PENGARUH VARIASI KEMIRINGAN TUBUH HILIR BENDUNG DAN PENEMPATAN BAFFLE BLOCKS PADA KOLAM OLAK TIPE SOLID ROLLER BUCKET TERHADAP LONCATAN HIDROLIS DAN PEREDAMAN ENERGI
Tugas Akhir
untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana S-1 Teknik Sipil
diajukan oleh
diajukan oleh :
PEMBRA JUNED ADIPURA NIM : D100090021 NIRM : 09.6.106.03010.50021
kepada
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2013
ii
iii
MOTTO
Allah, tidak ada Tuhan selain Dia. Yang Mahahidup, yang terus-menerus mengurus (makhluk-Nya). 3:2
Wahai orang-orang yang beriman! Rukuklah, sujudlah dan sembahlah Tuhanmu, dan berbuatlah kebaikan, agar kamu beruntung. 22:77 Dari Ibnu „Abbas RA, beliau berkata: Rasulullah SAW bersabda : “Dua nikmat yang kebanyakan manusia lalai untuk memanfaatkannya dengan sebaik mungkin adalah kesehatan dan waktu luang.” (H.R. Bukhari)
iv
PERSEMBAHAN
untuk Bapak dan Ibu terimakasih untuk semuannya. “my first, my last, my everything and the answer to all my dreams. you’re my sun, my moon, my guiding star, my kind of wonderful, that’s what you are.”
untuk Mbah Kakung dan Mbok’e terimakasih atas perhatian, kesabaran dan kasih sayangnya. “yang selalu membukakan pintu meskipun terkadang aku pulang larut malam.”
almamater UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
v
PRAKATA ﻪﺕﺎﮔﺭﺒﻮﷲﺍﺔﻣﺤﺮﻮﻢﮑﻴﻟﻋﻢﻼﺳﻠﺍ
Alhamdulilah, segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat, taufik dan hidayah-Nya sehingga penyusunan laporan Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Tugas Akhir ini disusun guna melengkapi persyaratan untuk menyelesaikan program studi S-1 pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Bersama ini penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah banyak memberikan dukungan sehingga penyusun dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Kemudian dengan selesainya Tugas Aklhir ini penulis juga mengucapkan terima kasih kepada : 1). Bapak Ir. Agus Riyanto, M.T., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 2). Bapak Ir. Suhendro Trinugroho, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah Surakarta. 3). Bapak Jaji Abdurrosyid, S.T., M.T., selaku Pembimbing Utama sekaligus sebagai Ketua Tim Penguji. 4). Bapak Gurawan Djati Wibowo, S.T., M.T., selaku Pembimbing Pendamping sekaligus sebagai Sekertaris Tim Penguji. 5). Bapak Ir. Hermono S.B., M.Eng., selaku Anggota Tim Penguji. 6). Ibu Senja Rum Harnaeni, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik. 7). Bapak, Ibu dan semua keluarga dirumah, terimakasih untuk doa dan kasih sayangnya. 8). Mbah Kakung lan si Mbok’e, terimakasih untuk semua perhatian, kasih sayang dan kesabarannya. 9). Teman-teman tim tiga yang selalu memberi waktu, tenaga dan perhatiannya. 10). Pihak-pihak lain yang tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu.
vi
Semoga segala bantuan yang diberikan, senantiasa mendapatkan ridho dari Allah SWT dan semoga Laporan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Amin ﻪﺕﺎﮐﺮﺑﻮﷲﺍﺔﻤﺣﺮﻮﻡﻜﻳﺎﻋﻢﻼﺳﻠﺍﻮ
Surakarta, Oktober 2013
Penyusun
vii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ..............................................................................................
i
LEMBAR PENGESAHAN ....................................................................................
ii
LEMBAR PERNYATAAN .................................................................................... iii MOTTO ................................................................................................................... vi PERSEMBAHAN ....................................................................................................
v
PRAKATA .............................................................................................................. vi DAFTAR ISI ............................................................................................................ viii DAFTAR TABEL ...................................................................................................
