bab vii

7

7. Perencanaan Saluran Yang stabil

Rancangan dan pemeliharaan saluran yang stabil sangat penting untuk jaringan irigasi. Metode perencanaan dapat dilakukan 2 cara:

Metode (Empiris) regime

Metode gaya seret (tractive force)

Metode regime dikembangkan dari saluran-saluran irigasi di India dan Pakistan, berdasarkan persamaan empiris yang tergantung pada harga kedalaman air (h), lebar saluran (b), Slope (I) dan kecepatan rata-rata () yang merupakan fungsi dari debit (Q) dan partikel diameter (d50), (Lacey, 1930, Lane, 1955; Blench, 1957), yaitu

h, b, I, = (Q, d50)

Transportasi sedimen diperbolehkan melewati saluran tetapi tidak boleh ada gerusan dan endapan di tubuh saluran. Kondisi demikian disebut pada kondisi, regime (Equilibrium). Metode regime cocok untuk jaringan irigasi dengan skala besar dengan debit besar, diatas lapisan tanah yaitu: silts dan fine sands.

Metode Tractive Force, berdasarkan gerakan dari Material dasar, baik material dasar asli maupun material yang melindungi dasar/tebing saluran seperti gravel, batu atau rip rap. Metode tractive force sesuai untuk jaringan irigasi skala kecil, debit kecil dan diatas saluran tanah kasar d50 500 (m.

Tractive Force by Stevens & Nordin (1987).

7.1. Metode Tractive Force

Kurva Shield berlaku untuk semua kondisi pergerakan partikel di dasar saluran. Tetapi untuk merancang saluran yang stabil, sebaiknya berpedoman pada penelitian yang dilakukan oleh Panital (1971) yang mengukur angkutan bed load dengan ukuran partikel (d50) = (0,0025 m, 0,008 m dan 0,022 m).

Dibawah ini besarnya angkutan sedimen tak berdimensi:

SlopeSudut geser material rancangan

= 10-9 = 10-8

= 10-7

= 10-6

= 10-4Untuk = 0,01

Untuk = 0,02

Untuk = 0,025

Untuk = 0,03

Untuk = 0,04

= qb / [s (S-1) g )0,5] =besar angkutan tak berdimensi

qb =

=besar angkutan bed load (kg/sm)

S = s/w

= specific density

d50 =

= ukuran partikel tengah

= b/ [s w] g d50 = parameter perpindahan non dimensi

Hasil dari eksperimen oleh Panital (1971) telah digunakan untuk menentukan besarnya angkutan bed load (kg/Mlebar/hari) dan menentukan jumlah batuan yang bergerak (per m lebar/ hari), untuk ukuran batu 0,05; 0,1; dan 0,3 m pada = 0,02; 0,025 dan 0,03 (semua < kurva Shield), lihat tabel 7.1. Untuk = 0,02 merupakan kemiringan yang paling aman karena perpindahan batuan < 1/m lebar/hari).

Dengan menggunakan persamaan:

cr = 5,75 log

u*cr =

Ks = d90 = koefisien ( = 1 untuk batu d500,1 m dan = 3 untuk sand gravel)

Persamaan menjadi:

cr = 5,75 [(s-1)g d50]0,5 log

Jika d90 = 2 d50, maka;

cr = 0,8 [(s-1)g d50]0,5 log ~ = 0,02

cr = 1,0 [(s-1)g d50]0,5 log ~ = 0,03

Persamaan di atas berlaku untuk aliran sungai seragam. Untuk tempat-tempat bertubulensi tinggi seperti bagian hilir- bangunan (bendung, pilar jembatan) faktor reduksi (r harus diperhitungkan.

cr = 0,8 r [(s-1)g d50]0,5 log

Yang mana : r = 1,45 / (1+3r)=faktor reduksi akibat tambahan turbulensi

r =

=intensitas turbulensi relatif r = 0,15 untuk aliran seragam

r = 0,35 untuk bagian hilir hidraulic jump.

