Upload
dhani-aprisal-r
View
587
Download
1
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Tugas Mata Kuliah Teknik Pantai SIPIL USU
Citation preview
5/16/2018 Coastal Wave Transformation - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/coastal-wave-transformation 1/12
Teknik Pantai (TSA-410)
Transformasi Gelombang
1
Wave Transformation
Apabila suatu deretan gelombang bergerak menuju pantai, gelombang
tersebut akan mengalami perubahan bentuk yang disebabkan oleh proses
refraksi dan pendangkalan gelombang (wave shoaling ),difraksi
(Difraction),refleksi (Reflection) dan gelombang pecah (Wave
Breaking).
Proses pendangkalan gelombang (Shoaling) adalah proses
berkurangnya tinggi gelombang akibat perubahan kedalaman. Kecepatan
gerak gelombang juga berkurang seiring dengan pengurangan kedalaman
dasar laut, sehingga menyebabkan puncak gelombang yang ada di air
dangkal bergerak lebih lambat dibandingkan puncak gelombang yang
berada di perairan yang lebih dalam. Terjadilah pembelokan arah gerak
puncak gelombang mengikuti kontur kedalaman laut dimana terjadi juga
perubahan tinggi gelombang. Proses perubahan arah ini disebut
refraksi. Shoaling dan refraksi disebabkan oleh proses pendangkalankedalaman. Namun pada Shoaling lebih ditekankan pada perubahan
langsung tinggi gelombang akibat pendangkalan, sementara refraksi
ditekankan pada perubahan tinggi gelombang karena pembelokan arah
gerak puncak gelombang. Refraksi terjadi karena adanya pengaruh
perubahan kedalaman laut. Di daerah dimana kedalaman air lebih besar
dari setengah panjang gelombang, yaitu di laut dalam, gelombang
menjalar tanpa dipengaruhi dasar laut.
Difraksi gelombang adalah proses pemindahan energi gelombang kea
rah daerah yang terlindungi pulau, bukit batu/karang yang menjorok ke
laut ataupun bangunan pantai. Perpindahan energi ini akan menyebabkan
timbulnya gelombang di daerah yang terlindung tersebut. Gelombang yang
menjakar menuju suatu rintangan (pantai atau bangunan pantai),
sebagian atau seluruh gelombang tersebut akan dipantulkan kembali.
Besar kecilnya gelombang yang dipantulkan tergantung pada bentuk dan
jenis rintangan. Suatu bangunan tegak dan impermeabel akan memantulkan
gelombang lebih besar daripada bangunan miring dan permeabel.
Proses-proses di atas perlu diketahui untuk memperkirakan berapa
besar komponen energi gelombang yang menyebabkan longshore current dan
penentuan tinggi gelombang rencana. Informasi ini berguna untuk
menentukan lokasi terbaik suatu pelabuhan atau pintu masuk pelabuhan.
Proses-proses transformasi gelombang yang terjadi di atas akan
dijelaskan di bawah ini.
5/16/2018 Coastal Wave Transformation - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/coastal-wave-transformation 2/12
Teknik Pantai (TSA-410)
Transformasi Gelombang
2
1. PEMBENGKAKAN GELOMBANG (WAVE SHOALING)
Jika suatu gelombang menuju perairan dangkal, maka akan terjadi
perubahan karakteristik gelombang yang meliputi perubahan tinggi,
panjang dan kecepatan gelombang. Dengan menganggap bahwa
kemiringan perairan dapat diabaikan, maka panjang gelombang dankecepatan gelombang dapat dituliskan sebagai berikut:
L = tanh
; c =
tanh
Lo = ; Co =
Dari persamaan-persamaan di atas, dapat kita tuliskan bentuk
persamaan:
= = tanh atau = = tanh
Yang menjelaskan bahwa panjang gelombang L pada kedalaman h
ditentukan oleh kedalaman air dan panjang gelombang di air dalam,
di mana panjang gelombang ini dapat dihitung dengan mudah dari
periode gelombang.
