya jika masih terdapat selisih signifikan, estimasi nilai Xs’ yang baru dan prosedur diulangi hingga kedua nilai mendekati.

8

Tinjauan Pustaka

Gambar 6. Kecuraman gelombang perairan dalam versus kecuraman pantai untuk berbagai kemiringan pantai (Goda, 2000)

Gambar 7. SAR versus parameter-parameter lokasi; pantai Tipe B dan Tipe C (JMC, 1986)

3. Range panjang struktur sebagai fungsi dari panjang gelombang nearshore untuk pantai Tipe B diberikan sebagai:

dan untuk pantai Tipe C adalah:

9

Tinjauan Pustaka

Range panjang struktur sebagai fungsi dari jarak struktur untuk pantai Tipe B ditentukan sebagai:

dan untuk pantai Tipe C adalah:

Panjang struktur yang dicari adalah rata-rata dari nilai tertinggi minimum dan nilai terendah maksimum dari kedua range di atas.

4. Jika garis pantai yang akan dilindungi, Lp, lebih panjang daripada 2 kali panjang struktur pemecah gelombang (2 x Ls), maka lebar celah untuk pantai Tipe B dan Tipe C dapatdipilih dengan menggunakan range berikut

dan:

Seperti pada penentuan panjang struktur, lebar celah juga dihitung dari rata-rata nilai tertinggi minimum dan nilai terendah maksimum.

Sebagai alternatif hitungan, lebar celah dapat ditentukan berdasarkan perubahan garis pantai di depan celah yang bersangkutan dengan grafik pada Gambar 8.

10

Tinjauan Pustaka

Gambar 8. Hubungan parameter tak berdimensi dan perubahan garis pantai di depan celah (JMC, 1986)

c) Desain Berdasarkan Hubungan Empiris

Alternatif desain fungional dan prediksi tanggapan pantai terhadap pemecah gelombang lepas pantai tunggal atau seri adalah berdasarkan hubungan bilangan tak berdimensi Ls/X, dimana X adalah jarak struktur pemecah gelombang lepas pantai dari garis pantai mula-mula dan Ls adalah panjang struktur. Dengan menggunakan perbandingan Ls/X tersebut, tiga jenis tanggapan garis pantai terhadap struktur dapat disusun, yaitu: (1) kondisi untuk pembentukan tombolo, (2) kondisi untuk pembentukan salient, dan (3) kondisi untuk tanggapan minimal garis pantai. Ringkasan ketiga kondisi tersebut berikut referensi peneliti, berturut-turut diberikan pada Tabel 1 – Tabel 3.

11

Tinjauan Pustaka

Tabel 1. Kondisi Untuk Pembentukan Tombolo

Kondisi Keterangan Referensi

Ls/X > 2.0 SPM (1984)

Ls/X > 2.0 Tombolo ganda Gourlay (1981)

Ls/X > 0.67 – 1.0 Tombolo (perairan dangkal) Gourlay (1981)

Ls/X > 2.5 Tombolo periodik Ahrens dan Cox (1990)

Ls/X > 1.5 – 2.0 Tombolo Dally dan Pope (1986)

Ls/X > 1.5Tombolo (multiple breakwater)

Dally dan Pope (1986)

Ls/X > 1.0 Tombolo (single breakwater) Suh dan Dalrymple (1987)

Ls/X > 2Lg/LsTombolo (multiple breakwater)

Suh dan Dalrymple (1987)

Sumber: Coastal Groins and Nearshore Breakwaters (ASCE, 1994)

Tabel 2. Kondisi Untuk Pembentukan Salient


Ls/X < 1.0 Tanpa Tombolo SPM (1984)

Ls/X < 0.4 – 0.5 Salient Gourlay (1981)

Ls/X = 0.5 – 0.67 Salient Dally dan Pope (1986)

Ls/X < 1.0Tanpa Tombolo (single breakwater)


Ls/X < 2Lg/LsTanpa Tombolo (multiple breakwater)


Ls/X < 1.5 Well-developed salient Ahrens dan Cox (1990)

Ls/X < 0.8 – 1.5 Salient Sedang (subdued salient) Ahrens dan Cox (1990)


12

Tinjauan Pustaka

Tabel 3. Kondisi Untuk Respons Minimal Garis Pantai


Ls/X 0.17 – 0.33 Tanpa Respons Inman dan Frautchy (1978)

Ls/X 0.27 Tanpa Kelengkungan Ahrens dan Cox (1990)

Ls/X 0.5 Tanpa Deposisi Nir (1982)

Ls/X 0.125 Uniform Protection Dally dan Pope (1986)

Ls/X 0.17 Dampak Minimal Noble (1978)


Hubungan yang lain untuk variabel-variabel yang berbeda juga telah diteliti. Salah satunya adalah penelitian Suh dan Dalrymple (1987) untuk memprediksi panjang salient di belakang pemecah gelombang tunggal.

dimana Xb adalah jarak dari pantai ke gelombang pecah dan Xs adalah jarak dari ujung salient yang diinginkan sampai ke garis pantai rata-rata. Untuk satu seri pemecah gelombang, Suh dan Dalrymple (1987) mengusulkan,

dimana Lg adalah lebar celah di antara pemecah gelombang

13

tinjauan pustaka

Documents