Pertemuan 17-18 SALURAN TERBUKA Matakuliah : S0054 / Mekanika Fluida dan Hidrolika Tahun : 2006 Versi : 1 Pertemuan 17-18 SALURAN TERBUKA

Pada akhir pertemuan ini, diharapkan mahasiswa akan mampu : Learning Outcomes Pada akhir pertemuan ini, diharapkan mahasiswa akan mampu : aliran lambat laun Saluran Terbuka dapat menghitung dimensi saluran berdasarkan kecepatan maksimum yang diijinkan

Sifat-sifat Aliran Kritis Kedalaman Kritis Profil Muka Air Outline Materi Sifat-sifat Aliran Kritis Kedalaman Kritis Profil Muka Air Perhitungan Muka Air Kecepatan Maksimum yang Diijinkan Geometri Penampang Melintang Metoda Tegangan Geser Kritis

Penampang Berbentuk Persegi yang Ekonomis Pada penampang melintang saluran berbentuk persegi dengan lebar dasar B dan kedalaman air h, luas penampang basah, A dan keliling basah P dapat dituliskan : A= B.h atau B = A/h

Apabila disubstitusikan maka diperoleh : P = (A/h) + 2h P = B = 2h Apabila disubstitusikan maka diperoleh : P = (A/h) + 2h Apabila asumsi luas penampang A adalah konstan, maka persamaannya dapat dideferensialkan terhadap h dan dibuat sama dengan nol untuk memperoleh harga P minimum h B

Atau B = 2h Jari-jari hidraulik : R = A/P = (Bh/(B+2h)) apabila nilai B di substitusikan, maka R = h/2

Penampang Berbentuk Trapesium Luas penampang melintang, A dan keliling basah, P, saluran dengan penampang melintang yang berbentuk trapesium dengan lebar dasar B, kedalaman aliran, h, dan kemiringan dinding 1 : m dapat dirumuskan sebagai berikut : A = (B + mh)h 1 h m B

Apabila nilai B disustitusikan kedalam persamaan A, maka diperoleh : Apabila diasumsikan bahwa luas penampang A dan kedalaman dinding , m adalah konstan, maka persamaan dapat dideferensialkan terhadap h dan dibuat sama dengan nol untuk memperoleh kondisi P minimum

Penampang Berbentuk Segitiga

METODE PERHITUNGAN ALIRAN DAN PROFIL ALIRAN (BACKWATER) PERHITUNGAN DEBIT BANJIR (Aliran Seragam) UMUM Secara teoritis dalam perhitungan Aliran Seragam : Sf = Sw = So, dimana : Sf = Kemiringan Energi Sw = Kemiringan Muka Air So = Kemiringan Dasar Saluran Pada sungai (saluran alamiah), karena kondisi saluran yang tidak teratur, maka : Sf ≠ Sw ≠ So Namun secara praktis dapat diasumsikan sbb : Bila perubahan kecepatan pada bagian sungai yang lurus tidak terlalu besar, maka : Sf = Sw = So

Bila perubahan/perbedaan tersebut cukup nyata, maka : Sf ≠ Sw ≠ So dan Sf = H/L Dimana H = perbedaan tinggi tekanan / energi L = panjang bagisan sakuran yang lurus Berhubung tinggi tekanan mencakup tinggi kece-patan yang tidak diketahui, maka diperlukan penye-lesaian secara pendekatan.

APLIKASI RUMUS ALIRAN SERAGAM Pada taraf banjir ; kecepatan aliran berubah-ubah dengan cepat, aliran sangat bervariasi dan tidak tunak (Unsteady Flow), sehingga Rumus Aliran Seragam tidak dapat dipakai. Rumus Aliran Seragam hanya dapat dipakai bila perubahan taraf air banjir dan debitnya relatif berlangsung secara lamban laun.

