SALURAN PEMBERHENTIAN

Presentasi berjudul: "SALURAN PEMBERHENTIAN"— Transcript presentasi:

1 SALURAN PEMBERHENTIAN

2 Rumus Manning Pada tahun 1889 seorang insinyur Irlandia bernama Robert Manning mengemukakan sebuah rumus, yang diperbaiki menjadi rumus yang sangat dikenal sebagai rumus Manning 1,49 V = R2/3.S1/2 n Dimana : V = kecepatan rata-rata (ft/dt) R = jari-jari hidrolik (ft) S = kemiringan energi n = koefisien kekasaran

3 Penentuan koefisien kekasaran manning merupakan kesulitan terbesar dalam pemakaian rumus Manning, karena tidak ada cara tertentu untuk pemilihan nilai n tersebut. Pada tingkat pengetahuan saat ini memilih suatu nilai n berarti memperkirakan hambatan aliran pada saluran tertentu yang benar-benar tidak dapat diperhitungkan. Ada 4 pendekatan umum mengenai koefisien kekasaran, yaitu : Memahami faktor-faktor yang mempengaruhi nilai n. Mencocokan tabel dari nilai-nilai n untuk berbagai tipe saluran. Memeriksa dan memahami sifat beberapa saluran yang koefisien kekasarannya telah diketahui. Menentukan nilai n dengan cara analitis berdasarkan distribusi kecepatan teoritis pada penampang saluran dan data pengukuran kecepatan maupun pengukuran kekasaran.

4 Pemilihan nilai n yang sesuai untuk berbagai kondisi perancangan, harus didasarkan pada faktor-faktor yang memiliki pengaruh besar terhadap koefisien kekasaran baik untuk saluran buatan maupun alamiah, seperti yang diuraikan di bawah ini : Kekasaran Permukaan Kekasaran permukaan ditandai dengan ukuran dan bentuk butiran bahan yang membentuk luas basah dan menimbulkan hambatan terhadap aliran. Butiran halus mengakibatkan nilai n yang relatif rendah, dan butiran kasar memiliki nilai n yang tinggi. Tetumbuhan Tetumbuhan dapat digolongkan dalam jenis kekasaran permukaan, tetapi hal ini juga memperkecil kapasitas saluran dan menghambat aliran. Dampaknya tergantung pada tinggi, kerapatan, distribusi dan jenis tetumbuhan dimana hal ini sangat penting dalam perancangan saluran pembuangan yang kecil.

5 Ketidakteraturan Saluran
Ketidakteraturan saluran meliputi ketidakteraturan keliling basah dan variasi penampang, ukuran dan bentuk di sepanjang saluran. Pada saluran alam biasanya ditandai dengan adanya alur-alur pasir, gelombang pasir, cekungan, gundukan, lubang dan tonjolan di dasar saluran. Trase Saluran Kelengkungan yang landai dengan garis tengah yang besar akan mengakibatkan nilai n yang relatif rendah, sedangkan kelengkungan yang tajam dengan belokan-belokan yang patah akan memperbesar nilai n. Pengendapan dan Pengerusan Secara umum pengendapan dapat merubah saluran yang sangat tidak beraturan menjadi cukup beraturan dan memperkecil nilai n, sedangkan penggerusan dapat berakibat sebaliknya dan memperbesar nilai n, namun dampak utama dari pengendapan tergantung dari sifat alamiah bahan yang diendapkan. Hambatan Hambatan akan timbul karena adanya balok sekat, pilar jembatan dan sejenisnya yang cenderung memperbesar nilai n. Adapun besar hambatan ini tergantung pada sifat alamiah hambatan, ukuran, bentuk, jumlah dan penyebarannya.

6 Ukuran dan Bentuk Saluran
Perbesaran jari-jari hidrolik dapat memperbesar maupun memperkecil nilai n, tergantung pada keadaan saluran. Taraf Air dan Debit Nilai n pada saluran umumnya berkurang bila taraf air dan debitnya bertambah, namun nilai n dapat juga bertambah pada taraf air tinggi bila dinding saluran kasar dan berumput. Perubahan Musim Nilai n cenderung bertambah pada musim semi dan berkurang pada musim dingin, akibat pertumbuhan musiman dari tanaman di saluran. Endapan Terapung dan Endapan Dasar Bahan-bahan yang mengapung dan endapan dasar, baik yang bergerak maupun tidak akan menyerap energi dan menyebabkan kehilangan tinggi energi atau memperbesar kekasaran saluran.

7 Aliran Seragam Aliran seragam merupakan aliran yang mempunyai kedalaman, luas basah, kecepatan dan debit yang konstan pada tiap bagian penampang saluran yang lurus. Selain itu memiliki garis energi, muka air dan dasar saluran yang saling sejajar yang berarti memiliki kemiringan yang sama. Aliran seragam dianggap sebagai suatu aliran tunak (steady flow), karena pada prakteknya aliran seragam tak tunak tidak pernah ada. Pada sungai alami aliran seragam tunak bahkan jarang terjadi, karena sungai dan alur air dalam keadaan asli jarang terjadi dalam keadaan aliran seragam secara mutlak. Namun untuk mempermudah perhitungan aliran sering dianggap dalam keadaan seragam. Dan perlu diingat bahwa aliran seragam tidak dapat terjadi dalam keadaan kecepatan yang sangat tinggi.

8 Debit aliran seragam di suatu saluran dapat dinyatakan sebagai hasil kali kecepatan dengan luas basah, seperti dinyatakan pada persamaan berikut : Q= V.A = C.A.Rx.Sy = K.Sy dengan K = C.A.Rx Besaran K dikenal sebagai hantaran (conveyance) dari penampang saluran, yang merupakan ukuran kemampuan penghantar dari penampang saluran karena berbanding lurus dengan Q. Bila digunakan rumus Chezy maupun rumus Manning dalam rumus aliran seragam, yaitu bila y = ½, maka debit pada persamaan di atas menjadi : Q = K √S dan rumus hantaran menjadi K = Q/√S persamaan ini dapat dipakai untuk menghitung hantaran bila debit dan kemiringan saluran telah diketahui.

9 Bila digunakan rumus Chezy, maka persamaan hantaran menjadi : K = C. A
Bila digunakan rumus Chezy, maka persamaan hantaran menjadi : K = C.A.R½ dengan C adalah faktor hambatan Chezy. Demikian pula bila digunakan rumus Manning, persamaan hantaran menjadi : K = 1,49.A.R⅔ n Kedua persamaan di atas dipakai untuk menghitung hantaran bila geometri luas basah dan faktor hambatan atau koefisien kekasaran telah diketahui.

10 Adapun perhitungan aliran seragam dapat diselesaikan dengan menggunakan 2 persamaan, yaitu persamaan kontinuitas dan rumus aliran seragam. Bila rumus Manning digunakan dalam rumus aliran seragam, maka perhitungannya akan meliputi 6 variabel berikut ini : 1. Debit normal Q 2. Kecepatan aliran rata-rata V 3. Kedalaman normal y 4. Koefisien kekasaran n 5. Kemiringan saluran S 6. Unsur-unsur geometris yang tergantung pada bentuk penampang saluran seperti A, R dan lainnya.

