model 2d pengaruh gaya horizontal arus pada …

JURNAL GEOLOGI KELAUTAN Volume 9, No.2, Agustus 2011

97

MODEL 2D PENGARUH GAYA HORIZONTAL ARUSPADA PEMECAH GELOMBANG DI TPI PANCER JAWA TIMUR

Oleh:

F. Novico dan Sahudin

Pusat Penelitian dan Pengembangan Geologi Kelautan, Jl. Dr. Junjunan 236 Bandung, [email protected]

Diterima : 14-03-2011; Disetujui : 24-07-2011

SARI

Perencanaan pemecah gelombang yang baik seharusnya dilakukan tidak hanya denganmempertimbangkan aspek geologi dan geoteknik namun juga arus sebagai gaya horizontal yangbekerja pada pemecah gelombang. Berdasarkan desain pemecah gelombang pada penelitianterdahulu, maka dilakukan analisa pemodelan pemecah gelombang yang difokuskan pada parameterarus yang bekerja di struktur pemecah gelombang. Kecepatan arus ditransformasikan menjadi gayahorizontal untuk masing-masing skenario model, dimana model dibuat dalam bentuk dua dimensielemen terbatas dengan analisis linear elastis untuk setiap skenario model. Model telah dibuatdengan menerapkan 8 meter tinggi pemecah gelombang dan 1kN/m2 gaya horizontal untukdisimulasikan. Berdasarkan hasil yang didapatkan maka dapat diketahui bahwa perpindahan terbesaryang terjadi adalah sebesar 46,25 x 10-3 m. Sehingga gaya arus dapat dikatakan tidak menyebabkankeruntuhan atau perubahan yang besar pada struktur pemecah gelombang.

Kata Kunci: Gaya Arus, Pemecah Gelombang TPI Pancer, Plaxis V.8.2

ABSTRACT

Achieving a good design of a breakwater should be completed not only considering a geology andgeotechnical aspect but also calculating a current as horizontal force. Based on previous breakwaterdesign thus, it has been completed analysis of breakwater model where a model was created withconcentrate within current force on breakwater. Current velocity is transformed to horizontal force wheretwo dimension finite element and linear elastic model were applied for each model scenarios.

Model has been created within 8 meters high of breakwater and 1 kN/m2 of current force to besimulated. Based on the result, it can be seen the biggest displacement that occurred 46,25*10-3 m.Therefore, the breakwater does not have a big deformation or failure that caused by current force.

Keywords: Current forces, Breakwater, TPI Pancer, Plaxis V.8.2

PENDAHULUAN

Latar BelakangPenelitian rencana konstruksi pemecah

gelombang pada Tempat Pelelangan Ikan (TPI)Pancer-Jawa Timur (Gambar 1) terhadappenurunan akibat berat pemecah gelombangtelah dilakukan oleh Novico dan Geurhaneu

(2010). Berdasarkan hasil tersebut dapatdiketahui bahwa dimensi rencana pemecahgelombang cukup aman diletakkan pada bagianbarat Teluk Pancamaya. Kondisi sedimen dasarpada sekitar lokasi secara umum merupakansedimen yang bersifat non kohesif, Novico danGeurhaneu 2010. Berdasarkan penelitian

JURNAL GEOLOGI KELAUTANVolume 9, No.2, Agustus 2011

98

tersebut dihasilkan nilai penurunan sebesar72,77*10-3 m. PLAXIS versi 8.2 merupakansoftware pemodelan geoteknik yang sangatumum digunakan dalam dunia perancangansruktur yang berhubungan dengan tanah.

Hasil penelitian oleh Novico dkk (2006)tentang perencanaan pemecah gelombang batusisi miring dan juga analisis penurunan pemecahgelombang yang dibuat oleh Novico danGeurhaneu (2010), tentang penurunan sedimenpermukaan laut akibat beban pemecahgelombang dengan software PLAXIS versi 8.2telah dilakukan. Makalah ini akan membahasmasalah yang lebih detail mengenai pengaruharus yang bekerja pada tubuh pemecahgelombang sehingga dapat diketahui besarnyaperpindahan yang terjadi pada rencana pemecahgelombang tersebut.

