i

PENGARUH PENEMPATAN BAFFLE BLOCKS TIPE V

TERHADAP REDUKSI PANJANG LONCATAN AIR DAN

ENERGI ALIRAN PADA PENGALIR BENDUNG TIPE OGEE

TUGAS AKHIR

untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat Sarjana S-1 Teknik Sipil

diajukan oleh:

GADANG BUDIARSYAD

NIM : D 100 120 068

kepada

PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2018

ii

iii

iv

v

MOTTO

“....Allah SWT yang memiliki apa yang ada di langit dan apa yang ada di bumi.

Maka celakalah bagi orang yang ingkar kepada-Nya karena siksa-Nya yang

sangat berat....”

(Qs. Ibrahim: 2)

“Barang siapa yang menempuh suatu jalan untuk mencari ilmu, maka Allah SWT

akan memudahkan baginya jalan menuju surga”

(HR. Muslim, no. 2699)

“Definisi epistemologis yang paling tepat untuk ilmu, dengan Allah SWT sebagai

sumbernya, ialah tibanya makna sesuatu benda atau objek ilmu ke dalam jiwa.

Dengan memandang jiwa sebagai penafsir maka ilmu adalah tibanya jiwa kepada

makna sesuatu hal atau suatu objek ilmu.”

(Syeh Muhammad Naquib Al-Attas)

“Remember where you start”

vi

PERSEMBAHAN

Tugas Akhir ini Kupersembahkan untuk :

Allah SWT yang telah memberikan hidayah, rezeki dan kemudahan dalam

menuntut ilmu.

Nabi Muhammad SAW selaku sauri tauladan bagi umat manusia.

Kedua orangtuaku, bapak Edi Haryono dan ibu Emi Budi Lestari yang tak

pernah lelah membimbingku dan selalu berdoa untukku. Dan juga kakakku

Ganjar Haryono Arasy.

Laboratorium Teknik Sipil yang telah memberiku kesempatan untuk

mengembangkan kemampuan ketekniksipilan.

Iga Kustin Mahabhagawati yang selalu mensuport dan mendoakanku.

Sahabat-sahabatku (Mas Wahid, Oka, Agung, Fibrian, Arif, Budi, Slamet,

Niat, Ichwan, Rasuma, Solekan, Tomi, Fajar) terutama Fuad Akbar yang

telah memberi tumpangan Kost selama Tugas Akhir ini dibuat, dan juga

masih banyak lagi yang tidak bisa disebutkan satu-persatu

Seluruh teman” angkatan 2012, asisten yang selalu membantuku dalam

berbagai hal, terimkasih atas bantuan, dan sedikit cerita di UMS.

vii

PRAKATA

Assalamu’alaikum Wr. Wb.

Alhamdulillah, segala puji syukur dipanjatkan kehadirat Allah SWT atas

limpahan rahmat, taufik dan hidayah-Nya sehingga penyusun dapat

menyelesaikan dan menyusun laporan Tugas Akhir berupa penelitian

laboratorium yang berjudul “Pengaruh Penempatan Baffle Blocks Tipe V

Terhadap Reduksi Panjang Loncatan Air dan Energi Aliran Pada Pengalir

Bendung Tipe Ogee”.

Tugas Akhir ini disusun guna melengkapi persyaratan untuk

menyelesaikan program studi S-1 pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik

Univesitas Muhammadiyah Surakarta. Bersama ini penyusun mengucapkan

terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan dukungan sehingga

penyusun dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Kemudian dengan selesainya Tugas Akhir ini penyusun mengucapkan

terima kasih kepada:

1. Bapak Ir. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta.

2. Bapak Mochamad Solikin, S.T., M.T., Ph.D. selaku Kepala Jurusan Teknik

Sipil Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

3. Bapak Gurawan Djati Wibowo, ST., M.Eng. selaku Sekretaris Jurusan Teknik

Sipil Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

4. Bapak Ir. Jaji Abdurrosyid, S.T., M.T. selaku Pembimbing Utama sekaligis

sebagai Anggota Dewan Penguji Tugas Akhir yang telah memberikan

dukungan, arahan serta bimbingan dan nasehatnya.