11 Bila empat dari enam variabel telah diketahui, maka dua variabel lainnya dapat ditentukan dengan dua persamaan. Berikut ini diuraikan beberapa jenis soal dalam perhitungan aliran seragam : Menghitung debit normal Dalam pemakaian praktis perhitungan ini diperlukan untuk menentukan kapasitas saluran, atau untuk membuat kurva debit sintetis bagi saluran tersebut. Menentukan kecepatan aliran Perhitungan ini mencakup berbagai penerapan, misalnya saja untuk mempelajari pengaruh penggerusan dan pengendapan pada suatu saluran. Menghitung kedalaman normal Perhitungan ini diperlukan untuk menentukan taraf aliran dalam suatu saluran. Menentukan kekasaran saluran Perhitungan ini digunakan untuk menetapkan koefisien kekasaran suatu saluran tertentu, dan koefisien yang diperoleh ini dapat digunakan untuk saluran yang sejenis. Menghitung kemiringan saluran Perhitungan ini diperlukan untuk menetapkan kemiringan suatu saluran tertentu. Menentukan ukuran penampang saluran Perhitungan ini terutama digunakan untuk keperluan perancangan.

12 Soal Saluran trapesium dengan b = 20 kaki; z = 2; So = 0,0016 dan n = 0,025 mengalirkan debit 400 kaki3/detik. Hitung kedalam normal dan kecepatan !

13 Aliran kritis Pembahasan megenai aliran dalam keadaan kritis, ditekankan pada penampang tertentu dari saluran yang dikenal sebagai penampang kritis (critical section). Bila keadaan kritis terjadi di sepanjang saluran atau sepanjang bagian saluran yang lurus, maka aliran dalam saluran merupakan aliran kritis (critical flow). Suatu aliran yang mendekati atau pada keadaan kritis bersifat tidak stabil. Hal ini disebabkan oleh perubahan kecil dalam energi spesifik pada atau di dekat keadaan kritis akan menimbulkan perubahan kedalaman yang besar.

14 Aliran dalam keadaan kritis yang melalui suatu penampang saluran ditentukan oleh beberapa persyaratan penting, yaitu : Untuk debit tertentu, energi spesifiknya minimum. Debit maksimum untuk energi spesifik tertentu. Gaya spesifik minimum untuk debit tertentu. Tinggi kecepatan sama dengan setengah kedalaman hidrolik untuk saluran dengan kemiringan kecil. Bilangan Froude sama dengan Satu. Kecepatan aliran di saluran dengan kemiringan kecil yang distribusi kecepatannya merata, sama dengan kecepatan gelombang kecil di air dangkal akibat gangguan setempat.

15 Faktor penampang untuk perhitungan aliran kritis adalah Z = A√D, atau dapat juga dinyatakan dalam debit dibagi akar g/α Z = Q √ g/α Perhitungan aliran kritis meliputi penentuan kedalaman kritis dan kecepatannya, bila debit dan penampang saluran telah diketahui. Berikut ini akan diuraikan 3 metode perhitungan aliran kritis

16 1. Metode A Metode ini menggunakan penyelesaian berdasarkan perhitungan aljabar yang memakai persamaan-persamaan dasar, biasanya digunakan pada bentuk geometris penampang saluran yang sederhana. Contoh Hitung kedalaman kritis dan kecepatan pada saluran trapesium dengan karakteristik P = 46,8’; T = 44’; b = 20’; dan z = 1:2 yang mengalirkan debit 400 kkd ! Penyelesaian Kedalaman hidrolik dan luas basah dari penampang trapesium dinyatakan dalam hubungannya dengan kedalaman y adalah D = y(10 + y) dan A = y(20 + 2y) y Besarnya kecepatan adalah V = Q = 400 A y(20 + 2y) Masukkan nilai tersebut pada D dan V di persamaan V2 = D , lalu 2g 2 Sederhanakan menjadi 2,484(5 + y) = [y(10 +y)]3 Penyelesaian persamaan ini untuk nilai y dengan cara coba-coba, diperoleh kedalaman kritis yc = 2,15 kaki, luas Ac = 52,2 kaki3 dan kecepatan kritis Vc = 400/52,2 = 7,66 kaki/detik.

