HIDROLIKA TERAPAN (Bagian 2 : Aliran Dalam Saluran Terbuka)
Oleh : Iin Karnisah
KBK TEKNIK SUMBERDAYA AIR JURUSAN TEKNIK SIPIL POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2010
0
BAB I. PENDAHULUAN Definisi dari Hidrolika adalah : Cabang dari ilmu teknik mengenai cairan baik dalam keadaan diam atau bergerak. Aplikasi Hidrolika dalam Rekayasa Teknik Sipil : -
Irigasi
-
Bendungan
-
Pembuatan Jembatan
-
Drainase
-
Pelabuhan
-
Sumber Tenaga Air (PLTA)
-
Navigasi, dll
Jenis Aliran dalam Hidrolika : -
Aliran Tertutup, aliran dalam pipa
-
Aliran Terbuka, aliran dengan permukaan bebas
Perbedaan kedua aliran tersebut :
hL
V12/2g
GGE
V22/2g GGH
P1/ = y1 P2/ = y2 Q
Z1 Z2
datum 1
x
2
Gambar 1.1 Aliran Tertutup 1
V12/2g
hL
GGE
V22/2g GGH
y1
y2
Z1
Dasar saluran Z2
datum x
1
2
Gambar 1.2 Aliran Terbuka
1.1 Klasifikasi Aliran : 1.1.1 Berdasarkan Keadaan Aliran (State of Flow) : 1. Berdasarkan Bilangan Reynold, Re (Pengaruh Kekentalan) :
Re
vR
Keterangan : Re = bilangan Reynold v = kecepatan aliran (m/det) R = radius (jari-jari) hidrolik , R
A P
A = luas penampang basah (m2) P = keliling basah (m)
= viskositas (kekentalan) kinematik (m2/det) Berdasarkan Bil. Reynold (Re), aliran dibedakan atas : 1. Aliran laminer, Re ≤ 500 2. Aliran peralihan (transisi), 500 ≤ Re ≤ 12.500 2
3. Aliran turbulen, Re > 12.500 2. Berdasarkan Bil. Froude, F (pengaruh grafitasi) :
F
v gD
Keterangan : F = bilangan Froude v = kecepatan aliran (m/det) g = percepatan gaya tarik bumi ( g = 9,81m/det2) D = kedalaman hidrolik , D
A T
A = luas penampang basah (m2) T = lebar puncak (m) Berdasarkan Bil. Froude, aliran dibedakan : 1. Aliran sub kritis, gaya tarik bumi > gaya inersia, 2. Aliran kritis, F =1,
aliran lambat, tenang, F < 1
v gD
3. Aliran super kritis, gaya tarik bumi < gaya inersia, aliran cepat, F > 1
1.1.2 Berdasarkan Tipe Aliran : 1. Dibedakan aliran seragam & aliran tidak seragam a. Aliran seragam (uniform flow), bila kedalaman
aliran sama pada setiap
penampang saluran Contoh : saluran drainase. b. Aliran tidak seragam (non uniform flow), bila kedalaman aliran tidak sama pada setiap penampang saluran. Contoh : aliran pada pintu air
2. Tipe lainnya dibedakan berdasarkan waktu : a. Aliran tetap (steady flow), bila kedalaman aliran tidak berubah sepanjang waktu tertentu. Secara matematis :
dv 0 dt
Contoh : Saluran irigasi b. Aliran tidak tetap (unsteady flow), bila kedalamannya berubah sesuai waktu. 3
Secara matematis :
dv 0 dt
Contoh : - aliran muara yang dipengaruhi pasang surut - banjir, gelombang
1.2 Jenis Saluran Terbuka : 1.2.1 Saluran Alam : - bentuk, arah, kekasaran permukaan : tidak teratur - tidak prismatis (A1≠ A2, So : tidak tetap) Contoh : sungai, parit 1.2.2 Saluran Buatan : - bentuk, arah, kekasaran permukaan : teratur - prismatis (A1= A2, So : tetap) Contoh : saluran irigasi, drainase, talang, dll.
