Modul Drainase P. Janu

5/28/2018 Modul Drainase P. Janu

1/37

TINJAUAN ASPEK HIDRAULIKA PADA PERENCANAAN

SALURAN DRAINASE

Maksud : Pengenalan teori dan rumus-rumus hidrolika dasar yang ada

hubungannya dengan saluran drainase, khususnya di daerah

perkotaan.

Tujuan : Penggunaan teori dan rumus-rumus hidrolika dasar untuk

merencanakan dan mengoperasikan saluran drainase di daerah

perkotaan.

1. ASPEK HIDROLIKA PADA PERENCANAAN SALURAN

DRAINASE.

Dalam merencanakan saluran drainase ada dua aspek hidrolika yang

harus diperhatikan yaitu :

1. Kestabilan saluran drainase terhadap erosi oleh aliran air

. Kapasitas saluran untuk mengalirkan debit rencana

1.1.UNTUK SALURAN TANAH

Di daerah perkotaan, terutama yang berpenduduk padat pada

umumnya saluran drainase tanah sangat jarang kita jumpai. !iasanya pada

tahap permulaan dari pengembangan tata kota memang dapat dijumpai

saluran drainase tanah. "leh karena itu pada paragrap ini akan di bahas

secara singkat saja aspek hidrolika dari saluran drainase tanah.


2/37

K#$T%!&'%( $%')*%( T%(%+ T#*+%D%P #*"$&

"'#+ %'&*%( %&*

Tampak dari gambar 1, baha erosi pada saluran tanah dapat terjadi di talud

maupun dasar saluran. )ntuk menghindari adanya erosi pada prinsipnya ada

dua cara yang biasa digunakan yaitu *egime Theory dan Tractie /orce

Theory.

*umus 0rumus dari *egime Theory kebanyakan dijabarkan dari kondisi

saluran dari tanah yang sudah stabil. Pada umumnya rumus-rumusnya

adalah rumus empiris, diantaranya rumus Kennedy 12345, !lench 13675.

*umus-rumus Tractie /orce Theory lebih berdasarkan pada mekanisme

dari gerak suatu partikel tanah didalam suatu aliran air. Tractie /orceTheory jika dibandingkan dengan *egime Theory lebih mengandalkan

pada perumusan matematis dari mekanisme gerak suatu partikel tanah dalam

aliran air.

!

+

m

1

Muka %ir

8ambar 1. $kema $aluran Drainase Tanah


3/37

Karena saluran drainase di daerah perkotaan jarang dijumpai saluran

drainase tanah, maka pembahasan kedua teori ini tidak diberikan.

1.2. SALURAN DENGAN PERKUATAN

9ang dimaksud saluran dengan perkuatan adalah saluran yang tidak

bersal dari tanah. $aluran drainase dengan perkuatan lebih cocok untuk

daerah perkotaan karena bentuknya dapat disesuaikan dengan ketersediaan

tanah.

Ditinjau dari bentuk geometri, saluran drainase dapat dibagi menjadi

dua yaitu saluran terbuka dan tertutup seperti terlihat pada 8ambar .Ditinjau dari penggerak alirannya saluran drainase dapat dibagi

menjadi dua yaitu saluran dengan pengaliran muka air bebas dan pengaliran

bertekanan seperti terlihat pada 8ambar .

Ditinjau dari kalitasasal airnya saluran drainase dapat dibagi

menjadi dua yaitu saluran tercampur dan terpisah.

Dari segi perencanaan hidrolika, semua pembagian di atas dapat

dicakup dalam dua bagian yaitu pengaliran muka air bebas dan pengaliran

bertekanan.


4/37


5/37

2. PENGALIRAN BERTEKANAN

Pada pengaliran bertekanan, aliran air digeraknan oleh beda tekanan

di ujung dan pangkal saluran. Tekanan di ujung saluran biasanya dinyatakan

dalam pie;ometric head.

*umus dasar yang digunakan untuk perencanaan ada dua yaitu persamaan

kontinuitas :

< = % > ? 1 5

Dan persamaan kehilangan tenaga Darcy-@eisbach :

+A = A > 'D > ?g untuk lingkaran a 5

%tau

+A = A > 'B* > ? g untuk lainnya b 5

Dimana Qadalah debit, Aadalah luas tampang basah, Vadalah kecepatan

aliran, hf adalah kehilangan tenaga, f adalah koeAisien gesekan, L adalah

panjang pipa, D adalah diameter pipa dan Radalah radius hidraulik serta gadalah percepatan graAitasi.

