1
Bab 1 Aliran Melalui Ambang Lebar Laporan Praktikum Hidrolika
BAB 1
ALIRAN MELALUI AMBANG LEBAR
1.1 PENDAHULUAN
Sifat-sifat atau karakteristik aliran air perlu diketahui untuk merancang
bangunan air. Pengetahuan ini diperlukan untuk membuat bangunan air yang akan
sangat berguna dalam pendistribusian air maupun pengaturan sungai.
Pada percobaan kali ini akan ditinjau aliran dalam ambang yang
merupakan aliran berubah tiba-tiba. Ambang yang digunakan adalah ambang
lebar. Alat ukur ambang lebar adalah bangunan aliran atas (overflow). Pada aliran
ini tinggi energi hulu lebih kecil dari panjang mercu. Pola aliran di atas alat ukur
ambang lebar dapat ditangani dengan teori hidrolika yang sudah ada sekarang,
oleh karena itu bangunan ini bisa mempunyai bentuk yang berbeda-beda,
sementara debitnya tetap serupa.
Alasan menggunakan ambang lebar adalah:
1. Ambang ini akan menjadi model untuk diaplikasikan dalam perancangan
bangunan pelimpah. Selain itu dengan memperhatikan aliran pada ambang,
kita dapat mempelajari karakteristik dan sifat aliran secara garis besar.
2. Bentuk ambang ini adalah bentuk yang paling sederhana sehingga proses
pelaksanaan percobaan dapat dilakukan dengan lebih mudah.
Pada percobaan ini akan diamati karakteristik aliran yang melalui ambang
lebar dengan tipe karakteristik sebagai berikut:
1. Keadaan loncat. Keadaan loncat adalah tinggi muka air di hulu saluran
tidak dipengaruhi oleh tinggi muka air di hilir saluran.
2. Keadaan peralihan. Keadaan peralihan adalah tinggi muka air di hulu
saluran mulai dipengaruhi oleh tinggi muka air di hilir saluran.
3. Keadaan tenggelam. Keadaan tenggelam adalah tinggi muka air di hulu
saluran dipengaruhi oleh tinggi muka air di hilir saluran.
Kelompok 4 Jurusan Teknik SipilUniversitas Gunadarma
Bab 1 Aliran Melalui Ambang Lebar Laporan Praktikum Hidrolika
Gambar 1.1 Ambang Lebar
Gambaran mengenai sifat aliran dapat diperoleh dari percobaan ini, berupa
bentuk atau profil aliran melalui analisa model fisik dari sifat aliran yang diamati.
Kondisi kenyataan di lapangan menunjukkan ambang ini berguna untuk
meninggikan muka air di sungai atau pada saluran irigasi sehingga dapat mengairi
areal persawahan yang luas. Ambang juga dapat digunakan mengukur debit air
yang mengalir pada saluran terbuka.
1.2 TUJUAN PERCOBAAN
Tujuan dari dilakukannya percobaan ini adalah:
1. Mempelajari karakteristik aliran yang melalui ambang lebar.
2. Mempelajari pengaruh perubahan keadaan tinggi muka air di hilir dan hulu
saluran.
3. Mempelajari hubungan tinggi muka air di atas ambang terhadap debit air
yang melimpah di atas ambang.
2Kelompok 4 Jurusan Teknik Sipil
Universitas Gunadarma
v
t
He
AmbangLebar
Bab 1 Aliran Melalui Ambang Lebar Laporan Praktikum Hidrolika
1.3 ALAT-ALAT YANG DIGUNAKAN
Alat-alat yang digunakan pada percobaan ini adalah sebagai berikut:
Gambar 1.2 Model Saluran Terbuka untuk Percobaan Ambang Lebar
Keterangan:
1. Ambang lebar
2. Alat pengukur kedalaman
3. Meteran
4. Venturimeter dan pipa manometer
5. Sekat pengatur hilir
6. Penampung air
7. Generator dan pompa air
1.4 TEORI DASAR DAN RUMUS
1.4.1 Debit Aliran (Q)
Berdasarkan prinsip kekekalan energi, impuls–momentum, dan kontinuitas
(kekekalan massa), serta dengan asumsi terjadi kehilangan energi, dapat
diterapkan persamaan Bernoulli untuk menghitung besar debit berdasarkan tinggi
muka air sebelum dan pada kontraksi.
