PERBANDINGAN GERUSAN LOKAL YANG TERJADI DI SEKITAR ABUTMEN DINDING VERTIKAL TANPA SAYAP DAN DENGAN SAYAP PADA SALURAN LURUS (EKSPERIMEN) TUGAS AKHIR

PERBANDINGAN GERUSAN LOKAL YANG TERJADI DI SEKITAR ABUTMEN DINDING VERTIKAL TANPA SAYAP DAN DENGAN SAYAP PADA SALURAN LURUS (EKSPERIMEN)

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk Melengkapi Syarat Penyelesaiaan Pendidikan Sarjana Teknik Sipil

AFRIYANSYAH 09 0404 027

BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK USU 2016

1 Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK

Gerusan (scouring) merupakan suatu proses alamiah yang terjadi di sungai sebagai akibat pengaruh morfologi sungai atau adanya bangunan air (hydraulic structur). Bangunan seperti abutmen merupakan bagian dari struktur bawah jembatan. Keberadaan abutmen pada aliran sungai menyebabkan perubahan pola aliran sungai. Perubahan pola aliran tersebut akan mengakibatkan terjadinya gerusan lokal di sekitar abutmen. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh bentuk abutmen terhadap potensi gerusan lokal yang terjadi di sekitar abutmen tersebut. Model abutmen yang digunakan adalah bentuk abutmen dinding vertikal tanpa sayap dan abutmen dinding vertikal dengan sayap. Penelitian gerusan di sekitar abutmen dilakukan di Laboratorium Hidraulika Jurusan Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara, menggunakan alat flume dengan panjang 8 m, tinggi 0,3 m dan lebar 0,076 m. Penelitian dilakukan dengan pengukuran pola dan kedalaman gerusan disekitar abutmen dengan debit aliran sebesar 0,5 lt/det. Material yang digunakan berupa pasir yang lolos saringan No.8 dan tertahan saringan No.100 dengan nilai d50 = 0.51 mm. Model diuji selama 250 menit untuk setiap kali berlangsung (running). Penelitian menggunakan dua jenis abutmen yaitu abutmen dinding vertikal tanpa sayap dan abutmen dinding vertikal bersayap yang dilakukan dengan kondisi aliran clear water scour. Dari hasil eksperimen yang telah dilakukan didapat bahwa penambahan kedalaman gerusan pada menit-menit awal terjadi sangat cepat dengan kedalaman gerusan bertambah seiring dengan lama waktu pengamatan dan selanjutnya besar penambahan kedalaman gerusan semakin kecil setelah mendekati kondisi kesetimbangan (equilibrium scour depth). Hasil penelitian menunjukan gerusan terbesar pada kedua bentuk abutmen terjadi pada sisi samping depan abutmen bagian hulu. Nilai kedalaman gerusan maksimum pada abutmen dinding vertikal tanpa sayap adalah 1.70 dan lebar gerusan adalah 110 mm, sedangkan untuk abutmen dinding vertikal dengan sayap kedalaman gerusan maksimumnya adalah 1.20 dengan lebar gerusan 90 mm. Bentuk abutmen merupakan faktor yang mempengaruhi kedalaman dan pola dari gerusan. Maka dalam perencanaan konstruksi disarankan agar bentuk abutmen dirancang sebaik mungkin untuk memaksimalkan fungsi dan kemampuannya.

Kata kunci : gerusan lokal, pola gerusan dan bentuk abutmen.


KATA PENGANTAR Alhamdulillah, segala puji syukur bagi Allah SWT yang telah memberi karunia kesehatan dan kesempatan kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. Shalawat dan salam ke atas Baginda Rasulullah Muhammad SAW yang telah memberi keteladanan tauhid, ikhtiar dan kerja keras sehinggga menjadi panutan dalam menjalankan setiap aktifitas kami sehari-hari, karena sungguh suatu hal yang sangat sulit yang menguji ketekunan dan kesabaran untuk tidak pantang menyerah dalam menyelesaikan penulisan ini. Penulisan skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan studi pada Program Studi Strata Satu (SI) Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun judul skripsi yang diambil adalah: "PERBANDINGAN GERUSAN LOKAL YANG TERJADI DI SEKITAR ABUTMEN DINDING VERTIKAL TANPA SAYAP DAN DENGAN SAYAP PADA SALURAN LURUS (EKSPERIMEN)" Penulis menyadari bahwa dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini tidak terlepas dari dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada beberapa pihak yang berperan penting yaitu: 1.

