PUSTAKA 11. Suroso Agus, Irigasi dan Bangunan Air. http://kk.mercubuana.ac.id/elearning/files_modul/11026-12-217834407103.doc, 12 September 2015Perencanaan Bangunan (Lanjutan)

Bangunan Persilangan

Jalur saluran irigasi mulai dari intake hingga bangunan sadap terakhir kadang-kadang harus berpotongan atau bersilangan dengan berbagai rintangan antara lain jalan, saluran/alur alamiah, sungai bahkan jurang. Untuk itu diperlukan bangunan persilangan agar dapat menyeberangkan debit yang dialirkan oleh saluran dari sisi hulu ke sisi hilirnya.

Bangunan Siphon Bangunan siphon merupakan salah satu bangunan persilangan yang dibangun untuk mengalirkan debit yang dibawa oleh saluran yang jalurnya terpotong oleh lembah dengan bentang panjang atau terpotong oleh sungai. Bangunan siphon berupa saluran tertutup yang dipasang mengikuti bentuk potongan melintang sungai atau lembah untuk menyeberangkan debit dari sisi hulu ke sisi hilir. Bangunan siphon (berupa saluran tertutup berpenampang lingkaran atau segi empat) dipasang dibawah dasar sungai, atau bisa juga dipasang di atas permukaan tanah jika melintasi lembah (cekungan).Konstruksi siphon jika penampang melintang berupa segi empat biasanya dibuat dari beton bertulang (reinforced concrete), jika penampang melintang berupa lingkaran biasanya dibuat dari baja. Untuk mencegah adanya sedimentasi pada saat debit di dalam siphon mengecil, biasanya digunakan tipe pipa rangkap. Pada saat debit di dalam siphon mengecil, jalur satu ditutup, jalur lainnya dibuka sehingga kecepatan aliran didalam siphon tetap bisa mengangkut sediment ke hilirnya. Konstruksi siphon harus dipilih pada lokasi yang panjang bentang sungainya minimum, agar biaya konstruksinya hemat, serta kehilangan energinya kecil. Didalam perencanaan siphon ada beberapa hal yang harus dipertimbangkan, antara lain : (untuk kasus siphon melintasi dasar sungai)1. Siphon harus mampu menahan gaya uplift pada saat kondisi airnya kosong. Kondisi yang paling berbahaya pada konstruksi siphon adalah pada saat siphon dalam keadaan kosong. Pada saat kondisi ini gaya uplift yaitu gaya yang disebabkan oleh tekanan hidrostatis dari bawah konstruksi siphon, menekan konstruksi siphon ke arah atas. Gaya ini cenderung mengangkat konstruksi siphon. Sedangkan untuk mengimbanginya diperlukan gaya penahan yang arahnya vertikal ke bawah yaitu gaya berat akibat berat sendiri konstruksi siphon dan gaya berat akibat berat lapisan penutup siphon. 2.Siphon harus dibuat pada kedalaman yang cukup di bawah dasar sungai.Pada kondisi ini konstruksi siphon harus aman terhadap bahaya gerusan tanah dasar sungai (degradasi) maupun bahaya gerusan lokal akibat dasar sungai yang terganggu. Jika konstruksi siphon berada terlalu dekat dengan permukaan dasar sungai, maka tanah penutup di atas siphon kemungkinan akan terkikis. Untuk itu konstruksi siphon harus dibuat pada kedalaman yang cukup terhadap dasar sungai. Pada bagian dasar palung sungai, konstruksi siphon sebaiknya dalam posisi horisontal dan panjangnya ke arah tebing sungai harus cukup, karena tebing sungai keungkinan bisa juga terjadi erosi. , Sedangkan pada bagian lereng sungai bisa dibuat miring. Lapisan penutup dasar sungai (di atas konstruksi siphon) sebaiknya berupa pasangan gabion (bronjong). 3.Untuk mengurangi kehilangan energi maka lokasi siphon diusahakan pada bentang sungai terpendek, serta memperkecil jumlah belokan pada konstruksi siphon.

Gambar 1. profil memanjang perlintasan sungai

Gambar 2. profil memanjang siphon

Berikut ini contoh perhitungan hidraulika bangunan siphon:Data-data : Debit saluran (Qmaksimum) =2.88 m3/dt Lebar dasar saluran B=5.77 m Kedalaman aliran h=1.27 m Kecepatan aliran di sal. V=0.46 m/dt Elevasi dasar saluran hilir=+13.09 Elevasi muka air hilir=+14.36 Panjang siphon=59.05 m Penampang siphon=segi empat Siphon melintasi sungai, sehingga konstruksi siphon diletakkan di bawah dasar sungai. Siphon direncanakan mempunyai 2 jalur (double barrel).