Tujuan PenelitianTujuan dari penelitian ini adalah untuk

mengetahui perpindahan pemecah gelombangakibat arus dengan melakukan pemodelansederhana elemen terbatas menggunakansoftware PLAXIS versi 8.2 (2002).

Permasalahan dan BatasanDalam penelitian ini, gaya horizontal

didapatkan dari transformasi nilai kecepatanarus, dengan asumsi penggunaan formulatransformasi yang terdapat dalam Tomlinson danWoodward (2008) dapat dipergunakan.

Kecepatan ArusPengukuran arus dilakukan pada lokasi

sekitar rencana pemecah gelombang yaitu dikoordinat 113°59’58” dan 08°35’35” denganmenggunakan alat current meter pada tigakedalaman berbeda yaitu 6 m (arus permukaan),18 m (arus menengah) dan 24 m , dimana 24meter dianggap arus dalam.

Kecepatan arus didapatkan dari hasil survey(PPPGL, Novico, F., Sahudin., Usman, E.,Hartono., Latuputy, G., Geurhaneu, N.Y.,Harkins, F.X., 2004). Berdasarkan hasil surveytersebut dapat diketahui bahwa kecepatan aruspermukaan berkisar antara 0,01 – 0,49 m/detikdengan arah dominan pada saat surutmenunjukkan arah relatif ke baratdaya dan padasaat slack (surut terendah) arah arus relatif ketenggara, sedangkan pada saat pasang

Gambar 1. Lokasi Rencana Pemecah Gelombang (Google Earth, 10 Maret 2006)


99

memperlihatkan arah utara relatif timurlautkemudian berbelok kearah utara pada saat slack(pasang tertinggi). Kondisi kecepatan arusmenengah berkisar antara 0,02 – 0,20 m/detikdengan arah dominan yang berubah-ubah. Padasaat surut arus masih relatif menunjukkan arahbaratdaya dan pada saat slack (surut terendah)berbelok ke arah timurlaut, sedangkan pada saatpasang memperlihatkan arah ke timur laut danpada saat slack (pasang tertinggi) arah arus kebarat daya. Kondisi kecepatan arus dalam antara0,01 – 0,32 m/det dengan arah yang hampir samadengan kondisi arus menengah.

Morfologi permukaan dasar laut pada arealsekitar rencana pemecah gelombang merupakandaerah yang landai. Pada daerah tersebutkedalaman dasar laut kurang dari 30 m namunpada daerah di luar teluk kondisi morfologisangat curam dengan kedalaman lebih dari 100m.

METODEMetode analisis perpindahan pada model

pemecah gelombang menggunakan metodeelemen terbatas dengan analisis linear elastis.Metode tersebut dilakukan denganmenggunakan software PLAXIS versi 8.2Kondisi ini tepat diaplikasikan untuk kondisistruktur tidak berpori pada lapisan tanah yangbersifat teraliri (drain).

PEMODELANAnalisis pemodelan diawali dengan

memasukkan parameter pemecah gelombang,tanah dan kecepatan arus di dalam modelkemudian dilakukan dengan pembuatan skenariountuk pembangunan pemecah gelombang danterakhir adalah analisis hasil, seperti terlihatpada bagan alir pemodelan (Gambar 2). Dimensimodel pemecah gelombang disamakan denganmodel sebelumnya yang telah dibuat olehNovico dan Geurhaneu, 2010. Pada modeltersebut dapat diketahui bahwa ketinggian

Gambar 2. Diagram alir pemodelan


100

pemecah gelombang adalah 8 meter daripermukaan dasar laut terdalam (Gambar 3).Kondisi air laut tertinggi yang direncanakanpada pemecah gelombang adalah 6.meter.Aplikasi model dilakukan tiap 1 meter ketebalanpemecah gelombang dengan asumsi pelaksanaankonstruksi pemecah gelombang tiap 1 metertinggi (Novico dan Geurhaneu, 2010).

