Struktur Pantai
Rigid Vertical-Faced Structures
Pendahuluan Terdapat erdapat beberap beberapa a coastal coastal structur structures es menggunak menggunakan an rigid rigid verti vertica call face face dalam dalam menaha menahan n serang serangan an gelom gelomban bang, g, yaitu yaitu caiss caissons ons,, yang yang berbaha berbahan n baja, baja, beton beton dan kombin ombinasi asiny nya. a. Aspe Aspek k penti enting ng dalam alam per perencan ncanaa aan n struk truktu turr tip tipe ini ini adal dalah beban beban gelom gelomban bang. g. Sesuai Sesuai kedalam edalaman an laut, laut, ter terdap dapat at 3 kemu kemungk ngkin inan: an: 1. Apabila struktur dipasang pada kedalaman yang cukup dalam, dalam, maka maka gelom gelomban bang g data datang ng akan akan dipan dipantul tulka kan, n, maka maka terjadi standing wave di depan struktur. 2. Apa Apabil bila kedal edalam ama an rela elatif tif dang dangk kal, al, mak maka gelom lombang ang peca pecah h tepa tepatt di dep depan an struk truktu turr 3. Apabil Apabila a dipa dipasan sang g di di keda kedalam laman an dangk dangkal, al, gelom gelomban bang g telah telah peca pecah h sebe sebelu lum m menc mencap apai ai stru strukt ktur ur..
Pendahuluan Terdapat erdapat beberap beberapa a coastal coastal structur structures es menggunak menggunakan an rigid rigid verti vertica call face face dalam dalam menaha menahan n serang serangan an gelom gelomban bang, g, yaitu yaitu caiss caissons ons,, yang yang berbaha berbahan n baja, baja, beton beton dan kombin ombinasi asiny nya. a. Aspe Aspek k penti enting ng dalam alam per perencan ncanaa aan n struk truktu turr tip tipe ini ini adal dalah beban beban gelom gelomban bang. g. Sesuai Sesuai kedalam edalaman an laut, laut, ter terdap dapat at 3 kemu kemungk ngkin inan: an: 1. Apabila struktur dipasang pada kedalaman yang cukup dalam, dalam, maka maka gelom gelomban bang g data datang ng akan akan dipan dipantul tulka kan, n, maka maka terjadi standing wave di depan struktur. 2. Apa Apabil bila kedal edalam ama an rela elatif tif dang dangk kal, al, mak maka gelom lombang ang peca pecah h tepa tepatt di dep depan an struk truktu turr 3. Apabil Apabila a dipa dipasan sang g di di keda kedalam laman an dangk dangkal, al, gelom gelomban bang g telah telah peca pecah h sebe sebelu lum m menc mencap apai ai stru strukt ktur ur..
Pendahuluan
Karakteristik breakwater sisi tegak: 1. memantul memantulkan kan gelombang, gelombang, sehingga sehingga menyeb menyebabk abkan an gelombang stasioner (klapotis klapotis = gabungan gabungan gelombang gelombang datang dan pantul) 2. Tinggi Tinggi gelom gelombang bang klapotis klapotis bisa bisa mencapai mencapai dua kali kali tinggi tinggi gelombang datang, sehingga tinggi freeboard (puncak breakwater thd muka air laut) tidak boleh kurang dari 11/3 11/3 – 1½ kali kali tinggi tinggi gelo gelomba mbang ng data datang ng 3. Lebar bangunan bangunan tidak tidak boleh boleh kura kurang ng dari dari ¾ tingginy tingginya, a, kedalaman ideal untuk breakwater sisi tegak sekitar 15 – 20 meter, apabila kedalaman laut >20 meter, breakwater sisi tegak diletakkan di atas breakwater Rubble Mound (disebut Composite BW)
Kondi ondisi si yang ang menj menjad adii perh perhat atia ian n pada pada brea breakw kwat ater er sis sisii teg tegak Tinggi gi gelo gelomb mban ang g Ting
maks maksim imum um renc rencan ana a haru haruss dipe diperh rhit itun ung gan secara secara benar, benar, karena breakwater sisi sisi teg tegak rent entan terh terhad adap ap guling
Tinggi ggi Tin
dindi nding haru haruss cukup ukup untuk tuk mena menaha han n fenom nomena ena klapotis, ini ini berh berhub ubun ung gan deng dengan an overtopping, berp berpen eng garuh aruh terh terhad adap ap ting tinggi gi gelo gelomb mban ang g di dala dalam m basi basin n
Karen arena a
brea breakw kwat ater er sisi sisi teg tegak meru merupa pak kan stru strukt ktur ur “lan “langs gsin ing” g”,, pond pondas asii haru haruss kuat uat dan dan tahan ahan terh terhad adap ap eros erosi/ i/ab abrrasi, asi, dan dan tida tidak k bole boleh h terj terjad adii teg tegang angan tarik arik pada pada pondasi.