1.3 Unsur-Unsur Geometris Penampang Saluran Lihat Tabel 1.1 1. Luas penampang melintang (A), adalah : Luas cairan yg dipotong oleh penampang melintang dan tegak lurus pada arah aliran. 2. Keliling basah (P), adalah : Panjang dasar dan sisi – sisi sampai permukaan cairan. 3. Jari-jari hidrolis (R), adalah : Perbandingan luas penampang melintang (A) dan keliling basah (P). 4. Lebar puncak (T), adalah : Lebar permukaan air bagian atas. 5. Kedalaman hidrolis (D), adalah : Perbandingan luas Penampang melintang (A) dan lebar puncak (T). 6. Faktor Penampang (Z) untuk aliran kritis , adalah : Perkalian antara luas penampang melintang (A) dan akar dari kedalaman
hidrolik
(D). 7. Faktor Penampang (Z) untuk aliran seragam , adalah :
4
Perkalian antara luas penampang melintang (A) dan pangkat dua pertiga dari jari- jari hidrolis (R).
1.4 Distribusi Kecepatan Dengan adanya suatu permukaan bebas dan gesekan disepanjang dinding saluran, maka kecepatan dalam saluran tidak terbagi merata dalam penampang saluran. Kecepatan maksimum dalam saluran biasa, umumnya terjadi di bawah permukaan bebas sedalam 0,05 sampai 0,25 kedalamannya.
A gesekan
y
A
gesekan Potongan A-A ( Distribusi Kecepatan )
Gambar 1.3 Distribusi Kecepatan Dalam Saluran
5
Tabel 1.1 Unsur-Unsur Geometris Penampang Saluran Keliling
Jari-jari
basah
hidrolis
P
R
by
b+2y
𝑏𝑦 𝑏 + 2𝑦
(b+zy)
b+2y
𝑏 + 𝑧𝑦 𝑦
y
1 + 𝑧2
Luas
Penampang
A
y
Lebar
Kedala
Faktor
punca
man
penam
k
hidrolis
pang
T
D
Zc
b
y
by1,5
b+2zy
(b + zy)y b + 2zy
2zy
1/2y
b Persegi panjang
1
y z
b + 2y 1 + 𝑧 2
𝑏 + 𝑧𝑦 𝑦
1,5
𝑏 + 2𝑧𝑦
b Trapesium
zy2
1
y
2y 1 + 𝑧 2
zy 2 1+
𝑧2
2 2,5 𝑧𝑦 2
z
Segi tiga T
1 ϴ
ϴ
y
d0
/8(𝛳 − 𝑠𝑖𝑛𝛳)𝑑0
1/2ϴ𝑑0 2
1 1 4 𝑠𝑖𝑛𝛳 − 𝑑0 𝛳
sin 1 𝑑0 2𝛳 1 𝛳 − 𝑠𝑖𝑛𝛳 2 𝛳 − 𝑠𝑖𝑛𝛳 1,5 2 atau 𝑑 𝑑 8 𝑠𝑖𝑛 1/2𝛳 320 𝑠𝑖𝑛 1/2𝛳 0 2 ℎ 𝑑0 − 𝑦
Lingkaran 6
1.4
Contoh Soal :
Dik.
y=3m
b= 4 m
Dit. R ? Jawab : A = by = 4x3 = 12 m P = b+2y = 4+(2x3) = 10 m R = A/P = 12/10 = 1,2 m
1.5 Latihan Soal :
1. Lihat penampang saluran trapezium dibawah ini, hitung : R (matematis & Tabel)
1
y=3m 1 b= 4 m
2.
Untuk penampang saluran lingkaran di bawah ini, hitunglah R dengan cara matematis dan Tabel.
