Download - Model Fisik Struktur Rubble Mound
-
8/17/2019 Model Fisik Struktur Rubble Mound
1/31
Rubble MoundModel Fisik Bangunan
Farhan H. Faishal A. M. Mujadid Layli R. Febriana D. Meita N.
-
8/17/2019 Model Fisik Struktur Rubble Mound
2/31
OutlinePersyaratan dalam Penskalaan
Struktur Rubble Mound
Model Laboratorium Rubble Mound dan Efek Skala
Efek Laboratorium
Efek Skala Viskositas
Transmisi Gelombang
Efek Skala Pantulan dan Transmisi
Efek Densitas Air
Efek Skala Friksi
Efek Skala Aerasi
-
8/17/2019 Model Fisik Struktur Rubble Mound
3/31
Persyaratan dalam Penskalaan
Permasalahan dalam kestabilan breakwater rubble mound mencakup
parameter yang cukup banyak. Parameter ini dibuat daftarnya oleh
Hudson,et al. (1979).
Kita dapat membuat suatu fungsi yang memuat semua parameter seperti
berikut
( ,H,L,h,,,,, , ,, ,,,)
-
8/17/2019 Model Fisik Struktur Rubble Mound
4/31
Persyaratan dalam Penskalaan
( ,H,L,h,,,,, , ,, ,,Δ,) Variabel yangberhubungandengan fungsi
gayahidrodinamikagelombang
Variabel yangberhubungandenganbouyancy dariunit armor
Variabel yang
berhubungan
dengan gaya
viskositasdan gaya
gesek
Variabel yangberhubungan
dengan
geometri
struktur
-
8/17/2019 Model Fisik Struktur Rubble Mound
5/31
Persyaratan dalam Penskalaan
(
,
,
,,,Δ,,
,
,
,
(),D) = 0
Persamaan matematis yang mewakiliperilaku struktur rubble mound ketikaterkena gelombang tidaklah diketahui,namun penentuan hubungan yang benar
haruslah dilakukan melalui analisisinspeksi dan dimensi
Salah satu kombinasi yangmemungkinkan untuk parameter di atassebagai serangkaian produk yang non
dimensional diberikan oleh Hudson, etal (1979) sebagai :
Persamaan di atas merupakan pernyataan non dimensi pada kasus stabilitasrubble mound
-
8/17/2019 Model Fisik Struktur Rubble Mound
6/31
Jika parameter persentase
kerusakan (D) adalah dependent
variable, dan parameter lainnya
adalah independent variable, maka
syarat keserupaan pada struktur
breakwater rubble mound adalah:
Persyaratan dalam Penskalaan
=
=
=
=
(β) = (β) (Δ) = (Δ) (θ) = (θ)
=
=
=
Akhirnya, diperoleh:
− =
−
Dengan :p = prototipe
m = model
-
8/17/2019 Model Fisik Struktur Rubble Mound
7/31
Persyaratan dalam Penskalaan
Syarat modelstruktur rubble mound
Model struktur rubblemound secara geometri
harus merupakan modelyang tidak terdistorsipada skala panjang.
Aliran hidrodinamik padamodel struktur rubble
mound harus sesuaidengan kriteria Froude.
Model struktur rubble
mound harus dapatmemenuhi kondisialiran turbulen padasaat aliran melewatilapisan primer armor Kriteria Froude : gaya
inersia relatif terhadap gaya
gravitasi diskalakan dengan
benar.
Hudson,et al. (1979) : form
drag relatif terhadap gaya
gravitasi diskalakan hampir
tanpa kesalahan.
d l k l
-
8/17/2019 Model Fisik Struktur Rubble Mound
8/31
Persyaratan dalam Penskalaan
Model struktur rubble mound harus dapat memenuhi kondisi aliran turbulen pada saataliran melewati lapisan primer armor
Kecepatan aliran dan unit berbanding terbalik dengan viskositaspada model sehingga mengakibatkan efek skala.
Oleh karena itu dianjurkan untuk beroperasi pada skala yang lebih
besar jika memungkinkan.
Efek kekasaran permukaan pada unit armor prototipe harus sama
dengan model.
Gaya geser yang diakibatkan oleh kekasaran permukaan batu alam
(quarrystone) atau unit armor pada prototipe cenderung diabaikan.