Yang perlu dipertimbangkan dipertimbangkan dalam dalam perencanaan Model Model Kerun Keruntuh tuhan an Menye Menyelur luruh uh (Overall Failure Modes)
Yang perlu dipertimbangkan dalam perencanaan Model Keruntuhan Lokal (Local Failure Modes)
Bagaimana menentukan tinggi struktur ? Pada struktur pengaman pantai, elevasi struktur merupakan faktor penting untuk menjaga performance struktur tersebut. Untuk menentukan tinggi pemecah gelombang, faktor yang menjadi pertimbangan: 1. Maksimum water level 2. Penurunan tanah akibat struktur 3. Freeboard 4. Gelombang run-up 5. overtopping
Faktor yang dipertimbangkan pada penentuan elevasi struktur pantai
ANALISA GAYA GELOMBANG PADA DINDING TEGAK
Gaya pada dinding vertikal Distribusi tekanan hidrodinamis pada dinding vertikal terdiri dua komponen, yaitu: 1. Tekanan hidrostatis sesuai dengan kedalaman air pada dinding 2. Tekanan hidrodinamis sesuai percepatan partikel air. Dalam satu gelombang, tekanan hidrodinamis merupakan integrasi (penggabungan) distribusi tekanan pada dinding antara kondisi minimum (pada lembah gelombang) dengan kondisi maksimum, (pada puncak gelombang).
Terdapat dua komponen tekanan:
Tekanan hidrostatis (tekanan air diam pada dinding)
Tekanan hidrodinamis (akibat percepatan partikel air)
Analisa gaya vertikal pada dinding
Gelombang yang digunakan untuk menentukan tekanan gelombang rencana Tinggi gelombang rencana HD dan panjang gelombang rencana, L merupakan tinggi dan panjang gelombang tertinggi. Panjang
gelombang rencana berhubungan dengan periode gelombang signifikan
Tinggi
gelombang rencana ditentukan sesuai dengan breaking zone, yaitu:
a. Posisi dinding tegak berlokasi di luar breaking zone b. Posisi dinding tegak berlokasi di dalam breaking zone
Tinggi gelombang rencana (HD) ditentukan sebagai berikut: Apabila posisi dinding tegak berlokasi di luar breaking zone HD
= Hmax (tinggi gelombang maksimum)
Hmax
= 1,8 x (H1/3) (Goda, 1985)
dimana: Hmax : Tinggi gelombang tertinggi sesuai kedalaman pada posisi dinding breakwater (meter) H1/3 : Tinggi gelombang signifikan sesuai dengan kedalaman pada posisi dinding breakwater
Apabila posisi dinding tegak berlokasi di dalam breaking zone HD merupakan tinggi gelombang maksimum sesuai kriteria gelombang pecah pada gelombang irregular (meter) pada jarak 5 x Hs ke arah laut.
Kondisi Standing wave
Struktur pada posisi gelombang sebelum pecah
1. Limpasan (overtopping) memotong distribusi tekanan,
sehingga mengurangi tekanan pada dinding dan momen 2. Apabila limpasan (overtopping) diijinkan, dapat menyebabkan
efek kolam dan jenuh air pada timbunan di belakang dinding, apabila di belakang dinding berupa timbunan tanah.
Kondisi breaking wave
Struktur pada posisi gelombang pecah
Breaking-wave Forces Apabila gelombang pecah tepat pada dinding vertikal, terjadi gaya dinamis berupa gaya impact (tabrakan) pada struktur, gaya ini terjadi pada posisi sekitar swl (still water level ). Gaya hempasan gelombang pada struktur menyebabkan intensitas tekanan sangat tinggi, namun dalam waktu sangat cepat (< 0,001 s). Goda (1985) memberikan perumusan semi empiris untuk menghitung gaya gelombang pecah pada struktur vertikal, seperti disajikan pada Gambar di bawah ini.