L
L Air Dangkal
H
H
Air Dalam
Gambar 1 Sketsa Pendangkalan Gelombang
Rata-rata energi gelombang yang ditransportasikan dalam suatu
potongan vertikal dalam tiap satuan lebar puncak tiap satuan waktu
Garis Pantai
5/16/2018 Coastal Wave Transformation - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/coastal-wave-transformation 3/12
Teknik Pantai (TSA-410)
Transformasi Gelombang
3
P:yakni setara dengan nEC adalah tetap sepanjang proses penjalaran
gelombang, sehingga:
=
Dimana:
n = (
): = 1/2
dari persamaan di atas diperoleh perbandingan berikut:
= =
Jika k adalah wave number atau 2
/L = k.Koefisien Shoaling.
dapat dituliskan lagi dalam bentuk:
= (
)
Persamaan diatas menunjukkan bahwa koefisien Shoaling adalah
murni fungsi kh atau h/L. Di mana untuk kondisi perairan yang dangkal
(C = √ dan n = 1) atau:
=
√ Sebagaimana telah disebutkan di atas, tinggi gelombang akan
bertambah sementara panjang gelombang akan berkurang (kemiringan
gelombang bertambah) sebelum gelombang tersebut mulai pecah. Sehingga
batas atas gelombang pecah disebabkan oleh:
Nilai maksimum kemiringan (steepness) gelombang (η/L)
Nilai maksimum perbandingan tinggi gelombang dan kedalaman air
(η/d)
5/16/2018 Coastal Wave Transformation - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/coastal-wave-transformation 4/12
Teknik Pantai (TSA-410)
Transformasi Gelombang
4
2. REFRAKSI GELOMBANG (WAVE REFFRACTION)
Refraksi atau pembelokan gelombang yang membentuk sudut terhadap
garis pantai adalah salah transformasi gelombang yang penting untuk
diperhitungkan dalam merencanakan bangunan pantai. Refraksi dan
pendangkalan gelombang akan dapat menentukan tinggi gelombang disuatu tempat berdasarkan karakteristik gelombang dating. Refraksi
mempunyai pengaruh yang cukup besar terhadap tinggi dan arah
gelombang serta distribusi energy gelombang di sepanjang daerah
pantai.
Perubahan arah gelombang karena refraksi tersebut menghasilkan
konvergensi (pengucupan) atau divergensi (penyebaran) energi
gelombang dan mempengaruhi energi gelombang yang terjadi di suatu
tempat di daerah pantai.
Gambar berikut adalah contoh refraksi gelombang di daerah pantaiyang mempunyai garis kontur dasar laut dan garis pantai yang tidak
teratur.
Gambar 2 Refraksi Gelombang laut
Anggapan-anggapan yang digunakan dalam studi refraksi adalah
sebagai berikut ini:
5/16/2018 Coastal Wave Transformation - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/coastal-wave-transformation 5/12
Teknik Pantai (TSA-410)
Transformasi Gelombang
5
1. Energi gelombang antara dua orthogonal adalah konstan.2. Arah penjalaran gelombang tegak lurus pada puncak gelombang,yaitu
dalam arah orthogonal gelombang
3. Cepat rambat gelombang yang mempunyai periode tertentu di sutautempat hanya tergantung pada kedalaman di tempat tersebut.
4. Perubahan topografi dasar adalah berangsur-angsur5. Gelombang mempunyai puncak yang panjang,periode konstan,Amplitudo
kecil dan monokhromatik
6. Pengaruh arus, angin dan refleksi dari pantai dan perubahan
topografi dasar laut diabaikan
Persamaan cepat rambat gelombang adalah:
= tanh
Di laut dalam persamaan menjadi: =
=
Di laut dangkal persamaan menjadi = C = =√ Beberapa cara untuk membuat diagram refraksi diantaranya:
a. Wave Crest Method cara grafis dari Johnson dkk 1948b. Orthogonal Method cara grafis Arthur dkk 1952c. Computer Graphica. WAVE CREST METHOD
Cara ini dikemukakan oleh Johnson pada tahun 1948. Dasar darimetode ini adalah menentukan panjang gelombang pada setiap lokasi.
Mula-mula perlu diketahui posisi puncak gelombang di air dalam
kemudian dibuat puncak gelombang – puncak gelombang yang lain
berdasarkan panjang gelombang setempat.
b. ORTOGHONAL METHODCara ini berdasarkan pada hokum Snellius dan diperkenalkan oleh
Arthur pada tahun 1952.
