kuliah 4-plb_gelombang.pdf
TRANSCRIPT
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
1/42
PelabuhanKuliah 4
Assalamualaikum Wr. Wb.
Gelombang
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
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
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
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
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
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
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
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
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
6/42
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
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
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
8/42
5. Komponen-komponenperhitungan dalam TeoriGelombang Airy(2)
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
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
9/42
5. Komponen-komponenperhitungan dalam TeoriGelombang Airy(3)
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
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
10/42
5. Komponen-komponenperhitungan dalam TeoriGelombang Airy(4)
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:
a. Cepat rambat b. Panjang gelombang
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
a. Cepat rambat b. Panjang gelombang
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
11/42
1. Komponen-komponenperhitungan dalam TeoriGelombang Airy(5)
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:
a. Cepat rambat b. Panjang gelombang
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
a. Cepat rambat b. Panjang gelombang
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
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
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
13/42
2. Refraksi Gelombang (2)
Refraksi gelombang pada kontur lurus dan sejajar
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
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
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
15/42
3.Difraksi Gelombang (2)
Difraksi Gelombang di belakang rintangan
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
16/42
3.Difraksi Gelombang (3)
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
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
17/42
3.Difraksi Gelombang (4)
Gelombang datang membentuk sudut terhadap celah
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
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
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
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
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
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
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
21/42
5. Refleksi Gelombang(2)
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
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
22/42
5. Refleksi Gelombang (3)
Profil muka air didepan bangunan vertikal
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
23/42
5. Refleksi Gelombang(4)
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
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
24/42
5. Refleksi Gelombang (3)
Koefisien refleksi
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
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
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
26/42
6. Gelombang Pecah(2)
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
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
27/42
6. Gelombang Pecah(3)
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
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
28/42
6. Gelombang Pecah(4)
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
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
29/42
6. Gelombang Pecah(5)
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
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
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
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
31/42
7. Gelombang Alam(2)
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
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
32/42
7. Gelombang Alam(3)
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
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
33/42
7. Gelombang Alam(4)
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
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
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
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
35/42
8. Pembangkitan Gelombang(2)
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
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
36/42
8. Pembangkitan Gelombang(3)
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
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
37/42
8. Pembangkitan Gelombang(4)
Hubungan antara kecepatan angin di laut dan di darat
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
38/42
8. Pembangkitan Gelombang(5)
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
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
39/42
8. PembangkitanGelombang(4)
F e t c h
Fetch
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
40/42
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
41/42
-
8/18/2019 Kuliah 4-PLB_Gelombang.pdf
42/42
Wassalamualaikum Wr.Wb.