Sea side
Harbour side
Distribusi gaya gelombang yang bekerja pada struktur breakwater dinding tegak (composite breakwater )
Geometris struktur Simbol
Keterangan
η*
Tinggi di atas SWL (still water level ) sampai titik yang mempunyai tekanan gelombang sama dengan nol (meter).
hs
Kedalaman air di kaki struktur (meter)
d
Kedalaman air pada posisi puncak rubble mound (meter)
h’
Kedalaman pada dinding tegak (meter)
hc
Tinggi struktur di atas SWL atau freeboard (meter),
hw
Tinggi dinding tegak breakwater
Bm
Lebar berm
Sea side
Harbour side
Distribusi gaya gelombang yang bekerja pada struktur breakwater dinding tegak (composite breakwater )
Gaya yang bekerja pada struktur Simbol
Keterangan
p1
Tekanan gelombang pada posisi SWL (still water level ) (kN/m2)
p2
Tekanan gelombang pada puncak struktur (kN/m2)
p3
Tekanan gelombang pada kaki dinding tegak (kN/m2)
pu
Tekanan uplift pada kaki struktur (kN/m2)
Simbol
Keterangan
L
Panjang gelombang pada kedalaman h (meter) Catatan:
Panjang gelombang ini diambil pada kedalaman h b yang sesuai dengan gelombang signifikan. HDesign
Tinggi gelombang design (tinggi gelombang rencana) (meter) Catatan:
Tinggi gelombang rencana merupakan keadaan tinggi gelombang terbesar di lokasi tersebut di depan breakwater. Goda (1985) menyarankan sebesar 1,8 Hs atau H 1/250. Apabila breakwater diletakkan pada lokasi di dalam surf zone, Hdesign merupakan diambil gelombang pecah terbesar pada jarak 5Hs ke arah laut.
Parameter: Simbol
Keterangan
ρw
Densiti air (ton/m3) atau (kg/m3)
g
Percepatan gravitasi (m2/detik)
β
Sudut antara garis normal dinding tegak dan arah gelombang. Sudut tersebut harus direduksi 15o, namun resultane sudut tersebut tidak boleh kurang dari 0o.
λ1, λ2
Faktor modifikasi tekanan gelombang, standard nilai 1,0
Cara menentukan sudut β
Nilai η*:
0,75 1 cos β λ 1 H D Nilai p1: η*
p1
0,50 1 cos β
Nilai HD diambil dari nilai (a, b) yang paling kecil antara a dan b
α1 λ 1 α 2 λ 2 cos 2β ρ w g H D
Nilai p2: p 2
(1
hc η*
) p1
Nilai p3: p 3
α 3 p1
untuk η* h c
p 2
0
untuk η * h c
Nilai α1: 4π h s L α1 0,6 0,5 sinh 4π h s L
2
Nilai α2: α2
min
h b d H D 2 2d ; 3h b d H D
Nilai α3: α3
1
hw - hc hs
1 1 cosh 2π h s L
Nilai α2 diambil dari nilai (a, b) yang paling kecil antara a dan b hb = kedalaman air pada arah laut dengan jarak 5 hs dari dinding tegak
Uplift di bawah breakwater sisi tegak Gaya angkat (uplift) bekerja pada dasar dinding, gaya angkat mempunyai bentuk distribusi segitiga. Tekanan maksimum di kaki bagian depan, dinotasikan sebagai pu
p u
0,5 1 cos β λ 3 α 1 α 3 ρ w g H D
dimana: pu = gaya uplift yang bekerja pada kaki depan dinding (kN/m2) λ3 = faktor modifikasi gaya uplift (nilai standard 1,0)
ANALISA STABILITAS
Diagram Gaya
Gaya
Horisontal, FH
Gaya horisontal (gaya lateral) merupakan gaya hidrodinamis gelombang dan tekanan hidrostatis. Gaya ini ditahan oleh gaya penahan, yaitu gaya gesekan, merupakan gaya berat atau gaya vertikal dikalikan koefisien gesek. Gaya Berat (W)
Gaya apung (FB) dan gaya uplift (F U) yang dibentuk oleh gaya hidrodinamis gelombang ditahan oleh struktur berat (W)
Faktor Friction Ultimate
(Navfac, 1986)
MODEL KERUNTUHAN
Model Keruntuhan Geser (Sliding): Keruntuhan sliding (geser) terjadi apabila F H > FR FH
FR
dimana : FR
μ F N μ W FB FU
FN = W – FB - FU FN = FG - FU
Model Keruntuhan Guling (Overturning): Keruntuhan guling (overturning) terjadi apabila MH > MR M H M R dimana : MH
FH d H ; M R M G - M U MH adalah momen akibat gaya horisontal (penggerak) MR adalah momen akibat gaya penahan, MR = MG - MU
Kontrol daya dukung tanah Keruntuhan daya dukung (bearing capacity ) terjadi apabila: Kapasitas daya dukung tanah terlampaui oleh beban vertikal struktur dan oleh beban momen. Perhitungan dengan cara statis seperti pada mk Pondasi:
q
W FB Bx L
MH 1 B
2 W FB I
Bx L
MH S
Sesuai gambar disamping, titik mana yang mempunyai nilai qmaks dan nilai q min?
