1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Saluran terbuka memiliki hubungan erat terhadap aktifitas manusia.

Salah satu contoh saluran terbuka yang sering dijumpai adalah sungai. Sungai

mempunyai peranan penting sebagai penunjang kehidupan manusia. Hal ini

dikarenakan fungsi sungai bukan hanya sebagai sarana untuk mengalirkan air,

akan tetapi mampu memberikan nilai ekonomis dalam berbagai aspek

kehidupan, seperti pembangkit listrik, penyediaan air baku bagi perusahaan

air minum, sarana transportasi, pertanian, perkebunan, perikanan dan lain

sebagainya.

Sungai pada umumnya memiliki karakteristik sifat yaitu terjadinya

perubahan morfologi pada bentuk dan tampang aliran. Perubahan pada sungai

umumnya terjadi akibat dari faktor alam atau faktor manusia seperti adanya

bangunan bangunan air pada badan sungai seperti pilar, abutmen, bendung

dan sebagainya. Sifat dinamis pada sungai, suatu waktu akan dapat

memberikan pengaruh kerusakan pada bangunan yang ada disekitarnya.

Salah satu permasalahan yang terjadi pada sungai adalah sedimentasi.

Proses sedimentasi berjalan sangat komplek, diawali dengan turunnya air

hujan yang menghasilkan energi kinetik sebagai awal proses erosi pada

permukaan tanah. Ketika tanah menjadi partikel halus, sebagian akan

2

tertinggal dan sebagian lainnya terbawa aliran air kemudian masuk pada

badan air atau sungai sehingga menjadi angkutan sedimen.

Berdasarkan penelitian, semakin besar debit yang dialirkan maka

angkutan sedimen (Bed Load) akan semakin banyak (Cahyono iksan : 2007).

Angkutan sedimen tersebut pada waktu tertentu akan diendapkan pada suatu

tempat. Sedimentasi dapat terjadi pada badan sungai, muara sungai ataupun

pantai.

Sehubungan dengan hal tersebut diatas, perlu diadakan studi

eksperimen mengenai pergerakan sedimen pada saluran terbuka. Maka

penulis tertarik untuk melakukan penelitian tugas akhir dengan judul

Analisis Gerak dan Laju Sedimen Pada Komponen Struktur (Pilar).

1.2 Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah yang akan dibahas pada penulisan ini adalah :

1. Bagaimana pengaruh debit terhadap gerak dan laju sedimen ?

2. Bagaimana pengaruh debit terhadap gerak dan laju sedimen yang terjadi

pada saluran terbuka dengan adanya pilar ?

1.3 Tujuan dan Manfaat Penelitian

1. Tujuan Penelitian

Adapun tujaun dari penelitian ini adalah :

1. Untuk menganalisis pengaruh debit terhadap gerak dan laju sedimen

pada saluran terbuka.

3

2. Untuk menganalisis gerak dan laju sedimen yang terjadi pada saluran

terbuka dengan adanya pilar.

2. Manfaat Penelitian

Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah :

Bagi keilmuan dibidang teknik sipil, memberikan tambahan

pengetahuan pergerakan sedimen pada saluran terbuka dengan

menambahkan pengaruh pilar.

1.4 Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini dapat diuraikan sebagai berikut ;

1. Dalam penelitian ini dilaksanakan pada Laboratorium Hidraulika dan

Sumber Daya Air Fakultas Teknik Universitas Halu Oleo.

2. Penelitian ini menggunakana alat Sediment Transport Flow Channel.

3. Sedimen yang digunakan diperoleh dari Sungai Wanggu.

4. Penelitian menggunakan tiga variasi debit , disesuaikan dengan

kemampuan alat.

5. Sedimen tersuspensi (Suspended Load) tidak diperhitungkan.

1.5 Keaslian Penelitian

Penelitian mengenai pergerakan sedimen telah banyak dilakukan,

pengaruh variasi debit air terhadap laju bed load pada saluran terbuka dengan

pola aliran steady flow (Cahyono Iksan : 2007), besarnya aliran air dengan

total angkutan sedimen pada saluran terbuka (H.H. Arfan,dkk)

M. S. Pallu, dkk. (2013) melakukan eksperimen mengenai angkutan

sedimen dasar pada saluran terbuka. Chandra Murprabowo M. dan Umbro

4

Lasminto (2013) melakukan penelitian mengenai angkutan sedimen sudetan

Pelangwot-Sedayu lawas Bengawan Solo.

Wa Masriana Duku (2011) melakukan penelitian dengan judul Analisis

Bed Load Saluran Kasar Dengan Bed Material Pasir Lepo-Lepo.