3Kelompok 4 Jurusan Teknik Sipil
Universitas Gunadarma
Bab 1 Aliran Melalui Ambang Lebar Laporan Praktikum Hidrolika
Gambar 1.3 Venturimeter
Besarnya aliran debit aliran (Q) dapat diperoleh dengan menggunakan
rumus:
Q = 171,808 ∙ 3,14 ∙ (DH)1/2 (cm3/s) (1.1)
Dimana:
D1 = 3,15 cm
D2 = 2,00 cm
g = 9,81 m/s2
ρAir = 1,00 gram/cm3
ρHg = 13,60 gram/cm3
1.4.2 Koefisien Pengaliran (C)
Gambar 1.4 Profil Aliran Melalui Ambang Lebar
Kecepatan aliran yang lewat diatas pelimpah adalah
v = (g ∙ y)1/2 = (g ∙ He)1/2 (1.2)4
Kelompok 4 Jurusan Teknik SipilUniversitas Gunadarma
He
ty1
y2
tAmbang
Lebar
Bab 1 Aliran Melalui Ambang Lebar Laporan Praktikum Hidrolika
He= y – t (1.3)
Dimana:
g = Percepatan gravitasi = 9,81 m/s2
t = Tinggi ambang = 10,7 cm
a. Karena debit aliran yang melalui pelimpah tersebut relatif kecil, maka
diperlukan koefisien reduksi bagi debit (Q) maka:
Q = c ∙ g1/2 ∙ L ∙ He3/2 (1.4)
b. Berdasarkan persamaan diatas dan dengan mensubtitusi C = c ∙ g1/2 ke
persamaan (1.4) maka diperoleh persamaan sebagai berikut:
Q = C ∙ L ∙ He3/2 (1.5)
c. Apabila debit yang mengalir sudah diketahui nilainya, maka nilai koefisien
pengaliran (C) dapat diperoleh dengan menggunakan rumus:
C = Q / (L ∙ He3/2) (1.6)
Dimana:
L = Lebar saluran = 9,7 cm
1.5 PROSEDUR PERCOBAAN
Langkah-langkah yang harus dilakukan di percobaan ini adalah sebagai
berikut:
1. Memasang ambang lebar pada posisi tertentu dalam model saluran
terbuka.
2. Mengalibrasikan alat pengukur kedalaman dan venturimeter. Mencatat
dimensi ambang.
3. Menyalakan pompa dengan debit air tertentu sesuai dengan yang
diinginkan tetapi tidak meluap.
4. Mengatur sekat di hilir sedemikian rupa sehingga diperoleh keadaan loncat
pertama, loncat kedua, peralihan, tenggelam pertama, dan tenggelam
kedua. Memeriksa apakah aliran sudah stabil untuk masing-masing
keadaan. Melakukan pengambilan data.
5Kelompok 4 Jurusan Teknik Sipil
Universitas Gunadarma
Bab 1 Aliran Melalui Ambang Lebar Laporan Praktikum Hidrolika
5. Mencatat data tinggi muka air pada delapan titik pengamatan untuk
mengambil profil aliran untuk masing-masing keadaan, dan mencatat dari
venturimeter untuk menghitung debit.
6. Mengulangi langkah 4 dan 5 untuk empat debit yang berbeda. Mencatat
kedalaman air di hulu (y1) dan kedalaman air di hilir (y2).
7. Mengosongkan sekat di hilir.
8. Mengatur debit aliran (mulai dari yang besar ke yang kecil).
9. Mencatat tinggi muka air sebelum ambang (y1) dan tinggi raksa pada
manometer.
10. Mengulangi langkah 8 dan 9 sampai mendapatkan debit minimum yang
masih dapat mengalir.