\
y
d = 0,4 m
ϴ =2000
7
BAB II. ALIRAN SERAGAM
Aliran seragam adalah aliran dimana debit (Q), kedalaman (y), luas basah (A), dan kecepatan (v), tidak berubah sepanjang saluran tertentu (x). Secara matematis, dinyatakan : dQ 0, dx
dv 0, dx
dy 0, dx
dA 0 dx
1
2
Hf Sf Sw
Q1,V1
y1
Q2,V2
y2
v
A1
x
1
So
2
A2
Gambar 2.1 Penampang Saluran Aliran Seragam
Pada aliran seragam ( lihat gambar 2.1), diperoleh : A1 = A2 Q1 = Q2 v1 = v2 y1 = y2 Pada aliran seragam : Kemiringan garis energi // kemiringan garis muka air // kemiringan saluran Sf // Sw // So Sf = Sw = So
8
Persamaan Umum Kecepatan (v) Aliran Seragam :
v R x S0 2.1
y
Rumus Kecepatan (v) Chezy :
1 x 1
2 y1 2 1
v CR 2 S
Rumus Chezy :
1
2
C RS
Keterangan : V = kecepatan aliran So= kemiringan saluran R = radius hidrolik C = koefisien Chezy
Menentukan nilai C (koefisien Chezy) : a. Kutter (1869)
0,00155 1 S N C N 0,00155 1 (23 ) S R 23
Keterangan : N = Koefisien kekasaran Kutter ( Lihat Tabel 2.1) R = radius hidrolik S = kemiringan
Tabel 2.1 Koefisien Kekasaran Kutter (N), N=1/kst No.
Keterangan Permukaan Saluran
N
1
Kayu yang diketam dengan baik, gelas atau kuningan
0,009
2
Saluran dari papan-papan kayu, beton yang diratakan
0,010
3
Pipa riol yang digelas, pipa pembuang yang digelasir, pipa beton
0,013
4
Bata dengan aduk semen, batu
0,015 9
5
Pasangan batu pecah dengan semen
0,025
6
Saluran lurus dalam tanah yang tak dilapisi
0,020
7
Saluran lurus dalam kerikil yang tak dilapisi, saluran dalam tanah
0,0225
dengan beberapa tikungan 8
Saluran dari logam bergelombang, tikungan saluran tak dilapisi
0,025
9
Saluran dengan dasar berbatu kasar atau ditumbuhi rumput-rumputan
0,030
10
Sungai kecil alamiah yang berliku-liku yang ada dalam kondisi baik
0,035
11
Sungai dengan penampang tak beraturan dan yang berliku-liku
0,04 – 0,10
b. Bazin (1897)
C
157 ,6 87 m 1,81 1 R R
Keterangan :
m 1,81
m = koefisien Bazin ( Lihat Tabel 2.2)
Tabel 2.2 Koefisien Bazin No.
Keterangan Permukaan Saluran
m
1
Semen yang sangat halus atau kayu yang diketam
0,11
2
Kayu tak diketam, beton atau bata
0,21
3
Papan, batu
0,29
4
Pasangan batu pecah
0,83
5
Saluran tanah dalam keadaan baik
1,54
6
Saluran tanah dalam keadaan rata-rata
2,36
7
Saluran tanah dalam keadaan kasar
3,17
2.2 Rumus Kecepatan (v) Darcy Weisbach : 10
1
v
8 gRS
Keterangan :
= factor gesekan g = grafitasi bumi =9,81 m/det2 R = radius hidrolik S = kemiringan 2.3 Rumus Kecepatan (v) Manning-Gaukler-Strickler (MGS)
1 kst n 2 x 3 1 y 2
Maka : 2
1
2
1
1 v R 3 S 2 kst R 3 S 2 n Keterangan :
1 kst = koefisien kekasaran Strickler (Lihat Tabel 2.3) n R = radius hidrolik S = kemiringan saluran
Rumus MGS adalah rumus yang paling banyak dipakai untuk menghitung aliran dalam saluran terbuka
Tabel 2.3 Nilai Koefisien Kekasaran, n (Nilai yang dicetak tebal biasanya disarankan untuk perencanaan) Tipe saluran dan diskripsinya
Min
Normal
Maks
0,009
0,010
0,013
A. Gorong-gorong tertutup terisi sebagian A.1 Logam a.
Kuningan halus
b.
Baja 1.
Ambang penerus dan dilas
0,010
0,012
0,014
2.
Dikeling dan pilin
0,013
0,016
0,017 11
c.
d.
e.
Besi tuang 1.
Dilapis
0,010
0,013
0,014
2.
Tidak dilapis
0,011
0,014
0,016
Besi tempa 1.
Tidak dilapis
0,012
0,014
0,015
2.
Dilapis seng
0,013
0,016
0,017
Logam beralur 1.
Cabang pembuang
0,017
0,019
0,021
2.
