Bab ii-perencanaan-saluran

Perencanaan Saluran

Modul Perencanaan Bangunan Air II -

1

1. Aliran Melalui Penampang

Aliran yang melalui suatu saluran haris direncanakan untuk tidak

mengakibatkan erosi maupun tidak mengakibatkan endapan sedimen.

Untuk itu perancang cukup menghitung ukuran-ukuran saluran dengan

analisis hidraulika sehingga nantinya dapat memutuskan ukuran akhir

berdasarkan efisiensi hidraulika dan mendapatkan ukuran penampang

terbaik, praktis, dan ekonomis.

1) Rumus Chezy

Seperti yang telah diketahui, bahwa perhitungan untuk aliran melalui

saluran terbuka hanya dapat dilakukan menggunakan rumus-rumus

empiris, karena adanya banyak variabel yang berubah-ubah. Untuk itu

berikut ini disampaikan rumus-rumus empiris yang banyak digunakan

untuk merencanakan suatu saluran terbuka.

Chezy berusaha mencari hubungan bahwa zat cair yang melalui saluran

terbuka akan menimbulkan tegangan geser (tahanan) pada dinding

saluran, dan akan diimbangi oleh komponen gaya berat yang bekerja

pada zat cair dalam arah aliran. Di dalam aliran seragam, komponen

gaya berat dalam arah aliran adalah seimbang dengan tahanan geser,

dimana tahan geser ini tegantung pada kecepatan aliran. Setelah melalui

beberapa penurunan rumus, akan didapatkan persamaan umum:

RSCU = (2.1)

dimana:

U = kecepatan aliran (m/det)

R = jari-jari hidraulik (m)

S = kemiringan dasar saluran

C = koefisien Chezy

Perencanaan Saluran


2

Beberapa ahli telah mengusulkan beberapa bentuk koefisien Chezy dari

rumus umum tersebut yang tergantung dari bentuk tampang lintang,

bahan dinding saluran, dan kecepatan aliran. Untuk itu dapat ditinjau

beberapa rumus yang banyak digunakan.

a) Rumus Manning

Robert Manning mengusulkan rumus berikut ini:

611 R

nC = (2.2)

Sehingga rumus kecepatan aliran menjadi:

21

321 SR

nU = (2.3)

Dimana n merupakan koefisien Manning yang merupakan fungsi dari

bahan dinding saluran. Harga koefisien Manning adalah sebagai

berikut:

Tabel 2.1. Harga Koefisien Manning

Bahan Koefisien Manning

n

Besi tuang dilapis

Kaca

Saluran beton

Bata dilapis Mortar

Pasangan batu disemen

Saluran tanah bersih

Saluran tanah

Saluran dengan dasar batu dan tebing rumput

Saluran pada galian batu padas

0,014

0,010

0,013

0,015

0,025

0,022

0,030

0,040

0,040

Perencanaan Saluran


3

b) Rumus Strickler

Untuk permukaan saluran dengan material yang tidak koheren,

koefisien Strickler (ks) diberikan oleh rumus berikut:

6

1

35

261⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛==

dR

nks (2.4)

Dengan R adalah jari-jari hidraulik, dan d35 adalah diameter (dalam

meter) yang berhubugan dengan 35% berat dari material dengan

diameter yang lebih besar. Dengan menggunakan koefisien tersebut,

maka rumus kecepatan aliran menjadi:

21

32

SRkU s= (2.5)

Contoh Soal:

Saluran terbuka berbentuk segi empat terbuat dari pasangan batu

disemen (n=0,025) mempunyai lebar 10 m dan kedalaman air 3 m.

Apabila kemiringan dasar saluran adalah 0,00015, hitung debit aliran.

Penyelesaian

Luas tampang basah:

A = B x h

= 10 x 3 = 30 m

Keliling basah:

P = B + 2h

= 10 + 2 x 3 = 16 m

10 m

3 m

Perencanaan Saluran


4

Jari-jari hidraulis:

mR

PAR

875,11630

==

=

Debit aliran dihitung dengan menggunakan rumus Manning:

det/347,2200015,0875,1025,01.30

1.

.