Gambar 3. Potongan melintang siphon

Kehilangan Tinggi EnergiMayor LossesKehilangan Tinggi Energi Akibat Gesekan Pada Saluran

Dimana : hf = Kehilangan Tinggi Energi V = Kecepatan di siphonL = Panjang siphonD = diameter g= Gaya gravitasi

Dimana :f= frekuensig= gaya gravitasin= nilai kekasaran manningR= jari-jari hidrolis

Gambar 2.2 Diagram Moody

Minor LossesKehilangan Tinggi Energi Pada Inlet

f = Koefisien V = Kecepatan di siphon g= gaya gravitasiKehilangan Tinggi Energi pada Inlet yang Diakibatkan Transisi

f = Koefisien V1 = Kecepatan di saluran (m/dt)V2 = Kecepatan di siphon (m/dt) Kehilangan Tinggi Energi pada Outlet yang Diakibatkan Transisi

f = Koefisien V1 = Kecepatan di saluran ( m/dt)V2 = Kecepatan di siphon ( m/dt)Kehilangan Tinggi Energi pada Outlet

f = Koefisien V = Kecepatan di siphon ( m/dt)g= gaya gravitasiKehilangan Tinggi Energi Seal InletMerupakan kerugian pada fitting dan valve yang terdapat sepanjang system perpipaan. Dapat dicari dengan menggunakan rumus :

Dimana :hf= minor losses n= jumlah fitting/valve untuk diameter yang samak= koefisien gesekanV= kecepatan rata-rata alirang= gaya gravitasiKehilangan Tinggi Energi Trash Rack

Gambar 9. Trash Rack

Gambar 10. Kerja Trash RackSeperti terlihat pada gambar 10 pada penyempitan dapat terjadi kontraksi. Kehilangan energy disini terjadi karena perlebaran sesudah penampang yang tersempit, sehingga perumusan perlebaran tiba-tiba dapat dipakai antara penampang 0 dan penampang 2, yaitu :

Dimana :hc = kehilangan tinggiCc= Koefisien kontraksiTabel 5. Nilai CcA2/A10,10,20,30,40,50,60,70,8..0,91,0

Cc0,6240,6320,6430,6590,6810,7120,7550,8130,8921,000

V = kecepatan alirang= gaya gravitasi

Kehilangan Tinggi Energi Total

= hf mayor losses + hf minor losses

Contoh Perencenaan Bangunan SiphonData-data yang digunakan dalam perencanaan Siphon adalah : Lokasi : Saluran Primer FIFI Kiri Bentuk Siphon: Bulat Jenis Siphon : Double Pipe Kondisi Aliran: Aliran Tertekan Slope Saluran Transisi : 0.00033 Slope Dasar Siphon : 0.00033

Diketahui data Saluran :Q= 1,988 m3/dth= 1,165 mb= 2,912 mz= 1,000 mv= 0,605 m/dt

Pada siphon karena aliran tertekan maka,H= h + v2/2g= 1,165 + 0,605 2/2.9,81 = 1,181 mH/D 1,5D H/1,5D 1,181/1,5D 0,787Q = debit di saluran = 1,988 m3/dtA = 2 . . . D2 = 2 . . 3,14 . (0,787)2 = 0,972 m2

V = (kecepatan siphon disarankan kurang dari 3 m/dt, sesuai KP 04) Panjang siphon direncanakan 20 m Siphon direncanakan double pipe dengan jarak antar pipa 0,5 m, sehingga lebar bagian siphon yaitu 2,074Panjang saluran transisi :

A= . . D2 = . 3,14 . (0,787)2= 0,486 m2

P= . D= 3,14 . 0,787= 2,471 m

R =

= = 0,197 m

Perhitungan Kehilangan Tinggi EnergiA. Mayor LossesKehilangan Tinggi Energi Akibat Gesekan Pada Saluran

V = Kecepatan di siphon = 1,5 m/dtL = Panjang siphon= 20 m

= D = 0,787 m

B. Minor Losses Kehilangan pada Inlet yang diakibatkan perubahan bentukSemi Angular Type

f = Koefisien = 0,25V = Kecepatan di siphon = 0,605m/dt

Kehilangan pada Inlet yang diakibatkan transisisemi angular type

f = Koefisien = 0,50V1 = Kecepatan di saluran = 0,605 m/dtV2 = Kecepatan di siphon = 2,955 m/dt

