HIDRAULIKA

Tipe saluran Saluran Alami Saluran Berumput Saluran Tahan Erosi

Saluran alami Saluran alami merupakan saluran yang terjadi dengan sendirinya secara

alamiah di bumi, tanpa adanya campur tangan manusia, yang meliputi semua alur air yang terdapat secara alamiah di bumi, mulai dari anak selokan kecil di pegunungan, selokan kecil, kali, sungai kecil dan sungai besar sampai ke muara sungai. Aliran air di bawah tanah juga termasuk dalam saluran alamiah.

Sifat-sifat hidrolik saluran alami biasanya sangat tidak menentu. Dalam beberapa hal dapat dibuat anggapan pendekatan yang cukup sesuai dengan pengamatan dan pengalaman sesungguhnya sedemikian rupa, sehingga persyaratan aliran pada saluran ini dapat diterima untuk penyelesaian analisa hidrolika teoritis. Adapun studi lanjutan tentang perilaku aliran pada saluran alami memerlukan pengetahuan dalam bidang lain, seperti hidrologi, geomorfologi, angkutan sedimen, dan sebagainya yang merupakan ilmu tersendiri yang disebut hidrolika sungai.

Penampang saluran alam umumnya sangat tidak beraturan, dan biasanya bervariasi dari bentuk seperti parabola sampai trapesium. Untuk saluran pengatur banjir dapat terdiri dari satu penampang saluran utama yang mengalirkan debit normal dan satu atau lebih penampang saluran tepi untuk menampung kelebihan air.

Saluran berumputAdanya rumput atau tumbuh-tumbuhan pada saluran akan menimbulkan turbulensi yang cukup besar, yang berarti adanya kehilangan energi dan hambatan aliran. Namun untuk saluran yang akan digunakan untuk pengairan, adanya lapisan rumput ini dianggap menguntungkan, dimana rumput tersebut dapat menstabilkan tubuh saluran, mengkonsolidasi massa tanah di dasar saluran dan mengontrol erosi permukaan saluran dan gerakan butir-butir tanah di sepanjang dasar saluran.

Koefisien HambatanKoefisien kekasaran manning untuk saluran berumput disebut dengan koefisien hambatan (retardance coefficient). Nilai n untuk satu jenis rumput bervariasi sangat besar, tergantung pada kedalaman aliran, bentuk dan kemiringan saluran, karena itu pemilihan nilai n rencana dapat dikatakan tidak mungkin dilakukan.

Hambatan Penutup Kondisi

A Sangat tinggiRumput “weeping love”...Yellow bluestem ischaemum ……………..

Rumpun sangat baik, tinggi (rata-rata 30 in)Rumpun sangat baik, tinggi (rata-rata 36 in)

B TinggiKudzu ………………….Rumput bermuda ………Campuran rumput setem-pat (little bluestem, bluegrama, dan rumput pan-jang dan pendek lainnya dari daerah Barat Tengah)Rumput “weeping love”...Lespedza sericea ……….Alfalfa ………………….Rumput “weeping love”...Kudzu …………………..Blue grama ……………..Rumput kepiting ………..Rumput bermuda ……….Lespedza biasa …………

Tumbuh sangat lebat, tidak dipangkasRumpun baik, tinggi (rata-rata 12 in)Rumput baik, tidak dipotongRumpun baik, tinggi (rata-rata 24 in)Rumpun baik, tidak berkayu, tinggi (rata-rata 19 in)Rumpun baik, tidak dipotong (rata-rata 11 in)Rumpun baik,dipotong(rata-rata 13 in)Tumbuh lebat, tidak dipangkasRumpun lebat, tidak dipangkas (rata-rata 13 in)Rumpun sedang, tidak dipangkas (10-48 in)Rumpun baik,dipotong(rata-rata 6 in)Rumpun baik, tidak dipangkas (rata-rata 11 in)

C Sedang Campuran rumput, tana-man polong-musim semi (rumput kebun, redtop, rumput italia dan lespedza biasa) .Rumput lipan …………..Rumput biru kentucky….

Rumpun baik, tidak dipangkas (6-8 in)Sangat baik (rata-rata 6 in)Rumpun baik, runduk (6-12 in)

D RendahRumput bermuda ………Lespedeza biasa ………..Rumput kerbau …………Campuran rumput, tana-man polong-musim panas, gugur (rumput kebun redtop, rumput italia dan lespedeza biasa).Lespedeza sericea ………

Rumpun baik, dipang-kas setinggi 2,5 inRumpun sangat baik, tidak dipangkas (rata-rata 4.5 in)Rumpun baik, tidak dipangkas (3-6 in)Rumpun baik, tidak dipangkas (4-5 in)Setelah dipangkas se-tinggi 2 in, rumpun sangat baik sebelum dipangkas

E Sangat rendahRumput bermuda ……….Rumput bermuda ……….

Rumpun baik, dipang-kas setinggi 1.5 inTunggul kering terbakar

Kerapatan rumput

(Rumpun)

Panjang rumput rata-rata(inci)

Tingkat Hambatan

Baik> 3011-246-102-6< 2

A Sangat tinggiB TinggiC SedangD RendahE Sangat rendah

Sedang> 3011-246-102-6< 2

B TinggiC SedangD RendahD RendahE Sangat tinggi

Kecepatan yang DiijinkanKecepatan aliran yang diijinkan untuk aliran pada saluran berumput adalah kecepatan yang dapat mencegah terjadinya erosi yang berlebihan di saluran dalam jangka waktu yang cukup lama, seperti yang dimuat pada Tabel

Penutup Kemiringan%

Kecepatan yang diijinkanTanah tahan erosi Tanah peka erosi

Rumput bermuda 0-55-10> 10

876

654

Rumput kerbau, rumput biru kentucky, blue grama

0-55-10> 10

765

543

Jangan dipakai untuk kemiringan lebih dari 10 %Campuran rumput

0-55-10

54

43

Jangan dipakai untuk kemiringan lebih dari 5 %, kecuali untuk kemiringan tebing suatu gabungan saluranLespedeza sericea, Rumput weeping love,Ischaemum (batang Ning biru), kudzu, alfalFa, rumput kepiting

0-5 3.5 2.5

Tidak disarankan untuk dipakai pada kemiringan lebih dari 5 %Tahunan, dipakai utk Kemiringan yg landaiatau sebagai pelindungSementara sampai pe-Nutup yg permanenTelah terbentuk lespe-Deza biasa, rumput sudan

0-5 3.5 2.5

Pemilihan RumputPemilihan rumput untuk pelapisan saluran tergantung pada faktor iklim dan tanah dimana rumput tersebut ditanam, agar rumput tersebut dapat terus tumbuh pada kondisi yang telah ditentukan sebelumnya. Pada umumnya debit yang lebih besar memerlukan pelapisan yang lebih kuat dan lebih baik. Pada kemiringan yang terjal, rumput-rumput tebal seperti alfalfa, lespedeza dan kudu akan cenderung mengalihkan arah aliran, sedangkan untuk kemiringan yang lebih besar dari 5 % hanya rumput-rumput halus berbentuk lempeng seperti rumput bermuda, biru kentucky yang disarankan untuk pelapisan saluran induk. Pada bagian atas saluran dan tanggul dapat ditanami rumput-rumput yang tidak cepat merambat seperti rumput weeping love. Untuk mencegah terjadinya pengendapan lanau pada saluran, maka perlu ditanam rumput-rumput tebal yang akan mengatur aliran dan memperbesar kecepatan sehingga pengendapan dapat dikurangi.

Prosedur PerancanganPerancangan hidrolik saluran berumput dibagi dalam 2 tahap. Tahap pertama ialah merancang kestabilan saluran, yaitu menentukan ukuran saluran berdasarkan keadaan tingkat hambatan yang rendah, dan tahap kedua ialah mengulang perancangan kapasitas maksimum, yaitu menentukan peningkatan kedalaman aliran yang diperlukan untuk mempertahankan kapasitas maksimum pada keadaan tingkat hambatan yang lebih tinggi. Misalnya, rumput lespedeza dipakai sebagai rumput pelapis, hambatan pada taraf pertumbuhan muda (hijau, panjang rata-rata 4,5 in) dipakai pada perancangan tahap pertama, kemudian pada tahap kedua, hambatannya pada taraf pertumbuhan menengah (hijau, tidak dipangkas, panjang rata-rata 11 in), dipakai untuk perancangan selanjutnya. Akhirnya ditambahkan jagaan seperlunya terhadap kedalaman saluran hasil hitungan yang selanjutnya akan memperbesar perancangan maksimum.