Dalam penelitian ini, akan dilakukan analisis mengenai gerak dan laju

sedimen pada pilar. Material yang digunakan adalah sedimen sungai wanggu

yang telah lolos saringan (gradasi) yang diperoleh langsung dari sungai

Wanggu. Perbedaan penelitian ini dengan yang dilakukan oleh Cahyono Iksan

(2007) adalah penambahan pengaruh pilar terhadap pergerakan sedimen serta

material sedimen yang digunakan.

1.6 Sistematika Penulisan

Untuk memperoleh gambaran keseluruhan dari prosal ini, maka disusun

berdasarkan sistematika penulisan sebagai berikut :

a. Bab I, Pendahuluan, berisi tentang latar belakang pemilihan topik masalah,

rumusan masalah, tujuan dan manfaat penelitian, batasan masalah,

keaslian penelitian, dan sistematika penulisan.

b. Bab II, Tinjauan Pustaka, menguraikan tentang saluran terbuka, sungai,

dan sedimentasi.

c. Bab III Metodologi Penelitian, menguraikan tentang metodologi penelitian

yang digunakan dalam penelitian.

d. Bab IV Analisis Data, menguraikan tentang analisis data hasil penelitian

serta pembahasan mengenai hasil penelitian.

5

e. Bab V Penutup, berisi kesimpulan dari hasil penlitian yang dilakukan serta

saran saran yang diberikan utnuk mempermudah penelitian.

6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

1.1 Saluran Terbuka

Aliran dalam saluran terbuka maupun saluran tertutup yang

mempunyai permukaan bebas disebut aliran permukaan bebas (free

surface flow) atau aliran saluran terbuka (open channel flow). Permukaan

bebas mempunyai tekanan sama dengan tekanan atmosfir. Dengan adanya

permukaan bebas pada saluran terbuka, aliran air bergantung pada gaya

gravitasi dan daya inersia alirannya. Jika pada aliran tidak terdapat

permukaan bebas dan aliran dalam saluran penuh, aliran yang terjadi

disebut aliran dalam pipa (pipe flow) atau aliran tertekan (pressurized

flow). Aliran dalam pipa tidak terdapat tekanan atmosfir akan tetapi

tekanan hidraulik

Dalam saluran tertutup kemungkinan dapat terjadi aliran bebas

maupun aliran tertekan pada saat yang berbeda, misalnya gorong-gorong

untuk drainase, pada saat normal alirannya bebas, sedang pada saat banjir

karena hujan tiba-tiba air akan memenuhi gorong-gorong sehingga

alirannya tertekan. Dapat juga terjadi pada ujung saluran tertutup yang satu

terjadi aliran bebas, sementara ujung yang lain alirannya tertekan. Kondisi

ini dapat terjadi jika ujung hilir saluran terendam (sumerged).

7

Gambar 2.1 aliran permukaan bebas pada saluran terbuka (a), aliran permukaan

bebas pada saluran tertutup (b), aliran tertekan pada saluran pipa (c).

Pada gambar 2.1 di atas menjelaskan tekanan yang ditimbulkan oleh air

pada setiap penampang saluran stinggi y di atas dasar saluran. Jumlah energi

dalam aliran berdasarkan suatu garis persamaan adalah jumlah tinggi tempat z

diukur dari dasar saluran, tinggi tekanan y dan kecepatan V2/2g, dengan V adalah

kecepatan rata-rata aliran. Energi ini dinyatakan dalam gambar dengan suatu garis

derajat energi (energy grade line) atau disingkat garis energi (energy line). Energi

yang hilang ketika pengaliran terjadi dari penampang (1) ke penampang (2)

dinyatakan hf.

Secara umum, persamaan dasar yang dipakai untuk menganalisa debit (Q)

aliran pada saluran terbuka yang berlaku untuk suatu penampang saluran dapat

dilihat dalam rumus berikut:

Ga ris e ne rg i

Pe rm u k aan air be b as

D asa r sa lura n

G arisre fe ren s i

1 2

g2V 21

h 1

z1z 2

h 2

g2

V 22

h fGa ris e ne rg i

G aris de raja d h id ro lis

G aris ten ga h pip a

G arisre f ere ns i

1 2

h2

z 2

h f

g2

V 22

z 1

h 1

g2

V 21

(c )( b)( a)

8

Q = V. A(2.1)

dengan :

Q = debit (m3/dtk)

V = Kecepatan rata-rata (m/dtk)

A = Luas penampang saluran (m2/dtk)

Untuk menghitung luas penampang saluran, dapat menggunakan rumus

sebagai berikut:

A = b.h(2.2)

Dengan,

A = Luas penampang saluran (m2)

b = Lebar saluran (m)

h = Tinggi saluran (m)

Untuk keceptan rata-rata, digunakan rumus:

V = Q/(b.h)(2.3)

Menurut V.T Chow (1992) saluran terbuka merupakan saluran yang

mengalirkan air dengan suatu permukaan bebas. Berdasarkan asal saluran dapat

digolongkan menjadi saluran alamiah (natural) yang meliputi semua alur air yang

terdapat secara alamiah dipermukaan bumi dan saluran buatan (artificial) yang

meliputi semua alur air hasil buatan manusia seperti drainase, gorong-gorong,

terusan dan lain lain.