5. Bapak Ir. H. Hermono S.B., M.Eng. selaku anggota tim Penguji Pertama.

6. Bapak Ir. H. A. Karim Fatchan, M.T. selaku anggota tim Penguji Kedua.

7. Bapak Ir. H. Muhammad Nur Sahid, S.T., M.M. selaku dosen pembimbing

akademik.

viii

ix

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ........................................................................................ i

HALAMAN PERSETUJUAN ........................................................................ ii

LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................. iii

LEMBAR PERNYATAAN ............................................................................. iv

MOTTO ............................................................................................................ v

PERSEMBAHAN ............................................................................................. vi

PRAKATA

.....................................................................................................

A. Latar Belakang ............................................................................. 1

B. Rumusan Masalah ........................................................................ 2

C. Tujuan Penelitian ......................................................................... 2

D. Batasan Penelitian ........................................................................ 2

E. Manfaat Penelitian ....................................................................... 3

F. Keaslian Penelitian ...................................................................... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................. 4

BAB III LANDASAN TEORI ....................................................................... 6

A. Karakteristik Aliran Air pada Bendung ....................................... 6

B. Prinsip Energi dan Momentum

C. Bendung

................................................................................ 16

........................................................................................................ vii

DAFTAR ISI ..................................................................................................... ix

DAFTAR TABEL ............................................................................................ xi

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ xii

DAFTAR ISTILAH ......................................................................................... xiv

DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xv

ABSTRAKSI

.................................................... 8

1. Energi aliran .......................................................................... 8

2. Energi spesifik ....................................................................... 10

3. Momentum ............................................................................. 12

....................................................................................... 13

D. Loncatan Air

xvi

BAB I PENDAHULUAN ............................................................................ 1

x

BAB IV METODE PENELITIAN ............................................................... 19

A. Bentuk Penelitian ......................................................................... 19

B. Lokasi Penelitian ......................................................................... 19

C. Bahan dan Peralatan .................................................................... 19

D. Pengamatan .................................................................................. 23

E. Perencanaan Model ...................................................................... 23

1. Perencanaan Model Pelimpah ............................................... 23

2. Perencanaan Kolam Olak ...................................................... 25

3. Perencanaan Baffle Blocks ..................................................... 26

F. Pelaksanaan Penelitian ................................................................ 31

G. Bagan Alur Pelaksanaan Penelitian ............................................. 33

BAB V HASIL ANALISIS DAN PEMBAHASAN .................................... 34

A. Hasil Pengujian ............................................................................ 34

B. Analisis Data dan Pembahasan .................................................... 35

1. Analisis Kecepatan Aliran dengan Variasi Debit .................. 35

2. Analisis Bilangan Reynolds dengan Variasi Debit ................ 43

3. Analisis Kehilangan Energi dengan Variasi Debit ................ 45

4. Analisis Panjang Loncat Air dengan Variasi Debit ............... 47

5. Analisis Panjang Loncatan Air di Lab dengan Teori ............. 50

6. Perbandingan antara Rumus Teoritis dengan USBR-II .......... 52

7. Perbandingan dengan Peneliti Terdahulu ............................... 55

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

........................................................ 57

A. Kesimpulan .................................................................................. 57

B. Saran ........................................................................................... ...58

xi

DAFTAR TABEL

Tabel IV.1 Running Penelitian ........................................................................... 29

Tabel V.1 Kecepatan Aliran ............................................................................... 36

Tabel V.2 Perhitungan Bilangan Reynolds di Hilir Pusaran .............................. 44

Tabel V.3 Koreksi Unjuk Kerja Loncat Air dengan Kehilangan Energi ........... 49

Tabel V.4 Perbandingan antara Lj Lab dengan Lj Teoritis ................................ 50

Tabel V.5 Perbandingan antara Lj Lab dengan Lj Teoritis ................................ 52

Tabel V.6 Perhitungan Pembuatan Garis Rumus KP1 dan BT dengan USBR-II 53

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar III.1 Pola Perambatan Penjalaran Gelombang di Saluran Terbuka ...... 7

Gambar III.2 Energi dalam Aliran Saluran Terbuka Berubah Beraturan .......... 9

Gambar III.3 Kurva Energi Spesifik .................................................................. 11

Gambar III.4 Penerapan Dalil Momentum ........................................................ 12

Gambar III.5 Bentuk Kolam Olak USBR tipe II ................................................ 13