Seperti diterangkan pada paragrafsebelumnya bahwa analisis model dilakukanmenggunakan metode linear elastis. Kondisitersebut dilakukan berdasarkan padapendekatan Hukum Hooke sebagai berikut;

Pada kondisi elastis, dua parameter yangdigunakan adalah Young’s modulus (E) dan rasiopoisson efektif, ν’. Hubungan antara nilaiYoung’s modulus (E) dan beberapa nilai moduluskekakuan, seperti nilai modulus kekakuan geser(G), modulus kekakuan terbesar (K) danmodulus oedometer (Eoed) diberikan seperti dibawah (Brinkgreve, R B J et al, 2003);

Selanjutnya Giroud (1972) serta Poulos andDavis (1974) menjelaskan tentang solusielastisitas. Penggunaan model linear elastisuntuk perhitungan material sangat tepatdigunakan untuk memodelkan perilaku daristruktur yang memiliki kekuatan sangat tinggidibandingkan kekuatan tanah dan biasanyadigunakan bersamaan dengan jenis materialtidak berpori untuk menghilangkan tekanan air

pori dari elemen-elemen struktur tersebut.Dimensi pemecah gelombang yang dibuatmenggunakan dimensi pemecah gelombangyang telah dibuat sebelumnya oleh Novico danGeurhaneu (2010) seperti dapat dilihat padaTabel 1, dimana ukuran tersebut diaplikasikan didalam model.

Input data pada model, Tabel 1 dan Gambar2 diaplikasikan sesuai dengan rencana dimensipemecah gelombang (PPPGL, Novico, F.,Sahudin., Usman, E., Hartono., Latuputy, G.,Geurhaneu,N.Y., Harkins, F.X., 2004). Padamodel ini berat struktur pemecah gelombang

diasumsikan sama dengan berat jenis beton.Data lapisan tanah didapatkan dari contoh tanahtidak terganggu (undisturbed sample) yangdiambil pada lokasi pemboran dan diaplikasikanpada tiap lapisan tanah.

Arus laut diasumsikan sebagai gayahorizontal yang merupakan beban titik.Transformasi kecepatan arus menjadi gayahorizontal dilakukan dengan menggunakanformula :

F= 0,5*Cd*ρ*V2*A (Tomlinson dan Woodward, 2008).

Dimana;F = Gaya gesek (kN)Cd = Koefisien gaya gesek (berhubungan

dengan Reynolds Number) ρ = Berat Jenis Air (ton/m3) V = Kecepatan Arus (m/det)A = Area yang dilalui (m2)

Berdasarkan perhitungan menggunakanformula tersebut maka didapatkan nilai gayahorizontal akibat kecepatan arus maksimumadalah kurang dari 1 kN untuk itu, diasumsikan


101

nilai gaya horizontal yang digunakan pada modeladalah sebesar 1 kN/m2.

Model dua dimensi (2D) elemen terbatastelah dibuat seperti terlihat pada Gambar 3,(Novico dan Geurhaneu, 2010. Satuan ukurandalam model adalah meter dengan batasanketinggian model +8 hingga -20 dan lebarsepanjang 33 meter dari batas tertutup bagiankanan hingga kiri model. Parameter tanahdiambil berdasarkan hasil analisis laboratoriumgeoteknik, sementara parameter beton diambil

dari model yang telahdilakukan oleh Novico danGeurhaneu (2010) sepertitertera pada Tabel 2.Lapisan tanah dibagimenjadi tiga lapisanberbedayang didasarkanoleh hasil pengamatansampel terganggu (disturbedsample) dan hasilpengukuran StandarPenetration Test (SPT)PPPGL (2004).

Analisis model yang diaplikasikan padasoftware PLAXIS adalah dengan melakukanpenambahan gaya horizontal yang bekerja untuksetiap lapis pemecah gelombang yang dipasang.Gaya horizontal yang diterapkan selesai setelahpemasangan lapisan ke-6 dari tubuh pemecahgelombang dan dilanjutkan denganmenyelesaikan lapisan selanjutnya hinggaketinggian pemecah gelombang mencapai +8meter dari permukaan laut.