METODE PERHITUNGAN DEBIT BANJIR 1 Metode Kemiringan luas (Slope Area Method) 2. Metode Penyempitan Bukaan (Contracted Opening Method) - prinsip : energi ditetapkan langsung ke penyempitan bukaan di sungai - berhubung sifat aliran berubah tiba-tiba, metode ini tidak dibahas di sini. Data-data yang diperlukan : Data tinggi muka air (di sungai dana anak sungai) Lokasi ada bagian sungai yang relatif lurus (tidak berbelok-belok)

. METODE KEMIRINGAN LUAS (SLOPE AREA METHOD) Langkah perhitungan : Penentuan Kemiringan Energi pada bagian saluran yang lurus atau Perhitungan Kehilangan Energi akibat gesekan : Data-data : - Pengukuran Luas Penampang Melintang Rata-rata - Pengukuran Panjang Bagian yang Lurus - Penaksiran Koefisien Kekasaran (angka “N”) - Perhitungan debet dengan rumus aliran seragam : Rumus Manning

Tata cara perhitungan : Dari nilai A,R, dan n yang telah diketahui, hitung hantaran Ku dan Kd berturut-turut di penampang bagian hulu dan hilir dari bagian saluran yang lurus. 2. Hitung hantaran rata-rata K sebagai akar dari Ku dan Kd, atau (1)

3. Anggap tinggi kecepatan = 0, kemiringan energi sama dengan terjunan F dari permukaan air di bagian saluran yang lurus dibagi dengan panjang L bagian yang lurus, atau (2)

Dengan demikian, debitnya dapat dihitung dengan persamaan 3 atau 4. Anggap debit sama dengan perkiraan awal, hitung tinggi kecepatan di penampang hulu dan hilir, atau dan . Dengan demikian, kemiri-ngan energi sama dengan

Dengan demikian, kemiri-ngan energi sama dengan

dengan k merupakan suatu faktor tertentu dengan k merupakan suatu faktor tertentu. Bila bagian saluran yang lurus ini menyempit (Vu = Vd), k = 1,0 . Bila melebar (Vu = Vd), k = 0,5. Penurunan nilai k sebesar 500% akibat pelebaran ini memang dimaksudkan untuk penyesuaian tinggi kecepatan akibat pelebaran aliran. Debitnya kemudian dihitung dengan persamaan 1 memakai kemiringan yang telah dikoreksi dengan persamaan 4. Ini merupakan perkiraan kedua dari debit tersebut

5. Ulangi langkah 4 utnuk perkiraan ke 3 dan ke 4 dan seterusnya sampai debit yang ditaksir sama dengan debit yang dihitung. 6. Rata-ratakan debit yang dihitung dari beberapa anak sungai, anggap setara atau sesuai dengan keadaan sekelilingnya. Contoh Hitung debit banjir melalui bagian sungai sepanjang 500 kaki yang luas basah, hantaran dan koefisien energi di penampang hulu dan hilir telah diketahui. Penurunan muka air = 0,50 kaki.

PERHITUNGAN PROFIL ALI-RAN AKIBAT ALIRAN BALIK (BACK WATER) DENGAN METO-DE TAHAPAN (Step method) 1.Umum Aliran balik terjadi apabila aliran menagalami hambatan akibat adanya bangunan atau rintangan pada saluran tersebut, misal : bendung, bendungan, jembatan, dll. Pengaruh kenaikan muka air pada bagian hulu bangunan tersebut perlu dianalisis dengan sasaran utama menentukan bentuk profil aliran (aliran berubah lambat-laun / Gradually Varied Flow)

Metode Integrasi Grafis (Graphical – Integration Method) 2.Metode Perhitungan Metode Integrasi Grafis (Graphical – Integration Method) mengintegrasikan persamaan dinamis aliran berubah lamban laun secara grafis Metode Integrasi Langsung (Direct Integration Method) integrasi langsung terhadap persamaan diffe-rensial aliran berubah lambat laun Metode Pentahapan (Step Method) Metode Tahapan Langsung (Direct Step Method) Metode Tahapan Standar (Standard Step Method)

Metode Tahapan Langsung (Direct Step Method) Metode tahapan dinyatakan dengan membagi saluran menjadi bagian-bagian saluran yang pendek. Kemudian menghitung secara bertahap dari satu ujung ke ujung saluran lainnya. Metode sederhana yang dapat digunakan untuk saluran prismatic dengan kemiringan dasar saluran tetap/konstan. Untuk aliran subkritis perhitungan dimuali dari bagian hilir(pada bendung) dan untuk aliran superkritis dimulai dari bagian hulu

