Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf

8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf

1/42

PelabuhanKuliah 4

Assalamualaikum Wr. Wb.

Gelombang


2/42

Gelombang

Gelombang (1)

Gelombang di laut bisa dibangkitkan oleh:• Angin (gelombang angin)• Gaya tarik matahari dan bulan (pasang surut)• Letusan gunung berapi atau gempa di laut (tsunami)

• Kapal bergerak, dlsb

Dalam perencanaan Pelabuhan, bentuk gelombangyang diperhitungkan adalah akibat:

• Angin

• Pasang surut

Data gelombang diperlukan dalam merencanakanbangunan-bangunan pelabuhan, seperti:

• Pemecah gelombang• Studi ketenangan di pelabuhan, dan• Fasilitas-fasilitas pelabuhan lainnya


3/42

Gelombang (2)

Tinggi gelombang yang diperkenankan dikaitkan denganbesar ukuran dan jenis kapal

Ukuran Kapal

Ukuran Tinggi

Gelombang

Barang

Padat

Umum

Kapal : 1.000 DWT

Kapal : (1.000 - 3.000) DWT

Kapal : (1.300 - 1.500) DWT

Kapal Ro/Ro (Roll on/Roll off)

Maks. 0,2 M

Maks. 0,6 M

Maks. 0,8 M

Maks. 0,2 M

Barang

Cair/GasKapal Tanker (uk. 50.000 DWT) Maks. 1,2 M

Barang

Khusus

LASH (Lighter Aboard Ship )

Kapal Peti Kemas

BACAT (Barge Aboard Catamaran )

Maks. 0,6 M


4/42

Gelombang (3)

Hubungan antara kecepatan angin dengan tinggi gelombang

Kecepatan

Gelombang

Rata-rata

Tinggi

Gelom

bang

Signifi

kan

Waktu

Gelom

bang

Signifikan

Kecepatan

Gelombang

Signifikan

Tinggi

Gelom

bang

Maksimum

Fetch*)

Minimum

Lama

Gelombang

Minimum

(knots) (m/det) (m) (det) (m/det) (m) (km) (jam)

10

20

30

40

50

5,1

10,2

15,3

20,4

25,5

1,22

2,44

5,79

14,33

16,77

5,5

7,3

12,5

18,0

21,0

8,58

11,39

19,50

28,00

32,75

2,19

4,39

10,43

25,79

30,19

129

240

1.017

2.590

2.775

11

17

37

65

100

*) Fetch minimum dan lama angin minimum adalah jarak dan waktuyang diperlukan merupakan faktor pembatas dalampembentukan gelombang


5/42

Gelombang (4)

Bermacam-macam teori gelombang:• Teori Airy• Teori Stokes• Teori Gerstner

• Teori Mich• Teori Knoidal• Teori Gelombang Tunggal

Teori gelombang Airy• Diperkenalkan Airy tahun 1845• Lazim dipakai, karena paling sederhana, menganalogikan

gelombang dengan bentuk linier dan amplitudo kecil


6/42


7/42

1. Komponen-komponenperhitungan dalam TeoriGelombang Airy(1)

Profil Muka Air merupakan fungsi ruang (x) dan waktu (t) yangmempunyai bentuk persamaan, sebagai berikut:

)cos(2

),( t kx H

t x

Profil Muka Air karena adanya gelombang


8/42


Cepat rambat dan panjang gelombang, dihitung denganpersamaan berikut:

kd gT Ld gT C tanh

22tanh

2

kd gT Ld gT L tanh

22tanh

2

22

a. Cepat rambat

b. Panjang gelombang

Jika kedalaman air dan periode gelombang diketahui, makadengan cara iterasi akan didapat panjang gelombang L


9/42


Klasifikasi gelombang menurut kedalaman relatif:

• Berdasarkan kedalaman relatif, yaitu perbandingan antarakedalaman antara air d dan panjang gelombang L , (d/L),gelombang dapat diklasifikasikan menjadi tiga macam, yaitu:

1. Gelombang di laut dangkal jika d/L < 1/202. Gelombang di laut transisi jika 1/20 < d/L < ½

3. Gelombang di laut dalam jika d/L < 1/2

Apabila kedalaman relatif d/L adalah lebih besar dari 0,5; nilai

tanh (2

d/L) = 1,0, maka cepat rambat dan panjang gelombang dilaut dalam:

T gT

C O 56,1

2

2

2

65,1

2

T gT

LO

a. Cepat rambat b. Panjang gelombang


10/42


Apabila kedalaman relatif d/L kurang dari 1/20, nilai tanh (2 d/L )= (2 d/L ), maka cepat rambat dan panjang gelombang di lautdangkal:


gd C T gd L

Di laut transisi, cepat rambat dan panjang gelombang di laut,

dihitung menggunakan rumus berikut:

kd gT

L

d gT C tanh

2

2tanh

2

kd gT

L

d gT L tanh

2

2tanh

2

22



11/42


Apabila kedalaman relatif d/L kurang dari 1/20, nilai tanh (2 d/L )= (2 d/L ), maka cepat rambat dan panjang gelombang di lautdangkal:


gd C T gd L

Di laut transisi, cepat rambat dan panjang gelombang di laut,dihitung menggunakan rumus berikut:

kd

gT

L

d gT

C tanh2

2

tanh2

kd

gT

L

d gT

L tanh2

2

tanh2

22



12/42

2. Refraksi Gelombang (1)

Refraksi terjadi karena adanya pengaruh perubahan kedalaman laut .Gambar dibawah menunjukkan contoh refraksi gelombang di daerahpantai dengan garis kontur dasar laut dan garis pantai tidak teratur


13/42

2. Refraksi Gelombang (2)

Refraksi gelombang pada kontur lurus dan sejajar


14/42

3.Difraksi Gelombang (1)

Apabila gelombang datang terhalang olehsuatu rintangan seperti pemecahgelombang atau pulau, maka gelombang

tersebut akan membelok di sekitar ujungrintangan dan masuk di daerah terlindungdibelakangnya, fenomena ini dikenalsebagai Difraksi Gelombang

Dalam difraksi gelombang terjadi transferenergi dalam arah tegak lurus penjalarangelombang menuju daerah terlindung


15/42


Difraksi Gelombang di belakang rintangan


16/42


Apabila terdapat dua pemecah gelombangdengan celaan (bukaan) diantaranya, danlebar celah sama dengan lima kali panjang

gelombang atau lebih, maka difraksi olehkedua ujung pemecah gelombang tidaksaling mempengaruhi

Untuk keperluan praktis, sudut datanggelombang diasumsikan denganmenggunakan proyeksi lebar celahimaginer


17/42


Gelombang datang membentuk sudut terhadap celah


18/42

4. Gelombang Laut DalamEkivalen(1)

Analisis transformasi gelombang seringdilakukan dengan konsep gelombang laut dalamekivalen

Pemakaian gelombang ini bertujuan untukmenetapkan tinggi gelombang yang mengalamirefraksi, difraksi dan transformasi lainnya,sehingga perkiraan transformasi dan deformasigelombang dapat dilakukan dengan lebih mudah

Konsep tinggi gelombang lau dalam ekivalendigunkan dalam analisis gelombang pecah,kenaikan (runup) gelombang, limpasangelombang dan proses lain


19/42

4. Gelombang Laut DalamEkivalen(2)

Tinggi gelombang laut dalam ekivalen dihitungdengan formula :

H’O = K’ Kr HO

Dengan :

H’O = tinggi gelombang laut dalam ekivalen

HO = tinggi gelombang laut dalam

K’ = koefisien difraksi

Kr = koefisien refraksi


20/42

5. Refleksi Gelombang(1)

Gelombang yang mengenai/membentursuatu bangunan akan dipantulkan sebagianatau seluruhnya

Refleksi gelombang di dalam pelabuhanakan menyebabkan ketidaktenangandidalam perairan pelabuhan

Untuk mendapatkan ketenangan di kolampelabuhan maka bangunan-bangunan yangada dipelabuhan harus bisamenyerap/menghancurkan gelombang