Bapak Ir. Syahrizal, MT dan Bapak Ivan Indrawan, ST, MT selaku Dosen Pembimbing I dan Pembimbing II, yang telah banyak memberikan bimbingan yang sangat bernilai, masukan, dukungan serta meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam membantu penulis menyelesaikan Tugas Akhir ini.


2.

Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

3.

Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

4.

Bapak Ir. Terunajaya,M.Sc selaku Koordinator Sub Jurusan Sumber Daya Air Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

5.

Bapak Ir. Jeluddin Daud, M.Eng selaku Dosen Penasehat Akademik Penulis, yang telah banyak memberikan bimbingan yang sangat bernilai, masukan, dukungan serta meluangkan waktu, tenaga dan pikiran serta kesabarannya dalam perjalanan akademik Penulis.

6.

Bapak Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia, M.Sc dan Ir. Alferido Malik selaku DosenPembanding, atas saran dan masukan yang diberikan kepada Penulisterhadap Tugas Akhir ini.

7.

Kepada keluarga besarku, kedua orangtuaku, Alm Ibunda Rahmawaty Nasution dan Ayahanda Nasrun Syarief, sertaadik-adikku Muhammad Fahrefi Ilhamsyah, Yuliawati dan Muhammad Rifqi Adriansyah, terima kasih untuk perhatian, nasehat, semangat,bantuan, dan kesabaran serta doa yang telah kalian berikan.

8.

Bapak/Ibu seluruh staff pengajar Departemen Teknik Sipil FakultasTeknik Universitas Sumatera Utara.

9.

Seluruh Pegawai Administrasi Departemen Teknik Sipil FakultasTeknik Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan selamaini kepada penulis. (Kak Lince, Kak Dina, Kak Dewi, Bang Zul, Bang Edidan Bang Amin).


10.

Kawan-kawan seperjuangan angkatan 2009,Kakak senior serta Adik-adik junior 2012 terima kasihatas semangat dan bantuannya selama ini.

11.

Serta segenap pihak yang belum penulis sebut disini atas jasajasanyadalam mendukung dan membantu penulis dari segi apapun, sehinggaTugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Mengingat

adanya

keterbatasan-keterbatasan

yang

penulis

miliki,

makapenulis menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Olehkarena itu, segala saran dan kritik yang bersifat membangun dari pembacadiharapkan untuk penyempurnaan laporan Tugas Akhir ini. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih dan semoga laporan Tugas Akhir ini bermanfaat bagi para pembaca.

Medan, Januari 2016 Penulis,

AFRIYANSYAH 09 0404 027


DAFTAR ISI

ABSTRAK...................................................................................................... i KATAPENGANTAR....................................................................................

ii

DAFTAR ISI……..........................................................................................

v

DAFTAR GAMBAR.....................................................................................

ix

DAFTAR TABEL.......................................................................................... xii DAFTAR NOTASI........................................................................................

xiii

DAFTAR LAMPIRAN.................................................................................

xvi

BAB I PENDAHULUAN..............................................................................

1

1.1 Latar Belakang.................................................................................

1

1.2 Perumusan Masalah........................................................................

4

1.3 Batasan Penelitian............................................................................

4

1.4 Tujuan Penelitian.............................................................................

4

1.5 Manfaat Penelitian...........................................................................

5

1.6 Sistematika Penulisan......................................................................

6

BAB II TINJAUAN PUSTAKA...................................................................