qmaks
qmaks ≤ qizin daya dukung tanah qmin tidak boleh mempunyai nilai negatif, terjadi tarik
Faktor Keamanan (Safety Factors)
Faktor Keamanan Geser (FSSliding): Faktor keamanan sliding menjamin bahwa gaya horisontal (FH) tidak melampaui nilai kekuatan gesek (FR), Jadi: SFsliding
FR FH
SFsliding
μ W FB FU FH
μ FG FU FH
Faktor Keamanan Guling (FSoverturning): Faktor keamanan overturning menjamin bahwa momen akibat gaya horisontal (MH) tidak melampaui nilai momen penahan akibat gaya gesekan (MR), Jadi: SFoverturning
MR MH
SFoverturning
MG MU MH
Perhitungan Gaya
Skema Gaya:
Gaya Apung (Bouyant Weight ) (FG): W γ' h w B; h w
h c h'
γ h' B FG W - FB γ' h w γ h' B FB
’ = berat volume kaison = berat volume air
Uplift Force (FU): FU
1 2 p u B
Horisontal Force (FH): FH
1 2 p1 p 2 h C 1 2 p1 p3 h'
Menentukan lebar breakwater (B): FG B
FU B
γ' h w γ h'
1 p 2 U
Apabila Faktor Keamanan sliding (SFsliding) diketahui: μ FG FU μ FG B FU B SFsliding FH
FH B
disusun kembali persamaan di atas sehingga diperoleh nilai B: B
SFsliding FH μ FG B FU B
Langkah: 1. Tentukan tinggi breakwater, hw 2. Hitung FH, FG dan FU 3. Apabila SF ditentukan, hitung nilai B 4. Kontrol terhadap stabilitas guling
Skema Momen: Momen dihitung terhadap tumit (harbour side)
dG = ½ B dU = 2/3 B Momen Penahan: MG
FG d G 1 2 γ' h w - γ h' B2
MU
FU d U 1 2 p U 2 3 B
M R M U M R 1
1 p B2 3 U
MG
2 2 γ' h w γh'B 1 p U B 2 3
Momen Gaya Horisontal (MH): Momen akibat gaya horisontal (gelombang): M1 p 2 h c h'1/2 h c p 2 h c h'1/2 h c2
1 2 p1 - p 2 h c h'1/3 h c 1 2 p1 - p 2 h c h'1/3 h c2 M 3 1 2 p1 - p 3 h' 2/3 h' 1 3 p1 - p 3 h'2 M 4 p 3 h' 1/2 h' 1 2 p 3h'2 M2
Semua momen dijumlahkan, diperoleh:
M M M M M M p h h'1/2 h 1 2 p - p h 1
2
2
2 c
c
M 1 6 h
3
2 c
4
1
2
c
h'1/3 h c2 1 3 p1 - p3 h'2 1 2 p 3h'2
p1 2p 2 1 2 p1 p 2 h c h' 1 6 h'2 2p1 p 3
Momen Gaya Horisontal (MH): Momen Penahan (M R): M R M G - M U M R 1 2 γ' h w
γ h'B2 1 3 p U B2
Momen Penggerak (MH): MH 1 6 hc2 p1 2p2 1 2 p1 p2 hch'1 6 h'2 2p1 p3
SFoverturning
M R MH
