IV

IV. Permulaan Gerak Butiran

Air yang mengalir memberikan gaya pada butiran dan cenderung menggerakkan. Gaya yang menahan gaya yang ditimbulkan oleh air tergantung pada ukuran butir dan sifat kohesif butiran.

Untuk sedimen kasar (non kohesif) gaya penahan disebabkan berat partikel, sedimen halus (kohesif) menahan gaya karena sifat kohesifnya.

Sedimen kasar digerakkan sebagai butiran bebas, sedimen halus digerakkan sebagai satu kesatuan.

Tegangan geser kritis (cr)

Bila gaya dinamik bekerja pada suatu butiran sedimen non kohesif, telah mencapai suatu nilai yang bila ditambah sedikit saja akan menyebabkan partikel/butiran bergerak, dikatakan sebagai nilai kritis butiran.

- Bila kondisi kritis mencapai nilai/besaran sebesar gaya geser dasar saluran, maka kecepatan rata-ratanya telah mencapai kondisi kritis.

Stabilitas dari partikel non kohesif pada dasar saluran tergantung pada gaya gerak seperti, berat di dalam air (G), Drag Force (FD) dan Lift Force (FL)

F resultante dari FD dan FL

Ub proporsional dengan kecepatan geser * = (o/(w)1/2

Perbandingan ini tergantung dari kekasaran dasar dan viskositas.

Hubungannya dapat ditulis:

tergantung bentuk partikel, kekasaran dasar dan viskositas Teori white

White (1940) memberi perumusan : gaya ganggu akan sebanding dengan tegangan geser dasar dan luas permukaan partikel (d2) dan gaya tahan gravitasi : ((s - (w) g d3Partikel akan diam jika: (o < C ((s - (w) g d

C = konstanta yang tergantung dari kondisi aliran bentuk partikel dan posisi partikel dalam air

Shield (1936) telah mengadakan penyelidikan yang sistematis terhadap hubungan antara (cr, (cr dan dan menyimpulkan bahwa

Shield membuat grafik saat partikel bergerak dan diam.

(Gambar 4.1 dan 4.2)

Banyak hal yang mempengaruhi grafik shield.

1. Pengaruh dari metode-metode yang digunakan

Harga (cr akan berbeda-beda tergantung dari metode awal gerak butiran. Untuk mendapatkan metode yang obyektif, Neil (1968, 1969) mengemukakan parameter tak berdimensi.

N = n d3/u*n = jumlah partikel mengendap pada unit luas dan waktu.

Seperti terlihat pada gambar 4.3. dan 4.4.2. Pengaruh bentuk partikel, gradasi dan ukuran

Pengalaman menunjukkan bahwa berbagai bentuk material tidak terlalu mempengaruhi grafik shield asalkan Dn (Diameter nominal) digunakan sebagai parameter karakteristik

Gradasi yang terlalu lebar akan memberikan pengaruh pada (cr (d90/d50 > 3) (eqiazaroff, 1965 atau d95 / d5 >5 (Knoroz, 1971) Eqiazaroff memberikan metode untuk menentukan (cr untuk semua fraksi:

(b,cr,i = i(bcr(b,cr,i = (cr untuk di(b,cr = (cr untuk dm

=

(= 5 untuk di/dm = 0,2

(= 0,4 untuk di/dm = 5

Untuk partikel yang lebih kecil dari dm, mempunyai (b,cr lebih besar sebab akan terendap di antara material yang besar sedang partikel yang lebih besar dari dm akan mempunyai (b,cr lebih kecil karena lebih terbuka.

Armouring akan terjadi jika (o tidak cukup besar untuk menggeser partikel terbesar, jika tidak ada suplai partikel kecil dari hulu, maka partikel kecil akan tererosi, dan partikel kasar akan membentuk armour. Menurut pengalaman d50 dari lapisan armour mirip dengan d85.

Mantz (1977) mempelajari gerakan material halus non kohesif dengan diameter antara 10 100 (m dan (b,cr seperti terlihat pada

Gambar 4.5.

3. a. Pengaruh : Longitudinal Bed Slope

Partikel yang terletak diatas dasar saluran (longitudinal sloping bed) akan bergerak jika:

(lihat Gambar 4.6)

FD, cr + G Sin ( = G Cos ( tan ( atau

FD, cr = G Cos ( tan ( - G Sin (Untuk dasar horizontalFD, cr, 0 = G tan (

b. Sisi miring (tebing)

Partikel sedimen yang ada di tebing menerima gaya-gaya seperti (Gambar 4.7).

