Sub Kompetensi
Bab III HIDROLIKA
• Memberikan pengetahuan tentang hubungan analisis hidrolika dalam perencanaan drainase
Analisis Hidraulika
Saluran
Perencanaan Hidrolika pada drainase perkotaan adalah untuk menentukan kondisi aliran dan mendisain saluran sebagai output perencanaan drainase perkotaan
Aliran Permukaan Bebas 1 V1 2 2g
Aliran Permukaan Tertekan
2 1 Garis energi
2
hf 2
V2 2g h1
Saluran secara umum dibagi menjadi 2 macam. 1. Saluran terbuka (open channels) Saluran yang ada salah satu bagiannya terbuka, seperti : sungai, saluran irigasi dan selokan. 2. Saluran Tertutup Saluran yang tertutup bagian atasnya, seperti : terowongan, pipa dan gorong-gorong.
V1 2 2g
hf
Garis energi
V2 2 2g
Permukaan air bebas h2
h1
Garis Derajat Hidrolis h2
z1
Dasar Saluran
z2
z1 z2
Garis referensi Garis referensi
Garis tengah pipa
1
Klasifikasi Aliran Penelaahan Hidraulika • Aliran tetap • Aliran tidak tetap • Aliran berubah lambat laun • Aliran berubah tiba-tiba
• • • • •
Debit saluran Dimensi saluran Aliran sungai Aliran pasang surut Pompanisasi
Aliran Permanen dan Tidak Permanen • Jika kecepatan aliran pada suatu titik berubah terhadap waktu, maka alirannya disebut sebagai aliran permanen atau tunak (steady flow), jika kecepatan pada suatu lokasi berubah terhadap waktu, maka alirannya disebut sebagai aliran tidak permanen atau tidak tunak (unsteady flow).
Contoh : • Saluran drainase jalan • saluran pembuangan utama dan saluran pemberi dalam saluran irigasi • Pelimpah luapan samping
ALIRAN (FLOW)
Fungsi waktu
ALIRAN PERMANEN (STEADY)
ALIRAN TIDAK PERMANEN (UNSTEADY)
Fungsi waktu
SERAGAM (UNIFORM)
BERUBAH (VARIED)
BERUBAH LAMBAT LAUN (GRADUALLY)
SERAGAM (UNIFORM)
BERUBAH TIBATIBA (RAPIDLY)
BERUBAH (VARIED)
BERUBAH LAMBAT LAUN (GRADUALLY)
BERUBAH TIBATIBA (RAPIDLY)
Aliran Seragam (Uniform) dan Berubah (Varied) • Aliran seragam (uniform flow) dan tetap Aliran dalam saluran terbuka bila kedalaman aliran sama pada setiap penampang saluran atau konstan selama jangka waktu tertentu. • Aliran tidak seragam/berubah (nonuniform flow or varied flow) Apabila kecepatan aliran pada saat tertentu berubah terhadap jarak, misalnya jika ada air mengalir keluar atau masuk di sepanjang arah aliran. • Berdasarkan laju perubahan kecepatan terhadap jarak, maka aliran berubah dibagi menjadi: - Aliran berubah lambat laun (gradually varied flow) dan - Aliran berubah tiba-tiba (rapidly varied flow)
Aliran Laminer dan Turbulen Sifat aliran berdasarkan pengaruh relatif antara gaya kekentalan (viskositas) dan gaya inersia. • aliran laminer garis aliran bergerak menurut lintasan tertentu yang teratur atau lurus. Partikel zat cair yang bergerak mengikuti alur tertentu dan aliran tampak seperti gerakan serat-serat atau lapisan-lapisan tipis yang paralel. Aliran laminer menurut pengaruh keadaan aliran adalah pengaruh relatif antara gaya kekentalan (viskositas) dan gaya inersia, jika gaya viskositas yang dominan. • aliran turbulen garis aliran bergerak menurut lintasan yang tidak teratur, tak lancar maupun tak tetap, akan tetapi aliran tetap bergerak maju. Aliran turbulen adalah bila gaya inersia yang dominan.
2
Bilangan Reynold (Re)
Syarat Bilangan Reynold (Re)
Nilai kekentalan dan inersia dinyatakan dalam bilangan Reynold (Re) yang didefinisikan dengan rumus :
• Batas peralihan antara laminer dan turbulen pada aliran bebas terjadi pada bilangan Reynold, Re ± 600, yang dihitung berdasarkan jari-jari hidraulik sebagai panjang karakteristik. • Aliran Laminer terjadi apabila Re < 500. Tegangan geser lokal pada pertemuan antara bidang batas dan fluida dapat ditentukan dengan mudah untuk bidang batas yang halus, yaitu jika kekasaran pada bidang batas tenggelam dalam lapisan kekentalan (viscous sublayer). • Aliran Turbulen terjadi apabila Re > 2000. • Di alam aliran laiminer pada saluran terbuka sangat jarang ditemui, Aliran ini hanya mungkin terjadi pada kedalaman sangat tipis di atas permukaan gelas yang sangat halus dengan kecepatan yang sangat kecil.