Saluran terbuka menurut B.Triadmodjo (1996) adalah saluran dimana air

mengalir dengan permukaan bebas. Pada saluran terbuka, saluran alamiah

9

(sungai), variabel aliran sangat tidak teratur terhadap ruang dan waktu. Variabel

tersebut adalah tampang lintang saluran, kekasaran, kemiringan dasar, belokan,

debit, dan lain sebagainya.

Zat cair yang mengalir pada saluran terbuka mempunyai bidang kontak hanya

pada dinding dan dasar saluran. Saluran terbuka dapat berupa saluran alamiah atau

buatan, galian tanah dengan atau tanpa lapisan penahan, terbuat dari pipa, beton, batu,

bata, atau material lain, dapat berbentuk persegi, segitiga, trapesium, lingkaran, tapal

kuda, atau tidak beraturan.

Gambar 2.2 Bentuk-bentuk potongan melintang saluran terbuka

Kwanza (dalam J.Jomba dkk :2015) melakukan investigasi pada efek dari

lebar saluran, kemiringan saluran dan debit lateral pada saluran persegi panjang

dan trapesium. Mereka mencatat bahwa kenaikan debit sebagai parameter yang

ditentukan adalah bervariasi dan saluran trapesium memiliki sifat hidrolik yang

lebih efisien dibandingkan dengan saluran yang berbentuk persegi panjang.

1.2 Klasifikasi Aliran

Aliran permukaan bebas dapat diklasifikasikan menjadi berbagai

tipe tergantung kriteria yang digunakan. Berdasarkan perubahan

kedalaman dan/atau kecepatan mengikuti fungsi waktu, aliran dibedakan

10

menjadi aliran permanen (steady) dan tidak permanen (unsteady),

sedangkan berdasarkan fungsi ruang, aliran dibedakan menjadi aliran

seragam (uniform) dan tidak seragam (non-uniform).

a. Berdasarkan perubahan terhadap waktu

Jika kecepatan aliran pada suatu titik tidak berubah terhadap

waktu, maka alirannya disebut aliran permanen atau tunak (steady

flow), jika kecepatan pada suatu lokasi tertentu berubah terhadap

waktu maka alirannya disebut aliran tidak permanen atau tidak

tunak (unsteady flow).

1. Aliran Tunak (steady flow)

Perubahan terhadap waktu tetap = 0Perubahan kedalaman terhadap waktu tetap = 0Perubahan kecepatan terhadap waktu tetap = 0

2. Aliran Tidak Tunak (Unsteady Flow)

Perubahan volume terhadap waktu tetap = 0b. Berdasarkan keadaan aliran

1. Aliran Laminer dan TurbulenJika partikel zat cair yang bergerak mengikuti alur tertentu dan

aliran tampak seperti gerakan serat-serat atau lapisan-lapisan tipis yang

paralel, maka alirannya disebut aliran laminer. Sebaliknya jika partikel

zat cair bergerak mengikuti alur yang tidak beraturan, baik ditinjau

terhadap ruang maupun waktu, maka alirannya disebut aliran turbulen.

11

Faktor yang menentukan keadaan aliran adalah pengaruh relatif

antara gaya kekentalan (viskositas) dan gaya inersia. Jika gaya

viskositas dominan, alirannya laminer, jika gaya inersia yang dominan,

alirannya turbulen.

Nisbah antara gaya kekentalan dan inersia dinyatakan dalam

bilangan Reynold (Re), yang didefinisikan sebagai :

L.VR e .................... (2.4)

dengan

V = kecepatan aliran (m/det),

L = panjang karakteristik (m), pada saluran muka air bebas L = R,

R = Jari-jari hidraulik saluran,

= kekentalan kinematik (m2/det).

Tidak seperti aliran dalam pipa, dimana diameter pipa biasanya

dipakai sebagai panjang karakteristik, pada aliran bebas dipakai kedalaman

hidraulik atau jari-jari hidraulik sebagai panjang karakteristik. Kedalaman

hidraulik didefinisikan sebagai luas penampang basah dibagi lebar

permukaan air, sedangkan jari-jari hidraulik didefinisikan sebagai luas

penampang basah dibagi keliling basah. Batas peralihan antara aliran

laminer dan turbulen pada aliran bebas terjadi pada bilangan Reynold, Re

+ 600, yang dihitung berdasarkan jari-jari hidraulik sebagai panjang

karakteristik.