Gambar III.6 Bentuk Mercu Tipe Ogee dan Tipe Bulat .................................... 13

Gambar III.7 Bendung dengan Mercu Bulat ...................................................... 14

Gambar III.8 Bentuk-bentuk Mercu Ogee ......................................................... 14

Gambar III.9 Grafik Perencanaan Mercu Ogee ................................................. 15

Gambar III.10 Perencanaan Mercu Parabola ..................................................... 15

Gambar III.11 Berbagai Tipe Loncatan Hidrolis ............................................... 18

Gambar IV.1 Air yang digunakan dalam Penellitian ......................................... 19

Gambar IV.2 Saluran/flume 30 × 60 × 1000 cm ................................................ 20

Gambar IV.3 Bak Penampungan ........................................................................ 21

Gambar IV.4 Pompa Air .................................................................................... 21

Gambar IV.5 Kolam Olak USBR tipe II ............................................................ 22

Gambar IV.6 Point Gauge ................................................................................. 23

Gambar IV.7 Variabel-variabel yang diamati dalam Penelitian ........................ 23

Gambar IV.8 Grafik Koefisien Peluapan Mercu Ogee Hubungan antara p/hd .. 24

Gambar IV.9 Bentuk Baffle Blocks .................................................................... 26

Gambar IV.10 Bendung tanpa Baffle Blocks ..................................................... 27

Gambar IV.11 Perletakkan Baffle Blocks pada Awal Radius Olakan ................ 27

Gambar IV.12 Perletakkan Baffle Blocks pada Tengah Radius Olakan ............ 28

Gambar IV.13 Perletakan Baffle Blocks dengan Posisi Zig-Zag ....................... 28

Gambar IV.14 Bagan Alur Penelitian ................................................................ 33

Gambar V.1 Letak Kecepatan di Hulu Bendung (v1), di Atas Bendung (vd) dan

di Hilir Kolam Olak (v2) ................................................................. 35

Gambar V.2 Gambar Flume dari Hulu ke Hilir ................................................. 35

xiii

Gambar V.3 Hubungan antara Variasi Debit Q (cm3/dt) dengan Kedalaman

Aliran h (cm) pada Pengaliran Bendung tipe Parabola ................... 37

Gambar V.4 Hubungan antara Variasi Debit Q (cm3/dt) dengan Kecepatan

Aliran h (m) pada Pengaliran Bendung tipe Parabola ..................... 38

Gambar V.5 Tekanan pada Puncak Mercu Bendung ......................................... 40

Gambar V.6 Profil Muka Air yang Melintasi Tubuh Bendung dengan Data

Kedalaman Aliran h (cm) pada Pelimpah Parabola ........................ 41

Gambar V.7 Profil Muka Air yang Melintasi Tubuh Bendung dengan Data

Kecepatan Aliran h (cm) pada Pelimpah Parabola ......................... 41

Gambar V.8 Arah Aliran pada Baffle Blocks sudut 90° ..................................... 43

Gambar V.9 Arah Aliran pada Baffle Blocks sudut 75° ..................................... 43

Gambar V.10 Hubungan Variasi Debit (cm3/dt) dengan Bilangan Reynolds .... 44

Gambar V.11 Hubungan Variasi Debit (cm3/dt) dengan Kehilangan Energi .... 46

Gambar V.12 Hubungan Perbandingan Kehilangan Energi terhadap Energi

Awal (hf/E1) dengan Angka Reynolds Awal (Re1) pada Pelimpah

tipe Ogee dan Parabola .................................................................. 46

Gambar V.13 Hubungan Variasi Debit (cm3/dt) dengan Panjang Loncat Air ... 48

Gambar V.14 Hubungan Perbandingan Panjang Loncat Air terhadap Tinggi

Bendung (Lj/P) dengan Angka Reynolds Akhir (Re2) .................. 48

Gambar V.15 Minimum Tailwater Depth dengan Froude Number pada USBR 53

Gambar V.16 Perbandingan antara Rumus KP1 dengan USBR-II ..................... 54

Gambar V.17 Perbandingan antara Rumus BT dengan USBR-II ....................... 54

xiv

DAFTAR ISTILAH

A : luas penampang aliran (cm2)

b : lebar saluran (cm)

CD : koefisien debit

Ce : koefisien tampang saluran

E : energi (cm)

E1 : energi di hulu (cm)