Tabel 1. Dimensi Pemecah gelombang

No Bagian Ukuran (m)1 Tinggi pemecah gelombang 8,002 Lebar puncak pemecah gelombang 3,003 Lebar dasar pemecah gelombang 11,004 Tinggi kaki pemecah gelombang 1,005 Lebar kaki pemecah gelombang 2,50

Gambar 3. Model finite element (hasil set up dari Plaxis)


102

HASIL DAN PEMBAHASAN

Perpindahan Total (Total Displacement)Seperti yang telah disampaikan pada

paragraf sebelumnya, bahwa gaya horizontalyang diasumsikan bekerja pada model ini adalahhasil transformasi kecepatan arus. Denganmemasukkan parameter kecepatan maksimumhasil penyelidikan lapangan, data berat jenis airlaut dan parameter tanah hasil uji laboratoriummaka dapat dibuat skenario pemodelan sepertipada Gambar 4A hingga Gambar 4G.

Masing-masing skenario dibuat denganasumsi pekerjaan pembangunan pemecahgelombang melalui tahapan-tahapan sepertiterdapat pada Tabel 3.

Berdasarkan hasil pemodelan maka dapatdiketahui total besarnya perubahan untuk

masing-masing tahapan kegiatan seperti yangterdapat pada Tabel 4.

Pada Tabel 4, terlihat jelas bahwa , tekananhorizontal yang terjadi akibat kecepatan arusuntuk tiap tahapan mulai dari tahap ke-1(Gambar 4A) hingga tahap ke-7 (Gambar. 4G)tidak banyak menimbulkan perubahan padatubuh pemecah gelombang, namun tetap sajamemberikan perubahan untuk posisi pemecahgelombang itu sendiri. Kondisi tubuh pemecahgelombang pada lapisan pertama (+1m)menunjukkan tekanan terpusat pada tubuhpemecah gelombang bagian tengah dan tanahbawah tubuh pemecah gelombang dan daerahpada jarak 6 meter dari kaki pemecahgelombang. Kondisi ini terus berlangsunghingga pemecah gelombang selesai dibangun,Gambar 4A-4F. Pusat displacement tersebar pada

Tabel 2. Input model

Parameter Name Unit Lapisan Tanah

Pemecah Gelombang

Material modelType of behaviour

Unit weight upper phreatic levelUnit weight below phreatic level

Horizontal permeabilityVertical permeability

Young’s modulusPoisson’s ratio Shear Modulus

ModelTypeγunsat γsat kx ky

Eref V G

--

kN/m3 kN/m3 m/daym/daykN/m2

-kN/m2

L. Elastic Undrained

18.0 20.11 1E-03 1E-03

1,3E+04 0.30 5000

L. ElasticNon Porous

24---

1,35E6

0,355E5

Tabel 3. Skenario Model

No Tahapan

Skenario Analisis

1 Lapisan 1m + 2Gaya Arus 2 Lapisan 2m + 3Gaya Arus 3 Lapisan 3m + 4Gaya Arus 4 Lapisan 4m + 5Gaya Arus 5 Lapisan 5m + 6Gaya Arus 6 Lapisan 6m + 7Gaya Arus 7 Lapisan 8m +7Gaya Arus


103

Gambar 4A. Model Deformasi Pemecah Gelombang (Tahap 1)

Gambar 4B. Model Deformasi Pemecah Gelombang (Tahap 2)


104

Gambar 4C. Model Deformasi Pemecah Gelombang (Tahap 3)

Gambar 4D. Model Deformasi Pemecah Gelombang (Tahap 4)


105

Gambar 4E. Model Deformasi Pemecah Gelombang (Tahap 5)

Gambar 4F. Model Deformasi Pemecah Gelombang (Tahap 6)


106

tubuh pemecah gelombang, terutama padabagian atas dan terus menurun ke arah bawah,Gambar 4G.

Gaya-gaya Pada Penampang A-A*Pada Sisi Luar Pemecah Gelombang

Setelah mengetahui total displacement padapemecah gelombang, maka untuk mendapatkangambaran yang lebih jelas tentang besarnyapengaruh gaya horizontal akibat kecepatan arus,maka dibuat penampang untuk sisi miring

pemecah gelombang bagian luar atau potonganA-A* (Gambar 5).