21/42


Suatu bangunan yang mempunyai sisimiring dan terbuat dari tumpukan batuakan bisa menyerap energi gelombanglebih banyak dibanding dengan bangunantegak dan masif

Pada bangunan vertikal, halus dan dinding

tidak elastis, gelombang akan dipantulkanseluruhnya


22/42

5. Refleksi Gelombang (3)

Profil muka air didepan bangunan vertikal


23/42


Besar kemampuan suatu bendamemantulkan gelombang diberikan olehkoefisien refleksi (diestimasi berdasarkan test model) , yaitu perbandingan antaratinggi gelombang refleksi Hr dan tinggigelombang datang Hi

i

r

H

H X


24/42

5. Refleksi Gelombang (3)

Koefisien refleksi


25/42

6. Gelombang Pecah(1)

Jika gelombang menjalar dari tempat yangdalam menuju tempat yang makin lama makindangkal, pada suatu lokasi tertentugelombang tersebut akan pecah

Kondisi gelombang pecah tergantung padakemiringan dasar pantai dan kecuraman

gelombang Sudut datang gelombang pecah diukur

berdasarkan gambar refraksi padakedalaman dimana terjadi gelombang pecah


26/42


Tinggi gelombang pecah dapat dihitung denganrumus:

Dengan:

Hb = tinggi gelombang pecahH’o = tinggi gelombang laut dalam ekivalen

Lo = panjang gelombang di laut dalam

31

)/'(3,3

1

'ooo

b

L H H

H


27/42


Kedalaman air dimana gelombang pecah dihitungdengan rumus:

)/(1

2 gT aH b H

d bb

b

Dengan:

Hb = tinggi gelombang pecah

db = kedalaman air pada saat gelombang pecah

a, b = fungsi kemiringan pantai

T = perioda gelombang

g = percepatan gravitasi


28/42


Notasi a dan b merupakan fungsi kemiringanpantai m , dihitung dengan persamaan berikut:

Dengan:

a, b = fungsi kemiringan pantai

m = kemiringan dasar laut

)1(

56,15,19 m

eb

)1(75,43 19m

ea


29/42


Gelombang pecah dapat dibedakan menjadi spilling,plunging atau surging yang tergantung pada carapecahnya

Spilling terjadi apabila gelombang dengan kemiringankecil menuju pada pantai yang sangat datar

Gelombang tipe plunging terjadi apabila kemiringangelombang dan dasar laut besar sehingga gelombang

pecah dengan puncak gelombang akan terjunkedepan

Gelombang pecah tipe surging terjadi pada pantaidengan kemiringan yang sangat besar seperti yang

terjadi pada pantai berkarang


30/42

7. Gelombang Alam(1)

Gelombang yang ada di alam adalah sangat kompleksyang terdiri dari suatu deretan/kelompok gelombangdimana masing-masing gelombang di dalam kelompok

tersebut mempunyai tinggi dan periode berbeda Gambar berikut menunjukkan suatu pencatatan

gelombang sebagai fungsi waktu di suatu tempat


31/42


Pengukuran gelombang di suatu tempat memberikanpencatatan muka air sebagai fungsi waktu

Pengukuran dilakukan dalam waktu yang cukup

panjang, sehingga data gelombang akan sangat banyak

Mengingat kekompleksan dan besarnya jumlah datayang terkumpul, maka gelombang alam dianalisa

secara statistik untuk mendapatkan bentukgelombang yang bermanfaat

Dalam bidang teknik sipil, parameter gelombang yangbanyak digunakan adalah tinggi gelombang


32/42


Jarak antara kedua titik pada garis nol tersebut adalah periodegelombang pertama (T 1)

Jarak vertikal antara titik tertinggi dan terendah diantara keduatitik tersebut adalah tinggi gelombang pertama (H 1)

Untuk keperluan perencanaan bangunan-bangunan pantai perludipilih tinggi dan periode gelombang tunggal yang dapat mewakilisuatu spektrum gelombang