7

2.1 Sungai................................................................................................ 7 2.2 Gerusan.............................................................................................. 9


2.2.1 Pengertian Gerusan................................................................... 9 2.2.2 Jenis Gerusan............................................................................. 10 2.2.3 Mekanisme Gerusan.................................................................. 11 2.2.4 Faktor yang Mempengaruhi Kedalaman Gerusan..................... 14 2.2.4.1 Kecepatan Aliran.......................................................... 15 2.2.4.2 Kedalaman Aliran......................................................... 15 2.2.4.3 Ukuran Butiran............................................................. 16 2.2.4.4 Bentuk Abutmen........................................................... 18 2.3 Studi Model……................................................................................ 18 2.4 Persamaan Empiris............................................................................. 21 2.4.1 Bilangan Froude........................................................................ 21 2.4.2 Koefiseien Kekasaran Dasar..................................................... 22 2.4.3 Persamaan untuk Kedalaman Gerusan.....................................

23

2.4.3.1 Persamaan Froehlich (1987)......................................... 23 2.4.3.2 Persamaan Garde dan Raju (1977) .............................. 23 2.5 Pola Aliran......................................................................................... 27 2.6 Transpor Sedimen............................................................................... 28 2.7 Awal Gerak Butiran............................................................................ 29


BAB III METODE PENELITIAN............................................................... 32 3.1 Tempat Penelitian............................................................................... 32 3.2 Bahan Penelitian................................................................................. 32 3.3 Alat Penelitian..................................................................................... 33 3.4 Alur Pelaksanaan Penelitian................................................................ 39 3.4.1 Persiapan Peralatan................................................................... 39 3.4.2 Percobaan Pendahuluan............................................................ 40 3.4.3 Pelaksanaan Penelitian.............................................................. 40 3.4.4 Analisis Hasil Percobaan.......................................................... 44 BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN.............................. 45 4.1 Pemeriksaan Material Dasar................................................................ 45 4.2 Karakteristik Aliran............................................................................. 46 4.3 Aplikasi Program Surfer...................................................................... 48 4.4 Perkembangan Kedalaman Gerusan Terhadap Waktu........................ 51 4.4.1 Perkembangan Kedalaman Gerusan Terhadap Waktu pada Abutmen Dinding Vertikal Tanpa Sayap........................ 52 4.4.2 Perkembangan Kedalaman Gerusan Terhadap Waktu pada Abutmen Dinding Vertikal dengan Sayap.....................

53


4.4.3 Perkembangan Kedalaman Gerusan Maksimum....................

55

4.5 Pola Gerusan .....................................................................................

57

4.5.1 Pola Gerusan di Sekitar Abutmen Dinding Vertikal Tanpa Sayap.......................................................................................

58

4.5.2 Pola Gerusan di Sekitar Abutmen Dinding Vertikal dengan Sayap......................................................................................

61

4.5.3 Pengaruh Bentuk Abutmen terhadap Kedalaman Gerusan....

64

4.6 Perhitungan Empiris Kedalaman Gerusan Lokal..............................

66

4.6.1 Perhitungan Karakteristik Aliran ...........................................

66

4.6.2 Perhitungan Kedalaman Gerusan............................................

68

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN......................................................... 76 5.1 Kesimpulan..................................................................................... 76 5.2 Saran .............................................................................................. 77

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... xvii LAMPIRAN ................................................................................................... xviii


DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Skema Klasifikasi Aliran............................................................ 8 Gambar 2.2 Mekanisme Gerusan Akibat Pola Aliran Air di Sekitar Abutmen.................................................................................... 12 Gambar 2.3 Hubungan Kedalaman Gerusan dengan Waktu........................

14

Gambar 2.4 Hubungan Kedalaman Gerusan dengan Kecepatan Geser ......

14

Gambar 2.5 Hubungan Kedalaman Gerusan dengan Kecepatan Aliran......

15

Gambar 2.6 Hubungan Koefisien Aliran (Kd) dan Aliran Relatif (Yo/b) dengan Ukuran Relatif (b/d50).................................................

