ANALISA PERBANDINGAN FORMULA hubungan dan perbandingan tiap-tiap formula dengan data hasil...

40
ANALISA PERBANDINGAN FORMULA RUNUP DAN OVERTOPPING UNTUK GELOMBANG IRREGULAR PADA STRUKTUR DASAR KASAR Jurusan teknik kelautan Fakultas teknologi kelautan InstItut teknologI sepuluh nopember Surabaya 2010 Oleh: SHOLIHIN ALFANSURI 4306 100 801

Transcript of ANALISA PERBANDINGAN FORMULA hubungan dan perbandingan tiap-tiap formula dengan data hasil...

ANALISA PERBANDINGAN FORMULA RUNUP DAN OVERTOPPING UNTUK

GELOMBANG IRREGULAR PADA STRUKTUR DASAR KASAR

Jurusan teknik kelautan

Fakultas teknologi kelautan

InstItut teknologI sepuluh nopember

Surabaya

2010

Oleh:

SHOLIHIN ALFANSURI4306 100 801

MATERI PERSENTASI

LATAR BELAKANG MASALAHPERUMUSAN MASALAHTUJUAN PENELITIANBATASAN MASALAHMETODOLOGI PENELITIANANALISA DAN PEMBAHASANKESIMPULAN DAN SARAN

LATAR BELAKANG MASALAH Air yang melimpas pada struktur pelindung

pantai dapat mengakibatkan kegagalan struktur tersebut.

Banyaknya peneliti yang membahas masalah runup gelombang dan overtopping.

Formulasi empirik (observasi) yang berbeda-beda terkait masalah runup dan overtopping.

Gambar 1. Runtuhnya struktur akibat overtoppingyang berlebihan

PERUMUSAN MASALAH Dari analisa latar belakang di atas maka timbul

beberapa perumusan masalah dalam penelitianTugas Akhir ini, yaitu:

1. Bagaimana hubungan antar parameter runupdan overtopping untuk gelombang irregular, struktur dasar kasar?

2. Bagaimana perbandingan antar formula runupdan overtopping untuk gelombang irregular, struktur dasar kasar?

3. Formula runup dan overtopping mana yang palinga reliable/handal?

TUJUAN PENELITIAN

Tujuan yang ingin dicapai dalampenelitian Tugas Akhir ini yaitu:

1. Mengetahui hubungan antar parameter runup dan overtopping untuk gelombangirregular, struktur dasar kasar.

2. Mengetahui perbandingan antar formula runup dan overtopping untuk gelombangirregular, struktur dasar kasar.

3. Mengetahui formula runup danovertopping yang paling reliable/handal.

BATASAN MASALAH Untuk mempersempit masalah dan memudahkan

perhitungan, maka masalah akan dibatasi dengan beberapahal sebagai berikut:

1. Penelitian ini dikhususkan pada kondisi gelombangirregular.

2. Dilakukan pada kondisi struktur dasar yang kasar (Rough).3. Data gelombang runup menggunakan data dari hasil

eksperimen para peneliti yang terkait dengan runupgelombang untuk kondisi struktur dasar kasar (rough)

4. Data gelombang overtopping menggunakan data dari hasileksperimen para peneliti yang terkait dengan overtoppinguntuk kondisi struktur rough.

5. Formula runup yang akan di analisa yaitu: Ahrens dan Himbaugh (1988) Van Der Meer dan Stam (1992) N.J. Shankar (2002) Janaka J. Wijetunge (2008)

6. Formula overtopping yang akan di analisa yaitu: Klabbers (2003) Tom Bruce (2006) Janaka J. Wijetunge (2008)

7. Pengambilan data dari grafik hanya pada titik-titikyang tampak dan kasat mata dan untuk titik-titikyang saling tumpang-tindih diabaikan.

Runup Gelombang:Ketika gelombang datang menghantam suatustruktur, air yang terbawa oleh momentumnyaterdorong naik merayap ke atas permukaan struktur.Ketinggian vertikal dari SWL yang berhasil dicapaioleh gelombang yang datang tersebut disebut waverun-up

o Overtopping:Ketika elevasi dari struktur lebih rendah dari padarunup gelombang, maka akan terjadi limpasan airyang akan melewati struktur tersebut.

METODOLOGI PENELITIAN

Secara umum metodologi dalampenelitian tugas akhir ini terdiridari tiga bagian yaitu: Studiliteratur, Pengumpulan data, serta Analisa data (Lihatgambar 2 dan 3)

Studi Literatur: Jurnal, Hand book, Proseding, dll.

Mulai

Pengumpulan data hasil eksperiment runup gelombang

Studi literatur metode statistik regresi dan korelasi

Pengumpulan formulasi runupgelombang sesuai kondisi

Kondisi: Gelombang irregular,

struktur dasar kasar

Analisa hubungan dan perbandingan tiap-tiap formula dengan data hasil eksperiment

Hasil hubungan dan perbandingan antara tiap-tiap formula dengan

hasil eksperiment

Hasil untuk formula yang reliable/handal dari tiap-tiap formula

Slesai

TdkYa

Gambar.2 Flow chart pengerjaan tugas akhir

untuk analisa runup

Studi Literatur: Jurnal, Hand book, Proseding, dll.

Mulai

Pengumpulan data hasil eksperiment overtopping gelombang

Studi literatur metode statistik regresi dan korelasi

Pengumpulan formulasi overtopping gelombang sesuai kondisi

Kondisi: Gelombang irregular,

struktur dasar kasar

Analisa hubungan dan perbandingan tiap-tiap formula dengan data hasil eksperiment

Hasil hubungan dan perbandingan antara tiap-tiap formula dengan

hasil eksperiment

Hasil untuk formula yang reliable/handal dari tiap-tiap formula

Slesai

TdkYa

Gambar.3 Flow chart pengerjaan tugas akhir

untuk analisa overtopping

1. STUDI LITERATUR

Literatur yang dipakai dalam penelitian ini yaitu jurnal internasional, teks book, proseding, dll yang membahas masalah gelombang run-up dan overtopping.

Studi literatur dalam penelitian ini bermaksud untuk mengumpulkan formula-formula terkait gelombang run-up dan overtopping yang sesuai dengan kondisi tertentu yaitu untuk gelombang irregulardan struktur dasar kasar.

2. PENGUMPULAN DATA1. DATA RUNUP GELOMBANG

Data dan formula yang akan digunakanadalah formula dari Ahrens danHeimbaugh (1988), Van Der Meer danStam (1992), N.J. Shankar (2002), sertaJanaka J. Wijetunge (2008)

2. DATA OVERTOPPINGData dan formula yang akan digunakanadalah formula dari Klabbers (2003), Tom Bruce (2006) dan Janaka J. Wijetunge (2008).

ENGAUGE DIGITIZER Dalam meng-extract data runup dan overtopping dari

grafik digunakan bantuan perangkat lunak “engauge digitizer”, hal ini dilakukan untuk mempercepat proses ekstraksi dan meminimalkan tingkat error pengambilan data. Tabel 1 Contoh data runup hasil extract dari grafik

No X Y1 1.3157 1.02132 1.4337 1.09073 1.5325 1.06094 1.6891 1.26915 1.7680 1.26916 1.7858 1.60627 1.8471 1.22958 1.9255 1.32869 1.9662 1.1006

10 2.0033 1.5170… ….. ……

3. ANALISA DATAAnalisa dilakukan untuk tiap-tiap formula

gelombang runup dan overotopping untuk dibandingkan dengan data hasil pengujian.

Analisa dilakukan untuk tiap-tiap formula gelombang runup dan overotopping untuk dibandingkan dengan data seluruh hasil pengujian. Hasil yang akan diperoleh yaitu nilai RMSE masing-masing formula untuk seluruh data hasil pengujian runup dan overtopping.

MATRIX PERBANDINGAN FORMULA

Parameter Ahrens & Heimbaugh,

1988

Van Der Meer & Stam, 1992

Shankar, 2002 Janaka, 2008

Cot θ 2; 3; 4 1.5; 2; 3 2 2

d (cm) 11.9-38.5 80.0 40.0 110

ξ =

1.3-9.05 (1.5-1.5)

(1.5-3.0)

(3.0-7.5)

1.90-2.65 1.05-3.05

Ho (cm) 4.9-17.5 - 5.0-12.0 6.0-24.7

T (s) 1.02-1.74 - 0.80-1.20 0.83-1.43

Lo (cm) 162-472 - 99.0-225 107-319

So 0.030-0.037 0.008-0.060 0.0053-0.050 0.056-0.077

Struktur Riprap Rock Breakwater

(armor)

Rock

0.55 0.5-0.6 0.45 0.55

Tabel 2. Matrix perbandingan parameter pengujian runup gelombang

Parameter Klabbers, 2003 Tom Bruce, 2006

Janaka, 2008

Cot θ 1.5 1.5 2

d (cm) 60 27.5 (2.5Hs) 92.0-104.5

Hs (cm) 14 11 10.3-29.6

T (s) 1.59-3.15 2 0.93-1.63

Rc/Hs 1.78; 1.60; 1.42; 1.07

1.3 0.74-0.94

So 0.02 0.04 0.06

Rc(cm) 15; 20; 22.5; 25 14.3 (1.3Hs) 9.7-22.2

Struktur Xbloc, Tetrapod Rock Rock

0.45 0.55 0.55

Tabel 3. Matrix perbandingan parameter pengujian overtopping

ANALISA DAN PEMBAHASAN

ANALISA RUNUP Gambar di bawah ini merupakan karakteristik

sebaran data gabungan dari tipa-tiap formula runupgelombang.

Gambar 4. Karakteristik perbandingan sebaran data runup gelombang

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0

Ru2

%/H

s

Irribaren number, ξ

Ahrens&H, 1988VDM&S, 1992Shankar, 2002Janaka, 2008

Gambar di atas merupakan hasil dari gabungan seluruh data percobaan dari tiap-tiap formula. Dari gabungan data tersebut memungkinkan sekali untuk mendapatkan suatu persamaan regresi baru yang mencakup seluruh data.

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0

Ru2

%?H

s

Irribaren number, ξ

Gambar 5. Sebaran keseluruhan data gabungan runup

PERBANDINGAN FORMULA RUNUP

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0

Ru2

%/H

s

Irribaren number, ξ

Form.1 Form.2a Form.2b Form.2c Form.3 Form.4a Form.4b Form.baru

Gambar 6. Perbandingan formula runup

Analisa perbandingan tiap-tiap formula runup untuk menentukan formula mana yang lebih reliable/handal yaitu menggunakan perhitungan error dengan metode Root Mean Square Error (RMSE). Dimana formula dengan RMSE terkecil (mendekati nol) berarti merupakan formula yang paling handal dibandingkan dengan formula yang lain.

Formula RMSE

1. Ahrens dan Heimbaugh, 1988 0.571

2. Van Der Meer dan Stam, 1992 0.416

3. Shankar, 2002 1.407

4. Janaka, 2008 1.232

Tabel 3. Perbandingan RMSE tiap-tiap formula

ANALISA REGRESI RUNUP GELOMBANG

Gambar diatas memperlihatkan suatu regresi baru runup gelombang hasil dari gabungan seluruh data dari keempat formula yaitu formula milik Ahrens & Heimbaugh, Van Der Meer & Stam, Shankar serta formula milik Janaka. Dari hasil analisa regresi didapatkan nilai dari koefisien determinasi r² adalah 0.759 dan nilai RMSE untuk formula baru ini adalah 0.263

y = 0.875x0.539

R² = 0.759

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0

Ru2

%/H

s

Irribaren number, ξ

Gambar 7. Persamaan regresi

baru runup gelombang

Pengaruh kemiringan terhadap runupGam bar di bawah ini menunjukkan pengaruh kemiringan terhadap nilai runup gelombang. Terlihat bahwa semakin tinggi nilai dari tan α, maka nilai dari runup gelombang pun akan semakin tinggi. Pengaruh kemiringan terhadap nilai runup gelombang ini terdistribusi secara linear.

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

Ru2

%/H

s

Kemiringan/Slope

Gambar 9.Pengaruh kemiringan struktur

terhadap runup gelombang

Pengaruh Wave Steepness Terhadap Runup Gambar dibawah ini menunjukkan pengaruh wave

steepness terhadap nilai runup gelombang. Terlihat bahwa semakin basar nilai dari So maka nilai runup gelombang semakin kecil.

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09

Ru2

%/H

s

Wave steepness, S0

Gambar 10. Pengaruh wave steepnessterhadap runup

gelombang

ANALISA OVERTOPPING Karakteristik Data Overtopping

Gambar dibawah ini menunjukkan karakteristik sebaran data gabungan dari tipa-tiap formula overtopping. Hubungan ini menyatakan bahwa dimensional overtopping merupakan fungsi dari dimensional crest height (Rc).

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

Rel

ativ

e ov

erto

ppin

g di

scha

rge

q/(g

Hm

0^3)

^0.5

(-)

Relative freeboard (Rc/Hm0) (-)

Klabbers, 2003Tom Bruce, 2006Janaka, 2008

Gambar 11. Perbandingan sebaran data overtopping

Gambar di bawah ini merupakan hasil dari gebungan seluruh data percobaan dari tiap-tiap formula. Dari gabungan data tersebut memungkinkan sekali untuk mendapatkan suatu persamaan regresi baru yang mencakup seluruh data

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

Rel

ativ

e ov

erto

ppin

g di

scha

rge

q/(g

Hm

0^3)

^0.5

(-)

Relative freeboard (Rc/Hm0) (-)

Gambar 12. Sebaran keseluruhan data

overtopping

PERBANDINGAN FORMULA OVERTOPPING

0.00000

0.01000

0.02000

0.03000

0.04000

0.05000

0.06000

0.07000

0.08000

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00Rel

ativ

e ov

erto

ppin

g di

scha

rge

q/(g

Hm

0^3)

^0.5

(-)

Relative freeboard (Rc/Hm0) (-)

Klabbers,2003 Tom Bruce,2006 Janaka,2008 Form.Baru

Gambar 13. Perbandingan formula

overtopping

Dibawah ini disajikan ringkasan hasil perhitungan RMSE untuk tiap-tiap formula overtopping.

Formula RMSE

1. Klabbers, 2003 0.009887

2. Tom Bruce, 2006 0.007478

3. Janaka J. Wijetunge, 2008 0.009886

Tabel 4. Perbandingan koefisien korelasi tiap-tiap formula

ANALISA REGRESI OVERTOPPING

Gambar di atas menunjukkan suatu formula baru overtoppinghasil dari gabungan seluruh data dari ketiga formula diatas sebagai pembanding. Di dapatkan nilai dari koefisien determinasi r² adalah 0.803. Analisa perhitungan RMSE untuk formula ini adalah 0.0054

y = 0.091e-2.33x

R² = 0.803

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

Rel

ativ

e ov

erto

ppin

g di

scha

rge

q/(g

Hm

0^3)

^0.5

(-)

Relative freeboard (Rc/Hm0) (-)

Gambar 14 Persamaan regresi baru overtopping

Pengaruh Crest Height (Rc) Terhadap Overtopping

Gambar dibawah ini merupakan pengaruh dari crest height (Rc) terhadap nilai dari overtopping. Terlihat bahwa semakin tinggi nilai dari Rc maka nilai dari dimensi overtopping semakin kecil.

0

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

0.007

0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3

Rel

ativ

e ov

erto

ppin

g di

scha

rge

q/(g

Hm

0^3)

^0.5

(-)

Crest Height, Rc (m)

Gambar 16 Pengaruh crest

height (Rc) terhadap

overtopping

KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan1. Hubungan tiap-tiap formula runup yaitu

bahwa parameter Runup gelombang ( ) merupakan fungsi dari parameter gelombangpercah/irribarren number (ξ), sedangkanirribarren number itu sendiri merupakanfungsi dari kemiringan struktur dan wave steepness (So). Sedangkan untuk overtopping, tiap-tiap formula menyatakan hubunganantara dimensi overtopping ( ) merupakan fungsi dari Crest Height ( ).

2. Perbandingan untuk tiap-tiap formula runupdapat dilihat dari nilai RMSE-nya, hal ini sekaligus dapat menjelaskan performa dari formula tersebut dimana nilai RMSE yang mendekati nol adalah formula yang paling reliable/handal dibandingkan dengan formula lainnya.

a) Untuk formula runup pada gelombang irregular dan struktur dasar kasar diperoleh formula yang lebih reliable/handal yaitu formula dari Van Der Meer dan Stam tahun 1992 dengan nilai RMSE sebesar 0.416 disusul kemudian formula dari Ahrens dan Heimbaugh, Janaka, Shankar dengan nilai RMSE masing-masing 0.571, 1.232, dan 1.407

b) Untuk formula overtopping pada gelombangirregular dan struktur dasar kasar diperolehformula yang lebih reliable/handal yaituformula dari Tom Bruce 2006 dengan nilaiRMSE sebesar 0.007478 disusul kemudianformula dari Janaka J. Wijetunge 2008 dengan nilai RMSE 0.009886 dan formula dari Klabbers 2003 dengan nilai RMSE sebesar 0.009887

Saran1. Perlunya data mentah pengujian runup dan

overtopping guna mengurangi tingkat errorpengumpulan data dan perhitungan.

2. Metode perbandingan untuk mendapatkanformula yang reliable/handal dapat dilakukandengan menggunakan metode lain selainmetode RMSE.

DAFTAR PUSTAKA Ahrens, J. P., and Heimbaugh, M. S. 1988. Approximate upper limit of

irregular wave runup on riprap, Technical Report CERC-88-5, U.S. Army Engineer Waterways Experiment Station, Coastal Engineering Research Center, Vicksburg, MS

Ahrens J.P., Heimbaugh M.S., Irregular wave runup on riprap revetments, Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering, Vol. 114, No. 4, July, 1988

Algifari, (2000)., Analisis Regresi, BPFE Yogyakarta

Battjes J.A. (1974). Computation of set-up, longshore currents, run-up and overtopping due to wind-generated waves, Report 74-2, Committee on Hydraulics, Department of Civil Engineering, Delft University of Technology, Delft, the Netherlands

Bruce, T.,2006, A comparison of overtopping performance of different rubble mound breakwater armour, Abstract number 1705, School of Engineering & Electronics, University of Edinburgh, King’s Buildings, Edinburgh, EH9 3JL, UK

Coastal Engineering Research Centre, U.S. Army (2002). Coastal Engineering Manual, The U.S. Government Printing Office, Washington D.C.

Cui, J., 2004, Experimental Research of Wave Overtopping on a Breakwater With Concrete Armour Units, Delf Marine Consultans, Netherlands

Djatmiko, E.B., 2003, Prilaku Bangunan Apung di Atas Gelombang, Jurusan Teknik Kelautan ITS, Surabaya

Headquarters, U.S. Army Corp of Engineers, 2001, Coastal Engineering Manual, EM 1110-2-1100, Washington, DC

Herbich, B.J., 1999, Handbook of Coastal Engineering, Mc Graw-Hill, United State

Hughes, S.A., 2005, Estimating Irregular Wave Runup on Rough, Impermeable Slope, ERDC/CHL CHETN-111-70, U.S. Army Engineer

Janaka J. Wijetunge, 2008, Wave run-up and overtopping over smooth and rock slopes of coastal structures without crown walls, J.Natn.Sci.Foundation, Srilanka

Reeve, D., Chadwick, A., and Fleming, C., 2004, Coastal Engineering: Processes, Theory and Design Practice, Spon Press, New York

Shankar, N.J., and Jayaratne, M.P.R., 2002, Wave Runup and Overtopping on Smooth and Rough Slopes of Coastal Structure, Coastal Engineering, Elsevier, 30 (2003), 221-238

Suharyadi dan Purwanto, 2004, Statistika Untuk Ekonomi dan Keuangan Moderen, Salemba Empat,Jakarta

Van Der Meer, J.W., Wave Run-up and Overtopping, (Chapter-8), A.R. Ensechede

Van Der Meer, J. W., and Stam, C. M. (1992). Wave runup on smooth and rough slopes of coastal structures, Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering, American Society of Civil Engineers, 118(5), 534-550.

Walpole, E. Ronald, 1995, Pengantar Statistika, Edisi-3, PT Gramedia,

Jakarta