KoeAisien gesekan f merupakan Aungsi dari kekasaran relatiA saluran

lingkaran / D dan bilangan *eynolds Re = VD / , dimana adalahkekasaran saluran absolut5, adalah iskositas kinematik.)ntuk keperluan perencanaan saluran, nilai f sudah digraAikkan didalam

grf!" #$$%&.Cika graAik Moody dipakai untuk perencanaan mendimensi saluran5

biasanya cara '(r!)*err$r'harus ditempuh. ara yang relatiA lebih mudah

adalah dengan modiAikasi graAik Moody.

$ecara ringkas prosedurnya adalah sebagai berikut:


6/37

Dari deAinisi bilangan *eynolds dan Pers a5 dideAinisikan ariabel baru

sbb:

= eRf 4.=

4E

E

..

...12

L

Qhg f E 5

dan dikenalkan group ariabel baru sbb:

=Q

.

=eR

D

B B 5

Dengan menggunakan Pers E5 dan B5 didapat hubungan sbb :

*e.4 = - .7 log

+ 4.1*e.

41.

2..1B

*e..

4 5

Dari Pers 45 tampak baha untuk menghitung diameter saluran dari

bilangan *eynolds tetap dibutuhkan cara tral-errorF, tetapi untuk trial

pertama dari bilangan *eynolds dapat digunakan rumus untuk '%!+%!+g

h),-'

*e = 1.BE 7,B1G G 5

Pers 45 dapat pula diselesaikan dengan graAik tanpa cara trial-error.


7/37


8/37

ontoh :

$ebuah saluran drainasi dari beton sepanjang 177 m harus mengalirkan


9/37

. PENGALIRAN #UKA AIR BEBAS

Pada pengaliran bertekanan, aliran air digerakkan oleh gaya berat dari

air itu sendiri.

)ntuk kepentingan perencanaan, aliran air dianggap uniAorm,

sehingga kecepatan aliran di dalam saluran drainasi dapat dihitung dengan

rumus Manning sbb:

? = 1n * E $1 6 5

Dimana + adalah koeAisien Manning, R adalah radius hidraulik dan S

adalah garis kemiringan enersi.

$ubstitusi Pers. 15 kedalam Pers. 65 menghasilkan :

E:

E:4

P

A = :1.

S

Qn(,

A R2/= :1.

S

Qn 2 5

Dimana Padalah keliling basah saluran

(ilai koeAisien Manning +, untuk bermacam-macam keadaan saluran

dapat dilihat pada Tabel 1 terlampir.

Bg!+*g!+ Dr! Ge$0e(r! Pe+0+g S),r+

a5. Kedalaman saluran, h depth of flow5 adalah jarak ertikal dari titik

terendah dari penampang saluran sampai ke permukaan air

b5. TaraA stage5 adalah eleasi dari permukaan air diukur dari suatu bidang

persamaan tertentu datum5

c5. 'ebar permukaan T top width5 adalah lebar penampang saluran pada

permukaan aliran permukaan bebas5


10/37

d5. 'uas penampang aliran atau luas penampang basah Aflow area5 adalah

luas penampang aliran yang diambil tegak lurus arah aliran.

e5. Keliling basah P wetted parameter5 adalah panjang garis pertemuan

antara cairan dan batas penampang melintang saluran yang tegak lurus

arah aliran

A5. Cari-jari hidrolik R hydraulic radius5 adalah perbandingan antara luas

penampang basah dan keliling basah saluran , atau

R = A / P

g5. Kedalaman hydraulic D hydraulic depth5 adalah perbandingan antara

luas penampang basah dengan lebar permukaan basah, atauD = A / T

h5. /aktor penampang section factor5 adalah suatu Aaktor yang diperlukan

untuk perhitungan aliran kritis, merupakan hasil perkalian dari luas basah

dan akar dari kedalaman hydraulic

= A D1/2 = A 3 A/T41/2

i5. /aktor penampang untuk menghitung aliran seragam AR2/ adalah hasil

perkalian dari luas penampang dan pangkat dua pertiga dari jari-jari

hidraulic.

Kemudian untuk memudahkan perhitungan, ringkasan dari perumusan untuk

bagian-bagian geometri saluran yang biasanya digunakan dalam praktek

dapat dilihat pada lampiran tabel

.1. PENA#PANG EKONO#IS / E5ISIEN SALURAN

$ebagaimana dijelaskan di atas saluran drainasi pada umumnya di

desain dengan bentuk penampang segi empat, trapesium dan bentuk

lingkaran. Penampang saluran dikatakan sebagai penampang hidrolis yang


11/37


12/37

paling eAisien ekonomis bilamana diketahui debit Q5 maksimum untuk

luas penampang A5 yang diketahui apabila Pminimum.

a. Penampang #mpat Persegi dan trapesium yang paling #Aisien

U+(," Pe+0+g Seg!*E0( 6

% = ! H h

P = ! I h

= %h I h

)ntuk penampang yang paling eAisien dPdh = 7, yaitu :

- % h=

- % = h

- ! = h

$ehingga lebar harus sama dengan dua kali kedalaman.

Cari-jari hidrolis * dinyatakan dengan :

- * = % P

h

!

!

h#mpat Persgi Panjang

Trapesium

J


13/37

- = ! h 5 ! I h5

- = h

- Karena ! = h

U+(," e+0+g (re-!,0 6

?ariabel-ariabel dalam hal ini adalah %, h dan ;

P = ! I h 1 +Z

% = ! I ; h 5 h

P = %h 0 ;h I h 1 +Z

= %h I h 1 +

Z - J 5Dengan menganggap % dan J konstan, kita dapat mendeAerensialkan

persamaan diatas sehubungan dengan h dan mengatur diAerensial itu

sama dengan nol. )ntuk memperoleh kondisi penampang yang paling

eAisien yaitu :

% h I 1 +Z - J = 7

%tau

! I ; h 5 = 1 +Z - J 5 h

atau

! = 1 +Z - J 5 h

ontoh :

$ebuah saluran drainasi dari beton sepanjang 1777 m harus mengalirkan


14/37


15/37

Caaban :

Dari lampiran Tabel diperkirakan nilai koeAisien Manning += 7.77

Kemiringan saluran yang tersedia dihitung sbb:

$ = eleasi 5 panjang saluran 5

=m

m

1777

4,1= 7.7714

Pers. 25 menjadi :

E:

E:4

P

A= :17714.7

4.777.7 x = 7.42

Cika direncanakan saluran berbentuk segi empat, maka :

% = ! hP = ! I h

Dengan pertimbangan ketersediaan tanah, maka diambil lebar ! = 7,64m,

maka didapat hubungan sbb :

4

564.7

564.7

h

h

+ = 7.42

= 7.7161

Dengan cara trial-error atau dengan mencari akar persamaan di atas

dengan metode (eton-*aphson didapat nilai h = 7.2B4G m


16/37

Cika direncanakan /reeboard sebesar 7.14 m, maka dalam saluran drainasi

adalah 1.77 m. Cadi dimensi salurannya menjadi :

'ebar !5 = 7.64 m dan

Dalam = 1.77 m

.2. RESI# ALIRAN

Kombinasi dari pengaruh iskositas kekentalan5 dan pengaruh graAitasi

dapat menyebabkan terjadinya salah satu dari E resim aliran dalam saluran

terbuka, yaitu:1. 'aminer subkritis, bila harga /r L 1 dan harga *e berada dalam

daerah laminer.

. 'aminer superkritis, bila harga /r 1 dan harga *e berada

dalam daerah laminer.

E. Turbulen superkritis, bila harga /r 1 dan harga *e berada

dalam daerah turbulen

Dengan /r = DgV

. dan *e =

DV.

, dimana D adalah kedalaman hidrolik

dan adalah iskositas.

)ntuk aliran saluran terbuka ditetapkan nilai *e sbb:

*e L 477 aliran laminer

477 L*e L 1477 aliran transisi

*e L 1477 aliran turbulenDan untuk :

/r = 1 aliran kritis

/r L 1 aliran subkritis

/r 1 aliran superkritis


17/37

Dengan penjelasan tersebut di atas dapat disimpulkan pula baha pada

aliran subkritis kedalaman aliran lebih besar daripada kedalaman kritis h

hc5 dan kecepatan aliran lebih kecil daripada kecepatan kritis ) L )c5.

$ebaliknya pada aliran superkritis kedalaman aliran kecil daripada

kedalaman kritis h L hc5 dan kecepatan aliran lebih besar daripada

kecepatan kritis ) )c5.

ontoh

+itung kedalaman kritis dan kecepatan aliran pada saluran terbukaberpenampang trapesium yang mempunyai lebar dasar != G m, kemiringan

tebing saluran 1 ertikal : hori;ontal seperti pada gambar apabila debit

alirannya adalah


18/37

$eperti terlihat pada lampiran Tabel untuk suatu penempang trapesium

luas dan kedalaman hidrolik adalah :

% = ! I ;h 5 h

D =5

5

zh

hzh

+

+

Dalam soal diketahui baha lebar ! = G m, dan kemiringan tebing ; =,

maka :

% = G I h 5 h

D =5BG

5G

h

hh

+

+=

5E

5E

h

hh

+

+

) =


19/37

%liran berubah lambat laun gradually !aried flow5 adalah salah satu tipe

dari dua tipe aliran tetap tidak permanen. Tipe yang satu lagi adalah aliran

berubah dengan cepat rapidly !aried flow5.