1.6 PROSEDUR PERHITUNGAN
1. Menggambarkan profil muka air sesuai dengan data yang didapat.
2. Menghitung besarnya debit yang mengalir (Q). Menggunakan rumus 1.1.
3. Menghitung besarnya He1 dan He2. Menggunakan rumus 1.3.
4. Menghitung koefisien pengaliran (C). Menggunakan rumus 1.6.
5. Menentukan nilai Cd dan Hd. Menggunakan grafik He1 vs C.
1.7 GRAFIK DAN KETERANGANNYA
1. Menggambar profil muka air untuk kelima keadaan pada 1 gambar.
a. Mengambil data yang dapat menggambarkan profil aliran dari hulu,
pada saat melewati ambang, keadaan setelah melewati ambang, dan
hilir. Mengambil nilai x dari sebelum ambang sampai setelah ambang.
b. Menggambarkan semua profil aliran dalam satu grafik.
2. He1 vs He2
a. Grafik ini bertujuan untuk membuktikan karakteristik air yang
melewati ambang. Kondisi tinggi muka air di hulu dan di hilir
ditunjukan dalam bentuk grafik He1 vs He2. Idealnya, nilai He1 akan
selalu sama selama air masih dalam kondisi loncat. Artinya bahwa
6Kelompok 4 Jurusan Teknik Sipil
Universitas Gunadarma
Bab 1 Aliran Melalui Ambang Lebar Laporan Praktikum Hidrolika
tinggi muka air di hulu belum dipengaruhi oleh tinggi muka air di hilir
dan seterusnya.
b. Menggambarkan semua debit yang digunakan dalam satu grafik.
3. He1 vs Q
a. Grafik ini bertujuan untuk menunjukan hubungan antara He1 dan Q.
Idealnya, nilai He1 akan makin besar pada saat Q yang dialirkan juga
makin besar. Hubungan tersebut ditunjukan dengan persamaan hasil
regresi power (pangkat).
b. Mencoba semua trendline, memilih trendline yang mempunyai nilai
R2 ~ 1. Idealnya, trendline yang sesuai adalah regresi power.
4. He1 vs C
a. Grafik ini bertujuan untuk menentukan nilai Cd dan Hd. Mendapatkan
nilai Cd dengan cara merata-ratakan nilai C yang berdekatan. Nilai C
yang menyimpang tidak digunakan. Sedangkan untuk mendapatkan
nilai Hd dengan cara menarik garis lurus sejajar sumbu x ke arah
sumbu y dari nilai Cd.
b. Memberi trendline regresi power.
5. Q vs C
a. Grafik ini bertujuan untuk menunjukan hubungan antara Q dan C.
Nilai C akan relatif konstan untuk setiap nilai Q yang berbeda.
Memakai grafik ini untuk menunjukan hubungan antara nilai C dan Q
dimana persamaan C yaitu C = Q / (L ∙ He3/2).
b. Mencoba semua trendline, memilih trendline yang mempunyai nilai
R2 ~ 1. Idealnya, trendline yang sesuai adalah regresi power.
6. He1/Hd vs C/Cd
a. Menggunakan nilai Hd dan Cd yang diperoleh dari grafik He1 vs C.
b. Menggunakan grafik ini untuk membuktikan bahwa pada saat He1/Hd
bernilai 1, maka C/Cd juga akan bernilai 1.