Pembuang banjir
0,021
0,024
0,030
A.2. Bukan Logam a.
Lusit
0,008
0,009
0,010
b.
Kaca
0,009
0,010
0,013
c.
Semen
d.
1.
Acian
0,010
0,011
0,013
2.
Adukan
0,011
0,013
0,015
0,010
0,011
0,013
Sambungan dan sedikit kikisan
0,011
0,013
0,014
3.
Dipoles
0,011
0,012
0,014
4.
Saluran pembuang dengan bak kontrol, 0,013
0,015
0,017
Beton 1.
Gorong-gorong, lurus dan bebas kikisan
2.
Gorong-gorong dengan lengkungan,
mulut pemasukan dll, lurus
e.
f.
5.
Tidak dipoles, seperti baja
0,012
0,013
0,014
6.
Tidak dipoles, seperti kayu halus
0,012
0,014
0,016
7.
Tidak dipoles, seperti kayu kasar
0,015
0,017
0,020
Kayu 1.
Dilengkungkan
0,010
0,012
0,014
2.
Dilapis, diawetkan
0,015
0,017
0,020
Lempung 1.
Saluran pembuang, dengan ubin biasa
0,011
0,013
0,017
2.
Saluran pembuang, dipoles
0,011
0,014
0,017
3.
Saluran pembuang, dipoles, dengan bak 0,013
0,015
0,017
0,014
0,016
0,018
kontrol, mulut pembuangan, dll 4.
Cabang
saluran
pembuang
dengan
sambungan terbuka g.
h.
Bata 1.
Diglasir
0,011
0,013
0,015
2.
Dilapis adukan semen
0,012
0,015
0,017
Pembuangan air kotor dengan saluran lumpur 12
dengan lengkungan dan sambungan i.
0,012
0,013
0,016
dasar licin
0,016
0,019
0,020
Pecahan batu disemen
0,018
0,025
0,030
Bagian dasar dilapis, saluran pembuang dengan
j.
B. Saluran, dilapis atau dipoles B.1 Logam a.
b.
Baja dengan permukaan licin 1.
Tidak dicat
0,011
0,012
0,014
2.
Dicat
0,012
0,013
0,017
0,021
0,025
0,030
Baja dengan permukaan bergelombang
B.2 Bukan logam a.
b.
c.
Semen 1.
Acian
0,010
0,011
0,013
2.
Adukan
0,011
0,013
0,015
Kayu 1.
Diserut, tidak diawetkan
0,010
0,012
0,014
2.
Diserut, diawetkan dengan creosoted
0,011
0,012
0,015
3.
Tidak diserut
0,011
0,013
0,015
4.
Papan
0,012
0,015
0,018
5.
Dilapis dengan kertas kedap air
0,010
0,014
0,017
Beton 1.
Dipoles dengan sendok kayu
0,011
0,013
0,015
2.
Dipoles sedikit
0,013
0,015
0,016
3.
Dipoles
0,015
0,017
0,020
4.
Tidak dipoles
0,014
0,017
0,020
5.
Adukan semprot, penampang rata
0,016
0,019
0,023
6.
Adukan semprot, penampang 0,018
0,022
0,025
bergelombang
d.
e.
7.
Pada galian batu yang teratur
0,017
0,020
8.
Pada galian batu yang tak teratur
0,022
0,027
Dasar beton dipoles sedikit dengan tebing dari : 1.
Batu teratur dalam adukan
0,015
0,017
0,020
2.
Batu tak teratur dalam adukan
0,017
0,020
0,024
3.
Adukan batu, semen, diplester
0,016
0,020
0,024
4.
Adukan batu dan semen
0,020
0,025
0,030
5.
Batu kosong atau rip rap
0,020
0,030
0,035
Dasar kerikil dengan tebing dari : 1.
Beton acuan
0,017
0,020
0,025
2.
Batu tak teratur dalam adukan
0,020
0,023
0,026 13
3. f.
g.
Batu kosong atau rip rap
0,023
0,033
0,036
1.
Diglasir
0,011
0,013
0,015
2.
Dalam adukan semen
0,012
0,015
0,018
Bata
Pasangan batu 1.
Batu pecah disemen
0,017
0,025
0,030
2.