16

Gambar 2.7 Koefisien Simpangan Baku (Kσ) Fungsi Standar Geometri Ukuran Butiran......................................................................... Gambar 2.8 Hubungan η 3dengan θ............................................................

17 26

Gambar 2.9 Diagram Shield, Hubungan Tegangan Geser Kritis dengan Bilangan Reynold.......................................................

31

Alat Recirculating Sediment Flume........................................

34

Gambar 3.2 Tampak Atas Abutmen pada Flume.........................................

35

Gambar 3.3 Hook and Point Gauge.............................................................

36

Gambar 3.4 Pintu Air...................................................................................

36

Gambar 3.1

Gambar 3.5 Model Abutmen Dinding Vertikal Tanpa Sayap dan Model Abutmen Dinding Vertikal dengan Sayap....................

37

Gambar 3.6 Model 3D Abutmen Dinding Vertikal Tanpa Sayap dan Model Abutmen Dinding Vertikal dengan Sayap..................... 38 Gambar 3.7 Tampak Atas Penempatan Titik Pengamatan pada Abutmen... 38


Gambar 3.8 Diagram Alur Penelitian...........................................................

42

Gambar 3.9 Diagram Alur Uji Laboratorium...............................................

43

Gambar 4.1 Gradasi Sedimen......................................................................

46

Gambar 4.2 Data Hasil Penelitian dibuat dalam Format Excel (*.xls)........

48

Gambar 4.3 Tampilan Jendela Kerja Surfer................................................

49

Gambar 4.4 Tampilan Menu Worksheet......................................................

49

Gambar 4.5 Tampilan Penyimpanan Data Worksheet dalam bentuk *.bln..

49

Gambar 4.6 Tampilan New DataGrid........................................................

50

Gambar 4.7 Tampilan Hasil Konversi dalam Bentuk .grd..........................

50

Gambar 4.8 Tampilan NewContour Map...................................................

50

Gambar 4.9 Tampilan Contour dari Data .grd............................................

51

Gambar 4.10 Perkembangan Kedalaman Gerusan Terhadap Waktu............

52

Gambar 4.11 Titik Pengamatan pada Abutmen Dinding Vertikal Tanpa Sayap........................................................................................

53

Gambar 4.12 Perkembangan Kedalaman Gerusan Terhadap Waktu.............

54

Gambar 4.13 Titik Pengamatan pada Abutmen Dinding Vertikal dengan Sayap........................................................................................

54

Gambar 4.14 Perkembangan Kedalaman Gerusan Maksimum Terhadap Waktu.......................................................................................

55

Gambar 4.15 Perkembangan Kedalaman Gerusan Maksimum Tiap Jenis Abutmen Terhadap Waktu pada saat t Puncak.........................

56

Gambar 4.16 Pola Koordinat Kontur.............................................................

58

Gambar 4.17 Kontur Pola Gerusan pada Abutmen Dinding Vertikal Tanpa Sayap........................................................................................

59


Gambar 4.18 Isometri Pola Gerusan pada Abutmen Dinding Vertikal Tanpa Sayap........................................................................................

59

Gambar 4.19 Kontur Pola Gerusan pada Abutmen Dinding Vertikal dengan Sayap........................................................................................

62

Gambar 4.20 Isometri Pola Gerusan pada Abutmen Dinding Vertikal dengan Sayap.......................................................................................

62

Gambar 4.21 Kedalaman Gerusan Maksimum pada Abutmen sebagai Fungsi Variasi Bentuk Abutmen..........................................................

65


DAFTAR TABEL

Tabe1 2. 1 Koefisien Bentuk Abutmen………...............................................

24

Tabe1 2. 2 Nilai η1dan n* untuk Berbagai Diameter Butiran Sedimen.........

25

Tabe1 2. 3 Nilai η4 untuk Bentuk AbutmenTerhadap Gerusan.....................