Apabila tinggi gelombang dari suatu pencatatan diurutkan darinilai tertinggi ke terendah atau sebaliknya, maka akan dapat ditentukan tinggi H n yang merupakan rerata dari n persengelombang tertinggi

Untuk menentukan periode signifikan, maka diambil tinggi reratasebesar 1/3 (H 33) dari nilai tertinggi pencatatan gelombang


33/42


Dalam pengukuran gelombang, ada dua metode untuk menentukangelombang yaitu zero upcrosing method dan zero downcrossing method

Penerapan metode ini, dengan menetapkan elevasi rerata daripermukaan air yang dianggap sebagai garis nol berdasarkan

fluktuasi muka air pada waktu pencatatan Kemudian kurva gelombang ditelusuri dari awal sampai akhir

Pada metode zero upcrossing, diberi tanda titik perpotonganantara kurva naik dan garis nol, dan titik tersebut ditetapkansebagai awal dari suatu gelombang

Mengikuti naik-turunnya kurva, penelusuran dilanjutkan untukmendapatkan perpotongan antara kurva naik dan garis nolberikutnya

Titik tersebut ditetapkan sebagai akhir dari gelombang pertamadan awal dari gelombang kedua


34/42

8. Pembangkitan Gelombang(1)

Angin yang berhembus diatas permukaan airyang semula tenang, akan menyebabkangangguan pada permukaan air , dengan

timbulnya riak gelombang kecil diatas permukaanair

Apabila kecepatan angin bertambah, riaktersebut akan menjadi semakin besar, apabilaangin berhembus terus akhirnya akan terbentukgelombang

Semakin lama dan semakin kuat anginberhembus, semakin besar gelombang yang akanterbentuk


35/42


Tinggi dan perioda gelombang yang dibangkitkandipengaruhi oleh kecepatan angin U, lamahembus angin D, dan fecth F yaitu jarak pada

mana angin berhembus Didalam peramalan gelombang, perlu diketahui

beberapa parameter berikut:

Kecepatan rerata angin U di permukaan laut

Arah angin Panjang daerah pembangkitan gelombang, dimana

angin mempunyai kecepatan dan arah angin konstan(fetch)

Lama hembus angin pada fetch


36/42


1. Kecepatan Angin

Biasanya pengukuran angin dilakukan di daratan, padahal di dalamrumus-rumus pembangkitan gelombang data angin yang digunakanadalah yang ada di atas permukaan laut

Sehingga diperlukan transformasi dari data angin di atas daratanyang terdekat dengan lokasi studi ke data angin di atas permukaanlaut

Hubungan antara angin di atas laut dan angin di atas daratanterdekat diberikan oleh R L = U W/U L

Rumus-rumus dan grafik-grafik pembangkitan gelombangmengandung variabel U A, yaitu faktor tegangan angin yang dapat dihitung dengan kecepatan angin

Kecepatan angin dikonversikan pada faktor tegangan angin denganmenggunakan persamaan

U A = 0,71 U 1,23

dimana U adalah kecepatan angin dalam m/d


37/42


Hubungan antara kecepatan angin di laut dan di darat


38/42


2. Fetch

Fetch adalah panjang daerah pembangkitan gelombang dimanaangin mempunyai kecepatan dan arah konstan

Di dalam tinjauan pembangkitan gelombang di laut, fetch dibatasioleh bentuk daratan yang mengelilingi laut

Di daerah pembentukan gelombang , gelombang tidak hanyadibangkitkan dalam arah yang sama dengan arah angin tetapi jugadalam berbagai sudut terhadap arah angin

Fetch rerata efektif diberikan oleh persamaan berikut

Xi cos

Feff =

cos Feff = fetch rerata efektif

Xi = panjang segmen fetch yang diukur dari titik observasi gelombang ke ujung fetch

= deviasi pada kedua sisi dari arah angin, dengan menggunakan pertambahan6º sampai sudut sebesar 42º pada kedua sisi dari arah angin


39/42

8. PembangkitanGelombang(4)

F e t c h

Fetch


40/42


41/42


42/42

Wassalamualaikum Wr.Wb.

Documents

Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf