BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN
Diketahui jika hasil simulasi pemodelan pada HEC-RAS memodelkan aliran dengan steady flow yang selanjutnya akan dilakukan analisa dengan gerusan pada pilar jembatan. Penelitian ini akan mencari variabel dari persamaan CSU yang tepat untuk membandingkan kedalaman gerusan dari hasil pemodelan HEC-RAS versi 5.0.3 dengan kedalaman gerusan penelitian (eksperimen). Analisa dari penelitian kali ini akan ditampilkan dalam bentuk potongan melintang saluran (cross section) pada bagian pilar jembatan, karena software HEC-RAS hanya dapat menampilkan bentuk gerusan yang ada pada dasar saluran secara 2 dimensi.
5.1 Gerusan Lokal Pilar pada Penelitian (Eksperimen) Dari penelitian yang dilaksanakan di Laboratorium Keairan Universitas Muhammadiyah Yogyakarta didapatkan data kedalaman gerusan pada pilar kapsul dan pilar tajam. Tabel 5.1 akan menyajikan data kedalaman gerusan yang terjadi. I-I
I-I Gambar 5.1. Tampak atas gerusan pada pilar persegi
50
51
I-I
I-I Gambar 5.2. Tampak atas gerusan pada pilar lingkaran
Tabel 5.1 Kedalaman Gerusan Penelitian No
Bentuk Pilar
Kedalaman Gerusan
Satuan
0,038 1
Pilar Persegi
Gerusan Sisi Kiri: 0,13
m
Gerusan sisi kanan: 0,11 0,038 2
Pilar Lingkaran
Gerusan Sisi Kiri: 0,1
m
Gerusan sisi kanan: 0,1
Elevasi (mm)
Pilar Persegi Potongan I-I 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00
Kedalaman Gerusan Gerusan Eksisting 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47
Stationing (cm)
Gambar 5.3. Grafik elevasi dasar gerusan pilar Persegi.
52
Elevasi (mm)
Pilar Lingkaran Potongan I-I 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.00
Kedalaman Gerusan Gerusan Eksisting 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47
Stationing (cm)
Gambar 5.4. Grafik elevasi dasar gerusan pilar Lingkaran. 5.2 Gerusan Lokal Pilar pada HEC-RAS (Model Matematik) 5.2.1 Variabel Persamaan Colorado State University Diketahui bahwa pada penelitian menggunakan persamaan Colorado State University (CSU). Persamaan CSU memiliki beberapa variabel penunjang untuk memprediksi kedalaman gerusan (Ys) seperti faktor koreksi bentuk penampang pilar (K1), faktor koreksi arah datang aliran air (K2), faktor koreksi kondisi dasar permukaan dan gundukan (K3), dan faktor koreksi ketahanan dasar saluran (K4) (lihat BAB III). Berikut perhitungan yang dilakukan untuk menentukan faktor koreksi yang akan diinput pada analisis gerusan lokal dengan metode CSU, untuk K1 dan K3 faktor koreksinya sudah di tentukan sehingga yang dilakukan perhitungan hanya K2 dan K4.
Perhitungan koreksi arah datang aliran air pilar persegi (K2) = cos +
= cos 0 +
,
.
sin
sin 0
,
.
=1
Perhitungan kecepatan pendekatan butiran sedimen D50 dan D95 =
= 6,19 x 0,0281/6 x 0,001861/3 = 0.4195 m/s
= 0.645
,
53
,
= 0.645 /
=
,
,
/
.
