Kuliah ke-3 PENGENDALIAN SEDIMEN DAN EROSI

Presentasi berjudul: "Kuliah ke-3 PENGENDALIAN SEDIMEN DAN EROSI"— Transcript presentasi:

1 Kuliah ke-3 PENGENDALIAN SEDIMEN DAN EROSI
Sifat-sifat Zat Cair Sifat-sifat Butiran Sedimen

2 Sifat-sifat Zat Cair rapat massa, ρ, viskositas,v, dan
Beberapa sifat / karakteristik zat cair yang berpengaruh terhadap proses angkutan sedimen : rapat massa, ρ, viskositas,v, dan variabel-variabel aliran seperti : kecepatan, U dan tegangan gesek, tz.

3 Dinding hidraulik licin: Distribusi kecepatan :
Pada aliran seragam turbulen, rumus distribusi kecepatan dan kecepatan rata-rata dapat dibedakan untuk dinding hidraulik licin, dan dinding hidraulik kasar. Dinding hidraulik licin: Distribusi kecepatan : Kecepatan rata-rata :

4 Dinding Hidraulik kasar:
Distribusi kecepatan : Kecepatan rata-rata :

5 Hubungan antara kecepatan dengan kekasaran dasar (koefisien kekasaran Chezy) dapat dirumuskan sebagai berikut : Distribusi tegangan gesek pada suatu vertikal adalah (aliran uniform):

6 Sedangkan tegangan gesek pada dasar, dirumuskan sebagai :
atau dimana

7 Dengan : u* : kecepatan gesek,
uz : kecepatan pada suatu titik yang berjarak z dari dasar : kecepatan rata-rata pada suatu vertikal, d : tebal lapisan sub-viskous/ sub laminer, h : kedalaman aliran, R : jari-jari hidraulik, C : koefisien kekasaran menurut Chezy, k : kekasaran dasar saluran, g : berat jenis air, dan S : kemiringan dasar saluran.

8 Contoh Diketahui suatu sungai memiliki kedalaman 2 m, tinggi kekasaran 0,05 m, dan kemiringan dasar 0,001. Hitung kecepatan aliran rata-rata dan gambarkan distribusi kecepatannya.

9 Z = → Uz = 0 m/d Z = 0,1 → Uz = 2,07 m/d Z = 0,4 → Uz = 2,76 m/d Z = 0,8 → Uz = 3,10 m/d Z = 1,2 → Uz = 3,30 m/d Z = 1,6 → Uz = 3,44 m/d Z = 2,0 → Uz = 3,55 m/d

10

11 Sifat-sifat Butiran Sedimen
1. Umum Untuk menangani berbagai permasalahan pada sungai-sungai alluvial, diperlukan pemahaman tentang sifat-sifat/karakteristik material sedimen, baik material sedimen sebagai satu kesatuan (bulk) maupun material sedimen yang berdiri sendiri-sendiri (butiran lepas; individual). Para ahli geologi mempelajari sifat-sifat sedimen lepas dengan tujuan : untuk mengetahui asal mula dari material sedimen, dan juga untuk mempelajari cara sedimen tersebut berpindah (ditranspor). Sedangkan para ahli hidraulika mempelajari sifat-sifat butiran lepas dalam kaitannya dengan fenomena transpor dari material sedimen.

12 2. Ukuran Butiran Diantara beberapa sifat butiran sedimen, ukuran sedimen merupakan salah satu sifat yang paling penting dan banyak digunakan dalam bidang teknik sedimen. Ukuran butiran sangat mempengaruhi mudah tidaknya serta banyak sedikitnya sedimen ditranspor. Jika semua partikel sedimen berbentuk bola, maka ukuran butiran secara mudah dapat ditentukan, yaitu dengan menggunakan parameter diameter butiran. Akan tetapi, dalam kenyataannya bentuk butiran penyusun material dasar sungai adalah sangat tidak teratur, dari yang berbentuk mendekati bulat sampai dengan bentuk yang sangat pipih, sehingga sangat sulit untuk mendefenisikan ukuran dari butiran yang mempunyai bentuk sangat tidak teratur tersebut.