Langkah perhitungan Persamaan tinggi tekanan total pada penam-pang lebar Cari x ………………………………(2) dengan E = energi spesifik Rumus Manning untuk Sf

Dimana y = kedalaman air (m) V = Kecepatan aliran Rata-rata (m/d)  = koefisien energi So = Kemiringan dasar saluran Sf = Kemiringan gesek

Saluran trapezium dengan b=20 kaki, s0 = 0,0016 dan n = 0,025 koefisien energi  = 1,10 mengalirkan debit Q=400 kaki kubik perdetik. Hitunglah profil air balik(backwater profile) yang terbentuk oleh bendung yang menahan air sampai kedalaman 5 kaki tepat sebelum bendung. Ujung hulu profil dianggap pada kedalaman 1 % lebih besar dari kedalaman normal.

Q=400 kkd n=0,025 So=0,0016 =1,10 yc=2,22kaki yn=3,36kaki

Contoh (2) Hitung profile aliran pada contoh(1) berdasarkan metode tahapan standar. Anggap bahwa pos-pos pengamat di sepanjang saluran telah tetap sesuai dengan penyelesaian contoh(1). Tinggi lokasi bendung adalah +600m di atas permukaan air laut

PERENCANAAN SALURAN TERBUKA UNTUK ALIRAN SERAGAM SALURAN TAHAN EROSI Ketentuan Faktor-faktor yang Dipertimbangkan dalam Perencanaan Saluran Tahan Erosi Bahan-bahan Lapisan Penguat Kecepatan Minimum yang Diizinkan Kemiringan Dasar Saluran Kemiringan Dinding Tebing Saluran Jagaan (Freeboard) Penampang Hidrolis Terbaik Menentukan Dimensi Penampang

SALURAN-SALURAN TAHAN EROSI KETENTUAN Saluran tahan erosi ialah saluran yang mampu menahan erosi dengan memuaskan. Dalam kategori saluran tersebut di atas termasuk : Saluran2 yang dinding2 dan dasarnya diberi lapisan Saluran2 yang dibuat sebagai galian di atas tanah dasar yang kuat seperti tanah cadas. Tujuan : mencegah erosi mengontrol kehilangan air akibat rembesan

Kemiringan dasar dan dinding saluran. Jagaan (freeboard) FAKTOR-FAKTOR YANG DIPERTIMBANGKAN DALAM PERENCANAAN SALURAN TAHAN EROSI Macam material yang membentuk tubuh saluran untuk menentukan koefisien kekasarannya. Kecepatan aliran minimum yang diizinkan agar tidak terjadi pengendapan apabila air mengandung lumpur (silt) dan sisa-sisa kotoran. Kemiringan dasar dan dinding saluran. Jagaan (freeboard) Penampang yang paling efisien, baik hidrolis maupun empiris

Dimensi saluran dihitung dengan menggunakan rumus-rumus untuk perhitungan aliran seragam (beraturan) dengan mempertimbangkan. Efisiensi Kepraktisan Ekonomis

BAHAN-BAHAN LAPISAN Lapisan bisa dibuat dari : Beton, pas.batu, baja, besi cor, kayu, kaca, plastik, aspal, dll. Pemilihan bahan terutama tergantung pada : -Tersedianya serta harga bahan -Cara konstruksi saluran -Tujuan penggunaan saluran tersebut.