Pada model, usaha untuk mengecilkan kekasaran relatif dari unit
struktur adalah dengan membuat permukaan sehalus mungkin
Jika ada friksi antara unit dan armor pada model, maka akan
menunjukkan tingkat stabilitas yang lebih tinggi dibanding
prototipe. Hal ini mengakibatkan desain tidak aman.
P d l P k l
-
8/17/2019 Model Fisik Struktur Rubble Mound
9/31
Persyaratan dalam Penskalaan
Hubungan kerapatan massa relatif antara material unit armor danfluida :
Persamaan diatas digunakan untuk menentukan rapat massa unitarmor pada model. Faktor koreksi harus diterapkan karenapengujian model di laboratorium menggunakan air tawar sedangkan
prototipe dibangun di laut.
P t d l P k l
-
8/17/2019 Model Fisik Struktur Rubble Mound
10/31
Persyaratan dalam Penskalaan
Berat unit armor dapatdihitung dengan :
dimana:
Wa = berat unit armorɣa = Berat jenis unit armor
V = Volume unit armor
sehingga memberikan
hubungan skala berat :
dengan rasio skala volume
diganti oleh skalapanjang yang ekivalenuntuk model yang takterdistorsi secara geometri
Namun Persamaan tersebut hanya berlaku untuk kasus dimana massa jenis
dapat dikendalikan karena ada asumsi bahwa unit pada modelterpaku pada skala geometri yang benar
P t d l P k l
-
8/17/2019 Model Fisik Struktur Rubble Mound
11/31
Persyaratan dalam Penskalaan
harus digunakan untuk menyesuaikan massa jenis unit armor prototipe dan model.Namun, ada kondisi dimana cara ini tidak memungkinan. Contoh :
=
Secara teknis, Persamaan (4.15) :
Armor DolosBreakwater
Quarrystone(Batu Alam)Breakwater
P t d l P k l
-
8/17/2019 Model Fisik Struktur Rubble Mound
12/31
Persyaratan dalam Penskalaan
Metode alternatif untuk
perbedaan daya apung akibat air
tawar pada model adalah
penyesuaian berat unit armor
pada model, bukan penyesuaian
massa jenis, maka bukan
Persamaan (4.15).
Syarat penskalaan didasarkan
dengan mempertahankan
“parameter stabilitas” antara
prototipe dan model,
dijelaskan berikut.
P t d l P k l
-
8/17/2019 Model Fisik Struktur Rubble Mound
13/31
Persyaratan dalam Penskalaan
Hudson (1958) :
2
= ℎ , , ℎ ,,,∆ , , /
, ,
(4.18)
Dengan mengasumsikan dan mengingat
∝ , ∝ 3 , =
Sehingga:
/3
1 /3
=
ℎ ,
,
ℎ
,,,∆,,
/
,
,
(4.20)
Persyaratan dalam Penskalaan
-
8/17/2019 Model Fisik Struktur Rubble Mound
14/31
Persyaratan dalam Penskalaan
Menurut Hudons, parameter di kiri Persamaan (4.20) sebagaiBilangan Stabilitas dan setelah uji stabilitas dengan saluran
gelombang (wave flume) dasar horizontal (β dan θ diabaikan) untuk
tipe struktur telah diketahui (
,
, ∆ diabaikan)
/3
1 /3
= ,
,ℎ
,
(4.21)
Persyaratan dalam Penskalaan
-
8/17/2019 Model Fisik Struktur Rubble Mound
15/31
Persyaratan dalam Penskalaan
Beliau menemukan variasi kecil dalam angka stabilitas dikarenakan
variasi parameter
dan
.
Namun beliau mampu membuat hubungan antara variasi tingkat
kerusakan struktur rubble-mound sebagai fungsi dari kemiringan
berikut:
/3
13
= ∆ cot
(4.22)
∆ adalah konstanta untuk setiap unit armor yang diuji. Persamaan (4.22)dinamakan Formula Hudson dan telah digunakan secara luas untuk desainstruktur rubble-mound.
