ANALISIS PERUBAHAN KAPASITAS SPILLWAY TERHADAP BENTUK PUNCAK MERCU TIPE MODIFIKASI TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Penyelesaian Pendidikan Sarjana Teknik Sipil Disusun oleh : JIHADAN AKBAR PASARIBU 100404002 Pembimbing :
Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
Ir. Syahrizal MT. NIP. 19611231 198811 1 001
Ivan Indrawan ST, MT. NIP. 19761205 200604 1 001
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 1
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Siklus hidrologi merupakan proses yang dilalui air dari atmosfer ke muka bumi dan kembali lagi ke atmosfer. siklus hidrologi dipengaruhi oleh iklim, dan secara tidak langsung dipengaruhi oleh aktivitas manusia. besarnya intensitas hujan di Indonesia berbeda-beda di tiap daerah.perbedaan besarnya intensitas hujan dan waktu kejadiannya akan berpengaruh dalam perencanaan berbagai macam bangunan air. Jika intensitas hujan meningkat menyebabkan level muka air naik secara cepat, keadaan ini harus dihindari karena dapat membahayakan konstruksi bendungan. untuk menghindari kerusakan konstruksi bendungan diperlukan kapasitas pelimpah (spillway) yang cukup memadai. Penelitian ini dilakukan untuk menghitung karakter perilaku aliran yang terjadi dengan pelimpah normal dan merencanakan model modifikasi spillway untuk peningkatan debit yang melimpah. Dalam penelitian ini kapasitas tersebut dicoba dengan Labryrinth crest bentuk modifikasi. Secara teoritis, crest ini dapat memiliki kapasitas debit yang besar karena memiliki lebar lintasan air yang besar. Percobaan ini dilakukan di laboratorium dengan menggunakan flume dengan spillway jenis mercu modifikasi. Dan metode penelitian ini menggunakan metode Reservoir Routing dan menghitung Inflow Komulatif dan Outflow Komulatif. Hasil penelitian ini, Nilai Debit Mercu ogee berbanding lurus dengan ketebalan air di hulu crest. Dan Mercu Modifikasi 1 memiliki kapasitas peningkatan debit sebesar 4,87% hingga 8,01%. Mercu Modifikasi 2 memiliki kapasitas peningkatan debit 8,01% hingga 18,32%. Hal ini membuktikan keberhasilan dari penggunaan mercu modifikasi untuk meningkatkan kapasitas spillway.
Kata Kunci : Siklus Hidrologi, Spillway, Reservoir Routing, Inflow dan Outflow
2
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR Puji dan syukur saya panjatkan kepada Allah S.W.T atas berkat, rahmat, dan karuniaNya, akhirnya penyusunan Tugas Akhir ini dapat saya selesaikan dengan baik. Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi untuk menyelesaikan Program Sarjana (S1) di Fakultas Teknik, Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara (USU). Penulis menyadari bahwa selesainya Tugas Akhir ini tidak terlepas dari bimbingan, dukungan, motivasi, dan bantuan semua pihak. Untuk itu melalui tulisan ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang tulus dan tidak terhingga kepada : 1. Kedua orang tua tercinta, yang selalu memberikan yang terbaik serta tiada henti mengiringi dengan doa dan motivasi yang tidak ternilai. 2. Bapak Ir. Syahrizal, M.T. dan Bapak Ivan Indrawan ST, MT sebagai dosen pembimbing, yang telah meluangkan waktu, tenaga, dan pikiran untuk memberikan dukungan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini. 3. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara. 4. Bapak Ir. Teruna Jaya, M. Sc. selaku Koordinator Subjurusan Teknik Sumber Daya Air. 5. Bapak Ir. Syahrizal, M.T. selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, 6. Bapak Ir. Alferido Malik dan Kakanda Riza Inanda Siregar ,ST, MT selaku dosen pembanding/penguji atas saran dan masukan yang diberikan kepada penulis terhadap Tugas Akhir ini.