x
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................... xi DAFTAR NOTASI .................................................................................................. xii DAFTAR ISTILAH ................................................................................................ xiii DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................... xiv ABSTRAKSI............................................................................................................ xv BAB
I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang ............................................................................... 1 B. Rumusan Masalah ........................................................................... 2 C. Tujuan Penelitian ............................................................................ 2 D. Batasan Masalah.............................................................................. 3 E. Manfaat Penelitian .......................................................................... 3
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................ 4 BAB III. DASAR TEORI A. Tipe Aliran Pada Bendung .............................................................. 6 B. Debit Aliran ..................................................................................... 7 C. Bilangan Reynolds ........................................................................... 8 D. Bilangan Froude.............................................................................. 8 E. Mercu Pelimpah .............................................................................. 10 F. Peredam Energi Tipe Roller Bucket ................................................ 13 G. Loncatan Air.................................................................................... 16 H. Energi Spesifik ................................................................................ 16 viii
BAB IV. METODE PENELITIAN A. Bentuk Penelitian ............................................................................ 18 B. Lokasi Penelitian ............................................................................. 18 C. Bahan dan Peralatan ........................................................................ 18 D. Pengamatan ..................................................................................... 23 E. Perencanaan Model ......................................................................... 24 F. Running Penelitian .......................................................................... 27 G. Pelaksanaan Penelitian .................................................................... 28 H. Bagan Alur Pelaksanaan Penelitian ................................................ 30 BAB V. HASIL ANALISIS DAN PEMBAHASAN A. Hasil Pengujian ............................................................................... 31 B. Analisis Data dan Pembahasan ....................................................... 31 BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan ..................................................................................... 40 B. Saran ................................................................................................ 41 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
ix
DAFTAR TABEL
Tabel IV.1
Running Penelitian ......................................................................
27
Tabel V.1
Kecepatan Aliran ........................................................................
32
Tabel V.2
Besaran Bilangan Reynolds di Hilir Pusaran ..............................
34
Tabel V.3
Kehilangan Energi Pada Aliran Melalui Tubuh Bendung dan Kolam olak ..............................................................................................
x
36
DAFTAR GAMBAR
Gambar III.1
Pola Penjalaran Gelombang di Saluran Terbuka ........................
10
Gambar III.2
Bentuk Mercu Tipe Ogee dan Tipe Bulat ...................................
11
Gambar III.3
Bentuk-bentuk Bendung Mercu Ogee .........................................
12
Gambar III.4
Grafik Perencanaan Mercu Ogee.. ..............................................
12
Gambar III.5
Kolam Olak Tipe Roller Bucket.. ................................................
13
Gambar III.6
Pusaran Air pada Kolam Olak Tipe Solid Roller Bucket ............
14
Gambar III.7
Energi dalam Aliran Saluran Terbuka Berubah Beraturan .........
16
Gambar IV.1
Air yang digunakan dalam penelitian .........................................
18
Gambar IV.2
Kayu, Lem, Malam dan Amplas .................................................
18
Gambar IV.3
Saluran/Open Flume 30x60x1000 cm.........................................
19
Gambar IV.4
Bak penampung air .....................................................................
19
Gambar IV.5
Pompa Air dan Kran pengatur debit............................................
20
Gambar IV.6
Tail Gate .....................................................................................
20
Gambar IV.7
Pelimpah Ogee, Kolam Olak Solid Roller Bucket dan Bafle Blocks ..........................................................................................
21
Gambar IV.8
Penggaris besi, Meteran dan Stopwatch ......................................
22
Gambar IV.9
Mistar Ukur pada Open Flume....................................................
22
Gambar IV.10 Variabel-variabel yang diamati dalam penelitian .......................
23
Gambar IV.11 Grafik koefisien peluapan mercu ogee hubungan antara p/Hd ....
24
Gambar IV.12 Baffle blocks bentuk balok ..........................................................
27
Gambar IV.13 Bagan Alur Penelitian .................................................................
30
Gambar V.1
Karakteristik Aliran .....................................................................
39
Gambar V.2
Hubungan Variasi Debit (cm3/dt) dengan Kecepatan di Hilir Pusaran (cm/dt) ...........................................................................
32
Gambar V.3
Hubungan Variasi Debit (cm3/dt) dengan Bilangan Reynold .....
34
Gambar V.4
Hubungan Variasi Debit (cm3/dt) dengan Prosentase Kehilangan Energi (%) ...................................................................................
Gambar V.2
36
Hubungan Variasi Debit (cm3/dt) dengan Panjang Pusaran Air (cm) ............................................................................................. xi
38
DAFTAR NOTASI
Notasi III.1
Debit Aliran (m3/dt) ....................................................................