= 6,19 x 0,026 = 0.645
,
= 0.645
x 0,4195 = 0.2222 m/s
/
,
x 0,000975 ,
,
/
= 0.3382 m/s
x 0,3382 = 0.1732 m/s
Kecepatan Rasio untuk pilar persegi = ,
=
,
,
,
= 1,275
Faktor koreksi ketahanan dasar saluran pilar persegi (K4) K4 = 0,4 (VR)0,15 = 0,4 (1,275)0,15 = 0,4148
Kecepatan Rasio untuk pilar lingkaran VR =
, ,
, ,
= 1,2009
Faktor koreksi ketahanan dasar saluran pilar lingkaran (K4) K4
= 0,4 (1,2009)0,15 = 0,4111
Tabel 5. 2 Variabel yang diinput untuk pilar persegi. No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Variabel ϴ a Y1 V1 D50 D95 K1 K2 K3 K4 L
Nilai 0 0.0762 0.028 0.3211 0.975 1.86 1.1 1 1.1 0.4148 0,0762
Satuan ° m m m/s mm mm
m
54
Tabel 5. 3 Variabel yang digunakan untuk pilar lingkaran. No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Variabel ϴ a Y1 V1 D50 D95 K1 K2 K3 K4 L
Nilai 0 0.0762 0.028 0.3125 0.975 1.86 1 1 1.1 0.4111 0,0762
Satuan ° m m m/s mm m
m
Berdasarkan tabel di atas, parameter parameter tersebut diinput dalam perhitungan metode CSU pada Hec-Ras 5.0.3 di dapat Ys untuk pilar persegi 0.0437 dengan Fr 0,6127 dan Ys untuk pilar lingkaran sebesar 0,0389 dan Fr 0,5963. Pada Tabel 5.4 menampilkan perbandingan antara hasil analisa dan eksperimen dan di dapat berapa selisih kedalaman gerusan yang terjadi antara CSU dan eksperimen.
Tabel 5. 4 Perbandingan antara hasil analisa dan eksperimen.
No
Bentuk Pilar
Kedalaman
Kedalaman
Gerusan
Gerusan HEC-
Eksperimen
RAS
1
Persegi
0,038
0,0437
2
Lingkaran
0,038
0,0389
5.2.2 Kedalaman Gerusan Hasil simulasi gerusan pada pilar persegi sebesar 0,0437 m dengan gerusan samping kanan dan kiri sebesar 0,0841 m. Pada Gambar 5. 5 menampilkan penampang melintang gerusan yang terjadi pada pilar persegi.
55
Bridge Scour RS = 6.5 Legend WS PF 1 Ground Bank Sta 9.90 Total Scour
Elevation (m)
9.85
9.80
Pier Scour All Piers:
9.75
9.70 29.0
29.5
30.0
30.5
Ys (m): Froude #: Equation:
31.0
0.0437 0.6127 CSU equation
31.5
Station (m)
Gambar 5.5. Hasil simulasi gerusan pada pilar persegi
Sedangkan hasil simulasi gerusan yang terjadi pada pilar lingkaran sebesar 0,0389 m dengan gerusan samping kanan dan kiri sebesar 0,0823 m. Pada Gambar 5.6 menampilkan penampang melintang gerusan yang terjadi pada pilar lingkaran.
Bridge Scour RS = 6.5 Legend WS PF 1 Ground Bank Sta 9.90
Total Scour
Elevation (m)
9.85
9.80
Pier Scour All Piers:
9.75
9.70 29.0
29.5
30.0
30.5
Ys (m): Froude #: Equation:
31.0
0.0389 0.5963 CSU equation
31.5
Station (m)
Gambar 5.6. Hasil simulasi gerusan pada pilar lingkaran
Hasil lebar gerusan bagian sisi kanan dan sisi kiri saluran pada simulasi berbentuk simetris, sesuai dengan hasil kedalaman gerusan (Ys), namun kenyataan pada eksperimen didapatkan bahwa lebar gerusan yang terjadi tidak simetris. Hal ini disebabkan pada HEC-RAS
56
5.0.3 belum terdapat perhitungan lebar gerusan, maka lebar gerusan hanya bergantung dengan nilai kedalaman gerusan. Dari keseluruhan hasil simulasi, agar memudahkan untuk melihat kedalaman gerusan dan perbandingan dengan gerusan eksperimen, dapat dilihat pada Tabel 5. 5.