3
Universitas Sumatera Utara
7. Bapak/ Ibu staff pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara yang selama ini ikhlas dan sabar mencurahkan ilmunya kepada seluruh anak didiknya termasuk penulis. 8. Seluruh pegawai administrasi yang telah memberikan bantuan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 9. Kepada keluarga ku tersayang Siti Aisyah Nasution, Nur Aminah Lubis, Fadly Elsyah Pasaribu, Rabiatul Adawiyah Pasaribu, Aulia Annisa Pasaribu, Reza Azroi Lubis, M.Indra Arief Lubis, Andhika Dewi Nasution, Iva rohima Pasaribu, terima kasih atas semua dukungan, doa, motivasi, semangat, bimbingan, dan rasa sayangnya untuk penulis. 10. Rekan-rekan mahasiswa Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, sahabat seperjuangan : Yusriawan, Komeng, Apara Kompol, Opung Alfaro, Iyun Aeh, Maulana, Dhaka, Rizqan, Nardis, Irfan, Uda Umri, Syahru Amri, Fahmi, Nuge, Afiz, AJB, Lamhot, Bram, Naura, Uppak, Cika, Itok Iffah dan seluruh rekan-rekan 2010 seperjuangan di kampus tercinta, atas bantuan, dukungan, dan doa kalian. 11. Kepada yang menjadi inspirasi dan cerita akhir hidup di dunia kampus, for “RM”. Semoga Allah S.W.T membalas dan melimpahkan rahmat dan karunia-Nya kepada kita semua, dan atas dukungan yang telah diberikan, penulis ucapkan terima kasih sebesar-besarnya.
4
Universitas Sumatera Utara
Penulis juga menyadari manusia tidak luput dari khilaf dan salah, demikian juga penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini sehingga Tugas Akhir ini masih memiliki kesalahan dan kekurangan walaupun penulis telah berusaha semaksimal mungkin. Oleh karena itu dengan tangan terbuka dan hati yang tulus penulis akan menerima saran dan kritikan yang positif demi kesempurnaan Tugas Akhir ini. Harapan penulis, semoga Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua khususnya yang bergerak dalam bidang Teknik Sipil.
Medan,
2016 Hormat Saya
Jihadan Akbar Pasaribu
5
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI ABSTRAK………………………………………………………………… i KATA PENGANTAR……………………………………………………. ii DAFTAR ISI……………………………………………………………… v DAFTAR GAMBAR…………………………………………………….. vii DAFTAR TABEL……………………………………………............…. ix DAFTAR NOTASI………………………………………………………. x BAB I PENDAHULUAN………………………………………………... 1 1.1.
Latar Belakang……………………………………………. 1
1.2.
Rumusan Masalah..............................................................
3
1.3.
Tujuan Penelitian...............................................................
3
1.4.
Batasan Masalah…………………………………………
3
1.5.
Manfaat Penelitian…………………………………….....
4
1.6.
Sistematika Penulisan……………………………………. 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA……………………………………….. 6 2.1.
Umum……………………………………………………. 6
2.2.
Waduk……………………………………………………
7
2.3.
Reservoir Routing……………………………...............
9
2.4.
Pelimpah (Spillway)…………………………………….
13
2.5
Mercu Spillway (Crest)…………………………….…...
13
2.6
Labyrinth………………………………………………..
15
2.7.
Aliran Flume…………………....................................
16 6
Universitas Sumatera Utara
2.8.
Spillway Mercu Ogee…………………………………..
18
2.9.
Spillway Tipe Modifikasi……………………….…..
20
BAB III METODOLOGI PENULISAN………...………………….
23
3.1.
Umum…………………………………………………..
23
3.2.
Lokasi Penelitian……………………………………….
23
3.3.
Peralatan Dan Bahan…….……………………………..
23
3.4.
Langkah Penelitian…….………………………………
28
3.5.
Pengamatan Dalam Percobaan.………………………..
28
3.6.
Pengolahan Data..…….………………………………..
30
3.7.
Rancangan Metode Penelitian………………………..
30
3.8.
Diagram Alir Tahapan Penelitian……………………..
31
BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN…....……………………
32
4.1.
Alat Ukur Debit……………………………………….