E2 : energi di hilir (cm)

F : gaya (N)

Fr : angka Froude

g : percepatan gravitasi (cm2/dt)

h1 : kedalaman di hulu (cm)

h2 : kedalaman di hilir (cm)

hd : kedalaman air di atas mercu (cm)

hf : kehilangan energi

Lj : panjang loncatan (cm)

P : tinggi bendung (cm)

Q : debit aliran (cm3/dt)

R : jari-jari kolam olak (cm)

Re : bilangan Reynolds

v : kecepatan aliran (cm/dt)

v1 : kecepatan di hulu (cm/dt)

v2 : kecepatan di hilir (cm/dt)

υ : kekentalan kinematik (cm2/dt)

θ : sudut (°)

w : berat (kg)

p : massa jenis (kg/cm3)

γ : berat jenis (kg/cm3)

S0 : kemiringan dasar saluran

xv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran C-1 Tabel Hasil Perhitungan Debit Rencana .................................. L-1

Lampiran C-2 Gambar Desain Bendung dengan Kolam Olak USBR-II pada

Pelimpah Tipe Ogee ................................................................... L-2

Lampiran C-3 Form Pengamatan di Laboratorium ......................................... L-3

Lampiran C-4 Form Pengamatan di Laboratorium ......................................... L-4

Lampiran C-5 Form Pengamatan di Laboratorium ......................................... L-5

Lampiran C-6 Tabel Kecepatan dan Bilangan Reynolds ................................ L-6

Lampiran C-7 Tabel Kecepatan dan Bilangan Reynolds ................................ L-7

Lampiran C-8 Tabel Kecepatan dan Bilangan Reynolds ................................ L-8

Lampiran C-9 Tabel Kecepatan dan Bilangan Reynolds ................................ L-9

Lampiran C-10 Grafik Hubungan Variasi Debit(cm3/dt) dengan Bilangan

Reynolds ................................................................................... L-10

Lampiran C-11 Profil Muka Air yang Melintasi Tubuh Bendung dengan Data

Kedalaman Aliran h (cm) pada Pelimpah Ogee ....................... L-11

Lampiran C-12 Profil Muka Air yang Melintasi Tubuh Bendung dengan Data

Kecepatan Aliran v (cm/dt) pada Pelimpah Ogee .................... L-12

Lampiran C-13 Tabel Perhitungan Kehilangan Energi pada Variasi Debit .... L-13

Lampiran C-14 Tabel Perhitungan Kehilangan Energi pada Variasi Debit .... L-14

Lampiran C-15 Tabel Perhitungan Kehilangan Energi pada Variasi Debit .... L-15

Lampiran C-16 Tabel Perhitungan Kehilangan Energi pada Variasi Debit .... L-16

Lampiran C-17 Grafik Hubungan Variasi Debit (cm3/dt) dengan Kehilangan

Energi (cm) ............................................................................ L-17

Lampiran C-18 Tabel Perhitungan Bilangan Froude dan Panjang Loncatan . L-18

Lampiran C-19 Tabel Perhitungan Bilangan Froude dan Panjang Loncatan . L-19

Lampiran C-20 Tabel Perhitungan Bilangan Froude dan Panjang Loncatan . L-20

Lampiran C-21 Tabel Perhitungan Bilangan Froude dan Panjang Loncatan . L-21

Lampiran C-22 Grafik Hubungan Variasi Debit (cm3/dt) dengan Panjang

Loncatan (cm) ....................................................................... L-22

Lampiran C-23 Dokumentasi Penelitian ......................................................... L-23

PENGARUH PENEMPATAN BAFFLE BLOCKS TIPE V TERHADAP

REDUKSI PANJANG LONCATAN AIR DAN ENERGI ALIRAN PADA

PENGALIR BENDUNG TIPE OGEE

Abstrak

Air adalah salah satu kebutuhan hidup yang utama untuk makhluk hidup di bumi

ini. Salah satu cara untuk memanfaatkan air adalah bangunan bendung.