Kehilangan pada Outlet diakibatkan perubahan bentukSemi Angular Type

f = Koefisien = 0,25V = Kecepatan di siphon = 2,955 m/dt

Kehilangan pada Outlet yang diakibatkan transisiBell mouth type

f = Koefisien = 0,20V1 = Kecepatan di saluran = 0,605 m/dtV2 = Kecepatan di siphon = 2,955 m/dt

Kehilangan Energi Akibat Kisi Penyaring

= = 1,036

Keterangan:hf: kehilangan tinggi energi (m)V: kecepatan melalui kisi-kisi (m/dt)g: percepatan gravitasi, m/dt2 (9,81)c: koefisien kisi penyaring: faktor bentuk (1,8 untuk jeruji bulat)s: tebal jeruji (m)b: jarak bersih antar jeruji (m): sudut kemiringan dari bidang horizontal

Kehilangan Tinggi Total (Total Head Loss)

= hf mayor losses + hf minor losses= 0,147 + 0,005 + 0,213 + 0,111 + 0,085 + 0,019= 0,580 m

Bangunan Talang

Bangunan talang merupakan salah satu bangunan persilangan yang dibangun untuk mengalirkan debit yang dibawa oleh saluran yang jalurnya terpotong oleh lembah dengan bentang panjang atau terpotong oleh sungai. Bangunan talang berupa saluran terbuka yang dipasang membentang dari tebing sisi hulu ke tebing sisi hilir. untuk menyeberangkan debit. Aliran di dalam talang harus dalam kondisi yang stabil (Fr < 0.7) atau dalam kondisi sub kritis Berikut ini contoh perhitungan hidraulik bangunan talang:

Data-data : Debit saluran (Qmaksimum) =2.88 m3/dt Kedalaman aliran di saluran =1.27 m (sebelum bangunan talang) Elevasi dasar saluran=+13.17 (sebelum bangunan talang) Elevasi muka air di saluran=+14.44 (sebelum bangunan talang) Panjang bentang talang L=31 m Koefisien Strickler k=70

Kecepatan aliran v di dalam talang direncanakan 1.5 m/dt, sehingga luas penampang basah talang menjadi :

Lebar dasar talang menjadi :

A = B x h 1.92m2 = B x 1.27, sehingga B = 1.51 m

Kemiringan dasar bangunan talang yang diperlukan bisa dihitung dengan rumus kecepatan aliran menurut Strickler :

atau

Sedangkan : P = B + 2 h = 1.51 + (2 x 1.27) = 4.05 mR = A/P = 1.92 / 4.05 = 0.47 mSehingga :

i = 0.0013

Bilangan Froude menjadi :

= = 0.42 < 0.70 ok.

Kehilangan energi pada bagian peralihan antara saluran dan bagian talang dihitung dengan rumus :

= 0.011 mElevasi muka air di talang bagian hulu = elevasi muka air di saluran = +14.44 0.011 = 14.13Elevasi dasar talang bagian hulu = elevasi muka air talang kedalaman aliran = +14.13 1.27 = +13.16Elevasi muka air di talang hilir = elevasi muka air talang hulu (i x L) = +14.43 (0.0013 x 31) = +14.38Elevasi dasar talang bagian hilir = elevasi muka air talang hilir kedalaman aliran = +14.38 1.27 = +13.11

= 0.022 m

Elevasi muka air di saluran hilir = elevasi muka air talang hilir = +14.38 0.022 = +14.36Elevasi dasar saluran hilir = elevasi muka air saluran hilir kedalaman aliran = +14.36 1.27 = +13.09

Kehilangan energi total di talang manjadi :

= (0.0013 x 31) + 0.011 + 0.022 = 0.073 dibulatkan 0.08 m

Berikut ini potongan memanjang bangunan talang.

Gambar 4. Potongan memanjang bangunan talang

+13.17+13.16+13.11+13.09+14.36+14.38+14.43+14.44i = 0.00131.27 m1.27 m1.27 mL = 31 m abutmentabutmentpilar

Bangunan TerjunBangunan terjun dibangun untuk mengatasi kemiringan medan yang terlalu curam, sementara kemiringan yang dibutuhkan oleh saluran tergolong landai. Bangunan terjun biasanya dibangun pada daerah yang kondisi topografinya memiliki kelerengan yang curam. Ada 4 bagian dari bangunan terjun yaitu : Bagian pengontrol, berada di hulu sebelum terjunan, berfungsi untuk mencegah penurunan muka air yang berlebihan. Bagian pembawa, berfungsi sebagai penghubung antara elevasi bagian atas dengan bagian bawah. Peredam energi, berfungsi untuk mengurangi energi yang dikandung oleh aliran sesudah mengalami terjunan sehingga tidak berpotensi merusak konstruksi bangunan terjun. Perlindungan dasar bagian hilir, berfungsi untuk melindungi dasar dan dinding saluran dari gerusan air sesudah mengalami terjunan.