Batu kosong
0,023
0,032
0,035
0,013
0,015
0,017
h.
Batu potong, diatur
i.
Aspal
j.
1.
Halus
0,013
0,013
2.
Kasar
0,023
0,032
Lapisan dari tanaman
0,030
0,035 0,500
C. Digali atau Dikeruk a.
Tanah lurus dan seragam 1.
Bersih, baru dibuat
0,016
0,018
0,020
2.
Bersih, telah melapuk
0,018
0,022
0,025
3.
Kerikil, penampang seragam, bersih
0,022
0,025
0,030
4.
Berumput
0,022
0,027
0,033
0,022
0,025
0,030
pengganggu
0,025
0,030
0,033
Banyak tanaman pengganggu atau tanaman air
0,030
0,035
0,040
pendek,
sedikit
tanaman
pengganggu b.
Tanah berkelok-kelok dan tenang 1.
Tanpa tumbuhan
2.
Rumput
3.
dengan
beberapa
tanaman
pada saluran yang dalam 4.
Dasar tanah dengan tebing dari batu pecah
0,028
0,030
0,035
5.
Dasar berbatu dengan tanaman pengganggu
0,025
0,035
0,040
0,030
0,040
0,050
pada tebing 6. c.
d.
e.
Dasar berkerakal dengan tebing yang bersih
Hasil galian atau kerukan 1.
Tanpa tetumbuhan
0,025
0,028
0,033
2.
Semak-semak kecil di tebing
0,035
0,050
0,060
Pecahan batu 1.
Halus, seragam
0,025
0,035
0,040
2.
Tajam, tidak beraturan
0,035
0,040
0,050
Saluran tidak dirawat, dengan tanaman pengganggu dan belukar tidak dipotong 1.
Banyak tanaman pengganggu setinggi air
0,050
0,080
0,120
2.
Dasar bersih, belukar di tebing
0,040
0,050
0,080 14
3.
Idem, setinggi muka air tertinggi
0,045
0,070
0,110
4.
Banyak belukar setinggi air banjir
0,080
0,100
0,140
0,025
0,030
0,033
0,030
0,035
0,040
0,033
0,040
0,045
0,035
0,045
0,050
0,040
0,048
0,055
0,045
0,050
0,060
0,050
0,070
0,080
0,075
0,100
0,150
0,030
0,040
0,050
0,040
0,050
0,070
Rumput pendek
0,025
0,030
0,035
2. Rumput pendek
0,025
0,030
0,035
D. Saluran Alam D.1 Saluran kecil (lebar atas pada taraf banjir < 100 kaki) a.
Saluran di dataran 1.
Bersih lurus, terisi penuh, tanpa rekahan atau cerk dalam
2.
Seperti di atas, banyak batu baru, tanaman pengganggu
3.
4.
Bersih, berkelok-kelok, berceruk, bertebing
Seperti di atas, dengan tanaman pengganggu, batu-batu
5.
Seperti di atas, tidak terisi penuh, banyak kemiringan dan penampang kurang efektif
6.
Seperti no.4, berbatu lebih banyak
7.
Tenang
pada
bagian
lurus,
tanaman
pengganggu, ceruk dalam 8.
Banyak tanaman pengganggui, ceruk dalam atau jalan air penuh kayu dan ranting.
b.
Saluran di pegunungan, tanpa tetumbuhan di saluran tebing umumnya terjal, pohon dan semaksemak sepanjang tebing. 1.
2.
Dasar: kerikil, kerakal dan sedikit batu besar
Dasar: kerakal dengan batu besar
D.2 Dataran banjir a.
Padang rumput tanpa belukar 1.
b.
c.
Daerah pertanian 1.
Tanpa tanaman
0,020
0,030
0,040
2.
Tanaman dibariskan
0,025
0,035
0,045
3.
Tanaman tidak dibariskan
0,030
0,040
0,050
0,035
0,050
0,070
Belukar 1.
Belukar
terpencar,
banyak
tanaman
pengganggu 2.
Belukar jarang dan pohon, musim dingin 15
0,035
0,050
0,060
0,040
0,060
0,080
0,045
0,070
0,110
0,070
0,100
0,160
0,110
0,150
0,200
tunas
0,030
0,040
0,050
3.