Persyaratan dalam Penskalaan
-
8/17/2019 Model Fisik Struktur Rubble Mound
16/31
Persyaratan dalam Penskalaan
Angka Stabilitas Spektrum (Ahren 1989)
=
3(
3 )/3
1
3
Rasio
= 3
−
Persyaratan dalam Penskalaan
-
8/17/2019 Model Fisik Struktur Rubble Mound
17/31
Persyaratan dalam Penskalaan
Sharp dan Khader (1984) dan Sharp (1985) menunjukkan terdapat
kemungkinan kombinasi dari analisis dimensional. Sehingga menurut
mereka lebih penting untuk mendapatkan rasio penskalaan berat model unit
armor, dimana gaya gaya yang bekerja adalah konstan antara prototipe dan
model. Dan dua gaya terpentingnya adalah gaya inersia dan berat unit armor
terendam.
Persyaratan dalam Penskalaan
-
8/17/2019 Model Fisik Struktur Rubble Mound
18/31
Persyaratan dalam Penskalaan
Terdapat perbedaan dari penskalaan stabilitas ini antara
Sharp dan Khader dengan Hudson.
Namun mereka menyatakan baha perbedaaan ini sangat
kecil.
Setelah dicoba dengan model stabilitas untuk skala 1:10,
dengan model digunakan air tawar sedangkan prototype air
asin, penskalaan dengan persamaan Hudson, lebih ringan 8%
berat armornya dibandingkan Sharp Khader.
Ini menunjukkan bahwa persamaan Hudson lebih mudahdigerakkan gelombang.
Persyaratan dalam Penskalaan Model Laboratorium dan Efek Skala
-
8/17/2019 Model Fisik Struktur Rubble Mound
19/31
Persyaratan dalam Penskalaan Model Laboratorium dan Efek Skala
Efek Laboratorium
Sama yang seperti dibahas d bab 2
Persyaratan dalam Penskalaan Model Laboratorium dan Efek Skala
-
8/17/2019 Model Fisik Struktur Rubble Mound
20/31
Persyaratan dalam Penskalaan Model Laboratorium dan Efek Skala
Sering terjadi pada lapisan armor
Efek skala viskositas dalam bilangan Reynold
Dai dan Kamel (1969) : =
dimana
=
/3
Efek Skala Viskositas
Persyaratan dalam Penskalaan Model Laboratorium dan Efek Skala
-
8/17/2019 Model Fisik Struktur Rubble Mound
21/31
Persyaratan dalam Penskalaan Model Laboratorium dan Efek Skala
Skala geometrik dariukuran materialdapat
mengakibatkan efekskala viskositas
Hal tersebut terjadipada core layers dan
underlayers
Pada lapisantersebut
permeabilitasnyadapat berkurang dan
dapatmembangkitkan
tekanan downrushpada struktur
Dibutuhkanpenambahan ukuran
dari core layer
Efek Skala Viskositas
Persyaratan dalam Penskalaan Model Laboratorium dan Efek Skala
-
8/17/2019 Model Fisik Struktur Rubble Mound
22/31
Persyaratan dalam Penskalaan Model Laboratorium dan Efek Skala
ukuran batu danmaterial coredikecilkan
Terjadi transmisigelombang
melewati strukturyang lebih kecil
Kehilangan energiakibat gesekan lebih
besar
Efek tersebut dapatdiatasi dengan
mengkoreksiukuran batu
Transmisi Gelombang
Persyaratan dalam Penskalaan Model Laboratorium dan Efek Skala
-
8/17/2019 Model Fisik Struktur Rubble Mound
23/31
Persyaratan dalam Penskalaan Model Laboratorium dan Efek Skala
Koreksi ukuran batu pelindung pada model
=
L : panjang karakteristik model yang tak terdistorsi
D : dimensi linier ukuran batu
K : faktor skala
Transmisi Gelombang
Persyaratan dalam Penskalaan Model Laboratorium dan Efek Skala
-
8/17/2019 Model Fisik Struktur Rubble Mound
24/31
Persyaratan dalam Penskalaan Model Laboratorium dan Efek Skala
• Nilai K dapat ditentukan dengan nomogram (lihatgambar 4.4)
Asumsi : efek skala pada lapisan armor diabaikan
Sumbu y : Skala panjang (Lp/Lm)
Sumbu x : faktor dimensi kombinasi breakwater dan
rubble mound