Peninggian muka air yang disebabkan oleh pembendungan mengakibatkan adanya

aliran deras (superkritis) di bagian hilir bendung dan akan menimbulkan

terjadinya loncatan air. Efek dari loncatan air ini adalah masih tetap menggerus

dasar sungai di hilir bendung. Untuk meredam gerusan di hilir stilling basin, maka

dipasang baffle blocks di kolam olak. Tujuan dari penelitian ini untuk menguji

unjuk kerja bendung dengan pelimpah ogee. Pengujian lain adalah untuk menguji

efektifitas baffle blocks tipe V di dalam mereduksi energi aliran, panjang loncatan

air serta turbulensi aliran dibanding dengan baffle blocks tipe setengah silinder.

Percobaan dalam penelitian ini dilakukan di Laboratorium Hidraulika Teknik Sipil

Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Penelitian ini

menggunakan alat flume dengan ukuran 30 cm × 60 cm × 1000 cm, kemiringan

dasar saluran 0,0058. Mercu bendung menggunakan tipe ogee. Kolam olak

menggunakan tipe USBR-II dengan menggunakan dua variasi sudut baffle blocks.

Total running yang dilakukan sebanyak 35 running. Hasil penelitian menunjukkan

beberapa kesimpulan. Pertama, susunan baffle blocks yang paling baik untuk

meredam energi aliran adalah baffle blocks dengan sudut 75° yang diletakkan

pada awal kolam olak. kedua, posisi baffle blocks yang paling efektif untuk

mereduksi panjang loncat air adalah baffle blocks dengan sudut 75° yang

diletakkan dengan posisi zig-zag pada kolam olak dengan persentase unjuk kerja

sebesar 29,82%. Ketiga, unjuk kerja dari bentuk dan posisi baffle blocks yang

paling efektif meredam turbulensi di hilir pusaran adalah baffe blocks dengan

sudut 75° yang diletakkan dengan posisi zig-zag pada kolam olak. Keempat,

perbandingan rumus yang digunakan antara rumus dari Bambang Triatmojo dan

juga dari buku Kriteria Perencanaan Irigasi dengan grafik USBR-II tidak memiliki

perbedaan secara signifikan, perbedaan yang cukup terlihat hanya pada panjang

loncatan air pada kedua rumus saja. Terakhir, diperolehnya Froude Number 12,28

pada debit paling rendah dan pada penataan baffle blocks paling efektif

membuktikan penggunaan USBR-II sudah tepat untuk percobaan kali ini,

mengingat penggunaan USBR-II minimal Froude Number-nya adalah 4,5.

Kata kunci: pelimpah ogee, sudut baffle blocks, peredam energi

Water is one of the primary necessities for living beings on earth. One way to

utilize water is a weir. The water level raising caused by the dam causes the flow

of super critis in the downstream of the dam and will lead to water leap. The effect

of this water jump is still to erode the bottom of the river downstream of the weir.

To reduce the scouring downstream of stilling basin, then installed baffle blocks

in stilling basin. The purpose of this study was to examine the performance of

weirs with ogee spill. Another test is to test the effectiveness of type V baffle

xvi

blocks in reducing flow energy, water jump length and flow turbulence compared

with half-cylinder block baffles. Experiments in this study were conducted at the

Hydraulics Laboratory of Civil Engineering Faculty of Engineering

Muhammadiyah University of Surakarta. This research uses flume tool with size

30 cm × 60 cm × 1000 cm, slope base 0,0058 channel. Mercu dam using ogee

type. The ojek pool uses a USBR-II type using two variations of baffle blocks.

Total running done as many as 35 running. The results show some conclusions.

First, the best baffle block arrangement to absorb flow energy is baffle blocks

with 75 ° angle placed at the beginning of the pond. secondly, the most effective

baffle block position to reduce water jump length is baffle blocks with 75 ° angle

placed with zig-zag position on stilling basin with performance percentage of

29.82%. Third, the performance of the most effective baffle block shape and

position reduces turbulence downstream of the vortex is baffe blocks with a 75 °

angle placed in zigzag position on the stilling basin. Fourth, the comparison of the

formula used between the formula of Bambang Triatmojo and also from the book

of Irrigation Planning Criteria with the USBR-II graph does not have a significant

difference, a considerable difference only in water jump lengths in the two

formulas. Finally, Froude Number 12.28 is obtained at the lowest discharge and in

the most effective baffle block arrangement proves that USBR-II usage is correct

for this experiment, considering the minimum usage of USBR-II Froude Number

is 4.5.

Key Words: Ogee spill, Angle of baffle blocks, Energy dampers.

xvii