PERBANDINGAN GERUSAN LOKAL YANG TERJADI DI SEKITAR ABUTMEN DINDING VERTIKAL TANPA SAYAP DAN DENGAN SAYAP PADA SALURAN LURUS (EKSPERIMEN) TUGAS AKHIR

Transkripsi

1 PERBANDINGAN GERUSAN LOKAL YANG TERJADI DI SEKITAR ABUTMEN DINDING VERTIKAL TANPA SAYAP DAN DENGAN SAYAP PADA SALURAN LURUS (EKSPERIMEN) TUGAS AKHIR Diajukan untuk Melengkapi Syarat Penyelesaiaan Pendidikan Sarjana Teknik Sipil AFRIYANSYAH BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK USU

2 ABSTRAK Gerusan (scouring) merupakan suatu proses alamiah yang terjadi di sungai sebagai akibat pengaruh morfologi sungai atau adanya bangunan air (hydraulic structur). Bangunan seperti abutmen merupakan bagian dari struktur bawah jembatan. Keberadaan abutmen pada aliran sungai menyebabkan perubahan pola aliran sungai. Perubahan pola aliran tersebut akan mengakibatkan terjadinya gerusan lokal di sekitar abutmen. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh bentuk abutmen terhadap potensi gerusan lokal yang terjadi di sekitar abutmen tersebut. Model abutmen yang digunakan adalah bentuk abutmen dinding vertikal tanpa sayap dan abutmen dinding vertikal dengan sayap. Penelitian gerusan di sekitar abutmen dilakukan di Laboratorium Hidraulika Jurusan Teknik Sipil, menggunakan alat flume dengan panjang 8 m, tinggi 0,3 m dan lebar 0,076 m. Penelitian dilakukan dengan pengukuran pola dan kedalaman gerusan disekitar abutmen dengan debit aliran sebesar 0,5 lt/det. Material yang digunakan berupa pasir yang lolos saringan No.8 dan tertahan saringan No.100 dengan nilai d50 = 0.51 mm. Model diuji selama 250 menit untuk setiap kali berlangsung (running). Penelitian menggunakan dua jenis abutmen yaitu abutmen dinding vertikal tanpa sayap dan abutmen dinding vertikal bersayap yang dilakukan dengan kondisi aliran clear water scour. Dari hasil eksperimen yang telah dilakukan didapat bahwa penambahan kedalaman gerusan pada menit-menit awal terjadi sangat cepat dengan kedalaman gerusan bertambah seiring dengan lama waktu pengamatan dan selanjutnya besar penambahan kedalaman gerusan semakin kecil setelah mendekati kondisi kesetimbangan (equilibrium scour depth). Hasil penelitian menunjukan gerusan terbesar pada kedua bentuk abutmen terjadi pada sisi samping depan abutmen bagian hulu. Nilai kedalaman gerusan maksimum pada abutmen dinding vertikal tanpa sayap adalah 1.70 dan lebar gerusan adalah 110 mm, sedangkan untuk abutmen dinding vertikal dengan sayap kedalaman gerusan maksimumnya adalah 1.20 dengan lebar gerusan 90 mm. Bentuk abutmen merupakan faktor yang mempengaruhi kedalaman dan pola dari gerusan. Maka dalam perencanaan konstruksi disarankan agar bentuk abutmen dirancang sebaik mungkin untuk memaksimalkan fungsi dan kemampuannya. Kata kunci : gerusan lokal, pola gerusan dan bentuk abutmen. 2

3 KATA PENGANTAR Alhamdulillah, segala puji syukur bagi Allah SWT yang telah memberi karunia kesehatan dan kesempatan kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. Shalawat dan salam ke atas Baginda Rasulullah Muhammad SAW yang telah memberi keteladanan tauhid, ikhtiar dan kerja keras sehinggga menjadi panutan dalam menjalankan setiap aktifitas kami sehari-hari, karena sungguh suatu hal yang sangat sulit yang menguji ketekunan dan kesabaran untuk tidak pantang menyerah dalam menyelesaikan penulisan ini. Penulisan skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan studi pada Program Studi Strata Satu (SI) Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik. Adapun judul skripsi yang diambil adalah: "PERBANDINGAN GERUSAN LOKAL YANG TERJADI DI SEKITAR ABUTMEN DINDING VERTIKAL TANPA SAYAP DAN DENGAN SAYAP PADA SALURAN LURUS (EKSPERIMEN)" Penulis menyadari bahwa dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini tidak terlepas dari dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada beberapa pihak yang berperan penting yaitu: 1. Bapak Ir. Syahrizal, MT dan Bapak Ivan Indrawan, ST, MT selaku Dosen Pembimbing I dan Pembimbing II, yang telah banyak memberikan bimbingan yang sangat bernilai, masukan, dukungan serta meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam membantu penulis menyelesaikan Tugas Akhir ini. 3

