05 BAb 5 Analisis Hidrolika

BAB VBAB V

ANALISIS HIDROLIKA PROFIL MUKA AIRANALISIS HIDROLIKA PROFIL MUKA AIR

5.1 Dasar Teori

Hidrolika saluran terbuka atau sungai persamaan yang biasa digunakan

untuk menghitung debit aliran adalah rumus Manning.

Q = A * V

dimana ;

Q = Debit aliran (m3/dt)

A = Luas Penampang (m2)

V = Kecepatan Aliran (m/dt)

Sedangkan kecepatan aliran (V) dihitung dengan persamaan ;

V=1nR2/3S1/2

Dimana ;

V = Kecepatan Aliran (m/dt)

n = Koefesien Manning

R = Penampang Basah = A/P

P = Keliling Basah

S = Kemiringan Saluran/Sungai

5.2 Teori Perhitungan Profil Muka Air

a. Persamaan Energi

Persamaan energi digunakan sebagai dasar perhitungan untuk

aliran steady dalam saluran terbuka, diberikan oleh persamaan

berikut ini (Chow, 1997:243):

h1 + α 1

U12

2 g+ z1 = h2 + α2

U22

2 g+ z2 + hf + he

Bab V hal 1

h1

Z1

he

hf = Sf . L

h2

Z2Bidang persamaan

1 2

g2

U21

1

g2

U22

2

LAPORAN AKHIRDED Normalisasi Saluran Tali Air KM 15 Perbatasan Tanjungpinang-Bintan

dengan :

g = percepatan gravitasi (m2/dtk)

hf = kehilangan tinggi akibat gesekan (m)

he = kehilangan tinggi akibat perubahan penampang (m)

U = kecepatan rerata (m/dtk)

α = koefisien distribusi kecepatan

z = ketinggian dari datum (m)

h = kedalaman air (m)

Gambar 5.1. Energi Dalam Saluran Terbuka

b. Kehilangan Tinggi Energi

Kehilangan tinggi energi pada penampang sungai diakibatkan

oleh gesekan dan perubahan penampang. Kehilangan akibat

gesekan dievaluasi sebagai hasil dari kemiringan garis energi S f

dan panjang L (Anonim, 2001:2-3), seperti terlihat dalam

persamaan berikut :

h f=L . S f

S f = (QK )2

S f =S f 1 + S f 2

2

dengan :

hf = kehilangan energi akibat gesekan (m)

Bab V hal 2


L = jarak antar sub bagian (m)

Sf = kemiringan garis energi (friction slope)

K = pengangkutan aliran tiap sub bagian

Q = debit air (m3/dtk)

Adapun kehilangan tinggi energi akibat perubahan penampang

terdiri dari dua yaitu akibat kontraksi dan ekspansi. Kontraksi dan

ekspansi terjadi akibat back water yang disebabkan perubahan

penampang, atau perubahan kemiringan dasar saluran yang

sangat curam sekali. Kehilangan tinggi energi akibat kontraksi dan

ekspansi dapat dihitung dengan menggunakan persamaan

sebagai berikut : (Anonim, 2001:2-11)

he=C |α2V 2

2

2g−α 1V 1

2

2g|

dengan : C = koefisien akibat kehilangan tinggi kontraksi dan

ekspansi

c. Persamaan Momentum

Persamaan momentum menyatakan bahwa pengaruh dari semua

gaya luar terhadap volume kontrol dari cairan dalam setiap arah

sama dengan besarnya perubahan momentum dalam arah itu,

yaitu (Raju, 1986:11) :

Fx = . Q . U

W sin + P1 – P2 – Ff – Fa = Q (U2 – U1)

dengan :

P1 dan P2 = muatan hidrostatis pada potongan 1 dan 2

W = berat volume kontrol

= kemiringan dasar dengan garis mendatar

Ff = gesekan batas terhadap panjang x

Fa = tahanan udara pada permukaan bebas

Bab V hal 3

W sinθ

W W cos θ

L

1

P2

P1

U1 2

h2

h1

Z1

U2

Fa

Ff

Z2

43

θ

Bidang persamaan


Gambar 5.2. Prinsip Momentum Pada Saluran Terbuka

d. Pengangkutan Aliran

Penentuan pengangkutan aliran total dan koefisien kecepatan

untuk suatu penampang melintang mengharuskan aliran dibagi

menjadi bagian-bagian dimana kecepatan tersebut akan

didistribusikan secara merata. Pendekatan yang digunakan dalam

program ini adalah membagi aliran didaerah pinggir sungai

dengan menggunakan nilai kekasaran n sebagai dasar pembagian

penampang melintang.

Pengangkutan aliran Kj dihitung berdasarkan persamaan sebagai

berikut (Anonim, 2001:2-4):

K j=1 .49n j

A j R j

23

(dalam satuan Inggris)

K j=1n jA jR j

23

(dalam satuan Metrik)

dengan :

Kj = pengangkutan tiap bagian

n = koefisien kekasaran manning tiap bagian

Aj = daerah aliran tiap bagian

Rj = jari-jari hidrolis tiap bagian

Bab V hal 4


Program akan menjumlahkan penambahan pengangkutan di

daerah pinggir sungai untuk mendapatkan pengangkutan di

daerah samping kiri dan kanan. Pengangkutan di bagian utama

saluran dihitung sebagai elemen pengangkutan tunggal.

Pengangkutan total pada penampang melintang didapatkan

dengan menjumlahkan pengangkutan di tiga bagian ( kiri, tengah

dan kanan).

K t=∑j=1

n

K j

dengan :

n = adalah jumlah sub bagian pada suatu penampang melintang

sungai.

e. Koefisien Kekasaran

Aliran dalam suatu penampang melintang tidak dibagi menjadi

beberapa sub bagian, kecuali terjadi perubahan dalam area

saluran utama. Dan program akan menerapkannya dalam

perhitungan pada penampang melintang. Jika tidak dapat

diterapkan, maka program akan menghitung satu nilai n

kekasaran untuk seluruh bagian saluran. Untuk perhitungan n

komposit, saluran utama dibagi menjadi n bagian, dimana setiap

sub bagian diketahui parameter basah Pi dan koefisien

kekasarannya ni. (Anonim, 2001 : 2-7).

nc=|∑i=1

N

(P ini1,5)P

|

23

dengan :

nc = koefisien kekasaran komposit

P = parameter basah untuk saluran utama

Pi = parameter basah untuk sub bagian ke-i

ni = koefisien kekasaran untuk sub bagian ke-i

Bab V hal 5

C

C

Q

h

12

1 2

A

T

Potongan C - C

)(2

x

x

QQ

)(2

x

x

QQ

x


f. Persamaan Kontinuitas

Dasar persamaan kontinuitas unsteady flow pada saluran terbuka

diturunkan sebagai persamaan berikut (Raju, 1986:9) :

dQdx

+ dAdt

= 0

dengan :

Q = debit (m3/dt)

Δx= panjang pias (m)

A = luas penampang (m2)

t = waktu (detik)

Gambar 5.3. Kontinuitas Aliran Tak Tetap

5.3 Profil Muka Air Kondisi Eksisting (Sebelum Normalisasi)

Kondisi eksisting akan dievaluasi menggunakan debit banjir Q 2th dan Q

1th, dimana untuk untuk mengetahui kondisi kapasitas tampung sungai saat

ini dapat dilihat dari hasil analisis menggunakan program Bantu HecRas

(Hydrologic Engineering Center – River Analysis System Ver 4.10).

Bab V hal 6


Bab V hal 7


Gambar 5.4. Skematik Saluran Tali Air untuk Pembuatan Geometri Data

Bab V hal 8


Dari hasil analisis kondisi eksisting dengan debit Q2 maka diperoleh output

sebagai berikut ;

Tabel 5.1. Output Tabel Profil Muka Air Debit Q2 Saluran Tali Air

Bab V hal 9


Tabel 5.2. Output Tabel Profil Muka Air Debit Q1 Saluran Tali Air

Bab V hal 10

Elevasi Tebing SaluranElevasi Muka Air Banjir (Q2)


Gambar 5.5. Grafik Profil Muka Air Debit Q2 Kondisi Eksisting Saluran Tali Air

Bab V hal 11

Elevasi Tebing Saluran

Elevasi Muka Air Banjir (Q1)


Gambar 5.6. Grafik Profil Muka Air Debit Q1 Kondisi Eksisting Saluran Tali Air

Bab V hal 12

3.00

3.80


5.4 Modifikasi Penampang (Normalisasi)

Untuk mengetahui apakah normalisasi yang akan diaplikasikan sudah sesuai

dan aman terhadap debit banjir yang direncanakan maka perlu dianalisis

profil muka air setelah terlebih dahulu dilakukan modifikasi penampang

sesuai rencana normalisasi.

Dalam hal ini, kondisi terakhir di lapangan telah dilakukan normalisasi

sepanjang 700m, yaitu Sta. 0+051,56 sampai dengan gorong-gorong jalan

dan 50.8 m di hilir gorong-gorong jalan yaitu sampai Sta 0+826.38 m.

A. Normalisasi yang sudah dikerjakan dan Pasangan Batu

Eksisting

B. Modifikasi Penampang P.1+000 s/d P.2+750

Sedangkan perbaikan kemiringan saluran dilakukan sebagai berikut ;

1) Kemiringan Ruas 1 sepanjang 350 m (P.0+050 s/d P.0+400),

dengan kemiringan S1 = 0.00703 (Sudah Dilaksanakan)

2) Kemiringan Ruas 2 sepanjang 1800 m (P.0+400 s/d P.2+200)

dengan kemiringan S2 = 0.00245 (Sudah Dilaksanakan

P.0+400 s/d P.0+826,38)

Bab V hal 13


3) Kemiringan Ruas 3 sepanjang 550 m (P.2+200 s/d P.2+758.7)

dengan kemiringan S3 = 0.00098

Berikut adalah perubahan penampang yang diaplikasikan menggunakan

program HecRas pada patok P.0+050 s/d P.0+400, yang ditunjukkan pada

gambar dibawah yaitu penampang sebelum dan sesudah modifikasi.

Bab V hal 14


Gambar 5.7. Modifikasi Penampang sebelum dan sesudah diaplikasikan

Bab V hal 15


Gambar 5.8. Profil Muka Air Setelah Normalisasi ruas 1 (P.0+050 s/d P.0+400) dan normalisasi ruas 1-2 (P.0+050 s/d

P.1+000)

Bab V hal 16


Gambar 5.9. Profil Muka Air Setelah Normalisasi ruas 1-3 (P.0+050 s/d P.2+200) dan normalisasi ruas 1-4 (P.0+050 s/d

P.2+758.7)

Bab V hal 17


Tabel 5.3. Output Tabel Profil Muka Air Debit Q2 Saluran Tali Air setelah Normalisasi (Ruas 1 s/d Ruas 4)

Tabel 5.4. Output Tabel Profil Muka Air Debit Q1 Saluran Tali Air setelah

Bab V hal 18


Normalisasi (Ruas 1 s/d Ruas 4)

5.5 Kesimpulan Hasil Analisis Profil Muka Air

Sesuai hasil analisis, maka saluran Tali Air kondisi eksisting mempunyai

Bab V hal 19


penampang yang tidak beraturan pada beberapa ruas terjadi penyempitan

dan pendangkalan akibat erosi dan sedimentasi. Pada kondisi eksisting

dengan terjadinya debit banjir Q2 maka terjadi luapan banjir pada sebagian

besar ruas bahkan hampir sepanjang saluran Tali Air adalah beresiko banjir.

Diketahui juga adanya pendangkalan di bagian hilir sampai muara dan

kemiringan dasar saluran/sungai tidak beraturan. Sementara kemiringan

dasar saluran atau sungai pada bagian hulu agak curam sedangkan di

bagian hilir cukup landai sehingga menyebabkan terjadinya kenaikan muka

air dan air balik pada ruas transisi (Bottle Neck).

Salah satu upaya dalam penanggulangan luapan banjir adalah dengan cara

memperbaiki kemiringan saluran/sungai dan memperbesar penampang

dengan memperlebar saluran. Sehingga dalam hal ini Saluran Tali Air perlu

dilakukan normalisasi dengan memperlebar dan juga memperbaiki

kemiringannya. Dari hasil analisis rencana normalisasi dengan dimensi dan

kemiringan saluran/sungai seperti yang telah disebutkan di atas, maka

normalisasi dan perbaikan kemiringan saluran tersebut sudah mampu untuk

mengalirkan debit banjir Q2, dengan demikian saluran Tali Air sudah kembali

sesuai kapasitas tampung yang semestinya yaitu sama dengan kapasitas

debit pengaliran kala ulang 2 tahun (Q2).

Bab V hal 20

05 BAb 5 Analisis Hidrolika

Documents

Transcript of 05 BAb 5 Analisis Hidrolika