u

=standart deviasi dari waktu kecepatan rerata

U =

=waktu kecepatan rerata

Tabel 7.1. Angkutan bed load oleh Panital 1971

Diameter batu d50Qb = Angka Bed Load (kg / m lebar / hari)

N = Jumlah batu / m lebar / hari

= 0,02 = 0,025 = 0,03

0,05qb = 0,1

N = 0,6qb = 1

N = 6qb = 10

N = 60

0,10qb = 0,3

N = 0,2qb = 3

N = 2qb = 10

N = 60

0,30qb = 1,5

N = 0,04qb = 15

N = 0,4qb = 150

N = 4

Skema dari Cross Section

Penampang yang paling umum untuk saluran adalah trapesium. Dari analisa yang dilakukan untuk mengukur bed shear stress (() sepanjang penampang trapesium

( perbandingan BT dan h = 5:1 )

BT = lebar bagian atas, memberikan hasil :

(Olsen & Florey, 1952, Lane 1955).

o = w g h I (tengah)

s = 0,75 o untuk talud 1: 2




Material dasar akan stabil jika o max < cr.

di dasar o ( o, cr, odi talud s ( k o, cr, o

o, cr, o= cr untuk bagian horisontal (N/m2)k=Cos [1-tan2 / tan 2 ] 0,5 = faktor reduksi=sudut dari talud

=sudut geser alam ( 0)Tabel 7.2. Sudut geser alam

Ukuran Partikel d50 (m)Sudut geser alam

Material bulatMaterial bersegi

0,001

0,005

0,01

0,05

0,1300

320

350

370

400350

370

400

420

450

Bentuk ideal saluran yang stabil, kondisi kritis sama sepanjang penampang dapat ditentukan dengan cara :

w g h I = o ( y/ Cos atauo = w g h I Cos

= w g I ~ pada y = 0 (tengah saluran)

o = ( h / ) Cos Kondisi kritis :

= o, cr dan o = k o, cr atau h = [ 1-tan2 / tan2 ]0,5h = cos [(tan / )y]

h = tinggi air pada jarak y dari tengah

= tinggi air di tengah

Untuk = 350, parameter berikut dapat diambil lebar permukaan:

BT = 4,5

A = 2,9 2P = 5

R = 0,6

Qcr = A.C (R.I)0,5 = 2,2 ()2,5 C I0,5C = koefisien chezy = 18log Contoh :

Saluran trapesium

I = 3,5. 10-4Q = 160m3/detd50 = 0,04 m (bulat)

d90 = 0,08 m

Berapa h & b agar saluran stabil dengan metode tractive force.

Tentukan = 0,03

o.cr.o = (s - w) g d50

0,03 (2.650 1.000) 9,81 . 0,04

20 N/m2s.cr =k . o.cr.o = 20. kdari tabel 7.2 = 360

= 270k=Cos [1-tan2 / tan2 ]0,5

=Cos 270 [1-tan2 270 / tan2 36 0] 0,5

=0,64

o, cr=20 x 0,64 = 12,8 N/m2dasar stabil o = w g h I = o.cr.o ~ kondisi stabil (awal gerak)

w g h I = 20

h = = 5,8 m

talud miring = s = 0,75 w g h I = 12,8

stabil jika h = 12,8 / 0,75 g h I

h = 5 m

A = bh + 2h2 = 5b + 2.52 = 5b + 50

P = b + 2 (2.23 h) = b + 22,4

R = (5b + 50) / (b + 22,4)

C = 18 log (12 R/ks)

Ks= d90 = 0,08 m

Q = A C (RI)0,5 = 160 m3/det

A = 100 m2 P = 32,4m R = 3,1 m

C = 48m1/2/s dan Q = 158 m3/s

Jadi h = 5 m b = 10 m

Aliran Muatan Dasar berdasar Tractive Force

a. Meyer-Peter & Muller (MPM)

qb / ( g d3)1/2 =

yang mana :

n = u*2 / ( g d)

nb = 0.0192 (d90)1/6

* = hI/d

Q = debit sungai / saluran m3/det

B = lebar sungai

qb = angkutan dasar / unit lebar (m3/det/m)

nb = kekasaran akibat kecepatan

n = kekasaran sesungguhnya

h = kedalaman air

d90 = diameter butir 90% lolos saringan

I = tan (slope) =

b. Ashida Takakashi Mizuyama

qb = angkutan dasar per unit lebar

s = berat spesifik

d = d50

I = tan = slope

= 0.042 x 10 (1.72 tan )

