848-1383-1-SM

Jurnal Riset dan Teknologi Kelautan (JRTK)Volume 11, Nomor 1, Januari - Juni 2013

103

PEMODELAN FISIK GELOMBANG MELALUI TIANG BAMBUSEBAGAI PELINDUNG TANAMAN BAKAU

Chairul PaotonanStaf pengajar Program Studi Teknik KelautanJurusan Teknik Perkapalan - Fakultas Teknik, Universitas HasanuddinJl. Perintis Kemerdekaan Km. 10 Tamalanrea - Makassar, Sulsel 90254Telp. 0411-585637, email: [email protected].

AbstrakKerusakan pantai di Indonesia disebabkan oleh peristiwa alamiah dan aktivitas manusia. Aktivitasmanusia yang banyak merusak pantai adalah penambangan pasir pantai dan penebangan hutanbakau. Areal hutan bakau yang telah ditebang, dengan sangat mudah akan mengalami erosi akibatgelombang laut. Penanam kembali pohon bakau adalah salah satu solusi yang dapat dilakukanuntuk menangani permasalahan tersebut. Masalahnya, pohon bakau yang baru ditanam banyakhilang akibat hempasan gelombang. Oleh sebab itu, dibutuhkan pelindung sementara. Salah satualternative untuk melindungi pohon bakau yang masih mudah adalah dengan menggunakan tiang-tiang bambu. Kinerja tiang bambu dalam melindungi bakau yang masih mudah dapat dilihat daribesarnya rasio antara tinggi gelombang yang melewati tiang bambu ke areal bakau dengan tinggigelombang di depan tiang dan dinamakan koefisien transmisi. Semakin kecil gelombang yangmelewati tiang bambu, semakin baik dalam melindungi tanaman bakau. Penelitian ini pemodelanfisik 2 dimensi di laboratorium untuk mengetahui pengaruh parameter tiang bambu dangelombang dalam melindungi tanaman bakau, yang dievaluasi dari nilai koefisien transmisi Hasildari penelitian ini diharapkan dapat dijadikan acuan dalam perencanaan tiang untuk melindungiarea penanaman bakau. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa semakin rapat tiang vertikaldan semakin curam gelombang, koefisien transmisi semakin mengecil.

Kata KunciBambu vertikal, transmisi, tanaman bakau

PENDAHULUAN

Indonesia adalah negara kepulauan dan memiliki pantai yang cukup panjang. Panjangpantai yang dimiliki Indonesia sekitar 81.000 km. Indonesia berada pada urutan kedua darisegi panjang pantai. Panjang pantai yang cukup besar ini merupakan potensi apabiladimanfaatkan dengan baik. Hanya saja pantai yang panjang ini, banyaknya yangmengalami kerusakan berupa erosi pantai yang diakibatkan oleh gelombang laut dan jugaulah manusia serta kombinasi antar keduanya. Secara kerusakan pantai yang diakibatkanoleh gelombang laut, pemerintah telah berupaya menanggulanginya dengan berbagai caramisalnya penghijauan pantai pembangunan pemecah gelombang, groin dan jetty sertabangunan-bangunan lainnya yang berfungsi untuk mengurangi energi gelombang yangsampai ke pantai.

Perlindungan pantai dengan vegetasi atau penghijauan pantai adalah salah satu cara yangcukup baik, karena umumnya tidak menyebabkan terjadinya perubahan keseimbanganlingkungan pantai yang sifatnya merugikan. Lain halnya dengan penanggulangan erosipantai dengan pendekatan keras (konstruksi) dapat menimbulkan masalah baru jika

Pemodelan Fisik Gelombang Melalui Tiang Bambu sebagai Pelindung TanamanBakau

104

perencanaannya tidak mengakomodir semua variabel yang berpengaruh. Permasalahannyaadalah tumbuhan pantai misalnya bakau yang baru ditanam, terhempas oleh gelombangsebelum tumbuh. Oleh sebab itu perlu dipikirkan cara atau metode untuk melindunginyasampai tumbuhan tersebut dapat tumbuh dan tahan terhadap serangan gelombang. Sebagaikonstruksi yang sifatnya pelindung temporer, maka seyogyanya biaya konstruksinyamudah dan murah. Sebagai alternatif adalah tiang-tiang bambu vertikal. Sebagai contohperlindungan tumbuhan bakau yang baru ditanam dengan menggunakan tiang bambu dapatdilihat pada Gambar 1.

Gambar 1.Bakau yang dilindungi dengan bambu di pantai Sayung.(Sumber: Paotonan, 2006)

Penelitian ini adalah pemodelan fisik 2 Dimensi di saluran gelombang. Untukmensimulasikan perambatan gelombang dari laut dalam melewati tiang-tiang bambuvertikal ke pantai. Parameter yang divariasikan adalah tinggi dan periode gelombang, sertajarak antar tiang. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh parameter tiangbambu vertikal dan parameter gelombang dalam meredam energi gelombang. Hasil daripenelitian ini dapat dijadikan acuan dalam perencanaan tiang bambu vertikal untukmelindungi tanaman bakau.

Gelombang Melalui Tiang BambuBerdasarkan teori gelombang Airy, elevasi muka air ),( tx sebagai fungsi jarak dan waktu,dirumuskan dengan:

( , ) = 2 cos( − ) (1)

dengan H, k, σ, x, dan t masing-masing adalah tinggi gelombang, bilangan gelombang,2π/L, frekuensi sudut gelombang, 2π/T, jarak tinjauan dan waktu. Sedangkan L dan Tadalah panjang dan periode gelombang. Dalam tinjauan dua dimensi, parameter gelombangyang penting selain tinggi dan periode adalah panjang gelombang, kecepatan rambatgelombang, C, kecepatan orbital arah x dan z (u dan v), percepatan partikel air pada arah xdan z (ax dan az), dan energi gelombang persatuan luas, E. Berdasarkan Dean danDalrymple (1992), panjang gelombang dirumuskan seperti berikut:


105

= 2 tan ℎ (2)

Cepat rambat gelombang adalah perbandingan antara panjang gelombang dengan periodedan ditulis:

= 2 tan ℎ (3)

Dalam sudut pandang rekayasa pantai, selain cepat rambat gelombang, kecepatan orbitalgelombang juga penting untuk diketahui. Kecepatan dan percepatan orbital gelombangpada arah penjalarannya, U dan u dirumuskan dengan:

= 2 cosh (ℎ + )sinh ℎ cos − (4)

= = sinh (ℎ + )cosh ℎ sin( − ) (5)

Gelombang Melalui Tiang BambuGelombang yang merambat dari laut dalam menuju pantai dengan tinggi Hi, sebagian akandirefleksikan dengan tinggi gelombang refleksi, Hr dan sebagian lagi akan ditransmisikandengan tinggi, Ht, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2. Pada Gambar 2, diperlihatkanposisi tiang bambu berada di depan dari tanaman bakau. Kinerja dari tiang bambu dalammelindungi tumbuhan bakau dapat dilihat dari rasio antara tinggi gelombang di belakangtiang atau tinggi gelombang transmisi, Ht dengan tinggi gelombang dating, Hi.Perbandingan antara tinggi gelombang transmisi dengan tinggi gelombang datingdinamakan koefisien transmisi, Kt. Besarnya tinggi gelombang yang diteruskan dandirefleksikan dapat diturunkan dengan cara mensuperposisikan persamaan elevasi muka airpada Persamaan 1 dengan menggunakan aturan cosines.

Gambar 2.Gelombang melalui tiang bambu.


106

Besarnya tinggi gelombang dating dan tinggi gelombang transmisi masing-masingdirumuskan seperti berikut ini (Paotonan, 2006):

= +2 (6)

= ( ) + ( )2 (7)

Gaya yang bekerja pada tiang bambu (Gambar 2) terdiri atas dua komponen, yaitu gayainersia (inertia force, FI) dan gaya seret (drag force, FD). Gaya seret (drag) adalah gayayang ditimbulkan oleh bentuk dan kekasaran benda. Gaya inersia dipengaruhi olehpercepatan partikel air dan massa benda. Gaya total yang bekerja pada struktur adalahpenjumlahan dari gaya seret dan gaya inersia. Berdasarkan Persamaan Morison (dalam TsuT.H, 1984), gaya yang bekerja pada suatu struktur dalam suatu fluida yang bergelombangFs adalah: = + (8)

Atau = 0,5 + (9)

Dengan A adalah perkalian antara sarat kedalaman d dengan lebar struktur b dan V adalahperkalian antara A dan panjang struktur diambil satu panjang gelombang, U adalahkecepatan partikel, dan a percepatan partikel air.

Dengan mensubtitusi nilai A, U dan a, maka Persamaan (9) ditulis.

= 0,5 . 2 cosh ( + )sinh cos( − )+ . . 2 cosh ( + )sinh sin( − ) (10)

Sebagai penyederhanaan CD dan CI diabaikan, karena dalam penelitian ini pengukurangaya tidak dilakukan. Gaya maksimum dianggap bekerja pada pusat massa dari strukturyaitu pada d/2. Dengan demikian Persamaan (10) dibentuk menjadi:

= . . 2 cosh( /2)sinh + 2. . . . 2 cosh( /2)sinh (11)

= . . . 2 cosh( /2)sinh 2 cosh( /2)sinh + 2 (12)

Persamaan (12) di atas adalah penyederhanaan gaya gelombang yang bekerja pada suatukedalaman tertentu d dengan lebar b, sepanjang satu panjang gelombang L.


107

Jika tiang vertikal dengan tampak atas seperti pada Gambar 1.2 dengan D diameter tiangdan s adalah jarak antar tiang, maka gaya gelombang yang bekerja pada struktur tersebutsepanjang diameter pada arah perambatan gelombang dapat diformulasikan berikut ini.= . . ( − ( − 1) )2 cosh( /2)sinh 2 cosh( /2)sinh + 2 (13)

Dalam penelitian ini diasumsikan bahwa terdapat hubungan antara besarnya tinggigelombang yang ditransmisikan ke belakang tiang dengan perbandingan antara gaya yangbekerja pada tiang vertikal dengan gaya gelombang tanpa keberadaan tiang untuk satupanjang gelombang CR. Semakin besar gaya yang diderita oleh tiang vertikal, makagelombang yang diteruskan ke belakang tiang akan semakin kecil. Besarnya gelombangdilewatkan dinyatakan dalam koefisien transmisi Kt. Dengan demikian terdapat hubunganantara CR dengan Kt dan ditulis seperti berikut.≈ (14)

= (15)

Dengan mensubtitusi Persamaan 12 dan 13 ke Persamaan 15, maka diperoleh persamaan-persamaan berikut ini:

= . . ( − ( − 1) ) ( / ) ( / )+ 2. . . ( / ) ( / )+ 2 (16)

= ( − ( − 1) ) ( / )+ 2. ( / )+ 2 (17)

METODE PENELITIAN

Penelitian ini adalah pemodelan fisik yang dilakukan di Laboratorium Hidrolika danHidrologi Pusat Studi Ilmu Teknik Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta. Fasilitaspendukung penelitian adalah sebuah saluran gelombang yang panjangnya 1600 cm, lebar30 cm tinggi 50 cm. Saluran gelombang dilengkapi dengan pembangkit gelombang denganberbagai tinggi dan periode gelombang bangkitan yang dapat diatur. Parameter strukturyang divariasikan adalah jarak antar tiang dan jumlah susunan tiang pada arah perambatangelombang. Sedangkan parameter gelombang yang divariasikan adalah tinggi dan periode.Berdasarkan variabel yang diteliti, fasilitas yang tersedia dan data prototipe yang ada sertaketelitian pengukuran, maka perancangan model tiang vertikal dengan skala 1 : 12. Modelterbuat dari pipa aluminium dengan ukuran tinggi t = 40 cm, diameter Dm = 1,25 cm(contoh model dapat dilihat pada Gambar 3).


108

Gambar 3.Photo model M-D.L dan M-2D.3L

Pada penelitian ini, digunakan 3 buah model yang dibedakan berdasarkan jarak antarsumbu model dan jumlah susunan arah penjalaran gelombang dan diberi nama masing-masing M-D (jarak antar sumbu tiang 1,25 cm), M-1,5D (jarak antar sumbu tiang 1,875cm) dan M-2D (jarak antar sumbu tiang 2,5 cm). Kedalaman air yang digunakan adalah12,5 cm dan jumlah variasi tinggi dan periode gelombang masing-masing 3 dan 4 variasi.Tinggi gelombang diukur pada 12 titik di depan dan di belakang model, dengan jarak tiaptitik pengukuran adalah panjang gelombang dibagi 11.

HASIL DAN BAHASAN

Telah dijelaskan pada metode penelitian bahwa variabel yang di variasikan adalahparameter gelombang dan parameter struktur. Berdasarkan hasil eksperimen, berikut inidisajikan data periode gelombang, tinggi gelombang di depan dan di belakang model sertakoefisien transmisi gelombang.

Tabel 1.

Contoh data periode dan tinggi gelombang serta koefisien transmisi

Hi Ht T Kt Hi Ht T Kt

0,054 0,017 1,526 0.317757 0,058 0,011 2,017 0.1896550,038 0,010 2,080 0.253333 0,011 0,004 2,524 0.3636360,011 0,004 2,518 0.380952 0,012 0,004 3,039 0.3913040,009 0,004 3,049 0.388889 0,071 0,013 1,508 0.1773050,062 0,010 1,515 0.153226 0,069 0,015 2,000 0.2116790,058 0,011 2,017 0.189655 0,015 0,005 2,517 0.3448280,011 0,004 2,524 0.363636 0,015 0,006 3,049 0.4

Setelah dilakukan perhitungan nilai Hi, Ht dan Kt, maka dibuat grafik hubungan antarakelandaian gelombang (Hi/gT2) dengan koefisien transmisi gelombang pada setiap nilai satau jarak antar tiang. Hubungan antara kelandaian gelombang dengan koefisien transmisidapat dilihat pada Gambar 4 berikut ini.


109

Gambar 4.Hubungan antara kelandaian gelombang Hi/gT2 dengan koefisientransmisi Kt pada model dengan variasi jarak antar tiang.

Gambar 4 menunjukkan bahwa semakin besar nilai kelandaian gelombang atau semakincuram gelombang, gelombang yang diteruskan ke belakang tiang bambu semakin keciluntuk nilai s konstan. Gelombang yang diteruskan/ditransmisikan dipresentasikan dalambentuk koefisien transmisi dan dirumuskan Kt = Ht/Hi. Bertambahnya nilai kelandaiangelombang disebabkan oleh dua variabel, yaitu tinggi gelombang yang membesar padanilai panjang gelombang konstan dan pengurangan panjang gelombang pada kondisi tinggigelombang konstan. Gambar 4, juga memperlihatkan bahwa semakin rapat susunan tiangyang direpresentasikan oleh nilai s kecil, tinggi gelombang yang ditransmisikan semakinkecil. Hal ini diperlihatkan pada Gambar 4, yakni semakin kecil nilai s (semakin rapattiang), grafik hubungan antara Hi/gT2 dan Kt lebih rendah dibandingkan dengan nilai s yanglebih besar. Sebagai catatan, bahwa seharusnya untuk s sangat kecil atau tiang rapat, makaKt sama dengan nol, namun pada grafik tidaklah demikian. Fenomena ini disebabkankarena pengamatan adalah dua dimensi, sehingga gelombang di belakang tiang akibatdifraksi tidak diamati. Gambar 5, menyajikan hubungan antara Hi/gT2 dan Kt pada modeldengan variasi jumlah lapis arah perambatan gelombang.

Gambar 5.Hubungan antara kelandaian gelombang Hi/gT2 dengan koefisientransmisi Kt pada model dengan perubahan jumlah lapisan.

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

0.0000 0.0005 0.0010 0.0015 0.0020

Kt

Hi/gT2

M-2D.L M-2D.2L M-2D.3L


110

Gambar 5, memperlihatkan bahwa untuk berbagi variasi lapisan model pada arahperambatan gelombang, nilai Kt relatif tidak berbeda jauh dan rentang nilainya berkisarantara 0,7 sampai 0,99. Nilai ini cukup besar, yang mengindikasikan bahwa perubahansusunan model cenderung tidak efektif dibandingkan dengan perubahan jarak antar tiang.Selain hubungan antara kelandaian gelombang dengan koefisien transmisi, hubunganantara nilai CR dari Persamaan 17 dan koefisien transmisi juga disajikan dalam bentukgrafik (Gambar 6).

Gambar 6.Hubungan antara nilai CR dengan Kt untuk seluruh model.

Nilai CR merupakan kombinasi parameter gelombang (tinggi dan panjang gelombang),parameter struktur (diameter dan jarak antar tiang) serta kedalaman air. Gambar 6memperlihatkan bahwa semakin besar nilai CR, nilai Kt akan menurun untuk semua model.Kenaikan nilai CR kemungkinan disebabkan oleh beberapa hal, diantaranya adalah struktursemakin rapat atau perbandingan antara diameter struktur dengan panjang gelombangsemakin besar. Dengan demikian, grafik pada Gambar 6 dapat digunakan untukmemprediksi koefisien transmisi gelombang yang melalui tiang vertikal jika data tinggigelombang, periode gelombang, kedalaman air, diameter tiang yang akan digunakandiketahui atau ditetapkan. Dapat juga digunakan untuk menentukan parameter struktur sjika gelombang yang lewat ke belakang struktur ditetapkan serta data tinggi, periode dantinggi gelombang tersedia dan diameter tiang D yang ada juga diketahui.

SIMPULAN

Semakin rapat tiang bambu, koefisien transmisi semakin kecil. Koefisien transmisi yang paling kecil adalah 0,15 dan dicapai pada saat tiang rapat dan

periode gelombang sekitar 1,5 detik. Semakin curam gelombang, koefisien transmisi semakin mengecil. Perubahan jumlah lapis model kurang efektif dalam melindungi tanaman bakau. Untuk memprediksi koefisien transmisi jika parameter gelombang H, T, d dan

parameter tiang diketahui dapat menggunakan grafik pada Gambar 6.

Dalam penelitian ini disarankan agar penelitian lanjutan dengan variasi jarak tiang yanglebih banyak untuk diteliti lebih lanjut. Salah satunya adalah jarak antar susunan searahperambatan gelombang, sebab dalam penelitian ini hanya satu susunan tiang bambu pada


111

arah perambatan gelombang yang diuji. Selain dari itu akan lebih baik jika dilakukan jugainvestigasi dengan model tiga dimensi sehingga pola gelombang di belakang tiang akibatdifraksi dapat diketahui.

Ucapan Terimakasih

Penulis menyampaikan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepadaDP3M Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi, Dept. Pendidikan Nasional atas bantuanpembiayaan penelitian ini melalui Dana Hibah Bersaing tahun 2009. Kepada DirekturPSIT dan Kepala Lab. HH., UGM yang telah memberikan izin penggunaan laboratoriumHidraulika dan Hidrologi, PSIT UGM selama penelitian berlangsung, penulismengucapkan terima kasih.

DAFTAR PUSATAKA

Dean, R.G. and Dalrymple, R.A, (1993), Water Wave Mechanic for Engineer and Scientist,World Scientific Publishing, Singapore.

Horikawa. K., (1978), Coastal Engineering, University of Tokyo Press, Tokyo.

Hsu T.H, (1994), Applied Offshore Structural Engineering, Gulf Publishing Company,USA

Nizam., (1987), Refleksi dan Transmisi Gelombang pada Pemecah Gelombang Bawah Air,Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta

Paotonan C., (2006), Unjuk Kerja Susunan Bambu Sebagai Pemecah GelombangTerapung, Tesis. Program Pascasarjana Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta

Triatmodjo B, (1996), Teknik Pantai, Beta Offset, Yogyakarta.

Wood A.M.MK and Halcrow S.W, 1981, Coastal Hidraulics, MacMillan Press LTD,London

Wiegel R.L, (1964), Oceanografical Engineering, Prentice.Inc/Engle Wood Cliffs N.J,USA

Walukow J.O.V. 2000, Kajian Transmisi Gelombang Melalui Rangkaian Plat HorisontalSebagai Pemecah Gelombang Apung, Tesis. Program Pascasarjana UniversitasGadjah Mada, Yogyakarta.

Ker K.W, Lee C.P, (2002), Inetraction of Waves and Porous Tension Leg Platform,Journal Of Waterway, Port, Coastal and Ocean engineering, pp.88-95.

Yuwono N. (1986), Teknik Pantai, Vol. I, Biro Penerbit KMTS Universitas Gadjah Mada,Yogyakarta.

Yuwono N., (1992), Dasar-dasar Perencanaan Bangunan Pantai, Lab. Hidrolika danHidrologi, PAU IT Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta.

Yuwono N. 1996, Perencanaan Model Hidraulik, Lab. Hidrolika dan Hidrologi, PAU ITUniversitas Gadjah Mada, Yogyakarta.


112

Yuwono N., (2004), The Use Of Reef Breakwater and Floating Breakwater For CoastalProtection, Kumpulan Hasil Penelitian, PAU IT Universitas Gadjah Mada,Yogyakarta.

848-1383-1-SM

Documents

Transcript of 848-1383-1-SM