Bagian PengontrolBagian ini terletak sebelah hulu (sebelum terjunan), dengan adanya bagian pengontrol ini, maka penurunan muka air yang berlebihan bisa dicegah. Ada 2 alternatif mekanisme untuk mengendalikan muka air di bagian hulu, yaitu : Memperkecil luas penampang basah. Memasang ambang (sill) dengan permukaan hulu miring.Untuk saluran yang kandungan sedimennya tinggi disarankan tidak memasang ambang (sill), karena akan mempercepat sedimentasi di saluran bagian hulu.

Bagian PembawaBagian ini berupa terjunan dengan bentuk terjunan tegak (vertikal) atau terjunan miring. Jika beda tinggi (tinggi terjunan) lebih dari 1.5 m, maka bagian pembawa berupa terjunan miring, jika beda tinggi (tinggi terjunan) kurang dari 1.5 m maka dipakai bangunan terjun tegak (vertikal).

Peredam EnergiPeredam energi berfungsi untuk mengurangi potensi kerusakan akibat energi yang terkandung dalam aliran, sehingga tidak merusak konstruksi bangunan terjun. Tipe peredam energi yang akan dipilih tergantung dari bilangan Froude yang terjadi di dalam aliran.

Berikut ini tipe peredam energi berupa kolam olakan USBR :1. Kolam Olak USBR Type I untuk bilangan Fr < 1.72. Kolam Olak USBR Type IIuntuk bilangan Fr > 4.53. Kolam Olak USBR Type IIIuntuk 4.5 < Fr < 134. Kolam Olak USBR Type IVuntuk 2.5 < Fr < 4.5

Perlindungan DasarSegera sesudah aliran mengalami terjunan, kecepatan aliran tergolong masih tinggi meskipun sudah dipasang bangunan peredam energi, sehingga masih diperlukan perlindungan dasar saluran yang biasanya berupa pasangan bronjong (gabion) untuk menghindari gerusan pada dasar saluran atau pada dinding saluran. Berikut ini contoh perhitungan hidraulik bangunan terjun :Pada suatu saluran irigasi akan dibangun bangunan terjun karena kondisi topografi yang curam. Ddata-data dari saluran tersebut antara lain :

Debit rencana Q=7.57 m3/dt Lebar dasar B=5.77 m Kedalaman aliran y1=1.65 m Kemiringan dasar saluran i=0.00014 Kemiringan dinding m =1.5 (sisi horizontal) Koefisien Strickler k=42.5 Kondisi saluran banyak mengangkut sedimen. Beda tinggi antara muka air di hulu dan hilir (terjunan ) z = 1.61 m Kedalaman aliran sesudah terjunan y2 = 1.65 m. Disyaratkan pada saat terjadi Q70, tidak diperbolehkan terjadi penurunan air. Berikut ini sketsanya :

Gambar 5. Sketsa bangunan terjunTentukan dimensi bagian pengontrol.

Jawab :Dibuat terlebih dulu kurva hubungan antara debit Q dengan kedalaman aliran y untuk saluran tersebut.

Bagian pengontrol berupa penyempitan lebar dasar dengan penampang segi empat.

Besar Q70% = 70 % x Q rencana = 70% x 7.57 = 5.30 m3/dtKedalaman aliran berkaitan dengan debit Q70%, diplot di kurva ketemu y70 = 1.357 mMaka : A70 = B. y70 + m. y702 =(5.77 x 1.36) + (1.5 x 1.362) = 10.59 m2v70 = Q70% / A70 = 5.30 / 10.59 = 0.50 m/dtH70 = y70 + v702/(2g) = 1.357 + (0.502/2 x 9.81) = 1.37 m

Untuk bagian pengontrol hubungan antara Q ~ H ditentukan dari humus berikut :

Cd = 0.93 + 0.1 (H70/L)L = panjang bagian pengontrol ( L = 1.5 m) Untuk L = 1.50 m, maka pada saat Q70% :

Cd70 = 0.93 + 0.1 ( 1.37 / 1.50) = 1.021, sehingga lebar dasar bisa dicari :

, maka B = 1.90 m

Gambar 6. Denah Bagian pengontrol