Coastal Wave Transformation

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.





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





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)





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

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





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





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





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.





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





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





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,





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

http://www.armin-grewe.com/holiday/scot...king.jpg

http://www.armin-grewe.com/holiday/scot...king.jpg

Coastal Wave Transformation

Documents

Transcript of Coastal Wave Transformation