=

R = jari-jari hidraulic

R = h Jika B 10h

uf = koef geser kinematic material dasar

= 0.425

7.2. ALTERNATIF PERENCANAAN SALURAN YANG STABIL DENGAN TEORI TRACTIVE FORCE

Kecepatan

Dasar perhitungan

Critical shear stress

Dalam suatu saluran yang alirannya uniform tractive force rata-rata () per unit area untuk dasar saluran:

o = w. g. R. I atau o = w g h I

Tebing : o = o dasar ~ trapesium 0,76 w g h IPerlu dicatat:

Penentuan bergeraknya material dasar dan tebing tergantung berbandingan o dan cr.

cr = berhubungan dengan kekasaran, saluran, termasuk irreguler, bed form

cr = shield berdasar flat bed

cr dapat juga dilihat pada gambar 7.1.Namun cr dari shield masih bisa dipakai sebagai tolok ukur stabilitas material dasar.

Jika tractive force lebih besar dari frictional resistance diantara partikel ---( partikel bergerak.

Daya hambat sedimen yang akan bergerak sebanding dengan diameter D dan kedalaman sedimen di dalam

air (h).

Persamaan tractive force:

cr = C (G 1) D ; Ew. LANE : cr = 0,078 D

G = Sp. gr. Butiran sedimen

C = Constanta Critical Tractive Force:

Medium Soil 0,17

Sandy Loam 0,20

Aluvial Silt 0,25

Coarse Sand 0,25

Silt Loam 0,25Fine Gravel 0,37

Vulcanic Ash 0,37

Stiff Clay 1,22

Coarse Gravel 1,47

Partikel

Gaya dari air ( searah aliran

Gaya gravitasi

Kemiringan lereng tebing pada Critical Tractive Force.

R =

Dihambat oleh gaya gesek : W Cos ( tan (.

Dalam keadaan kritis :

W2 sin2( + a2 (sc2 = W2 cos2( tan2((sc = (W/a) cos ( tan ( .............................(1)Pada Bagian Dasar.

Gaya yang menggerakkan a (0Gaya yang menghambat W tan (Kondisi kritis : a (oc = W tan (

(oc = ( W/a) tan ( .................................. (2)

Dari 1 dan 2: Tractive Force Ratio

Untuk bentuk dan

b

( untuk tebing vertikal dan miring dapat dilihat gambar 7.2.Kemampuan sebuah butir yang terletak pada talud dengan sudut ( lebih kecil dari butiran di dasar dan dinyatakan dengan faktor reduksi = K.

K= < 1

(sc= Tegangan gesek kritis pada tebing

(oc= Tegangan gesek kritis pada dasar

(= Sudut talud

(= Sudut geser alamLane memberikan faktor reduksi untuk saluran yang berbelok-belok.

Tipe saluran

lurus

sedikit berbelok

berbelok-belok

sangat berbelok-belok1,00

0,90

0,75

0,601,00

0,95

0,87

0,78

Problem :

Suatu saluran dibuat diatas tanah galian, D = 5cm, h = 2m; side slope ; 1: 2

Berapa I yang aman

Dibagian mana bagian sungai yang kritis

D = 5 cm ( Grafik 7.1

dari grafik 7.3 didapat ( = 350kemiringan 1:2

( = 350

dari grafik 7.2. didapat K (() = 0,65m = 1:2o = w. g. h. I

o sl = w. g. h. I = 0,65 x 45

= . 1000. 9.81. I = 0,65 x 45

I = 1,9 x 10-37.3. REGIME TEORY

Teori keseimbangan :

tidak terjadi penggerusan dan pengendapan

bermula dari Chezy formula

= C

hubungan C dan n.

Harga : n

Galian tanah.