= =
Dimana:
dan = sudut antara garis kedalaman dengan puncak gelombang
dan = Kecepatan perambatan gelombang yang ditinjau
5/16/2018 Coastal Wave Transformation - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/coastal-wave-transformation 6/12
Teknik Pantai (TSA-410)
Transformasi Gelombang
6
dan = Panjang gelombang
Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar berikut:
Gambar 3 Sketsa Hukum Snellius
Gelombang yang memasuki perairan yang lebih dangkal (dari d1
menjadi d2) akan berkurang dan panjang gelombangnya dari dan menjadi dan . Pada jarak orthogonal sejauh x dan selang waktu Tdiperoleh Sin = dan Sin = . Dengan pembagian diperoleh: =
=
Jika gelombang mendekati pantai dengan kontur sejajar maka:
=
= x
Dan kita pilih harga dan sedeminkian sehingga panjang
ortogonalnya dan ,maka kita bisa peroleh koefisien refraksi ()
= x =
=
=
Wave
Crest
5/16/2018 Coastal Wave Transformation - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/coastal-wave-transformation 7/12
Teknik Pantai (TSA-410)
Transformasi Gelombang
7
Gambar 4 Refraksi Gelombang pada kontur dasar laut lurus dan sejajar
3.DIFRAKSI GELOMBANG (WAVE DIFFRACTION)
Difraksi adalah Proses penyebaran gelombang di sepanjang puncak
gelombang, contohnya: gelombang yang melewati break water ( pemecah
gelombang ).Peristiwa difraksi atau lenturan dapat terjadi jika
sebuah gelombang melewati sebuah penghalang atau melewati sebuah
celah sempit. Pada suatu medium yang serba sama, gelombang akan
merambat lurus. Akan tetapi, jika pada medium tersebut gelomhang
terhalangi, bentuk dan arah perambatannya dapat berubah.
Proses Difraksi dapat ditunjukkan dalam gambar berikut:
Gambar 5 Difraksi Gelombang
5/16/2018 Coastal Wave Transformation - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/coastal-wave-transformation 8/12
Teknik Pantai (TSA-410)
Transformasi Gelombang
8
Daerah yang terlindung oleh penghalang dimana difraksi terjadi
disebut daerah difraksi (diffraction area), sedangkan perbandingan
antara tinggi gelombang di daerah difraksi () dengan tinggi
gelombang datang () disebut koefisien difraksi (), atau:
= X
Koefisien difraksi ini dipengaruhi oleh harga-harga parameter θ,
β dan r/L seperti terlihat pada gambar di atas. Wiegel (1962)
menggunakan penyelesaian eksak dari Penny dan Price (1952) untuk
menghitung harga koefisien difraksi sebagai fungsi parameter di
atas. Apabila gelombang bergerak melalui celah penghalang (barrier
gap), proses difraksi juga akan terjadi. Johnson (1952) menunjukkan
suatu diagram yang dapat digunakan untuk memperkirakan nilai pada
gelombang yang melalui celah. Jika lebar celah ini lima kali panjang
gelombang yang datang (>5L) maka perhitungan koefisien difraksi
dapat dilakukan terpisah. Jika gelombang yang datang mendekati celah
ini membentuk sudut terhadap penghalang maka perhitungan dapat
dilakukan dengan menggunakan lebar celah maya (Imaginary gap Width)
seperti gambar berikut:
Gambar 6 Gelombang dengan sudut tertentu terhadap celah penghalang
Dengan menentukan harga untuk suatu periode gelombang pada
arah tertentu, kita dapat mengevaluasi karakteristik spektrum
gelombang di suatu titik di daerah yang terlindung oleh struktur
pantai (breakwater) guna perencanaan dan evaluasi tata letak
pelabuhan termasuk perluasan dan lokasi bangunan peredam gelombang.
5/16/2018 Coastal Wave Transformation - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/coastal-wave-transformation 9/12
Teknik Pantai (TSA-410)
Transformasi Gelombang
9
4.PANTULAN GELOMBANG (WAVE REFLECTION)
Pantulan gelombang yang terjadi prosesnya seperti halnya pantulan
cahaya yang terjadi di cermin seperti ditunjukkan dalam gambar
berikut
Gambar 7 Pantulan Gelombang
Koefisien Pantul (reflection coefficient – CR)adalah perbandingan
tinggi gelombang pantul (
) dengan tinggi gelombang yang datang
(). Sehingga Amplitudo puncak gelombang pantul adalah sama denganAmplitudo di daerah bayangan dikalikan koefisien pantul dinding.