13 Penggunaan diameter butiran, sering tidak dapat menggambarkan ukuran/bentuk butiran yang sesungguhnya. Oleh karenanya, ukuran butiran sering didefinisikan dengan cara lain, yaitu dengan menggunakan : volume butiran, kecepatan endap, atau ukuran ayakan/saringan Metode penentuan ukuran butiran dengan volume atau kecepatan endap dilakukan dengan prinsip menyamakan volume atau kecepatan endap butiran sembarang dengan butiran berbentuk bola.

14 Beberapa definisi yang biasa digunakan untuk menyatakan suatu ukuran butiran adalah :
diameter nominal, diameter jatuh (fall velocity), diameter sedimentasi (sedimentation diameter), diameter saringan, ukuran sumbu triaxial.

15 Diameter nominal, dn Diameter nominal dari butiran didefinisikan sebagai diameter bola yang mempunyai volume yang sama dengan volume butiran. Dalam beberapa kasus tertentu, kadang-kadang seseorang lebih tertarik pada ukuran butiran, yang dikaitkan dengan gerakan butiran dalam zat cair daripada ukuran fisik dari butiran itu sendiri.

16 Diameter Jatuh Diameter jatuh dari butiran didefinisikan sebagai diameter bola dengan berat jenis spesifik 2,65 yang mempunyai kecepatan jatuh standar sama dengan kecepatan jatuh butiran. Kecepatan jatuh standar didefinisikan sebagai kecepatan jatuh dari butiran dalam air suling, pada suhu 24C.

17 Diameter Sedimentasi Diameter sedimentasi adalah merupakan diameter bola yang mempunyai berat spesifik dan kecepatan pengendapan yang sama dengan butiran sedimen, dalam zat cair yang sama dan pada kondisi yang sama pula.

18 Diameter saringan/ayakan
Untuk menentukan ukuran butiran dengan saringan (diameter saringan), biasanya digunakan beberapa saringan dengan ukuran lubang yang berbeda; hal ini dimaksudkan untuk mengelompokkan material sedimen ke dalam beberapa kelompok ukuran yang berbeda. Pengukuran diameter butiran dengan cara ini dilakukan untuk butiran yang mempunyai diameter lebih besar dari mm, sesuai dengan ukuran saringan terkecil. Diameter saringan, d, dari suatu butiran adalah ukuran dari lubang saringan pada mana butiran dapat lewat (lolos) saringan. Dengan demikian, diameter nominal dan diameter ayakan untuk butiran yang berbentuk bola nilainya adalah sama, sedangkan untuk material sedimen pada umumnya, diameter saringan biasanya sedikit lebih besar dibandingkan dengan diameter nominal.

19 Kurva gradasi ukuran butiran sedimen

20 Sumbu triaxial Sumbu triaxial terdiri dari sumbu panjang, sumbu pendek dan sumbu menengah, dimana ketiga sumbu tersebut saling tegak lurus satu sama lain. Dalam hal ini a ditetapkan sebagai sumbu panjang, b sumbu menengah, dan c sebagai sumbu pendek. c a b

21 Klasifikasi Ukuran Butiran
Klasifikasi ukuran butiran yang biasa digunakan oleh para ahli hidraulika adalah klasifikasi ukuran butiran yang diusulkan oleh The Subcommittee on Sediment Terminology dari AGU (American Geophysical Union). Ukuran butiran ditetapkan berdasarkan ukuran saringan (untuk butiran kasar) dan ukuran/diameter sedimentasi (untuk butiran halus). Dalam literatur dikenal juga beberapa klasifikasi ukuran butiran yang lain, seperti misalnya klasifikasi menurut U.S. Bureau of Public Roads, klasifikasi menurut Atterberg, dan klasifikasi menurut U.S. Bureau of Soils.

22 Interval/range (mm) Nama Batu sangat besar (Very Large Boulders) 1/2 - 1/4 Pasir sedang (Medium Sand) Batu besar (Large Boulders) 1/4 - 1/8 Pasir halus (Fine Sand) Batu sedang (Medium Boulders) 1/8 - 1/16 Pasir sangat halus (Very Fine Sand) Batu kecil (Small Boulders) 1/16 - 1/32 Lumpur kasar (Coarse Silt) Kerakal besar (Large Cobbles) 1/32 - 1/64 Lumpur sedang (Medium Silt) Kerakal kecil (Small Cobbles) 1/64 - 1/128 Lumpur halus (Fine Silt) Kerikil sangat kasar (Very Coarse Gravel) 1/ /256 Lumpur sangat halus (Very Fine Silt) Kerikil kasar (Coarse Gravel) 1/ /512 Lempung kasar (Coarse Clay) 16 - 8 Kerikil sedang (Medium Gravel) 1/ /1024 Lempung sedang (Medium Clay) 8 - 4 Kerikil halus (Fine Gravel) 1/ /2048 Lempung halus (Fine Clay) 4 - 2 Kerikil sangat halus (Very Fine Gravel) 1/ /4096 Lempung sangat halus (Very Fine Clay) 2 - 1 Pasir sangat kasar (Very Coarse Sand) Koloid 1 - 1/2 Pasir kasar (Coarse Sand)