Kondisi partikel akan stabil jika:

Fr = Fs

atau

FD,cr = K FD, cr, o atau

(b,cr = K (b,cr,o ,K = Cos

Kombinasi longitudinal dan tranverse

(b,cr = K. K (b,cr,o.

4. Pengaruh Material Kohesif

Jika material saluran mengandung material kohesif, maka akan meningkat karena sifat kohesif meningkatkan stabilitas.

*Lane (1953) atas dasar data-data empiris memperkirakan kecepatan kritis rata-rata untuk tanah kohesif

Material (m/det)

LooseMod. CompactCompact

Sandy clay

Clay

Lean clayey soil0,45

0,35

0,300,90

0,80

0,701,25

1,20

1,05

*Delft Hidraulic, (1989) berdasar sampel dari pantai utara dengan d50 antara 100 200 (m, dan mud-silt persentase antara 2 20%, maka (b,cr:

(b,cr = (Ps)0,5 (b,cr, shield

Ps = persentase material kohesif dalam %

5. Critical Depth, Average Velocity, Stone stability Pengaruh h/D

Satu hubungan h/D yang paling terkenal dikenalkan oleh Hjulstrom (1935): Lihat Gambar 4.8

*Critical Depth-Average Velocity dapat diturunkan dari persamaan Chezy, asumsi kondisi hidraulik kasar

Ks = d90 = koefisien ( = 1 untuk batu d5 ( 0,1 m, = 3 untuk pasir dan kerikil)

(cr = ( = 0,03

ks = 3 d90d90 = 2 d50Menurut shields (Gambar 4.9) Critical Velocity For Stone

Untuk d50 ( 0,002, Neill (1968) dan Maynard (1978) memberikan :

Neill:

Maynard :

Persamaan - persamaan (dari Brausers)

* Shields : ( = 0,03 ; ks = 2D

* Goncharov

* Levi

* Isbach

5. Mekanisme Transport

Aliran turbulen pada suatu saluran yang dasarnya tetap (keras), maka penyelesaian alirannya didasarkan pada metode empiris.

Kekasaran dasar; kedalaman air; tekanan geser (() merupakan parameter yang penting.

Keadaan partikel yang bergerak karena kondisi aliran biasanya juga menggunakan metode empiris.

Dalam hidrolika sedimen dipakai keadaan batas boundary, yang terdiri atas sedimen gramular, sehingga terjadi pengaruh timbal balik antara dasar dan aliran.

Jika pengaliran permanen beraturan telah tercapai, dapat diharapkan keseimbangan dinamis untuk dasar.

Sukar dicari formulasi matematis maka hubungan antara berbagai parameter dicari secara empiris.

* Nilai-nilai kritis harus dilampauiagar butiran bergerak ( dan membentuk konfigurasi dasar.

Gambar 4.1 Diagram Shields

Gambar 4.2 Critical Shear Stress

Gambar 4.3 Awal Gerak Butiran Pada Aliran Plane Bed

Gambar 4.4 Awal Gerak Butiran Pada Aliran Plane Bed

(Stochastic)Gambar 4.5 Awal Gerakan Dan Suspensi Untuk Kecepatan Melampaui Plane Bed

Gambar 4.6 Gaya Yang Bekerja Pada Partikel

(Longitudinal Sloping Bed)Gambar 4.7 Gaya Yang Bekerja Pada Partikel Di Tebing

Gambar 4.8 Critical Depth-averaged velocities for a Plane BedGambar 4.9 Critical Velocity For Stones

Lift

F

Ub

F = gaya ganggu

Titik S adalah titik kontak antara partikel

Kondisi seimbang jika F. b = G. a

Drag Force

b

a

Submerged Weight (G)

PAGE 44

_1166770464.unknown

_1166819129.unknown

_1168330932.unknown

_1174320765.unknown

_1174321108.unknown

_1174321296.unknown

_1168338220.unknown

_1168338656.unknown

_1168338707.unknown

_1168337918.unknown

_1166819172.unknown

_1166819215.unknown

_1166819304.unknown

_1168330798.unknown

_1166819234.unknown

_1166819209.unknown

_1166819146.unknown

_1166818723.unknown

_1166818921.unknown

_1166818928.unknown

_1166818900.unknown

_1166818546.unknown

_1166818609.unknown

_1166818497.unknown

_377408678.unknown

_377409621.unknown

_377410203.unknown

_377410631.unknown

_377410194.unknown

_377409610.unknown

_377389401.unknown

_377391039.unknown

_377388964.unknown