= x
5. PEMECAHAN GELOMBANG (WAVE BREAKING)
Persamaan:
Hb = >< hb
>< = 0,78
Dimana:
Hb = Tinggi gelombang saat pecah
Hb = Kedalaman air saat pecah
5/16/2018 Coastal Wave Transformation - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/coastal-wave-transformation 10/12
Teknik Pantai (TSA-410)
Transformasi Gelombang
10
Gelombang yang menjalar dari laut dalam menuju pantai mengalami
perubahan bentuk karena adanya pengaruh perubahan kedalaman
laut.Pengaruh kedalaman laut mulai terasa pada kedalaman lebih kecil
dari setengah kali gelombang.Di laut dalam profil gelombang adalah
sinusoidal, semakin menuju ke perairan yang lebih dangkal puncak
gelombang semakin tajam dan lembah gelombang semakin datar.Selain itu
kecepatan dan panjang gelombang berkurang secara berangsur – angsur
sementara tinggi gelombang bertambah. Gelombang pecah dipengaruhi oleh
kemiringannya, yaitu perbandingan antara tinggi dan panjang
gelombang.Di laut dalam kemiringan gelombang maksimum dimana gelombang
mulai tidak stabil.
Dalam fisika, gelombang pecah adalah gelombang yang amplitudo
mencapai tingkat kritis di mana beberapa proses dapat tiba-tiba mulai
terjadi yang menyebabkan sejumlah besar energi gelombang untuk
ditransformasikan dalam turbulen energi kinetik. Pada titik ini,
model-model fisik sederhana yang menggambarkan dinamika gelombang akan
sering menjadi tidak sah, terutama yang menganggap perilaku linier
Beberapa efek lain dalam dinamika fluida juga telah disebut "memecah
gelombang", antara lain dengan analogi dengan gelombang permukaan air.
Dalam meteorologi, gelombang gravitasi dikatakan meledak setelah
gelombang menghasilkan potensi daerah dimana suhu menurun dengan
ketinggian, yang mengakibatkan pemborosan energi melalui konvektif
ketidakstabilan; Rossby gelombang juga dikatakan untuk memecah ketika
vortisitas potensial gradien terbalik. Memecah gelombang juga terjadi
dalam plasma, ketika partikel kecepatan melebihi kecepatan fase
gelombang itu.
Gambar 8 Proses pecahnya gelombang menabrak batuan di daerah pantai
5/16/2018 Coastal Wave Transformation - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/coastal-wave-transformation 11/12
Teknik Pantai (TSA-410)
Transformasi Gelombang
11
F. PEREDAMAN GELOMBANG (WAVE DAMPING)
Peredaman gelombang bisa terjadi karena
Bottom shear stress ( tegangan geser di dasar / gesekan di dasar
lautan. Mud absorption ( peredaman oleh lumpur )
Floating ( peredam buatan )
While caps ( Buih pada lautan )
Untuk melindungi daerah pantai dari serangan gelombang, suatu
pantai memer-lukan bangunan peredam gelombang. Peredam gelombang
adalah suatu bangunan yang bertujuan untuk mereduksi atau
menghancurkan energi gelombang.
Gelombang yang menjalar mengenai suatu bangunan peredam gelombang
sebagian energinya akan dipantulkan (refleksi), sebagian diteruskan
(transmisi) dan sebagian dihancurkan (dissipasi) mela-lui pecahnya
gelombang, ke-kentalan fluida, gesekan dasar dan lain-lainnya.
Pembagian besamya energi gelombang yang dipantulkan, dihancur-kan dan
diteruskan ter-gantung karakteristik gelom-bang datang (periode,
tinggi, kedalaman air), tipe bangunan peredam gelombang (permu-kaan
halus dan kasar,
5/16/2018 Coastal Wave Transformation - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/coastal-wave-transformation 12/12
Teknik Pantai (TSA-410)
Transformasi Gelombang
12
DAFTAR PUSTAKA
Catatan Kuliah Teknik Pantai dengan dosen Dr.Ir.Ahmad
Perwira Mulia Tarigan,M.Sc.
Praktiko, Widi Agus dkk.1997. Perencanaan Fasilitas Pantai
dan Laut.Yogyakarta:BPFE.
Triatmodjo,Bambang.1999. Teknik Pantai.Yogyakarta:Beta
Offset.
www.armin-grewe.com/holiday/scot...king.jpg