%liran tetap tidak beragam adalah aliran dimanakecepatannya tidak berubahterhadap aktu u t =75 tetapi berubah menurut tempat u s E75.

Penyebab dari tidak seragamnya aliran tersebut dapat berupa perubahan

penampang aliran atau terhambatnya aliran oleh bangunan-bangunan air

seperti bendung, pintu air dll.

$atu contoh yang diperkenalkan disini untuk menghitung aliran berubah

lambat laun adalah dengan cara tahapan langsung direct step method5

7.1. CARA TAHAPAN LANGSUNG 3DIRECT STEP METHOD4

iri dari perhitungan dengan cara ini yaitu pada pembagian panjang saluran

menjadi penggal-penggal pendek dan perhitungan dilakukan tahap demi

tahap dari suatu ujungakhir dari suatu penggal ke penggal yang lain. ara

tahapan langsung ini dapat dipakai untuk menghitung aliran balik akibat

adanya pasang air laut yang menuju ke arah hulu sungai.


20/37

8ambar Potongan Memanjang $aluran


21/37

Pada 8ambar menunjukkan suatu penggal saluran dengan panjang .

Persamaan energi dari penampang 1 ke penampang dapat dinyatakan sbb:

ib. I h1I 1)1g = hI)g I iA. 15

tinggi energi spesiAik adalah penampang 1 dan penampang adalah :

#1 = h1I 1)1g 5

# = hI )g E5

Dengan memasukkan dua persamaan tersebut ke dalam Pers.15 didapat

persamaan :

ib. I #1 = #I iA.

atau:

=f" ii

##

1=

f" ii

#

B5

%pabila diambil asumsi 1 = =

# = h I )g 45

Dalam persamaan-persamaan tersebut :

h = kedalaman aliran m5

) = kecepatan rerata aliran mdet5

= koeAisien pembagi kecepatan atau koeAisien energi

ib = kemiringan dasar saluran

iA =kemiringan garis energi

iA rerata = kemiringan rerata garis energi

%pabila persamaan Manning yang digunakan :

iA = E:B

R

$nG5


22/37

%pabila persamaan he;y yang digunakan :

iA =R%

$

65

Penggunan cara tahapan langsung ini dapat diuraikan lebih jelas dengan

contoh berikut:

$aluran berpenampang trapesium dengan lebar dasar ! = G m, kemiringan

tebing ; = , kemiringan dasar saluran ib = 7,771G dan angka kekasaran

Manning n = 7,74, mengalirkan debit air sebesar < = 11 mEdet.

+itung proAil aliran balik yang menaikkan muka air sampai setinggi 1,47m

jika = 1,1.

Caaban :

Penentuan harga hnkedalaman normal5:

% = ! I ;h5h = G I h5h = E I h5h

P = ! I h 1 I ;51 = G I h.41 = E I h.41

* = % P =54E

5E

h

hh

=+

=4E

5E

h

hh

++

< = 1n. %* Ei1b

11 = 17,74NEIhn5hnO

E:

4E

5E

+

+

n

nn

h

hhH 7,771G1

:E

:1771G,7

74,711

x

xE I hn 4 5 = NE I hn5hnO

4

13,1 I 1B,E hn= NE I hn5 hnO4

dengan cara coba-coba didapat hn= 1,71 m

Dari data tersebut perhitungan aliran dilakukan untuk tiap-tiap

kedalaman aliran dengan tahapan sbb:


23/37

Kolom 1 : Kedalaman aliran dalam m, diambil dari contoh

Kolom : 'uas penampang aliran dalam muntuk tiap kedalaman aliran

di dalam kolom 1

Kolom E : Cari-jari hidrolik dalam m

Kolom B : Cari-jari hidrolik pangkat BE

Kolom 4 : Kecepatan rerata aliran dalam mdet diperoleh dari debit

dibagi luas ) =


24/37

'atihan Mandiri : oba lanjutkan perhitungan tersebut.T%!#' P#*+&T)(8%( P*"/&' P#*M)K%%( %'&*%( D#(8%( %*%

T%+%P%( '%(8$)(8

h

m5

%

m5

*

m5

*BE

mBE5

)reratamdet5 g

$ rerata

m5

#

m5

#

m5

iA iA

rerata

ib0iA

rerata

m5

m5

1 E B 4 G 6 2 3 17 11 1 1E

1,471,BB

1,E2

1,E

1,G1,7

1,1B

1,111,72

1,7G

41,74

7

1,7B1

1,7

G

1,77

1,71

7


25/37

DRAINASI SISTE# SU#UR RESAPAN

Tujuan : mengurangi limpasan permukaan yang sangat berlebihan

banjir dan sekaligus untuk penambahan potensi air tanah.