Halus

0,016-0,020

halus setelah musim kemarau 0,018-0,025

dengan rumput pendek 0,022-0,033

Galian batu

halus

0,025-0,040

kasar

0,035-0,050

TEORI KENNEDY = Material SILT

Vo = 0,84 h 0,64 English

Vo = 0,546 h0,64 metrik

V = 0,84 m h0,64

m = V/Vo = CVR (Critical Velocity Ratio)Harga CVR.

NoNama / jenisM

1

2

3

4

5Sandy silt

Coarse slit / Debris

Sandy, Loamy slit

Rather Coarse Slit / Debris

Silt1,00

1,10

1,20

1,30

0,70

Untuk saluran yang membawa material bed load dan suspended load: m = 0,85 1,1

Rumus Kennedy secara umum:

V = khnBeberapa hasil pengamatan

Godvani delta

Krishna Western

Haver chenab

Egyptian V = 0,391 h0,55V = 0,530 h0,52V = 0,567 h0,57V = 0,283 h0,75

Laceys Regime Equation

V = kecepatan, = slit factor , R = Radius rata-rata

Hubungan antara P dan Q

(1) 4 V4 = 4/25 2 R2(2) 140 V1 = A 2

140 V = 25/4 . A/R2 140 AV = 25/4 A2 / R2 ................................(3)

140 Q = 25/4 P2

Dari pengamatan =

Hubungan V Q (2) 140 V5 = A 2140 V6 = A. V. 2

140 V6 = Q 2

Lacey juga mengemukakan teori Regime.

V = 10,8 R2/3 S1/3

V2 = 1260 (R/V) R. S

V = 35,5 (R/V)1/2.

Jika dibanding dengan Teori Chezy.

C = 35,5 (R/V)1/2 = K

V =

K = Konstanta

C =

=

Na = Laceys absolut negosity coeficient.

Jika dibandingkan dengan Manning

n = jika R = 1 dan K1 = 1

Persamaan Lacey menjadi:

(Lacey non Regime Theory)

Daftar harga

Materi dasar

1. Plester Semen

2. Pasangan bata halus

3. Pasangan bata kasar/batu halus

4. Pasangan batu kasar

5. Tanah halus

6. Tanah agak kasar

7. Tanah kasar (pengerjaan jelek)

8. Tanah pengerjaan sangat jelek0,010

0,013

0,015

0,028-0,018

0,020

0,0225

0,025

0,030

Hubungan - .

Standart grade = 1 = 0,0225

jika K1 dan K adalah koefisien yang tidak tergantung silt factor dan = 1 untuk = 0,0225.

= 0,225 1/4 Regime dan Kedalaman

(3) 140 V =

A = P. R

P = 22,5 R V

Di depan : P = 4,75

R. V atau h. V = q (intensitas debit)

q =

(1)

22,5 .R = 0,21

.(1/2 R3/2 = 0,21 Q1/2

R = 0,47 (Q/()1/3

Masukkan Q = (q /0,21)

R =

R = 1,35

Regime Slope Equation (S-q dan S-Q)

S =

=

q = R V

S =

S =

S = 0,000178

=

S =

Silt Factor dan Grain Size (( - Dm)

( = 1,76

Silt Factor menurut Lacey

(mm)(

Very find

Fine (1)

Fine (2)

Medium

Standard

d Medium

Coarse 0,052

0,081

0,120

0,156

0,323

0,505

0,7250,40

0,50

0,60

0,70

1,00

1,25

1,5

Persamaan Regime Yang Lain

Linndley:V = 0,567 h0,57

V = 0,265 B0,35

B = 7,86 h1,16Simon dan Albertsons

P = 2,5 Q0,51

R = 0,43 Q0,361

A = 1,076 Q0,873

V = 16 R2/3 . S1/2Perencaan Saluran dengan Teori Kennedy

(1) Tentukan debit Q (m3/det)

Kemiringan dasar : S

Koefisien kekasaran : n

Kecepatan kritis : m = V/Vo(2) Q = A . V

(3) Kutters =

(4) Kennedys = V = 0,546 m h0,64Prosedur :

a. Asumsi harga h

tetapkan dimensi R

harga V didapat dari

persamaan (4)

b. Persamaan 1 : Q = A.V

RI =?c. Masukkan harga RI ke persamaan (3)Jika V pada c dan a sama maka asumsi h benar.