17 Metode B ` Metode ini biasanya digunakan untuk penampang saluran yang rumit atau penampang saluran alami, dan penyelesaiannya digunakan cara grafis untuk menghitung aliran kritis. Dengan cara ini digambarkan suatu lengkung y dan Z, kemudian hitung harga Q/√ g. Berdasarkan persamaan tersebut kedalaman kritis dapat langsung diperoleh dari lengkung tersebut. Contoh Suatu gorong-gorong beton bulat berdiameter 36 inchi, mengalirkan debit sebesar 20 kkd. Tentukan kedalaman kritisnya ! Penyelesaian Buatlah lengkung y dan Z seperti ditunjukkan pada Gambar 4.1 di bawah ini, kemudian hitung Z = Q/√ g = 20/√ g = 3,53. Dari lengkung diperoleh kedalaman kritis yc untuk nilai Z = 3,53 adalah 1,44 kaki.

18 Metode C Metode ini menggunakan gambar rancangan untuk menentukan kedalaman kritis, yaitu berdasarkan Gambar Contoh Pada contoh 6.4 didapat Z = 400/√ g = 70,5. Nilai Z/b2,5 adalah 0,0394. Maka untuk nilai ini gaambar rancangan menunjukkan y/b = 0,108 atau yc = 2,16 kaki. Pada contoh 6.5 Z/do2,5 = 0,226. Maka untuk nilai ini gambar rancangan menunjukkan nilai y/d = 0,48 atau yc = 1,44 kaki.

19 Aliran Berubah Beraturan
Aliran disebut berubah bila kedalaman aliran berubah di sepanjang saluran. Aliran berubah beraturan (spatially varied flow) atau lambat laun, memiliki debit seragam akibat pertambahan maupun pengurangan air di sepanjang jalur air tersebut. Pertambahan maupun pengurangan air ini akan menyebabkan gangguan pada energi atau kadar momentum aliran. Karena itu perilaku hidrolik aliran berubah beraturan lebih rumit dibandingkan dengan aliran yang debitnya tetap.

20 Aliran berubah beraturan terdiri dari 2 jenis, yaitu aliran dengan penambahan debit (flow with increasing discharge) dan aliran dengan penurunan debit (flow with decreasing discharge). Pada aliran dengan penambahan debit sejumlah energi hilang diakibatkan oleh campuran turbulensi pertambanahn air dan air yang mengalir di saluran, dan akibat kehilangan energi yang tinggi dan tidak menentu ini persamaan momentum akan lebih mudah untuk menyelesaikan masalah ini dibandingkan dengan persamaan energi. Sedangkan aliran dengan penurunan debit dapat dianggap sebagai aliran terbagi dimana air yang terbagi tersebut tidak mempengaruhi tinggi energi, karena itu persamaan energi akan lebih mempermudah penyelesaian masalah ini.

21 Aliran Berubah Tiba-tiba
Aliran disebut berubah tiba-tiba bila kedalamannya mendadak berubah pada jarak yang cukup pendek. Aliran ini memiliki kelengkungan garis aliran yang sangat jelas dan perubahan kelengkungannya dapat terjadi sedemikian mendadak. Untuk membedakan aliran berubah tiba-tiba dengan berubah lambat laun, perlu dipahami sifat-sifat dari aliran berubah tiba-tiba berikut : Kelengkungan garis aliran sangat nyata. Perubahan resim aliran (flow regime) yang tiba-tiba sering terjadi dalam jarak yang relatif pendek. Bila pada aliran berubah tiba-tiba terjadi perubahan luas basah yang tiba-tiba, koefisien-koefisien distribusi kecepatan α dan β biasanya jauh lebih besar dari 1 dan tidak dapat ditentuka dengan tepat. Bila aliran berubah tiba-tiba terjadi pada bangunan peralihan tiba-tiba, pada dasarnya fisik aliran tergantung pada batas-batas geometri dan keadaan aliran. Zona-zona pemisah (separation zone), olakan, dan pusaran yang mungkin terjadi cenderung memperumitpola aliran .

22