Seperti di atas, dengan tunas-tunas lebat
0,050
0,060
0,080
4.
Banyak batang kayu, beberapa tumbang,
0,080
0,100
0,120
0,100
0,120
0,160
3.
Belukar jarang dan pohon, musim semi
4.
Belukar sedang sampai rapat, musim dingin
5.
d.
Belukar sedang sampai rapat, musim semi
Pohon-pohonan 1.
Willow rapat, musim semi, lurus
2.
Tanah telah dibersihkan, tunggul kayu tanpa
ranting-ranting, taraf banjir di bawah cabang pohon 5.
Seperti di atas, taraf banjir mencapai cabang pohon
D.3 Saluran besar(lebar atas pada taraf banjir > 100 kaki). Nilai n lebih kecil dari saluran kecil dengan perincian yang sama, sebab tebing memberikan tahanan efektif yang lebih kecil a.
b.
2.4
Penampang beraturan tanpa batu besar atau belukar
Penampang tidak beraturan dan kasar
0,025
0,060
0,035
0,100
Latihan Soal 1. Penampang melintang saluran terbuka adalah trapezium dengan lebar dasar 4,0 m dan kemiringan sisinya adalah 1 vertikal dan 2 horisontal. Gambar & hitunglah debit, apabila kedalaman airnya adalah1,5 m dan S = 0,625 0
00
. Gunakan : a. Rumus Chezy, C = 50 b. Rumus Bazin, m = 2,30
2. Saluran dengan penampang persegi panjang, lebarnya 2,5 m dan kemiringan salurannya 2,5 0
3 00 . Hitunglah kedalaman airnya apabila debitnya adalah 10 m / det.
Gunakan Rumus Chezy dengan C=50. 16
2.5 Perencanaan kedalaman air normal (yn) dengan Grafis. Lihat Grafik Kedalaman Normal (yn) : Grafik 4.2
Contoh Soal : Akan berapakah dalamnya air yang mengalir pada laju 6,79 m 3/det. Dalam sebuah saluran segi empat yang lebarnya 6,1 m, terletak pada kemiringan 0,0001 ? Gunakan n = 0,0149, Hitung dengan : a.
Cara Analitis
b. Cara Grafis dengan Grafik 4.2 (Grafik untuk Mencari Kedalaman Normal, yn) Jawab :
17
y=?
6,1 m
Q = 6,79 m3/det S = 0,0001 a. Cara Analitis :
A by 6,1 y P b 2 y 6,1 2 y R
6,1 y A P 6,1 2 y
Q A . V 1 / n R 2 / 3 s1 / 2 A
1 6,1 y 6,79 0,0149 6,1 2 y
2/3
0,00011 / 2 . 6,1 y
Cara Trial & Error, diperoleh : yn = 1,6 m ( kedalaman normal ) b. Cara Grafis dengan Grafik 4.2
Q 6,79 m 3 / det
b 6,1 m s 0,0001 n 0.0149 Dit.
yn = ?
Jawab :
Q
1 Qn AR 2 / 3 S 1 / 2 AR 2 / 3 1 / 2 n S
6,79 0,0149
0,0001 1 / 2
10,1171 b
8/3
6,1
8/3
124 ,226
18
AR2 / 3 10,1171 0,081 124,226 b8 / 3 Dari Grafik 4.2 diperoleh :
yn 0,26 b yn 0,26 b yn 0,26 6,1 yn 1,586 yn ~ 1,6 m Maka kedalaman air, y : a. Cara Analitis , y = 1,6 m b. Cara Grafis,
y = 1,6 m
2.6 Perencanaan Saluran Tahan Erosi
Sebagian besar saluran yang diberi lapisan dan saluran yang bahan-bahannya merupakan hasil rakitan pabrik dapat menahan erosi dengan baik sehingga dianggap tahan erosi (non erodible). Dalam merencanakan saluran tahan erosi, cukup menghitung ukuran-ukuran saluran dengan rumus aliran seragam, kemudian memutuskan ukuran akhir berdasarkan efisiensi hidrolika / penampang terbaik, praktis dan akonomis. Faktor-faktor yang harus dipertimbangkan dalam perencanaan saluran tahan erosi, adalah : 1. Jenis bahan untuk saluran, yang menentukan koef.kekasaran (n) 2. V min ijin untuk mencegah pengendapan 3. Kemiringan dasar saluran (So) 4. Kemiringan dinding saluran 5. Jagaan (freeboard) 6. Penampang hidrolis terbaik
Ad.1 Bahan tahan erosi & pelapisan Bahan-bahan tahan erosi yang dipakai untuk membentuk lapisan suatu saluran hasil rakitan, meliputi : beton, pas.batu, baja, besi tuang, kayu, plastik, kaca, dll. Pemilihan bahan tergantung pada :
Jenis yang ada
Harga bahan 19
Metode pembangunan
Tujuan pembangunan saluran tsb.