P#*$9%*%T%( T#K(&K

Persyaratan umum yang perlu dipenuhi adalah sbb:

15. $umur resapan air hujan dibuat pada lahan yang lulus air dan tahan

longsor

5. $umur resapan air hujan harus bebas dari kontaminasi

pencemaran limbah

E5. %ir yang masuk ke dalam sumur resapan adalah air hujan

B5. )ntuk daerah sanitasi lingkungan buruk, sumur resapan air hujan

hanya menampung dari atap dan disalurkan melalui talang

45. Mempertimbangkan aspek hidrogeologi, geologi dan hidrologi

Keadaan Muka %ir Tanah

$umur resapan dibuat pada aal daerah aliran yang dapat ditentukan

dengan mengukur kedalaman dari permukaan air tanah ke permukaan

tanah di sumur sekitarnya pada musim hujan.


26/37

Permeabilitas Tanah

Permeabilitas tanah yang dapat dipergunakan untuk sumur resapan

dibagi tiga kelas sbb:

15. Permeabilitas tanah sedang geluhlanau, ,7 0 G,4 cmjam5

5. Permeabilitan tanah agak cepat pasir halus, G,4 0 1,4 cmjam5

E5. Permeabilitas tanah cepat pasir kasar, lebih besar 1,4 cmjam5

Penempatan

Penempatan sumur resapan air hujan yang dimaksud adalahpersyaratan jarak terhadap tangki septik, bidang resapan tangki septik

saluran air limbah, sumur air bersih dan sumur resapan air hujan

lainnya dapat dilihat pada Tabel E.

Te) . Jr" #!+!0,0 S,0,r Re-+ A!r H,8+

Terh% B+g,++

(o Cenis !angunan Carak Dari $umur

*esapan m5

1.

.

E.

Tangki septik

*esapan tangki septik, $aluran

air limbah, Pembuangan

sampah

$umur resapan air hujan sumur air bersih

4

atatan : Carak diukur dari tepi ke tepi


27/37

LANGKAH*LANGKAH PE#BUATAN SU#UR RESAPAN

AIR HUJAN

JU#LAH SU#UR

Penentuan jumlah sumur resapan air hujan pada suatu lahan

pekarangan ditentukan berdasarkan curah hujan maksimum, permeabilitas

tanah dan luas bidang tanah dengan rumus sbb:

P#M#*&K$%%(

T&(88& M)K%%&* T%(%+

P#*M#%!&'&T%$T%(%+

P#*$9%*%T%(C%*%K

E M

P cmjam

Memenuhi syarat

L E meter

L cmjam

Tdk memeuhi syarat

$)M)* *#$%P%(

%&* +)C%(

$&$T#M P#(%MP)(8%(

%&* +)C%( T#*P)$%T@%D)K,D''5


28/37

+ =L&DA

A&DA'D

sumur

sumurtadah

..

....

+

Dimana :

& = &ntensitas hujam mjam5%tadah = 'uas tadah hujan m

5, dapat berupa atap rumah dan atau

permukaan tanah yang diperkeras.

k = Permeabilitas tanah mjam5

' = Kelilinh penampang sumur m5

%sumur = 'uas penampang sumur m5

D = Durasi hujan jam5

+ = kedalaman sumur m5

+asil perhitungan jumlah sumur resapan dapat dilihat pada lampiran tabel.

PERS9ARATAN TEKNIS

!entuk dan )kuran :

15. $umur resapan air hujan berbentuk segi empat atau lingkaran

5. )kuran minimum sisi penampang atau diameter adalah 7,27 m

E5. )kuran maksimum sisi penampang atau diameter adalah 1,B7 m

B5. )kuran pipa masuk diameter 117 mm

45. )kuran pipa pelimpah diameter 117 mm

G5. )kuran kedalaman maksimum dapat dilihat pada tabel berikut

Te) U",r+ Ke%)0+ %+ T!e "$+-(r,"-!

Kedalaman Tipe Konstruksi

- Maksimum 1,47 m

- Maksimum E,7 m

&

&&


29/37

- Maksimum muka air tanah &&&a, &&&b, &&&c


30/37


31/37


32/37


33/37


34/37


35/37


36/37


37/37

Documents

Modul Drainase P. Janu