Perancangan Stabilitas Setelah diketahui nilai debit, kemiringan saluran, dan jenis

rumput, maka dilakukan langkah-langkah berikut : Menaksir suatu nilai n Pilih kecepatan yang diijinkan, lalu hitung nilai R.

Hitung nilai VR dengan menggunakan rumus manning : 1,49.R5/3.S1/2

VR = n

Lakukan perhitungan berikutnya sampai nilai VR yang dihitung sama dengan nilai VR yang diperoleh dari kurva n-VR.

Hitung luas basah atau A = Q/V. Tentukan ukuran penampang berdasarkan nilai A dan R yang

telah diperoleh.

Perancangan Kapasitas Maksimum Langkah-langkah pada tahap kedua ini adalah sebagai berikut : Menaksir kedalaman y, kemudian hitung luas basah dan jari-jari

hidrolik R. Hitung kecepatan V = Q/A dan nilai VR. Berdasarkan kurva n-VR untuk nilai hambatan yang lebih tinggi

pelapisan yang dipilih, dan tentukan nilai n. Hitung kecepatan dengan menggunakan rumus manning, dan

periksa nilai V dengan nilai yang diperleh dengan langkah kedua. Lakukan perhitungan berikutnya sampai nilai V yang dihitung pada

langkah keempat sama dengan nilai V pada langkah kedua. Perlu dicatat bahwa kecepatan ini selalu lebih kecil dari kecepatan yang diijinkan.

Tambahkan jagaan seperlunya terhadap kedalaman yang diperoleh.

Contoh 6.1Tentukan penampang saluran berlapis yang ditanamkan pada tanah tahan erosi dengan kemiringan 0,04 dan mengalirkan debit sebesar 50 kaki3/det !

PenyelesaianDalam perancangan stabilitas, dipilih campuran rumput yang ditanam yang memiliki nilai hambatan terendah, yaitu pada musim dingin. Dengan demikian dapat dipakai kurva n-VR untuk perhitungan.

Percobaan no.

n VR R 1,49.R5/3S1/2

n

1234

0,040,050,0350,0375

1,800,903,502,50

0,360,180,700,50

1,360,344,722,50

Nilai yang tepat untuk penentuan penampang adalah R = 0,50 kaki dan A = 50/5 = 10 kaki2. Beberapa penampang saluran yang memenuhi syarat tersebut disarankan sebagai berikut :

Penampang Kemiringan tepi z : 1

Lebar dasarb (kaki)

Kedalaman y (kaki)

Lebar bagian atas T (kaki)

Trapesium...Trapesium...Segitiga…...Parabola….

3:16:1

10:1-

17,012,5

0-

0,530,621,000,73

20,1819,9420,0020,00

Saluran Tahan ErosiSebagian besar saluran yang diberi lapisan (penguat) dan saluran yang bahan-bahannya merupakan hasil rakitan pabrik, dapat menahan erosi dengan baik sehingga dianggap sebagai saluran tahan erosi. Dalam merancang saluran tahan erosi, faktor-faktor seperti kecepatan maksimum dan gaya tarik yang diijinkan tidak perlu dipertimbangkan. Perancang cukup menghitung ukuran-ukuran saluran dengan rumus aliran seragam, kemudian memutuskan ukuran akhir berdasarkan efisiensi hidrolika atau hukum pendekatan untuk penampang terbaik, praktis dan ekonomis. Sedangkan faktor-faktor yang harus dipertimbangkan adalah jenis bahan pembentuk saluran, koefisien kekasaran, kecepatan minimum yang diijinkan, kemiringan dasar saluran, dinding dan jagaan.

Jenis BahanBahan-bahan tahan erosi yang digunakan untuk membentuk lapisan suatu saluran dan tubuh saluran hasil rakitan meliputi beton, pasangan batu, baja, besi tuang, kayu, kaca, plastik, dan lain-lain. Pemilihan bahan tergantung pada jenis, harga, metode pembangunan, dan maksud pembuatan saluran tersebut.