7Kelompok 4 Jurusan Teknik Sipil
Universitas Gunadarma
Bab 1 Aliran Melalui Ambang Lebar Laporan Praktikum Hidrolika
1.8 DATA PERCOBAAN AMBANG LEBAR
Data Alat :
Tinggi ambang (t) = 10,80 cm
Lebar ambang (b) = 9,80 cm
Panjang ambang (L)= 25,80 cm
Data Pembacaan Manometer :
Sebelum Sesudah
H1 = 68,00 mm
H2 = 77,00 mm
Koreksi = 9,00 mm
H1 = 65,00 mm
H2 = 78,00 mm
ΔH = 13,00 mm
Tabel 1.1 Data untuk Menggambar Profil Muka Air
Titik
Loncat I Loncat II Peralihan Tenggelam I Tenggelam II
X y x Y x y x Y x y
(cm) (cm) (cm) (cm) (cm) (cm) (cm) (cm) (cm) (cm)
1 0,0013,8
00,00
13,80
0,0013,9
00,00
14,00
0,00 14,70
2 12,0012,7
012,00
12,70
12,0012,7
012,00
12,80
12,00 14,60
3 28,001
0,0028,00
10,00
28,0011,1
028,00
12,40
28,00 14,60
4129,0
01,60
129,00
6,40129,0
011,20
129,00
13,50
129,00
15,00
5217,2
01,60
217,20
7,30217,2
011,6
0217,2
013,9
0217,2
016,10
6290,0
02,00
290,00
8,10290,0
012,8
0290,0
015,1
0290,0
017,10
7332,0
03,70
332,00
8,90332,0
013,4
0332,0
015,7
0332,0
017,50
8367,80
4,70367,80
9,30367,80
13,70
367,80
16,00
367,80
18,30
8Kelompok 4 Jurusan Teknik Sipil
Universitas Gunadarma
Bab 1 Aliran Melalui Ambang Lebar Laporan Praktikum Hidrolika
Tabel 1.2 Data untuk Membuat Grafik He1 vs He2 dan He1 vs Q
DebitManometer (cm) Q Jenis y1 y2 He1 He2
H1 H2 Koreksi ΔH cm3/s Aliran (cm) (cm) (cm) (cm)
Q1 6,50 7,80 0.90 0,40 341,20
L1 12,30 4,90 1,50 -5,90
L2 12,30 9,60 1,50 -1,20
P 12.50 14,10 1,70 3,30
T1 13,40 16,40 2,60 5,60
T2 14,50 18,40 3,70 7,60
Q2 6,40 7,90 0,90 0,60 417,88
L1 12,90 5,00 2,10 -5,80
L2 12,90 9,50 2,10 -1,30
P 13,10 14,10 2,30 3,30
T1 13,70 16,60 2,90 5,80
T2 14,60 18,30 3,80 7,50
Q3 6,20 7,80 0,90 0,70 451,36
L1 13,30 5,30 2,50 -5,50
L2 13,30 8,90 2,50 -1,90
P 13,50 14,40 2,70 3,60
T1 14,00 16,90 3,20 6,10
T2 14,90 18,70 4,10 7,90
Q4 6,20 7,90 0,90 0,80 482,52
L1 13,90 5,40 3,10 -5,40
L2 13,90 9,80 3,10 -1,00
P 14,10 14,60 3,30 3,80
T1 14,30 17,00 3,50 6,20
T2 15,20 18,80 4,40 8,00
Tabel 1.3 Data untuk Membuat Grafik He1 vs C, Q vs C, dan He1/Hd vs C/Cd
9Kelompok 4 Jurusan Teknik Sipil
Universitas Gunadarma
Bab 1 Aliran Melalui Ambang Lebar Laporan Praktikum Hidrolika
DebitManometer (cm) Q
cm3/s
y1
(cm)
He1
(cm)
C
(cm0,5/s)Cd Hd He1/Hd C/Cd
H1 H2 Koreksi ∆H
Q1 6,50 7,80 0,90 0,40 341,20 13,00 2,20 10,67 9,26 2,18 1,01 1,15
Q2 6,40 7,90 0,90 0,60 417,88 13,44 2,64 9,94 9,26 2,18 1,21 1,07
Q3 6,20 7,80 0,90 0,70 451,36 13,80 3,00 8,86 9,26 2,18 1,38 0,96
Q4 6,20 7,90 0,90 0,80 482,52 14,28 3,48 7,58 9,26 2,18 1,60 0,82
Contoh Perhitungan
Untuk debit Q1, diketahui:
H1 = 65 mm = 6,50 cm
H2 = 78 mm = 7,80 cm
Koreksi = 90 mm = 0,90 cm
π = 3,14
b = 9,80 cm
Maka dapat dihitung:
∆H = H2 ‒ H1 ‒ Koreksi
= 78 ‒ 65 ‒ 9
= 4 mm
= 0,40 cm
Q1 = 171,808 ∙ 3,14 ∙ (∆H )1/2
= 171,808 ∙ 3,14 ∙ (0,40)1/2
= 341,20 cm3/s
He1 (Q1) = y1 – t
= 13,00 – 10,80
= 2,20 cm
10Kelompok 4 Jurusan Teknik Sipil
Universitas Gunadarma
Bab 1 Aliran Melalui Ambang Lebar Laporan Praktikum Hidrolika
C1 =
Q1
b×He3
2
=
341,20
9,80×2,203
2
= 10,67 cm0,5/s
Cd =
∑ C
4
=
37,064
= 9,26 cm0,5/s
Hd = 0,0056 × (Cd2,6788)
= 0,0056 × (9,262,6788)
= 2,18 cm
He1/Hd =
2 ,202 ,18
= 1,01
C1/Cd =
10 , 679 ,26
= 1,15
11Kelompok 4 Jurusan Teknik Sipil
Universitas Gunadarma
Bab 1 Aliran Melalui Ambang Lebar Laporan Praktikum Hidrolika
1.9 GRAFIK DAN ANALISA
Gambar 1.5 Grafik Profil Muka Air (Ambang Lebar)
Grafik ini merupakan sifat profil aliran yang melewati ambang
berdasarkan tiga karakteristik aliran yaitu keadaan loncat, keadaan peralihan, dan
keadaan tenggelam yang didapat dengan cara mengatur sekat pada hilir saluran.