12

Dalam kehidupan sehari-hari, aliran laminer pada saluran terbuka

sangat jarang ditemui. Aliran jenis ini mungkin dapat terjadi pada aliran

dengan kedalaman sangat tipis di atas permukaan gelas yang sangat halus

dengan kecepatan yang sangat kecil.

Aliran dikatakan kritis apabila kecepatan aliran sama dengan

kecepatan gelombang gravitasi dengan amplitudo kecil. Gelombang

gravitasi dapat dibangkitkan dengan merubah kedalaman. Jika kecepatan

aliran lebih kecil daripada kecepatan kritis, maka alirannya disebut

subkritis, dan jika kecepatan alirannya lebih besar daripada kecepatan

kritis, alirannya disebut superkritis.

Parameter yang menentukan ketiga jenis aliran tersebut adalah

nisbah antara gaya gravitasi dan gaya inertia, yang dinyatakan dengan

bilangan Froude (Fr). Untuk saluran berbentuk persegi, bilangan Froude

didefinisikan sebagai :

hgVFr

. ............................(2.5)

dengan

V = kecepatan aliran (m/det),

h = kedalaman aliran (m),

g = percepatan gravitasi (m/det2)

hg. .= kecepatan gelombang dangkal

Fr = 1,0 disebut aliran kritis

Fr < 1,0 disebut aliran sub-kritis

Fr > 1,0 disebut aliran super-kritis

13

1.3 Sungai

1.3.1 Definisi Sungai

Sungai adalah torehan dipermukaan bumi yang merupakan

penampung dan penyalur alamiah aliran air dan material yang

dibawahnya dari bagian hulu ke bagian hilir suatu daerah pengaliran

ke tempat yang lebih rendah dan akhirnya bermuara ke laut. Sungai

juga didefinisikan sebagai paduan antara alur sungai dan aliran air

didalamnya.

Berdasarkan segi hidrologi sungai mempunyai fungsi utama

yaitu menampung curah hujan dan mengalirkannya sampai ke laut.

Daerah pengaliran sungai (DPS) sendiri memiliki definisi sebagai

derah dimana sungai memperoleh air yang merupakan daerah

tangkapan hujan, atau sebagai unit kesatuan wilayah tempat air hujan

menjadi aliran permukaan dan mengumpul ke sungai menajadi aliran

sungai, dan dibatasi oleh punggung permukaan bumi yang dapat

memisahkan dan membagi air hujan menjadi aliran permukaan ke

masing-masing daerah pengaliran sungai.

2.2.2 Pola Aliran Sungai

Sungai di dalam semua DPS mengikuti aturan bahwa aliran sungai

dihubungkan oleh suatu jaringan satu arah dimana cabang selain anak

sungai mengalir ke dalam sebagai induk yang lebih besar dan

membentuk suatu pola tertentu yang tergantung pada kondisi

14

topografi, geologi, iklim, dan vegetasi yang terdapat dalam daerah

pengaliran sungai.

Beberapa pola aliran yang terdapat di Indonesia yaitu :

a. Radial

Pola ini biasanya dijumpai di daerah lereng gunung atau di

daerah dengan topografi berbentuk kubah.

b. Rektangular

Pola ini biasa di jumpai pada daerah batuan berkapur.

c. Trellis

Pola ini biasanya dijumpai pada daerah dengan lapisan

sedimen di daerah pengunungan lipatan.

d. Denritik

Pola ini pada umumnya terdapat daerah batuan sejenis

dengan penyebaran yang luas;

2.2.3 Bentuk Daerah Pengaliran Sungai

Pola-pola aliran ini menetukan bentuk suatu daerah pengaliran

sungai yang secara umum dapat dibedakan dalam empat bentuk

yaitu:

a. Bentuk Memanjang

Bentuk ini induk sungai akan memanjang dengan anak-anak

sungai langsung masuk ke induk sungai, dengan debit banjir yang

15

relatif kecil karena perjalanan banjir dari anak-anak sungai

memiliki waktu yang berbeda-beda.

b. Bentuk Radial

Bentuk ini terjadi karena arah alur sungai seolah-olah

memusat pada satu titik sehingga menggambar bentuk radial,

kipas, atau lingkaran. Pada bentuk ini waktu yang diperlukan aliran

yang datang dari segala penjuru arah alur sungai memerlukan

waktu yang relatif bersamaan, sehingga bila hujan yang sifatnya

merata diseluruh daerah pengaliran sungai terjadi maka banjir

besar akan terjadi.

c. Bentuk Paralel

Daerah pengaliran sungai ini dibentuk oleh dua lajur sub

daerah pengaliran sungai yang menyatu dibagian hilir. Banjir yang

terjadi pada bentik ini biasanya terjadi setelah disebelah dibagian

hilir titik pertemuan kedua alur sungai sub daerah pengaliran

sungai tersebut.

d. Bentuk Kompleks

Bentuk ini merupakan gabungan dasar-dasar dua atau lebih

buruj daerah pengaliran.