Laceys Teory

Tentukan Q ; Silt Factor : (Persamaan yang digunakanCara :

a. V = (Q(2/140)1/6b. R = 5/2 (V2/()c. A = Q/Vd. P = 4.75

e. S = (5/3/(3340 Q1/6)1. Dari Q dan ( cari V dengan persamaan a.

2. Hitung R dengan persamaan b.

3. Hitung A dengan persamaan C.

4. Dengan menetapkan b:h dan 1:m ( didapat A, P, R.

5. Slope ditentukan berdasar e.

Gambar 7.1 Critical Shear Stress sebagai fungsi dari diameter

(Lane 1953)

Gambar 7.2 Critical Shear Stress Pada Tebing (Lane 1953)

Gambar 7.3 Sudut Geser Alam Untuk Material Non Kohesif EMBED Equation.3

BT

m

(o

(s

h

1

b

y

y

h

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

1

2

= 270

h

b

kombinasi

gaya

Gaya yang menggerakkan butiran akibat tegangan gesek a (s.

Ws Sin (

h

Ws Cos (

(

Ws

a = luas efektif permukaan partikel.

a (s

Gaya yang menggerakkan butiran akibat berat butir:

W sin (

Ws Cos (

Ws

R

Ws Sin (

1:1,5

1:2,0

b/h = 4

1

3

1

2.00

2

4

4

15

Masuk ke persamaan

b/h = ? De Vos

1/m= ?

bisa juga dicoba

R ( h

C = EMBED Equation.3

x A

P = 4,75 EMBED Equation.3

P = 4,83 EMBED Equation.3

x V

V = EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

m

6,7

22,5 RV = 4,75 EMBED Equation.3

PAGE 107

_1159933084.unknown

_1160023546.unknown

_1166297909.unknown

_1174328870.unknown

_1174329375.unknown

_1174329603.unknown

_1174330812.unknown

_1174330969.unknown

_1174330581.unknown

_1174329565.unknown

_1174329305.unknown

_1173625441.unknown

_1173626029.unknown

_1173627624.unknown

_1173627877.unknown

_1173626064.unknown

_1173625887.unknown

_1173590732.unknown

_1173624919.unknown

_1166762617.unknown

_1166764792.unknown

_1166678682.unknown

_1166761294.unknown

_1166678668.unknown

_1160024771.unknown

_1160510502.unknown

_1166297861.unknown

_1166297880.unknown

_1160510641.unknown

_1160510668.unknown

_1160027143.unknown

_1160027516.unknown

_1160027612.unknown

_1160030025.unknown

_1160027420.unknown

_1160024814.unknown

_1160024408.unknown

_1160024459.unknown

_1160024571.unknown

_1160024419.unknown

_1160023645.unknown

_1160023737.unknown

_1160023603.unknown

_1159935040.unknown

_1159935923.unknown

_1160023095.unknown

_1160023334.unknown

_1159936389.unknown

_1159935859.unknown

_1159935870.unknown

_1159935807.unknown

_1159933768.unknown

_1159934726.unknown

_1159934797.unknown

_1159934705.unknown

_1159933474.unknown

_1159933725.unknown

_1159933250.unknown

_913590014.unknown

_1159850585.unknown

_1159932863.unknown

_1159932935.unknown

_1159932118.unknown

_1159932161.unknown

_1159850621.unknown

_1159846339.unknown

_1159849119.unknown

_1159849309.unknown

_1159846286.unknown

_913586735.unknown

_913587825.unknown

_913588529.unknown

_913587183.unknown

_913583175.unknown

_913583271.unknown

_913584967.unknown

_913582806.unknown

_913582942.unknown

_913582971.unknown

_913582938.unknown

_913582576.unknown

_913582682.unknown

bab vii

Documents