32
4.2.
Debit Terukur Pada Tiap Ketebalan Air………….…..
32
4.3.
Debit Tiap Ketebalan Air ……………………..……...
41
4.4.
Pelimpahan Air Mercu Ogee Dengan Pelimpahan Air Mercu Modifikasi Tipe 1 Dan Tipe 2…….…….…..
48
Analisis Reservoir Routing…………..…….………...
51
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN…………………………….
76
4.5.
5.1. Kesimpulan……………………………………………….
76
5.2. Saran…………………………………………………….
76
DAFTAR PUSTAKA………………….………………………………….. 77 7
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN……………………………………………………………… 78 DOKUMENTASI………………………………………………………… 79
8
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1
: Persamaan Integrasi Interval Waktu ………….................. 10
Gambar 2.2
: Pengembangan Fungsi Storage Outflow…………………..12
Gambar 2.3
: Piano Keys Labyrinth………………………….…………. 16
Gambar 2.4
: Ortogonal Labyrinth……………………………………… 16
Gambar 2.5
: Grafik Koefisien Cd……………….……………………… 20
Gambar 2.6
: Tampak Atas Mercu Modifikasi……..……………........... 21
Gambar 2.7
: Mercu Spillway Tipe Modifikasi …….…………………... 21
Gambar 2.8
: Nilai Panjang Mercu Modifikasi……...…………………...22
Gambar 3.1
: Flume………………………………..……………............. 24
Gambar 3.2
: Mercu Normal…………………………….……...……….. 25
Gambar 3.3
: Mercu Modifikasi………………………………..……….. 25
Gambar 3.4
: Tampak Atas Mercu Modifikasi………………………….. 26
Gambar 3.5
: Tampak Samping Mercu Modifikasi…………..……….. 26
Gambar 3.6
: Perangkat Pitot Tube……………………………………. 27
Gambar 3.7
: Hook and Point Gauge…………………………..……….. 27
Gambar 3.8
: Aliran Melalui Spillway Mercu Ogee……………………..29
Gambar 3.9
: Aliran Melalui Spillway Mercu Modifikasi……..……….. 29
Gambar 3.10 : Bagan Alir Tahapan Penelitian…………………………… 31 Gambar 4.1
: Hasil Debit Pada Pitot Tube……………………..……….. 32
Gambar 4.2
: Tampak Atas Spillway Ogee……………………………... 33
Gambar 4.3
: Debit Hasil Pengamatan Mercu Ogee.……………………. 33
Gambar 4.4
: Hubungan Ketebalan Air Dengan Debit Mercu Ogee……. 35 9
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.5
: Tampak Atas Mercu Modifikasi 1…….………………….. 36
Gambar 4.6
: Potongan A-A Modifikasi Tipe 1 ……………..……….. 36
Gambar 4.7
: Debit Hasil Pengamatan Mercu Modifikasi 1……………..36
Gambar 4.8
: Hub Ketebalan Air Dengan Debit Mercu Modifikasi 1…... 37
Gambar 4.9
: Tampak Atas Mercu Modifikasi 2……..…………………. 38
Gambar 4.10 : Potongan Mercu Modifikasi Tipe 2 ………..…………….. 38 Gambar 4.11 : Debit Hasil Pengamatan Mercu Modifikasi 2……………..39 Gambar 4.12 : Hub Ketebalan Air Dengan Debit Mercu Modifikasi 2…... 40 Gambar 4.13 : Hub Cd Dengan H Hulu Mercu Ogee..…………………… 43 Gambar 4.14 : Hub Cd Dengan H Hulu Mercu Modifikasi 1…................ 45 Gambar 4.15 : Hub Cd Dengan H Hulu Mercu Modifikasi 2…................ 47 Gambar 4.16 : Perbandingan Cd Mercu Ogee, Modifikasi 1 dan 2……….48 Gambar 4.17 : Perbandingan Qhb Mercu Ogee, Modifikasi 1 dan 2…...... 49 Gambar 4.18 : Nilai H terhadap (2s/∆t) + O Mercu Ogee.……………...... 53 Gambar 4.19 : Nilai t Terhadap Debit Mercu Ogee ……………………... 