16

2.2.4 Alur Sungai

Secara sederhana alur sungai dapat dibagi menjadi tiga bagian

yaitu :

a. Bagian Hulu

Pada umumnya alur sungai bagian hulu melalui daerah

pengunungan, perbukitan, atau lereng gunung api yang memiliki

cukup ketinggian dari muka laut, shingga dapat disebut sumber

erosi. Alur sungai dibagian hulu biasanya mempunyai kecepatan

aliran yang lebih besar dari pada bagian hilir, sehingga pada saat

banjir material hasil erosi yang diangkut berupa pasir, kerikil, dan

batuan.

b.Bagian Tengah

Bagian tengah umumnya memiliki penampang berbentuk

peralihan bentuk V dan bentuk U sehingga daya tampungnya

masih dapat menerima aliran banjir, bagian ini juga merupakan

daerah keseimbangan antara proses dan sedimentasi, serta

merupakan daerah peralihan dari bagian hulu dan hilir

c. Bagian Hilir

Bagian ini biasanya alur sungainya melalui daerah pedataran

dengan kemiringan dasar sungai landai sehingga kecepatan

17

alirannya lambat, dan memungkinkan proses pengendapan terjadi

dengan mudah.

2.3 Sedimen

Sedimentasi adalah proses pengendapan material yang terangkut oleh

aliran dari bagian hulu akibat dari erosi. Sungai-sungai membawa sedimen

dalam setiap alirannya. Sedimen dapat berada di berbagai lokasi dalam

aliran, tergantung pada keseimbangan antara kecepatan ke atas pada partikel

(gaya tarik dan gaya angkat) dan kecepatan pengendapan partikel (Asdak

dalam Arta O.B dkk :2007)).

Aliran pada sungai, secara umum membawa sejumlah sedimen, baik

sedimen suspensi (suspended load) maupun sedimen dasar (bed load).

Adanya perubahan angkutan sedimen dasar (bed load) akan disertai dengan

perubahan konsentrasi sedimen suspensi. Konsentrasi sedimen suspensi (dan

distribusi kecepatan) diketahui berubah dari tengah ke arah tepi saluran.

Coleman (1981) dan Zainuddin dan Kironoto (2003) dalam Kironoto

(2007), melaporkan bahwa adanya sedimen suspensi dapat mempengaruhi

bentuk distribusi kecepatan, yang akan mempengaruhi besaran kecepatan

gesek yang ditimbulkannya. Adanya bed load yang diketahui mempengaruhi

kandungan konsentrasi sedimen suspensi, dan juga mempengaruhi bentuk

distribusi kecepatan, diperkirakan juga mempengaruhi besarnya kecepatan

gesek. Sehubungan dengan itu, dalam tulisan ini akan dipelajari seberapa

besar pengaruh angkutan sedimen dasar (bed load) terhadap kecepatan gesek

pada arah transversal, dari tengah saluran ke arah di tepi, termasuk pengaruh

18

kemiringan dasar saluran dan debit aliran terhadap distribusi kecepatan

gesek.

2.3.1 Konsep Dasar Pergerakan Sedimen

Aliran air menimbul gaya-gaya aliran yang bekerja pada

material sedimen, yang cenderung untuk menggerakkan / menyeret

butiran material sedimen. Kondisi kritik terjadi apabila gaya-gaya

hidrodinamik yang bekerja pada suatu partikel sedimen mencapai

suatu harga tertentu yang mana jika terlampaui akan menyebabkan

butiran sedimen bergerak ( Tiny Mananoma dkk :2005).

Air mengalir diatas sedimen dasar, maka ada gaya yang

mendorong buitran, dimana gaya ini cenderung menggerakan partikel

sedimen. Gaya yang menahan akibat aliran air tergantung dari sifat-sifat

material. Untuk sedimen berbutir kasar seperti pasir dan kerikil, gaya

tahanan utamanya berhubungan dengan berat sendiri partikel.

Ketika gaya-gaya hidrodinamik bekerja pada partikel-partikel pada

bahan dasar saluran tersebut, maka secara bersamaan juga terjadi

peningkatan intensitas aliran. Oleh sebab itu, untuk suatu dasar saluran

tertentu yang pada mulanya dalam keadaan tidak bergerak, suatu

kondisi aliran pada akhirnya akan tercapai manakala partikel-partikel

dasar tidak mampu lagi menahan gaya-gaya hidrodinamis tersebut

sehingga tercipta suatu kondisi kritis yang mengakibatkan terjadinya

gerakan pada dasar saluran (bed load)( H. H. Arfan dkk : 2013).