321

32

21

32

mQ

SRn

AQ

VAQ

==

=

=

b. Debit Maksimum

Untuk menentukan debit maksimum dengan energi spesifik konstan

adalah menggunakan persaman energi spesifik:

2

2

2gAQyE +=

Sehingga dapat diubah menjadi:

( ) 21

2 yEAgQ s −= (2.6)

Dengan menurunkan pesamaan tersebut, akan didapatkan suatu debit

maksimum untuk energi spesifik konstan yang terjadi pada kedalaman

kritik sebagai berikut:

sc

c EDy =+2

(2.7)

c. Kemiringan Kritik Dasar Saluran

Kemiringan kritik Sc adalah kemiringan dasar saluran yang diperlukan

untuk menghasilkan aliran seragam di dalam saluran pada kedalaman

kritik. Kemiringan kritik dasar saluran ini didapatkan dari

menggabungkan rumus Manning dari Persamaan (2.3):

Perencanaan Saluran


5

21

321 SR

nU =

Dengan kecepatan kritik:

cc gDU = (2.8)

Pada kondisi tersebut R=Rc dan S=Sc, sehingga rumus Manning

menjadi:

3

4

2

c

cc

R

ngDS = (2.9)

Untuk saluran lebar Rc=yc=Dc, sehingga:

2

1

2

c

cy

gnS = (2.10)

Apabila aliran seragam terjadi pada saluran dengan kemiringan dasar

lebih besar dari kemiringan kritik (S0 > Sc), maka aliran adalah super

kritik, dan kemiringan dasar disebut curam. Tapi apabila kemiringan

dasar lebih kecil dari kemiringan kritik (S0 < Sc), maka aliran yang terjadi

adalah sub kritik, dan kemiringan disebut landai (mild).

Contoh Soal:

Saluran dengan lebar 5 m mengalirkan air dengan debit 15 m3/det.

Tentukan kedalaman air apabila energi spesifiknya minimum (kedalaman

kritis), dan kecepatan kritisnya.

Penyelesaian:

Debit tiap satuan lebar:

mdmBQq //3

515 3===

Perencanaan Saluran


6

Kedalaman air`kritis:

mgqyc 972,0

81,93

32

3

2

===

Kecepatan kritis:

det/087,3972,03 m

yqv

cc ===

2. Tampang Ekonomis

Suatu tampang lintang saluran akan menghasilkan debit maksimum bila nilai

R = A/P maksimum atau keliling basah P minimum, sehingga untuk debit

tertentu, luas tampang lintang akan minimum (ekonomis) bila saluran

memiliki nilai R maksimum atau P minimum. Untuk luas tampang saluran

yang sama, penampang setengah lingkaran merupakan penampang yang

paling efisien.

Prinsip saluran tampang ekonomis hanya berlaku untuk desain saluran yang

tahan terhadap erosi, sedangkan untuk saluran yang mudah tererosi, dalam

mendesain saluran yang efisien harus mempertimbangkan gaya tarik yang

terjadi.

Beberapa tipe bentuk saluran ekonomis dan karakteristiknya diberikan pada

Tabel 2.2.

Perencanaan Saluran


7

Tabel 2.2. Penampang saluran ekonomis

Penampang melintang

Luas Keliling basah

Jari-jari hidraulik

Lebar puncak

Kedalaman hidraulik

Faktor penampang

A P R T D Z Trapesium, setengah bagian segi enam

Persegi panjang, setengah bagian bujur sangkar

Segitiga, setengah bagian bujur sangkar

Setengah lingkaran

Parabola

Lengkung hidrostatis

Sumber: Chow, 1992

Contoh soal:

Hitung dimensi saluran ekonomis berbentuk trapesium dengan kemiringan

tebing 1 (horisontal) : 2 (vertikal) untuk melewatkan debit 40 m3/d dengan

kecepatan rata-rata 0,8 m/d. Berapakah kemiringan dasar saluran apabila

koefisien Chezy C = 50 m1/2/d.

Penyelesaian:

Luas tampang aliran:

23yA =

Luas tampang aliran dihitung berdasarkan persamaan kontinuitas:

2508,0

40 mVQA ===

Sehingga didapatkan:

23y y32 y21 y33

4 y43 5,2

23 y

22y y4 y21

y2 y 5,22y

2y y22 y241 y2 y2

1 5,2

22 y

2

2yπ

yπ y21 y2 y

4π 5,2

4yπ

2234 y y2

1 y22 y32 5,239

8 y

239586,1 y y9836,2 y46784,0 y917532,1 y72795,0 5,219093,1 y

y238

B

y 1m=0,5

Perencanaan Saluran


8

mAy 37,53==

Luas trapesium:

( )ymyBA +=

Sehingga lebar dasar saluran:

mmyyAB 63,637,5.5,0

37,550

=−=−=

Menghitung kemiringan dasar saluran.