a. Keadaan Loncat I dan Loncat II
Tinggi muka air di hulu tidak mengalami perubahan oleh tinggi muka air
di hilir.
b. Keadaan Peralihan
Tinggi muka air di hulu mulai di pengaruhi oleh tinggi muka air di hilir.
c. Keadaan Tenggelam I dan Tenggelam II
Tinggi muka air di hulu semakin tinggi karena dipengaruhi semakin
tingginya muka air di hilir.
12Kelompok 4 Jurusan Teknik Sipil
Universitas Gunadarma
Bab 1 Aliran Melalui Ambang Lebar Laporan Praktikum Hidrolika
Gambar 1.6 Grafik He1 vs He2
Tujuan grafik ini adalah untuk mempelajari pengaruh debit dan
karakteristik aliran yang melewati ambang pada keadaan loncat, peralihan dan
tenggelam. Sebagai parameternya adalah tinggi muka air, tinggi ambang dan
debit.
a. Pada keadaan loncat, grafik terlihat mendatar. Hal ini menunjukan bahwa
besar He1 cenderung tetap pada kondisi ini. Tinggi muka air di hulu (y1)
tidak berubah, walaupun terjadi perubahan tinggi muka air di hilir (y2).
b. Keadaan peralihan, ditunjukan oleh grafik yaitu pada saat grafik mulai
berubah dari datar menjadi lengkung ke arah vertikal. Pada kondisi ini
nilai He1 mulai berubah akibat kenaikan tinggi muka air di hilir (y2)
c. Pada keadaan tenggelam grafik semakin naik. He1 naik seiring dengan
kenaikan He2. Keadaan ini ditunjukan oleh bagian grafik yang merupakan
garis miring. Pada kondisi ini muka air di hulu (y1) berubah secara linear
terhadap perubahan tinggi muka air di hilir (y2).
d. Besar debit yang berbeda memberikan tinggi muka air yang berbeda pula.
Semakin besar debit semakin tinggi pula muka air di hulu (y1).
13Kelompok 4 Jurusan Teknik Sipil
Universitas Gunadarma
Bab 1 Aliran Melalui Ambang Lebar Laporan Praktikum Hidrolika
Gambar 1.7 Grafik He1 vs Q
Tujuan grafik ini adalah untuk menunjukan hubungan antara He1 dan Q.
Meningkatnya tinggi muka air di hulu (He1) akan diikuti dengan meningkatnya
debit aliran (Q) melalui pelimpah ambang lebar. Perubahan debit aliran pelimpah
ambang lebar juga diikuti dengan perubahan tinggi muka air di hulu. Hubungan
tersebut ditunjukan dengan persamaan hasil regresi power (pangkat), dimana
grafik tersebut akan menghasilkan R2 ~ 1. Pada data percobaan yang telah diolah
dengan trendline power tidak memberikan hasil R2 = 1 melainkan R2
= 0,9522.
14Kelompok 4 Jurusan Teknik Sipil
Universitas Gunadarma
Bab 1 Aliran Melalui Ambang Lebar Laporan Praktikum Hidrolika
Gambar 1.8 Grafik He1 vs C
Tujuan grafik ini adalah untuk menentukan nilai Cd dan Hd secara grafis.