19

Berdasarkan pergerakan partikel sedimen yang terdapat di sungai,

maupun yang terdapat pada saluran-saluran pengairan, maka angkutan

sedimen dapat digolongkan dalam 3 (tiga) bagian yang tergantung pada

kecepatan aliran sungai. Ketiga macam angkutan sedimen tersebut

adalah sebagai berikut :

1. Angkutan Sedimen Dasar (Bed Load Transport)

Proses angkutan ini, terjadi pada suatu kondisi kecepatan aliran

yang relative rendah, yang mampu mengerakkan butiran yang

semula dalam keadaan diam akan menggelinding dan meluncur di

sepanjang dasar saluran.

2. Angkutan Sedimen Loncat (Saltation Load Transport)

Pada kecepatan aliran yang lebih tinggi, butiran-butiran

sedimen akan membuat loncatan-loncatan pendek meninggalkan

dasar sungai, karena gaya dorong yang bekerja terhadap butiran

makin besar. Kemudian butiran tersebut kembali ke dasar sungai

atau melanjutkan gerakanya dengan membuat loncatan-loncatan

yang lebih jauh.

3. Angkutan Sedimen Layang (Suspended Load Transport)

Jika kecepatan aliran ditingkatkan lebih besar lagi, maka gerakan

loncatan tersebut akan sering terjadi, sehingga apabila butiran

tersebut oleh arus utama atau oleh gerakan aliran turbulen kearah

20

permukaan, maka butiran akan tetap bergerak ke dalam arus aliran

air untuk selang waktu tertentu yang dapat diamati.

Gambar 2.3 Skema pergerakan sedimen

2.3.2 Persamaan untuk Angkutan Sedimen Dasar

1.DuBoys

Persamaan DuBoys adalah persamaan klasik yang telah diteliti

oleh para ahli yang berbeda dan menghasilkan kesimpulan bahwa

rumus DuBoys dihasilkan dari percobaan yang dilakukan pada flume

yang kecil dan range yang kecil, sehingga aplikasinya sangat cocok

untuk penelitiaan dengan studi saluran terbuka.

qb = (0,1/73d3/4) ( c).(2.7)

Dimana :

= tegangan geser

qb = debit bed load (m3/det)/m

21

Gambar 2.10 Parameter sedimen dan gaya tarik kritis untukpersamaan bed load menurut DuBoys (H. H. Arfan dkk :2013)

2. Mayer Peter

Ahli yang pertama kali menemukan pendekatan dengan parameter

slope energi adalah mayer peter dkk (1934). Mayer Peter

melakukan studi laboratorium secara intensif mengenai sediment

transport, yang kemudian menemukan rumus bed load dengan

menggunakan system metric sebagai berikut :

(0,4qb2/3/d) = (sq2/3/d) 17.(2.8)

Dimana :

qb = debit bed load (kg/s)/m

q = debit air dalam (kg/s)/m

s = kemiringan saluran

d = ukuran partikel (m)

Menurut Tiny Mananoma, Djoko Legono dkk., Rumus

Meyer-Peter dan Muller (MPM) diperoleh secara empirik, dianggap

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0,1

0,08

0,060,1 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 20 40 60

0,6

0,81,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

?

d (mm)

k s[m

/(kg-s

)]3

T( kg

/m)c

2Tc

?ks

22

cukup baik untuk memprediksi angkutan sedimen di sungai, karena

range data yang digunakan sangat besar. Dikembangkan untuk sedimen

seragam dan tidak seragam, serta memperhitungkan adanya faktor

gesek yang disebabkan oleh pengaruh bentuk gelombang (form

roughness) dan pengaruh ukuran butiran (grain roughness)

3. Schoklitsch

Schoklitsch adalah ilmuan yang pertama kali menggunakan

parameter debit air untuk menentukan bed load. Formula schoklitsch

dengan satuan metrik:

qb = 7000 (S3/2/d1/2) (q qc)..(2.9)

dimana :

qb = debit bed load ( kg/s)/m

d = ukuran partikel (m)

q dan qc = debit air dan kritis (m3/s)/m

Persamaan diatas digunakan untuk menentukan angkutan sedimen

dengan asumsi bahwa material sedimen adalah seragam. Namun,

umumnya material sedimen di alam tidaklah seragam. Sehingga

diperlukan pengelompokkan sedimen berdasarkan ukuran material.

W.A. Suryawan (2008) mengusulkan untuk membagi material sedimen

kedalam beberapa fraksi kemudian dilakukan perhitungan dengan

persamaan :

qbi = B(q - qci ) ....................... (2.10)

23

dengan B = 23.699 (fbli)-0.302 (Di/Dr)-0.607 (fbmi)-0.202 (S0)1.294

dimana :

qbi = angkutan sedimen dasar satuan per fraksi i (kg/s/m)

q = Debit Air (m3/s)

qci = Debit kritis fraksi (m3/s)

fbmi = Proporsi dari Material dasar asli pada fraksi i (%)

fbli = Proporsi dari Angkutan sedimen dasar pada fraksi i (%)

Di = Diameter representatif (m)

Dr = Diameter referensi (m)

S = Kemiringan flume/saluran (%)

B = Parameter Persamaan

1.4 Pilar Jembatan

Pilar merupakan bagian dari struktur bawah jembatan. Keberadaan

pilar. Pada aliran sungai menyebabkan perubahan pola aliran sungai.