Kecepatan MinimumKecepatan minimum yang diijinkan, atau kecepatan tanpa pengendapan merupakan kecepatan terendah yang tidak menimbulkan sedimentasi dan mendorong pertumbuhan tanaman air dan ganggang. Kecepatan ini sangat tidak menentu dan nilainya tidak dapat ditentukan dengan tepat.

Kemiringan SaluranKemiringan memanjang dasar saluran umumnya dipengaruhi oleh keadaan topografi dan tinggi energi yang diperlukan untuk mengalirkan air. Namun dalam beberapa hal kemiringan ini juga tergantung pada kegunaan saluran dan jenis bahan yang digunakan, seperti yang tertera pada Tabel

Bahan Kemiringan dinding

Batu…………………………………………Tanah gambut, rawang……………………..Lempung teguh atau tanah berlapis beton……………………………………….Tanah berlapis batu, atau tanah bagi saluran yang lebar………………………………….Lempung kaku atau tanah bagi parit kecil…Tanah berpasir lepas……………………….Lempung berpasir atau lempung berpori…..

Hampir tegak lurus¼ : 1

½ : 1 sampai 1 : 1

1 : 11½ : 12 : 13 : 1

JagaanJagaan (freeboard) suatu saluran adalah jarak vertikal dari puncak saluran ke permukaan air pada kondisi rancang. Jarak tersebut harus cukup untuk mencegah gelombang atau kenaikan muka air yang melimpah ke tepi. Sampai saat ini belum ada peraturan yang dapat diterima untuk menentukan besar jagaan, karena gerakan gelombang atau kenaikan muka air di saluran dapat diakibatkan oleh berbagai hal yang tidak dapat diduga sebelumnya. Adapun besar jagaan yang umum dipakai dalam perancangan berkisar antara < 5 % hingga > 30 % kedalaman aliran. Jagaan untuk saluran tanpa pelapis biasanya dibuat dengan mempertimbangkan ukuran saluran, lokasi, aliran air masuk, sifat tanah, gradien perkolasi, pemanfaatan jalan, dan tersedianya bahan galian. Menurut U.S Bureau of Reclamation rumus untuk menaksir awal jagaan pada keadaan biasa adalah seperti berikut :

F = Cy

Penampang Hidrolik TerbaikPenampang hidrolik terbaik merupakan penampang saluran yang memiliki keliling basah terkecil sehingga memiliki hantaran maksimum. Diantara semua penampang yang luasnya sama, penampang setengah lingkaran memiliki keliling basah terkecil, sehingga secara hidrolik merupakan penampang yang paling efisien. Adapun unsur-unsur geometris dari 6 penampang hidrolik terbaik dimuat dalam Tabe

Penampang melintang Luas A Keliling basah

P

Jari-jari hidrolik

R

Lebar puncak T

Keda- laman

hidrolik D

Faktor penam-

pang Z

Trapesium, se-tengah bagian segi enamPersegi panjang, setengah bagian bujur sangkarSegitiga, setengah bagian bujur sangkarSetengah lingkaran ParabolaT = 2√2 yLengkung hidrostatik

3 y2

2y2

y2

π/2y2

4/3√2y2

1,40y2

23 y4y

2√2 y

πy8/3√2 y2,9836y

½y½y

¼√2 y

½y½y

0,468y

4/33 y2y

2y

2y2√2 y1,918y

¾yy

½y

π/4y2/3 y

0,728y

3/2y2.5

2 y2.5

√2/2y2.5

π/4 y2.5

8/9√3 y2.5

1,191 y2.5

Penentuan Ukuran PenampangPenentuan ukuran penampang untuk saluran tahan erosi meliputi langkah-langkah sebagai berikut : Mengumpulkan semua keterangan, menaksir nilai n dan memilih S. Hitung faktor penampang AR2/3 dengan persamaan, AR = nQ/1,49 √S Bila penampang hidrolik terbaik sangat diperlukan, masukkan dalam

persamaan di atas nilai-nilai A dan R yang diperoleh dari Tabel 6.5, dan hitung kedalamannya.

Untuk perancangan saluran irigasi, penampang saluran umumnya lebih sesuai dengan rumus pendekatan yang mula-mula dibuat U.S. Reclamation Service untuk kedalaman air yang penuh, yaitu

y = 0,5 √A x = 4 – z

Periksa kecepatan minimum yang diijinkan bila air mengandung lanau. Tentukan tinggi jagaan