23 Bentuk Butiran Bentuk butiran adalah merupakan salah satu sifat sedimen yang sering dianggap ikut berpengaruh terhadap proses sedimentasi. Bentuk butiran sedimen dapat mempengaruhi kecepatan aliran pada lokasi dimana butiran sedimen dasar bergerak; disamping itu dianggap pula bahwa bentuk butiran mempengaruhi kecepatan endap, proses angkutan sedimen dasar, dll. Untuk dapat mendefinisikan suatu bentuk butiran maka digunakan suatu koefisien/paremeter tertentu. Banyak jenis koefisien/parameter yang telah diusulkan oleh para ahli; namun koefisien/parameter tersebut pada prinsipnya dapat dikelompokkan menjadi 3 bagian, yaitu: koefisien yang didasarkan pada volume butiran, koefisien yang didasarkan pada proyeksi luasan butiran, dan koefisien yang didasarkan pada sumbu triaxial (sumbu panjang, sumbu pendek dan sumbu menengah)

24 Koefisien Berdasarkan Volume Butiran
Salah satu koefisen/parameter yang sering digunakan untuk mendefinisikan bentuk butiran berdasarkan volume butiran adalah sphericity. Sphericity didefinisikan sebagai perbandingan antara luas permukaan bola  yang mempunyai volume sama dengan volume butiran  dengan luas permukaan butiran. Untuk butiran berbentuk bola, nilai sphericity akan sama dengan satu, sedangkan untuk bentuk yang lain, nilai sphericity kurang dari satu. Dengan kata lain, koefisien sphericity cenderung digunakan untuk mendefinisikan bentuk suatu butiran terhadap bentuk bola.

25 Nilai sphericity untuk beberapa bentuk butiran
0.5 0.7 0.65 0.6 0.55 0.85 0.75 0.8 0.90 0.95

26 Koefisien Berdasarkan Proyeksi Luasan Butiran
Butiran/partikel sedimen berada dalam kondisi paling stabil apabila sumbu pendek berada pada posisi vertikal. Dengan dasar ini, proyeksi luasan yang tegak lurus dengan sumbu pendek tersebut dapat digunakan sebagai dasar untuk menentukan koefisien; dalam hal ini dikenal suatu koefisien yang disebut sebagai koefisien roundness. Koefisien roundness digunakan untuk menunjukkan keruncingan dari ujung-ujung butiran sedimen. Dengan demikian, nilai roundness dapat memberikan gambaran apakah ujung-ujung butiran berbentuk bulat/lengkung atau runcing. Roundness didefinisikan sebagai perbandingan antara jari-jari lengkung rerata dari ujung-ujung butiran sedimen dengan jari-jari lengkung maksimum yang membentuk suatu bola (atau dengan jari-jari nominal butiran).

27 Nilai roundness untuk beberapa bentuk butiran
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

28 Koefisien Berdasarkan Sumbu Triaxial
Kecepatan endap dari butiran sedimen dipengaruhi oleh bentuknya, dan suatu parameter yang selanjutnya disebut sebagai faktor bentuk (shape factor), yaitu Untuk butiran berbentuk bola, nilai shape factor ini akan sama dengan satu, sedangkan untuk butiran dengan bentuk selain bola, nilai shape factor lebih kecil dari satu.

29 Kecepatan Endap (Settling Velocity)
Persamaan Stokes untuk kecepatan endap butiran berbentuk bola : dengan : w = kecepatan endap butiran bola d = diameter butiran bola m = viskositas dinamik zat cair gs = berat jenis butiran g = berat jenis zat cair

30 Bentuk lain dari persamaan Stokes
Dengan : CD : koefisien drag / koefisien seret ρ : rapat massa Re : angka Reynolds