Perubahan pola aliran tersebut akan mengakibatkan terjadinya gerusan

lokal di sekitar pilar. Pilar jembatan mempunyai berbagai macam bentuk

seperti silinder, persegi, persegi dengan ujung setengah lingkaran, persegi

dengan sisi depan miring, lenticular maupun ellips yang dapat memberikan

pengaruh terhadap pola aliran air. Aliran yang terjadi pada sungai biasanya

disertai proses penggerusan / erosi dan endapan sedimen / deposisi.

24

Gerusan pada pilar umumnya juga terjadi karena adanya gangguan

oleh pilar dan aliran akan kembali seimbang dengan efek sedimentasi.

Akibat dari dibangunnya pilar pada sungai, aliran air yang menuju pilar

akan membentur dan bergerak tegak lurus kearah dasar saluran. Aliran

yang bergerak tersebut membentuk pola tapal kuda (Horse Vortek) yang

punya peran sangat dominan dalam terjadinya gerusan di pilar ataupun

sekitar pilar.

Pembuatan pilar jembatan akan menyebabkan perubahan pola aliran

sungai dan terbentuknya aliran tiga dimensi disekitar pilar tersebut.

Perubahan pola aliran akan mengakibatkan terjadinya gerusan lokal di

sekitar pilar. Gerusan lokal (local scouring) merupakan proses alamiah

yang terjadi di sungai akibat pengaruh morfologi sungai atau adanya

bangunan air yang menghalangi aliran, misalnya pangkal jembatan, pilar

jembatan, abutmen, krib sungai dll. Adanya bangunan air tersebut

menyebabkan perubahan karakteristik aliran seperti kecepatan aliran dan

turbulensi, sehingga menimbulkan perubahan transpor sedimen dan

terjadinya gerusan. Gerusan lokal umumya terjadi pada alur sungai yang

terhalang pilar jembatan yang menyebabkan adanya pusaran. Gerakan dari

pusaran akan membawa butiran dasar menjauh dari asalnya dan jika

tingkat debit sedimen yang keluar dari gerusan lebih besar dari yang

masuk, maka akan terbentuk lubang akibat penggerusan. Pusaran tersebut

terjadi di bagian hulu pilar.

25

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian tugas akhir ini akan dilaksanakan di Laoratorium Hidraulika

dan Sumber Daya Air, Fakultas Teknik, Universitas Halu Oleo, Kota

Kendari, Provinsi Sulawesi Tenggara. Penelitian ini dimulai pada bulan

Januari 2016.

3.2 Lokasi Pengambilan Sampel

Pengambilan sampel akan dilakukan di Sungai Wanggu. Seperti yang

terlihat pada gambar berikut.

Gambar 3.1 Lokasi Pengambilan Sampel (Google Earth 2015)

26

3.3 Alat dan Bahan

3.3.1 Alat

Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah ;

a. Sediment Transport Channel

Sediment transport channel merupakan alat yang utama dalam

penelitian ini dengan panjang 167 cm, lebar 8,6 cm, dan tinggi 30

cm. Alat ini pada saluran dasar dilengkapi dengan kapasitas 13,8

m3/h atau setara dengan 66.667 lt/dt (0,066667 m3/s). Dioperasikan

melalui indikator operasional yang terdiri dari kontrol debit aliran

yaitu kran pembuka. Pengaturan kemiringan dasar saluran di hulu

dan peluap di bagian hilir.

Sistem aliran pelaksanaan mobil hidrolik dibuat dengan sistem

sirkuit tertutup, agar pengamatan kedalaman gerusan dapat

dilakukan secara kontinyu tanpa adanya kehilangan banyak air. Air

dari tampungan dipompa masuk ke dalam inflow segment.

Selanjutnya air akan mengalir melewati saluran terbuka, kemudian

air akan mengalir masuk ke dalam bak penampung melalui saluran

pembuang yang berupa peluap. Air kembali ke pompa dan masuk

ke dalam inflow segment yang kemudian masuk kembali kedalam

saluran terbuka. Prosedur pengaliran di atas akan terus berulang

selama percobaan atau runnung berlangsung. alat sediment

transport channel ini dilengkapi alat pengukur tinggi air (Hdebit)

27

yang melimpah di atas peluap dengan ketelitian 0,1 cm untuk

memperoleh data debit.