26

Tabe1 4. 1 Analisa Gradasi Butiran................................................................

45

Tabe1 4. 2 Karakteristik Aliran ......................................................................

47

Tabe1 4. 3 Kedalaman Gerusan pada saat Waktu Puncak..............................

56

Tabe1 4. 4 Kedalaman Gerusan Maksimum di Sekitar Abutmen sebagai Fungsi Variasi Bentuk...................................................................

64

Tabe1 4. 5 Perbandingan Hasil Penelitian dengan Penelitian Sebelumnya.....

74


DAFTAR NOTASI

A

= Luas penampang aliran (m2)

B

= Lebar saluran (m)

b

= Lebar abutmen jembatan (m)

C

= Koefisien Chezy

Do

= Kedalaman material (m)

Ds

= Kedalaman gerusan maksimum (m)

d

= Diameter butiran (m)

d50

= Diameter butiran, 50 % material lebih kecil dari d50 (m)

Fr

= Bilangan Froude

g

= Percepatan gravitasi (m/s2)

Gs

= Spesific Grafity

h

= Kedalaman aliran (m)

ho

= Kedalaman aliran mula-mula (m)

K1

= Koefisien bentuk pilar

K2

= Koefisien sudut embankment terhadap aliran

Ki

= Faktor koreksi

Kd

= Faktor ketinggian aliran

Kσ

= Fungsi dari standar deviasi geometrik ukuran distribusi butiran

La

= Panjang abutmen (m)

Q

= Debit aliran (m3/s)

Qc

= Debit aliran kritik (m3/s)

R

= Jari-jari hidraulik (m)


Re

= Bilangan Reynolds

S

= Kemiringan memanjang

Sc

= Kemiringan kritis

Sf

= Kemiringan dasar energi

So

= Kemiringan dasar saluran

T

= Waktu total running (s)

t

= Waktu (s)

t1

= Waktu seketika, ym=b (s)

tp

= Waktu pada saat t puncak (s)

U

= Kecepatan aliran rata-rata (m/s)

Uc

= Kecepatan kritik (m/s)

U*

= Kecepatan geser (m/s)

U*c

= Kecepatan geser kritik (m/s)

ym

= Kedalaman maksimum gerusan pada saat t (m)

yme

= Kedalaman gerusan maksimum pada saat setimbang (m)

Δ

= Rapat massa relatif

α

= Perbandingan bukaan (B-L)/B

ν

= Viskositas kinematik (m2/s)

γ

= Berat jenis material dasar

ρ

= Massa jenis air (kg/m3)

σg

= Standar geometri

τo

= Tegangan geser dasar (N/m2)

τc

= Tegangan geser kritik (N/m2)

θ

= Parameter Shields


η*

= Eksponen, fungsi ukuran sedimen dan geometri halangan

η1

= Koefisien Garde – Raju untuk ukuran sedimen

η3

= Koefisien Garde – Raju untuk sudut datang

η2

= Perbandingan ukuran pilar

η4

= Koefisien Garde - Raju terhadap bentuk geometri abutmen


DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Data Hasil Uji Laboratorium Material Dasar. Lampiran 2. Data Perkembangan Kedalaman Gerusan terhadap Waktu pada Abutmen Dinding Vertikal Tanpa Sayap. Lampiran 3. Data Perkembangan Kedalaman Gerusan terhadap Waktu pada Abutmen Dinding Vertikal dengan Sayap. Lampiran 4. Hasil Gerusan pada Abutmen Dinding Vertikal Tanpa Sayap. Lampiran 5. Hasil Gerusan pada Abutmen Dinding Vertikal dengan Sayap. Lampiran 6. Dokumentasi Penelitian.


PERBANDINGAN GERUSAN LOKAL YANG TERJADI DI SEKITAR ABUTMEN DINDING VERTIKAL TANPA SAYAP DAN DENGAN SAYAP PADA SALURAN LURUS (EKSPERIMEN) TUGAS AKHIR

Recommend Documents