Tabel 5. 5 Kedalaman gerusan eksperimen dan simulasi No Bentuk Pilar 1
2
Ys
Ys
Eksperimen (m) HEC-RAS (m)
Persegi
0,038
0,0437
Sisi Kiri
0,13
0,0841
Sisi Kanan
0,11
0,0841
Lingkaran
0,038
0,0389
Sisi Kiri
0,1
0,0823
Sisi Kanan
0,1
0,0823
Selisih
%
0,0057
15
0,0009 2,37
5.3 Analisis Perbandingan Hasil Gerusan Hasil analisis kedalaman gerusan antara eksperimen dan metode CSU pada Hec-Ras selanjutnya akan dibandingkan untuk mengetahui apakah hasil yang di dapat pada simulasi berbeda jauh atau tidak dengan hasil eksperimen. Grafik perbedaan kedalaman gerusan antara eksperimen dan simulasi seperti yang di tampilkan Gambar 5.5 untuk pilar persegi dan Gambar 5.6 untuk pilar lingkaran, jika hasil yang didapat memiliki selisih yang cukup signifikan maka akan dilakukan modifikasi pada faktor koreksi agar potensi kedalaman gerusan yang terjadi dapat diprediksi secara efektif. Dari hasil analisis gerusan lokal yang dilakukan menunjukan bahwa simulasi dan eksperimen memiliki selisih yang cukup signifikan sehingga agar perbandingan hasil gerusan mendekati hasil eksperimen dilakukan modifikasi.
57
Pilar Persegi
Elevation (mm)
70 60 50
Gerusan
40 30
Sebelum Gerusan
20 10 0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48
Gerusan CSU
Stationing (cm)
Gambar 5.7. Grafik perbandingan kedalaman gerusan (persegi).
Pilar Lingkaran
70
Elevation (mm)
60
Gerusan
50 40
Gerusan CSU Sebelum Gerusan Pilar
30 20 10 0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48
Stationing (cm) Gambar 5.8. Grafik perbandingan kedalaman gerusan (lingkaran). 5.4 Modifikasi Faktor Koreksi Agar lebih mendekati hasil dari eksperimen dilakukan modifikasi rumus untuk menentukan faktor koreksi, modifikasi dilakukan dengan cara trial and error pada rumus K2 atau K4 sebagai berikut : Modifikasi Faktor koreksi ketahanan dasar saluran pilar persegi (K4) I.
K2 = 1 K4 = 0,38 (VR)0,15 = 0,38 (1,275)0,15 = 0,3941 Ys = 0,0415 m
II.
K2 = 1 K4 = 0,36 (VR)0,15 = 0,36 (1,275)0,15 = 0,3734 Ys = 0,0393
58
III.
K2 = 0,8706 K4 = 0,4 (VR)0,15 = 0,4 (1,275)0,15 = 0,4149 Ys = 0,038004 √
Modifikasi Faktor koreksi ketahanan dasar saluran pilar lingkaran (K4) I.
K2 = 1 K4 = 0,39 (VR)0,15 = 0,39 (1,2012)0,15 = 0,4009 Ys = 0,0379 m
II.
K2 = 1 K4 = 0,3911 (VR)0,15 = 0,3911 (1,2012)0,15 = 0,402 Ys = 0,038007 m √
III.
K2 = 1 K4 = 0,38 (VR)0,15 = 0,38 (1,2012)0,15 = 0,3906 Ys = 0,0369 m
Tabel 5.6. Perbandingan antara hasil modifikasi dan eksperimen. Bentuk Pilar
Persegi
K2
K4
Fr
1
0,3941
1
0,3734 0,6127
Ys
Ys
Eksperimen
Modifikasi
(m)
(m)
0,038
0,8706 0,4149
Lingkaran
1
0,4009
1
0,402
1
0,3906
0,5963
0,038
Selisih
0,0415
0,0035
0,0393
0,0013
0,0380
0
0,0379
0,0001
0,0380
0
0,0369
0,0011