Re
V .L v
dengan : • • • •
V = kecepatan aliran (m/det). L = panjang karakteristik (m), pada saluran muka air bebas L = R, R = Jari-jari hidraulik saluran, v = kekentalan kinematik (m2/det)
Aliran Subkritis, Kritis dan Superkritis
Bilangan Froude (Fr)
• Aliran dikatakan kritis apabila kecepatan aliran sama dengan kecepatan gelombang gravitasi dengan amplitudo kecil. • Aliran dikatakan kritis bila kecepatan aliran lebih kecil daripada kecepatan kritis. • Aliran dinyatakan superkritis bila kecepatan aliran lebih besar daripada kecepatan kritis
Parameter yang digunakan adalah nisbah antara gaya gravitasi dan gaya inersia yang dinyatakan dengan bilangan Froude (Fr). Bilangan Froude untuk saluran berbentuk persegi didefinisikan sebagai : V Fr g .h dengan : • V = kecepatan aliran (m/det), • h = kedalaman aliran (m), • g = percepatan gravitasi (m/det2)
Rumus-Rumus Empiris
Rumus Bazin
Rumus Chezy Kecepatan untuk aliran seragam, dengan beberapa asumsi: • aliran adalah permanen • kemiringan dasar saluran adalah kecil • saluran adalah prismatik
• Koefisien Chezy bersadarkan Bazin (1869), adalah fungsi jari-jari hidraulis (R) dan berat jenis fluida ()
v C R.S Dengan: • v = kecepatan rata-rata (m/dt) • S = kemiringan dasar saluran • C = faktor tahanan aliran (koefisien chezy)
C
87 1 B
R
• B = koefisien yang tergantung pada kekasaran dinding
3
Tabel bazin Jenis Dinding
Rumus Manning B
Dinding sangat halus (semen)
0,06
Dinding halus (papan, batu, bata)
0,16
Dinding batu pecah
0,46
Dinding tanah sangat teratur
0,85
Saluran tanah dengan kondisi biasa
1,3
Saluran tanah dengan dasar batu pecah dan tebing rumput
1,75
• Rumus manning yang paling terkenal dan paling banyak digunakan karena mudah pemakaiannya v
1 2 3 12 R .S n
• Dengan n adalah koefisien kekasaran manning (TL-1/3) • Korelasi koefisien chezy dan manning 1
C
R 6 n
Tabel Koefisien Manning Bahan
n
Besi tuang dilapis
0,014
Kaca
0,010
Saluran beton
0,013
Bata dilapis mortar
0,015
Pasangan batu disemen
0,025
Saluran tanah bersih
0,022
Saluran tanah
0,030
Saluran dengan dasar batu dan tebing rumput
0,040
Saluran pada galian batu padas
0,040
Bentuk Saluran Paling Ekonomis
Rumus Strickles Rumus Strickles merupakan hubungan antara nilai koefisien n dari rumus manning dan ganguillet-Kutter sebagai fungsi dari dimensi material yang membentuk dinding saluran 1
ks
1 R 26( ) 6 n d 35
Dengan: • R = jari-jari hidraulis • D35 = diameter yang berhubungan dengan 35% berat dari material dengan diameter yang lebih besar • Maka rumus kecepatan aliran menjadi: 2
v k s .R 3 .S
1
2
Penampang Persegi Ekonomis B = 2h atau h = B/2
Potongan saluran yang paling ekonomis adalah saluran yang dapat melewatkan debit maksimum untuk luas penampang basah, kekasaran dan kemiringan dasar tertentu.
dP A 20 dh h 2 h 2 A 2h Bh
B
Jari-jari hidraulik R = (h/2)
Bentuk penampang melintang persegi yang paling ekonomis adalah jika kedalaman air setengah dari lebar dasar saluran, atau jari-jari hidrauliknya setengah dari kedalaman air.
4
Penampang Trapesium Ekonomis 1 m
h ø
mh
B
2 h. 3 3 2
Ah . 3
1 m
h ø
B
Penampang trepesium yang paling efisien adalah jika kemiringan dindingnya m=(1/3) atau ø=600. Trapesium yang terbentuk berupa setengah segienam beraturan (heksagonal).
Sistem Jaringan Saluran Drainase • • • • • •
Penampang Segitiga Ekonomis
Saluran Interceptor Saluran Colector Saluran Conveyor Saluran Sadap Saluran Pembuangan akhir Sistem Peresapan
Saluran Collector Saluran yang berfungsi sebagai pengumpul debit yang diperoleh dari saluran drainase yang lebih kecil dan akhirnya akan dibuang ke saluran conveyor (pembawa) Letak saluran ini di bagian terendah dari suatu daerah, sehingga secara efektif berfungsi sebagai pengumpul dari anak cabang saluran yang ada.
Saluran berbentuk segitiga yang paling ekonomis adalah jika kemiringan dindingnya membentuk sudut 450 dengan jaris vertikal.
Saluran Interceptor • Saluran yang berfungsi sebagai pencegah terjadinya pembebanan aliran dari suatu daerah terhadap daerah lain dibawahnya. • Outlet saluran ini biasanya terdapat di saluran collector atau conveyor atau sungai.
Saluran Conveyor Saluran yang berfungsi sebagai pembawa air buangan dari suatu daerah ke lokasi pembuangan tanpa harus membahayakan daerah yang dilaluinya. Contoh : Saluran banjir kanal, sudetansudetan, saluran by pass, yang bekerja secara khusus hanya mengalirkan air secara cepat sampai ke lokasi pembuangan
5
6