KECEPATAN MINIMUM YANG DIIZINKAN Kecepatan minimum yang diizinkan adalah kecepatan terkecil yang tidak menimbulkan pengendapan dan tidak merangsang tumbuhnya tanaman aquatic serta lumut. V = 0,60 – 0,90 m/det : aman, apabila prosentase lumpur dalam air cukup kecil V = 0,75 m/det ; bisa mencegah tumbuhnya tumbuhan yang dapat memperkecil daya angkut saluran

KEMIRINGAN DASAR SALURAN Kemiringan dasar sakuran pada umumnya dipe-ngaruhi oleh topografi serta tinggi energi yang diperlukan untuk menyebabkan adanya pengaliran. KEMIRINGAN DINDING TEBING SALURAN Kemiringan dinding tebing saluran tergantung pada macamnya material yang membentuk tubuh saluran. Lain2 faktor yang perlu dipertim-bangkan dalam menentukan kemirungan terse-but adalah cara konstruksi, kehilangan2 yang diakibatkan oleh rembesan, geometri saluran, perubahan iklim dan lain sebagainya. Lihat tabel A-1, A-2 dan A-3.

JAGAAN (FREEBOARD) Yang dimaksudkan dengan jagaan dari suatu saluran adalah jarak vertikal dari puncak tanggul sampai permukaan air pada kondisi peren-canaan. Jarak tersebut harus sedemikian rupa, hingga dapat mencegah peluapan air akibat gelombang serta fluktuasi permukaan air. Jagaan tersebut direncanakan antara kurang dari 5% sampai 30% lebih dari dalamnya aliran. Untuk saluran tanpa lapisan (unlined channel), jagaan pada umumnya dipengaruhi oleh pertimbangan-pertimbangan mengenai besarnya serta lokasi dari saluran penambahan-penam-bahan air akibat hujan, fluktuasi permukaan air tanah,gerakan angin, karakteristik tanah, gradien rembesan, persyaratan mengenai jalan serta bahan-bahan atau material setempat.

Kemiringan tebing saluran MENENTUKAN DIMENSI PENAMPANG Tabel A-1. Tabel kemiringan dinding saluran yang cocok untuk bermacam-macam material. material Kemiringan tebing saluran Cadas Hampir vertikal Tanah lumpur dan gambut ¼ : 1 Lempung keras atau tanah dengan lapisan penguat dari beton ½ : 1 sampai 1 : 1 Tanah dengan lapisan batu, atau tanah untuk saluran yang besar 1 : 1 Lempung atau tanah untuk serokan-serokan kecil 1 ½ : 1 Tanah berpasir lepas 2 : 1 Lumpur berpasir atau lempung poreus 3 : 1

Kemiringan tebing saluran Tabel A-2. Tabel kemiringan dinding saluran yang kena air (bagian dalam) tanpa lapisan (menurut Etcheverry dan Harding). Keadaan Kemiringan tebing saluran Digali dalam cadas ¼ : 1 Digali dalam cadas terbelah ½ : 1 Digali dalam batu kerikil yang melekat tanah lempung ¾ : 1 Digali dalam lempung berkerikil yang liat 1 : 1 Digali atau ditimbun pada lumpur atau lumpur berkerikil 1 ½ : 1 Digali atau ditimbun pada lumpurberpasir lepas 2 : 1 Digali atau ditimbun tanah yang sangat berpasir 3 : 1

Tabel A-3. Tabel kemiringan tebing saluran yang tidak kena air (bagian luar) - (menurut Etcheverry dan Harding). Keadaan tebing Kemiringan Timbunan cadas dan batu kerikil 1 ¼ : 1 Timbunan loam atau loam berkerikil 1 ½ : 1 Timbunan loam berpasir atau tanah berpasir 2 : 1

Tabel A-4 .*) Penampang-penampang hidrolis terbaik. Luas Ax Keliling Basah K(b) Jari-jari hidrolis R(H) Permukaan lebar B(at) dalam hidrolis Y(H) Penampang Faktor f Trapesium setengah hexagon y2 √ 2 2y √ 2 ½ y ¾ y √ 3 ¾ y 3/2 .y5/2 Empat persegi pan-jang, setengah bujur sangkar 2 y2 4 y 2 y y 2 y5/2 Segitiga, setengah bujur sangkar y2 ¼ y √ 2 ½ .2. y5/2 Setengah lingkaran  y2 2  y  y2 4  y5/2 Parabola T = 2 y √ 2 4/3 y2 √2 8/3 y√2 2 y √ 2 2/3 y 8/9 √ 3. y5/2