Pada penampang A-A*, dapat diketahuibahwa perpindahan vertikal memiliki nilai yanglebih besar dari pada perpindahan horizontal(Gambar 6). Dengan nilai 18,95*10-3m untukperpindahan vertikal dan 2,16*10-3m untukperpindahan horizontal, ini berarti strukturbangunan cukup kuat menahan gaya horizontalyang disebabkan oleh kecepatan arus.

Tabel 4. Total displacement

No Tahap Total displacement pada bagian melintang pemecah gelombang (meter)

1 Lapisan 1m + 2Gaya Arus (Gbr.4A) 6,42*10-3

2 Lapisan 2m + 3Gaya Arus (Gbr. 4B) 14,23*10-3

3 Lapisan 3m + 4Gaya Arus (Gbr. 4C) 20,87*10-3

4 Lapisan 4m + 5Gaya Arus (Gbr. 4D) 26,60*10-3

5 Lapisan 5m + 6Gaya Arus (Gbr. 4E) 31,52*10-3

6 Lapisan 6m + 7Gaya Arus (Gbr. 4F) 35,68*10-3

Gambar 5. Penampang pada sisi miring pemecah gelombang (penampang A-A*)


107

KESIMPULANKecepatan arus pada Teluk Pancamaya telah

ditransformasikan menjadi gaya horizontal yangdigunakan sebagai gaya yang bekerja pada modelelemen terbatas pemecah gelombang. Modelgeoteknik menggunakan software Plaxis versi 8untuk mengetahui gaya horizontal akibatkecepatan arus yang bekerja pada pemecahgelombang memberikan gambaran yang cukupbaik tentang besarnya perpindahan total yangterjadi. Dengan nilai total perpindahan 46,25*10-

3 m maka dapat dikatakan pengaruh gayahorizontal akibat kecepatan arus tidakmenyebabkan perubahan pada rencana pemecahgelombang. Nilai perubahan tersebut dapatdikatakan tidak menimbulkan perubahan berartidikarenakan perbandingan penurunan yangterjadi hanya 4.625 cm dengan tinggi totalpemecah gelombang sebesar 8 meter yangberarti penurunan yang terjadi hanya sebesar0.578% kurang dari 2.5%. Untuk penelitianselanjutnya disarankan perlu dibuat analisisdengan mengkombinasikan gaya-gaya yangmungkin bekerja pada pemecah gelombangseperti gaya horizontal dari gelombang ekstremdan gaya yang disebabkan oleh gempa bumi.

ACUANBrinkgreve, R B J et al. “PLAXIS Version 8.2

Material Models Manual.” 2003 : n. pag.Print.

Giroud, J.P., 1972. Tables pour le calcul desfoundations. Vol.1, Dunod, Paris.

PPPGL, Novico, F., Sahudin., Usman, E.,Hartono., Latuputy, G., Geurhaneu,N.Y.,Harkins, F.X., 2004. Penyelidikan AspekGeologi dan Geofisika PerairanBanyuwangi, Puslitbang Geologi Kelautan,Bandung. Laporan Intern. Tidakdipublikasi.

Novico, F. dan Geurhaneu, N.Y., 2010. ModelPenurunan Sedimen Permukaan DasarLaut Pada Dasar Rencana PemecahGelombang Di Teluk PancamayaBanyuwangi-Jawa Timur. Jurnal GeologiKelautan Volume 8, No.1, April 2010,Bandung.

Novico, F., Budiono.,K, dan Geurhaneu, N.Y.,2006. Pra Rencana Desain PemecahGelombang Sisi Miring (Batu Alam) PadaPelabuhan Ikan Pancer Banyuwangi.

a. Ekstrem Gaya Vertikal b. Ekstrem Gaya Horizontal

Gambar 6. Gaya yang bekerja pada sisi miring pemecah gelombang (penampang A-A*)


108

Jurnal Geologi Kelautan, Vol.4, No.2,Agustus 2006, Bandung.

Poulos, H.G. and E.H. Davis. 1974. ElasticSolutions for Soil and Rock Mechanics.John Wiley & Sons Inc., New York.

PLAXIS Versi 8.2, Geotechnical Software, 2002,Delft Netherlands.

Tomlinson, M.J. and J. Woodward. 2008. PileDesign and Construction Practice, NewYork.

model 2d pengaruh gaya horizontal arus pada …

Documents