Ad. 2 V min ijin V min ijin merupakan kecepatan terendah yang tidak menimbulkan sedimentasi dan mendorong pertumbuhan tanaman air dan ganggang yang dapat mengganggu kapsitas saluran. Umumnya V rata > 0,75 m/det. Ad. 3 Kemiringan Saluran (So) Kemiringan memanjang saluran biasanya diatur oleh keadaan topografi dan tinggi energi yang diperlukan untuk mengaliran air. Dalam berbagai hal, So tergantung pula pada kegunaan saluran. Ad. 4 Kemiringan Dinding Saluran Kemiringan dinding saluran tergantung pada jenis bahan saluran.
Tabel 2.4 Kemiringan dinding saluran untuk berbagai jenis bahan Bahan
Kemiringan Dinding
Batu
Hampir tegak lurus
Tanah gambut
¼:1
Lempung teguh/tanah berlapis beton
½ : 1 sampai 1 : 1
Tanah berlapis batu/ tanah bagi saluran lebar
1:1
Lempung kaku/tanah bagi parit kecil
1½:1
Tanah berpasir lepas
2:1
Lempung berpasir/ lempung berpori
3:1
Ad. 5 Jagaan (freeboard) Jagaan (freeboard) adalah jarak vertical dari puncak saluran ke permukaan air yang berfungsi sebagai penahan jika muka air mengalami fluktuasi, seperti : tambahan air hujan, muka air beriak, luapan saluran samping, jalan inspeksi, dll.
20
freeboard y h
1
z
b
Untuk menentukan tinggi freeboard dipakai formula USBR (United State Bureau of Reclamation)
f
cy
Dimana : f = freeboard/jagaan (feet) y = kedalaman air (feet) c = koefisien tergantung dari debit Q ≤ 20 cfs
c = 1,5
Q ≥ 3000 cfs
c = 2,5
20 cfs < Q < 3000 cfs
1,5 < c < 2,5 ( interpolasi )
Ad. 6 Penampang Hidrolis Terbaik Lihat Tabel 2.5 Penampang Saluran Hidrolis Terbaik ( terefisien ) adalah : Penampang dengan Luas Penampang (A) yang sama, mempunyai Keliling Basah (P) yang minimum, sehingga Radius hidrolik (R) maksimum dan Debit (Q) menjadi maksimum. 1. Saluran penampang persegi panjang dengan hidrolis terbaik (terefisien), jika :
y
b 2
21
y
b
A= by b
A y
P= b+2y P=
A +2y y
Agar penampang menjadi terefisien, keliling basah (P) harus minimum, sehingga : dP =0 dy
y2
A 2
d A ( 2 y) 0 dy y
y2
by 2
2
by y2
2
b y
-
A 2 0 y2
A 2 y2
Jadi debit ( Q) maksimum ( terefisien ), jika : y 2.