Berdasarkan rumus :
C= Q
b×He3/2He1=
Q
(b×C )2/3
Nilai Cd diperoleh dengan cara merata-ratakan nilai C yang cenderung
konstan, sehingga diperoleh nilai Cd = 1,90 cm0,5/s. Nilai Hd dapat dicari dengan
rumus:
Hd=0 , 0056×Cd2, 6788=0 , 0056×9 , 262 ,6788=2 ,18
Berdasarkan grafik dapat diperoleh nilai Hd cara grafis dengan cara
menarik garis lurus sejajar sumbu x kearah sumbu y dari nilai Cd, maka akan
diperoleh nilai Hd sekitar 2,90 cm.
Perbedaan hasil perhitungan dengan cara grafis dikarenakan kurang
akuratnya data yang diperoleh dari percobaan. Diperlukan ketelitian dalam
pengambilan data, terutama pada pembacaan manometer dan perhitungan tinggi
muka air.
15Kelompok 4 Jurusan Teknik Sipil
Universitas Gunadarma
Bab 1 Aliran Melalui Ambang Lebar Laporan Praktikum Hidrolika
Gambar 1.9 Grafik Q vs C
Grafik ini bertujuan untuk menunjukan hubungan antara Q dan C. Pada
keadaan idealnya nilai C akan relative konstan untuk setiap nilai Q yang berbeda.
Pada grafik ini hubungan antara nilai C dan Q ditunjukan dengan persamaan dari
hasil trendline regresi power dimana, diperoleh nilai R2 = 0,8166. Hasil nilai R2 ini
menunjukkan bahwa nilai C tidak relative konstan untuk setiap nilai Q yang
berbeda.
16Kelompok 4 Jurusan Teknik Sipil
Universitas Gunadarma
Bab 1 Aliran Melalui Ambang Lebar Laporan Praktikum Hidrolika
Gambar 1.10 Grafik He1/Hd vs C/Cd
Grafik ini bertujuan untuk membuktikan bahwa pada saat He1/Hd bernilai
1, maka C/Cd juga akan bernilai 1. Keadaan tersebut dapat diartikan nilai He1/Hd
sebanding dengan nilai C/Cd. Berdasarkan hasil perhitungan nilai tersebut tidaklah
sebanding, oleh karenanya digunakan trendline linear untuk mengasumsikan
kesebandingan antara kedua nilai tersebut. Dari hasil trendline linear diperoleh
nilai R2 ~ 1. Nilai R2
= 0,9868 menunjukkan bahwa ketika He1/Hd ¿ 1, nilai C/Cd
juga menunjukkan ¿ 1.
1.10 KESIMPULAN
Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, dapat diketahui bahwa
karakteristik aliran air yang melewati ambang lebar terbagi menjadi 3 keadaan,
yaitu keadaan loncat, keadaan peralihan dan keadaan tenggelam. Pembagian
karakteristik aliran air tersebut berdasarkan pengaruh perbedaan tinggi muka air di
hulu dan di hilir.
Pada keadaan loncat, tinggi muka air di hulu tidak mengalami perubahan
oleh tinggi muka air di hilir (He1 cenderung tetap). Pada keadaan peralihan, tinggi
muka air di hulu mulai di pengaruhi oleh tinggi muka air di hilir (He1 mulai
berubah). Pada keadaan tenggelam, tinggi muka air di hulu semakin tinggi karena
17Kelompok 4 Jurusan Teknik Sipil
Universitas Gunadarma
Bab 1 Aliran Melalui Ambang Lebar Laporan Praktikum Hidrolika
dipengaruhi semakin tingginya muka air di hilir (He1 naik seiring dengan kenaikan
He2).
Dapat disimpulkan bahwa besar debit yang berbeda memberikan tinggi
muka air yang berbeda pula. Semakin besar debit semakin tinggi pula muka air di
hulu (y1), hubungan ini berbanding lurus antara tinggi muka air di atas ambang
dengan debit air ambang.
18Kelompok 4 Jurusan Teknik Sipil
Universitas Gunadarma