57 Gambar 4.20 : t terhadap Inflow,Outflow Komulatif Mercu Ogee………. 59 Gambar 4.21 : Nilai H terhadap (2s/∆t) + O Mercu Modifikasi 1…........... 61 Gambar 4.22 : Nilai t Terhadap Debit Mercu Modifikasi 1..…………...... 65 Gambar 4.23 : t terhadap Inflow,Outflow Komulatif Mercu Mod 1……... 67 Gambar 4.24 : Nilai H terhadap (2s/∆t) + O Mercu Modifikasi 2…........... 69 Gambar 4.25 : Nilai t Terhadap Debit Mercu Modifikasi 2.……………... 73 Gambar 4.26 : t terhadap Inflow,Outflow Komulatif Mercu Mod 2……... 75
10
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL Tabel 4.1
Hasil Pengamatan Debit Ukur Mercu Ogee...................................34
Tabel 4.2
Perbandingan Qhb dengan Qhb Persamaan Mercu Ogee..............35
Tabel 4.3
Hasil Pengamatan Debit Ukur Mercu Modifikasi 1.......................37
Tabel 4.4
Perbandingan Qhb dengan Qhb Persamaan Mercu Mod 1……....38
Tabel 4.5
Hasil Pengamatan Debit Ukur Mercu Modifikasi 2.......................39
Tabel 4.6
Perbandingan Qhb dengan Qhb Persamaan Mercu Mod 2............41
Tabel 4.7
Cd Mercu Ogee..............................................................................42
Tabel 4.8
Perbandingan Cd dengan Cd Persamaan Pada Mercu Ogee..........43
Tabel 4.9
Cd Mercu Modifikasi 1..................................................................44
Tabel 4.10
Perbandingan Cd dengan Cd Persamaan Pada Mercu Mod 1........45
Tabel 4.11
Cd Mercu Modifikasi 2..................................................................46
Tabel 4.12
Perbandingan Cd dengan Cd Persamaan Pada Mercu Mod 2.......47
Tabel 4.13
Cd Mercu Ogee, Mercu Mod 1 dan Mercu Mod 2………………48
Tabel 4.14
Qhb Mercu Ogee dengan Qhb Mercu Modifikasi ……………....49
Tabel 4.15
Perhitungan Outflow Hydrograph Mercu ogee….........................52
Tabel 4.16
Outflow Mercu Ogee……………………………........................56
Tabel 4.17
Hasil Inflow dan Outflow Komulatif Mercu Ogee…………..…58
Tabel 4.18
Perhitungan Outflow Hydrograph Mercu Modifikasi 1 ………...60
Tabel 4.19
Outflow Mercu Modifikasi 1……………….…............................64
Tabel 4.20
Hasil Inflow dan Outflow Komulatif Mercu Mod 1…..................66
Tabel 4.21
Perhitungan Outflow Hydrograph Mercu Modifikasi 2 …………68 11
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.22
Outflow Mercu Modifikasi 2……...…………………..………....72
Tabel 4.23
Hasil Inflow dan Outflow Komulatif Mercu Mod 2.....................74
12
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI dS
= Storage (m3/dt)
I
= Inflow (m3/dt)
O
= Outflow (m3/dt)
∆t
= Interval Waktu (dt)
Q
= Debit (m3/dt)
V
= Kecepatan Rerata (m2/dt)
A
= Luas Penampang (m2)
h
= Debit Pada Pitot
Cd
= Koefisien Debit
L
= Lebar Mercu
H
= Ketinggian Air diatas Bendung/Spillway
P
= Tinggi Tubuh Spillway
hd
= Tinggi Air di Hulu
h1
= Tinggi Air di Hulu Crest
h2
= Tinggi Air diatas Hulu
C0
= Konstanta Untuk Pelimpasan Sempurna
C1
= Fungsi p/hd dan H1/hd
C2
= Faktor Koreksi Untuk Permukaan Hulu
g
= Gravitasi (cm/dt2)
13
Universitas Sumatera Utara