Gambar 3.5 Sediment Transport Channel (Sumber GUNT Manual. 2005

b. Velocity Meter

Alat ini digunakan sebagi pengukur kecepatan aliran.

c. Point Gauge

Alat ini digunakan sebagi pengukur kedalaman aliran.

d. Stopwatch

Alat ini digunakan untuk mengukur waktu.

e. Model Pilar

Sebagai model pilar pada penelitian.

f. Timbangan Digital

Alat ini berfungsi sebagai media untuk menimbang angkutan

sedimen.

28

g. Kamera Digital

Alat ini digunakan untuk mendapatkan gambar dari objek penelitian

maupun peraltan yang digunakan serta dokumnetasi proses

penelitian.

3.3.2 Bahan

a. Air

Air yang digunakan dalam penelitian ini adalah air yang diperoleh

dari Laboratorium Hidrulika dan Sumber Daya Air Jurusan Teknik

Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Halu Oleo, Kendari, Sulawesi

Tenggara.

b. Material Sedimen

Material sedimen yang digunakan adalah sedimen Sungai Wanggu

yang telah lolos saringan no. 10 dan tertahan di no. 50.

3.4 Tahap dan Prosedur percobaan

Urutan pelaksanaan penelitian di bagi menjadi bebrapa tahap dan prosedur

sebagai berikut :

3.3.1 Tahap Persiapan

Tahap ini meliputi persiapan alat dan bahan yang diperlukan

selama penelitian. Pada tahap ini dilakukan pemeriksaan kesiapan

komponen alat Sediment Transport Channel.

29

1. Tahap Running Pendahuluan

Tahap ini meliputi kegiatan menentukan ketinggian sedimen,

permodelan bentuk sungai, kemiringan, besar debit, dan (test

running Sediment Transport Channel), sehingga dipastikan alat

bekerja dengan baik.

2. Tahap Running Pelaksanaan Penelitian

Setelah tahap pendahuluan dilaksanakan dan didapatkan

ketinggian sedimen, pemodelan bentuk sungai, kemiringan, besar

debit sesuai yang disyaratkan, maka dimulai tahap pelaksanaan

penelitian.

3. Tahap Analisis Data

Pada tahap ini data yang sudah diperoleh dari hasil

penelitian dianalisis untuk mendapatkan suatu kesimpulan

hubungan antara variabel-varibel yang diteliti dalam penelitian.

4. Tahap Pengambilan Kesimpulan

Pada tahap ini dibuat suatu kesimpulan berdasarkan data

yang telah dianaisis yang berhubungan dengan tujuan penelitian.

3.3.2 Prosedur Percobaan

1. Air dimasukkan ke dalam tangki suplai air sebelum alat Sediment

Transport Channel digunakan.

2. Menyediakan material dasar pasir dari hasil pengayakan yaitu material

yang lolos saringan no. 10 dan tertahan disaringan no. 30.

30

3. Sebelum menuang material dasar pada flume, dicek kemiringan saluran

yaitu nol, hal ini dilakukan agar ketebalan material dasar simetris.

4. Material dasar ditunagn sepanjang flume dan diratakan dengan ketebalan 7

cm.

5. Mengatur kemiringan saluran, dalam penelitian in digunakan kemiringan

1%.

6. Hubungkan unit dengan pasokan listrik utama. Pompa diposisikan dalam

keadaan ON dan tekan tombol pompa.

7. Air dialirkan dari hulu secara perlahan yaitu dengan memutar perlahan

kran kontrol debit hingga mencapai debit aliran yang diinginkan. Debit air

yang digunakan pada penelitian ini yaitu 0,00172 m3/s, 0,00117 m3/s, dan

0,00055 m3/s, pemilihan debit ini dilakukan scara acak.

8. Proses Running dilakukan selama 1 jam untuk setiap debit sebanyak tiga

kali.

9. Pengamatan dihentikan setelah running dinatakan selesai dan debit

diperkecil secara perlahan, kemudian pompa dimatikan dan setelah itu

menimbang angkutan sedimen dasar yang tertahan pada bak penampun.

Proses ini dilakukan secara berulang hingga data yang dibutuhkan sudah

lengkap.

31

Secara garis besar, penelitian ini dapat digambarkan dalam diagram alir

sebagai berikut :

Gambar 3.3 Diagram Alir Penelitian

Hasil dan Analisis

Mulai

Studi Pustaka

Selesai

Tahapan Persiapan

Running Pendahuluan :1. V = 0,4 m/s2. V = 0,36 m/s3. V = 0,34 m/s

4.

Kesimpulan dan Saran

Running Pelaksanaan

1. Debit 0.00172 m3/s2. Debit 0.00117 m3/s3. Debit 0.00055 m3/s

Sediment TransportChannel

Rumusan Masalah :

Pengaruh Pilar Pada Gerakdan Laju Sedimen

Material Sedimen