Untuk tampang ekonomis:

myR 685,2237,5

2===

Kemiringan dasar saluran dihitung dengan menggunakan rumus Chezy:

510.534,9

.685,2508,0−=

=

=

S

S

RSCU

3. Penentuan Ukuran Penampang

Tata cara untuk menentukan ukuran suatu penampang saluran adalah

sebagai berikut:

a. Mengumpulkan segala informasi dan data yang tersedia, kemudian

menaksir nilai n berdasarkan kriteria material dinding saluran, sedangkan

nilai S ditentukan berdasarkan kriteria kegunaan saluran dan kecepatan

maksimum dan minimum sehingga tidak mengakibatkan erosi maupun

sedimentasi pada saluran.

b. Faktor penampang 32

AR dihitung dengan persamaan:

S

nQAR =32

(2.11)

Perencanaan Saluran


9

c. Bila terdapat ukuran-ukuran dari suatu penampang yang belum

diketahui, misalnya B, maka nilai-nilai tersebut ditaksir, sehingga dapat

diperoleh kombinasi ukuran penampang, sehingga nantinya ukuran

akhirnya akan ditetapkan berdasarkan efisiensi hidraulik dan segi

praktisnya.

d. Kecepatan minimum yang ditentukan diperiksa, terutama untuk air yang

mengandung lanau.

e. Tambahkan jagaan seperlunya terhadap kedalaman dari penampang

saluran.

4. Kecepatan Maksimum yang Diizinkan

Kecepatan maksimum yang diijinkan adalah kecepatan yang tidak akan

menimbulkan erosi pada tubuh saluran (nonerodible velocity). Besarnya

kecepatan ini sangat tidak menentu dan bervariasi. Namun secara umum,

saluran yang telah lama dan telah mengalami pergantian musim akan

mampu menerima kecepatan yang lebih besar jika dibandingkan dengan

saluran yang baru, oleh karena dasar saluran yang lama telah lebih stabil.

Untuk kondisi yang sama, saluran yang lebih dalam akan mampu menahan

kecepatan rerata yang lebih besar tanpa menimbulkan erosi. Tabel 2.3

memberikan kecepatan maksimum yang diijinkan disaluran menurut

beberapa hasil penelitian.

Perencanaan Saluran


10

Tabel 2.3. Kecepatan Maksimum yang diijinkan menurut Fortier dan Scobey (Untuk Saluran lama, lurus, dengan kemiringan kecil)

Bahan n Air Jernih Air mengandung

koloida lanau

v

(ft/sec) v

(m/det) v

(ft/sec) v

(m/det) Pasir halus, koloida 0.020 1.50 0.46 2.50 0.76 Lanau berpasir, bukan koloida 0.020 1.75 0.53 2.50 0.76 Lanau bukan koloida 0.020 2.00 0.61 3.00 0.91 Lanau aluvial, bukan koloida 0.020 2.00 0.61 3.50 1.07 Lanau kaku biasa 0.020 2.50 0.76 3.50 1.07 Debu vulkanis 0.020 2.50 0.76 3.50 1.07 Lempung teguh, koloida kuat 0.025 3.75 1.14 5.00 1.52 Lanau aluvial, koloida 0.025 3.75 1.14 5.00 1.52 Serpih dan diulangkan keras 0.025 6.00 1.83 6.00 1.83 Kerikil halus 0.020 2.50 0.76 5.00 1.52 Lanau bergradasi sampai kerakal, bukan koloida 0.030 3.75 1.14 5.00 1.52 Lanau bergradasi sampai kerakal, koloida 0.030 4.00 1.22 5.50 1.68Kerikil kasar, bukan koloida 0.025 4.00 1.22 6.00 1.83 Kerakal dan batuan bulat 0.035 5.00 1.52 5.50 1.68

Prosedur perhitungan kecepatan yang diizinkan adalah sebagai berikut:

a. Menentukan nilai n berdasarkan jenis bahan dinding saluran, dan

menentukan kemiringan dinding saluran, dan kecepatan maksimum yang

diijinkan berdasarkan Tabel 2.3.

b. Menghitung jari-jari hidraulik R dengan menggunakan rumus Manning.

c. Menghitung luas basah dengan debit yang diketahui dan kecepatan yang

diijinkan menggunakan persamaan VQA = .

d. Menghitung keliling basah dengan menggunakan persamaan RAP = .

e. Tambahkan jagaan seperlunya, dan mempertimbangkan kepraktisan

dalam pembuatan saluran.

Documents

Bab ii-perencanaan-saluran