y
b 2
b 2
Saluran penampang lingkaran terefisien
Saluran penampang lingkaran ,
y
d
terefisien, jika :
1540 atau y 0,95 d
22
3. Saluran penampang trapesium terefisien
1 y m
b
Saluran penampang trapesium terefisien jika :
m
1 0,58 3
Tabel 2.5 Penampang Hidrolis Terbaik
Penampang
Luas
Keliling Jari-jari
Lebar
Kedalaman
Faktor
basah
hidrolis
puncak
hidrolis
penampang
P
R
T
D
Z
2 3𝑦
1/2𝑦
4/3 3 𝑦
3/4 y
3/2 y2,5
2y2
4y
1/2𝑦
2y
𝑦
2y2,5
y2
2 2𝑦
1/4 2 𝑦
2y
1/2y
2 2,5 𝑦 2
𝜋 2 𝑦 2
𝜋𝑦
1/2𝑦
2y
𝜋 𝑦 4
𝜋 2,5 𝑦 2
A
Trapesium, 3 𝑦2
setengah bagian segi enam Persegi panjang, setengah
bagian
bujur sangkar Segitiga,
setengah
bagian bujur sangkar
Setengah lingkaran
23
2.7 Contoh Soal : 1. Perlu digali saluran dengan penampang persegi panjang, terbuat
dari batu pecah di
semen, untuk mengalirkan 13,5 m3 / det.air dari jarak 63,5 m dengan kecepatan
2, 25 m /
det. Tentukan penampang saluran yang terefisien dan gradiennya. Jawab :
y
b
A Penampang terefisien, y
Q 13,5 6 m2 V 2,25
b b 2y 2
A by 2 y . y 2 y 2
y2
A y 2
A 6 3 1,732 m 1,7 m 2 2
b 2 y 2 1,7 3,4 m P b 2y P 3,4 2 x 1,7
P 6,8 m R
A 6 0,88 m P 6,8
Untuk permukaan batu pecah di semen, diambil kst =
1 33,3 0,03
24
V kst R 2 / 3 S 1 / 2
S
V2 (2,25) 2 5,4 0 / 00 2 4/3 2 4/3 kst R 33,3 0,88
Maka ,
b = 3,4 m y = 1,7 m S = 5,4 0/00
2. Saluran trapesium mengalirkan debit, Q = 400 cfs, dibuat dengan saluran tahan erosi, memiliki kemiringan 0,0016 dan n = 0,025 Tentukan ukuran penampang. Jawab :
1,49 2 3 12 R S n
V
Pers. Manning,
( British Unit)
Q=AV
Q AR
2
3
2 1 1,49 AR 3 S 2 n
nQ 0,025x400 167,7(1) 1,49 S 1,49 0,0016
A = (b+zy)y
P b 2y 1 z2
R
(b zy ) y
Substitusi ke persamaan (1)
(b 2 y 1 z 2 )
b zy y 5 3 (b 2 y 1 z ) 2
2
167 ,7 3
b ditetapkan, misal = 20 feet z ditetapkan, misal = 2
20 2 y y 5 3 ( 20 2 y 1 2 2 ) 2 3
167,7
7680 1720 y y (10 y )
2,5
Dengan Trial & Error, diperoleh y = 3,36 feet 25
f cy
2,5 1,5 c x(400 20 ) 1,5 1,628 3000 20
f 1,628x3,36 2,34 feet Sehingga kedalaman total, y total = y+f = 3,36 + 2,34 = 5,7 feet
Bila diperlukan penampang hidrolis terbaik/terefisien : Dari table 2.5 diperoleh : A 3y 2
dan R = 0,5 h substitusi ke Persamaan AR
2
3
167,7
3 y 2 (0,5 y ) 2 3 167 ,7
Dengan trial & error, diperoleh y = 6,6 feet
f 1,628x6,6 3,3 feet Sehingga kedalaman total, y total = y+f = 6,6 + 3,3 = 9,9 feet Kemiringan dinding saluran penampang hidrolis terbaik, untuk trapezium = 1 : 1 3 = 1 : 0,58
26
DAFTAR PUSTAKA
1. Chow V.T., Hidrolika Saluran Terbuka, Erlangga, Jakarta, 1989 2. Djojodihardjo, Harijono, Mekanika Fluida, Jakarta,1986 3. Dugdale,R.H., Mekanika Fluida, Erlangga, Jakarta, 1986 4. Giles,Renald V.,Teori dan Soal-Soal Mekanika Fluida dan Hidrolika, Edisi kedua Erlangga, Jakarta, 1986 5. Maryono, Agus, Hidrolika Terapan, 1993 6. Raju, K.G. Rangga, Aliran Melalui Saluran Terbuka, Erlangga,
Jakarta,
1988 7. Subramanya K.,Flow in Open Channel, 1987
27