Transmisi Gelombang
Persyaratan dalam Penskalaan Model Laboratorium dan Efek Skala
-
8/17/2019 Model Fisik Struktur Rubble Mound
25/31
Persyaratan dalam Penskalaan Model Laboratorium dan Efek Skala
• Sumbu xΔ
3
3
Hi : tinggi gelombang dats
Δ : lebar rata-rata material core
: diameter efektif batuan (10% lebih kecil dari kurvagradasi)
P : porositas material core
Transmisi Gelombang
Persyaratan dalam Penskalaan Model Laboratorium dan Efek Skala
-
8/17/2019 Model Fisik Struktur Rubble Mound
26/31
Persyaratan dalam Penskalaan Model Laboratorium dan Efek Skala
Efek Skala Pantulan danTransmisi
o Energi gelombang pada yang terpantulkanmodel lebih besar dari prototype
o Transmisi gelombang yang terpantulkan padamodel lebih kecil dari prototype
o Untuk menciptakan aliran trubulen melalui
lapisan terluar terstruktur digunakan wire screen
Persyaratan dalam Penskalaan Model Laboratorium dan Efek Skala
-
8/17/2019 Model Fisik Struktur Rubble Mound
27/31
Efek Densitas Air
Persyaratan dalam Penskalaan Model Laboratorium dan Efek Skala
• Uji model biasanya dilakukan pada air tawar
untuk menghindari korosi.
• Pada umumnya prototype berada di air asin,
maka dikoreksi dengan pers. 4-25.
• Kesalahan mencapai 10-15% (dapat diabaikan)
Persyaratan dalam Penskalaan Model Laboratorium dan Efek Skala
-
8/17/2019 Model Fisik Struktur Rubble Mound
28/31
Efek Skala Friksi
Persyaratan dalam Penskalaan Model Laboratorium dan Efek Skala
• Disebabkan kontak friksi armor yang berdekatan
• Biasanya ontak friksi diabaikan
• Permukaan armor lebih halus pada model sehinggaterjadi perbedaan gaya friksi antarunit
• Cat Enamel membuat permukaan lebih halus dan dapatmengindikasi kerusakan
• Permukaan yang lebih halus akan menghasilkan hasil yang lebih konsevatif (Davidson – 1975)
Persyaratan dalam Penskalaan Model Laboratorium dan Efek Skala
-
8/17/2019 Model Fisik Struktur Rubble Mound
29/31
Efek Skala Aerasi
Persyaratan dalam Penskalaan Model Laboratorium dan Efek Skala
• Udara yang masuk tidak akan sama pada model fisik
skala kecil karena kurangnya kesamaan bilangan weber
antara model dan prototype
• Gelembung udara relatif lebih besar di model
•
Sehingga disipasi energi lebih tinggi di model• Total energi di sisi miring akan lebih besar sehingga
mempengaruhi run-up
Persyaratan dalam Penskalaan Model Laboratorium dan Efek Skala
-
8/17/2019 Model Fisik Struktur Rubble Mound
30/31
Efek Skala Aerasi
Persyaratan dalam Penskalaan Model Laboratorium dan Efek Skala
Kecenderungan Efek Skala Aerasi
• Kebanyakan udara terperangkap di atas permukaan Still WaterLevel
• Gelembung Udara terkurung pada struktur selama runup dankemudian naik secara vertikal akibat gaya apung
• Aerasi bertambah seiring dengan kenaikan perioda untuk H yangkonstan
• Penetrasi kedalaman gelembung bertambah sesuai dengankenaikan tinggi gelombang yang konstan
Persyaratan dalam Penskalaan Model Laboratorium dan Efek Skala
-
8/17/2019 Model Fisik Struktur Rubble Mound
31/31
Efek Skala Aerasi
y
Kecenderungan Efek Skala Aerasi
• Gelombang pecah tipe plunging mengakibatkan derajat aerasitertinggi
• Gelembung udara yang disebabkan oleh terpisahnya aliranmeningkatkan kemiringan dari arah datangnya gelombang
• Konsentrasi udaradan penetrasi gelembung meningkat seiringdengan landainya kemiringan struktur
• Aerasi lebih sulit terjadi pada struktur dengan permeabilitastinggi