7
Notasi III.2
Debit Aliran (liter/detik) .............................................................
7
Notasi III.3
Bilangan Reynolds .......................................................................
8
Notasi III.4
Bilangan Froude..........................................................................
9
Notasi III.5
Energi Spesifik ............................................................................
16
Notasi III.6
Energi Spesifik (α = 1) ................................................................
16
xii
DAFTAR ISTILAH
A
: luas penampang aliran (m2)
b
: lebar saluran (m)
Cd
: koefisien debit
Ce
: koefisien tampang saluran
E
: energi (m)
E1
: energi di hulu mercu (m)
E2
: energi setelah pusaran (m)
Fr
: angka f roude
g
: percepatan gravitasi (m2/dt)
h1
: kedalaman air di hulu mercu (m)
h2
: kedalaman muka air hilir setelah pusaran (m)
hd
: kedalaman air di atas mercu (m)
hf
: kehilangan energi (m)
Lj
: panjang pusaran air (m)
p
: tinggi bendung (m)
Q
: debit aliran (m3/dt)
R
: jari-jari hidraulik (m)
Re
: bilangan reynolds.
V
: kecepatan rata-rata aliran (m/dt)
Vc
: kecepatan awal aliran di atas mercu (m/dt)
V1
: kecepatan di hulu mercu (m/dt)
V2
: kecepatan setelah pusaran (m/dt)
z
: selisih elevasi hd dengan h2
υ
: kekentalan kinematik (m2/dt)
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran I
Penentuan Debit Rencana
Lampiran II
Pengamatan Hasil Pengujian
Lampiran III
Kecepatan Aliran dan Bilangan Reynolds
Lampiran IV
Kehilangan Energi
Lampiran V
Loncatan Hidrolis
Lampiran VI
Gambar Model
Lampiran VII Tabel Kekentalan Vikositas Lampiran VIII Lembar Konsultasi
xiv
ABSTRAK Salah satu konstruksi bangunan air yang digunakan untuk mengoptimalkan penggunaan sumber daya air adalah bendung. Peninggian muka air karena pembendungan akan mengakibatkan adanya aliran yang deras di bagian hilir. Jika dalam suatu aliran terjadi perubahan jenis aliran dari superkritis ke subkritis, maka akan terjadi loncatan hidrolis atau yang sering disebut hydraulic jump. Guna mereduksi energi yang terdapat di dalam aliran tersebut, maka diperlukan bangunan peredam energi yaitu kolam olakan (stilling basin). Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui pengaruh kemiringan tubuh hilir bendung dan penempatan baffle blocks terhadap loncatan hidrolis dan peredaman energi. Penelitian dilakukan di Laboratorium Hidraulika Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik UMS. Penelitian ini menggunakan open flume berukuran 30x60x1000 cm dengan kemiringan dasar saluran 0,0058. Menggunakan pelimpah ogee dengan kemiringan hilir 1:4, 2:4, 3:4, 4:4 dan menggunakan kolam olak tipe solid roller bucket dengan ukuran baffle blocks 5/12 R. Penelitian dilakukan pada enam belas perlakuan (kemiringan hilir bendung dan penempatan baffle blocks) dengan empat variasi debit air dan pada setiap debitnya kemudian dilakukan pengujian turbulensi aliran, panjang pusaran air dan kehilangan energi. Hasil penelitian menunjukkan beberapa kesimpulan, pertama semakin bertambahnya debit aliran, maka semakin besar turbulensi dan panjang loncatan hidrolis di hilir pusaran serta semakin kecil nilai prosentase kehilangan energinya. Kedua, susunan baffle blocks yang paling efektif dalam meredam turbulensi dan loncatan hidrolis di hilir pusaran adalah yang dipasang pada tengah-tengah radius lengkung. Ketiga, efisiensi kehilangan energi bertambah seiring berkurangnya variasi debit, perlakuan tanpa baffle blocks adalah yang paling efektif. Keempat, dengan debit aliran yang sama dari variasi kemiringan tubuh hilir bendung tidak terjadi perbedaan yang signifikan terhadap turbulensi aliran dan kehilangan energi kecuali pada panjang loncatan hidrolis, yaitu kemiringan 4:4 yang paling efektif. Kata kunci : pelimpah ogee, solid roller bucket, baffle blocks, loncatan hidrolis
xv