4 2. Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME selaku Dekan Fakultas Teknik. 3. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 4. Bapak Ir. Terunajaya,M.Sc selaku Koordinator Sub Jurusan Sumber Daya Air Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik. 5. Bapak Ir. Jeluddin Daud, M.Eng selaku Dosen Penasehat Akademik Penulis, yang telah banyak memberikan bimbingan yang sangat bernilai, masukan, dukungan serta meluangkan waktu, tenaga dan pikiran serta kesabarannya dalam perjalanan akademik Penulis. 6. Bapak Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia, M.Sc dan Ir. Alferido Malik selaku DosenPembanding, atas saran dan masukan yang diberikan kepada Penulisterhadap Tugas Akhir ini. 7. Kepada keluarga besarku, kedua orangtuaku, Alm Ibunda Rahmawaty Nasution dan Ayahanda Nasrun Syarief, sertaadik-adikku Muhammad Fahrefi Ilhamsyah, Yuliawati dan Muhammad Rifqi Adriansyah, terima kasih untuk perhatian, nasehat, semangat,bantuan, dan kesabaran serta doa yang telah kalian berikan. 8. Bapak/Ibu seluruh staff pengajar Departemen Teknik Sipil FakultasTeknik. 9. Seluruh Pegawai Administrasi Departemen Teknik Sipil FakultasTeknik yang telah memberikan bantuan selamaini kepada penulis. (Kak Lince, Kak Dina, Kak Dewi, Bang Zul, Bang Edidan Bang Amin). 4

5 10. Kawan-kawan seperjuangan angkatan 2009,Kakak senior serta Adik-adik junior 2012 terima kasihatas semangat dan bantuannya selama ini. 11. Serta segenap pihak yang belum penulis sebut disini atas jasajasanyadalam mendukung dan membantu penulis dari segi apapun, sehinggatugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Mengingat adanya keterbatasan-keterbatasan yang penulis miliki, makapenulis menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Olehkarena itu, segala saran dan kritik yang bersifat membangun dari pembacadiharapkan untuk penyempurnaan laporan Tugas Akhir ini. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih dan semoga laporan Tugas Akhir ini bermanfaat bagi para pembaca. Medan, Januari 2016 Penulis, AFRIYANSYAH

6 DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATAPENGANTAR... ii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... xii DAFTAR NOTASI... xiii DAFTAR LAMPIRAN... xvi BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Batasan Penelitian Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Sistematika Penulisan... 6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Sungai Gerusan

7 2.2.1 Pengertian Gerusan Jenis Gerusan Mekanisme Gerusan Faktor yang Mempengaruhi Kedalaman Gerusan Kecepatan Aliran Kedalaman Aliran Ukuran Butiran Bentuk Abutmen Studi Model Persamaan Empiris Bilangan Froude Koefiseien Kekasaran Dasar Persamaan untuk Kedalaman Gerusan Persamaan Froehlich (1987) Persamaan Garde dan Raju (1977) Pola Aliran Transpor Sedimen Awal Gerak Butiran

8 BAB III METODE PENELITIAN Tempat Penelitian Bahan Penelitian Alat Penelitian Alur Pelaksanaan Penelitian Persiapan Peralatan Percobaan Pendahuluan Pelaksanaan Penelitian Analisis Hasil Percobaan BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Pemeriksaan Material Dasar Karakteristik Aliran Aplikasi Program Surfer Perkembangan Kedalaman Gerusan Terhadap Waktu Perkembangan Kedalaman Gerusan Terhadap Waktu pada Abutmen Dinding Vertikal Tanpa Sayap Perkembangan Kedalaman Gerusan Terhadap Waktu pada Abutmen Dinding Vertikal dengan Sayap

9 4.4.3 Perkembangan Kedalaman Gerusan Maksimum Pola Gerusan Pola Gerusan di Sekitar Abutmen Dinding Vertikal Tanpa Sayap Pola Gerusan di Sekitar Abutmen Dinding Vertikal dengan Sayap Pengaruh Bentuk Abutmen terhadap Kedalaman Gerusan Perhitungan Empiris Kedalaman Gerusan Lokal Perhitungan Karakteristik Aliran Perhitungan Kedalaman Gerusan BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA... xvii LAMPIRAN... xviii 9

10 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Skema Klasifikasi Aliran... 8 Gambar 2.2 Mekanisme Gerusan Akibat Pola Aliran Air di Sekitar Abutmen Gambar 2.3 Hubungan Kedalaman Gerusan dengan Waktu Gambar 2.4 Hubungan Kedalaman Gerusan dengan Kecepatan Geser Gambar 2.5 Hubungan Kedalaman Gerusan dengan Kecepatan Aliran Gambar 2.6 Hubungan Koefisien Aliran (Kd) dan Aliran Relatif (Yo/b) dengan Ukuran Relatif (b/d 50 ) Gambar 2.7 Koefisien Simpangan Baku (Kσ) Fungsi Standar Geometri Ukuran Butiran Gambar 2.8 Hubungan η 3 dengan θ Gambar 2.9 Diagram Shield, Hubungan Tegangan Geser Kritis dengan Bilangan Reynold Gambar 3.1 Alat Recirculating Sediment Flume Gambar 3.2 Tampak Atas Abutmen pada Flume Gambar 3.3 Hook and Point Gauge Gambar 3.4 Pintu Air Gambar 3.5 Model Abutmen Dinding Vertikal Tanpa Sayap dan Model Abutmen Dinding Vertikal dengan Sayap Gambar 3.6 Model 3D Abutmen Dinding Vertikal Tanpa Sayap dan Model Abutmen Dinding Vertikal dengan Sayap Gambar 3.7 Tampak Atas Penempatan Titik Pengamatan pada Abutmen

11 Gambar 3.8 Diagram Alur Penelitian Gambar 3.9 Diagram Alur Uji Laboratorium Gambar 4.1 Gradasi Sedimen Gambar 4.2 Data Hasil Penelitian dibuat dalam Format Excel (*.xls) Gambar 4.3 Tampilan Jendela Kerja Surfer Gambar 4.4 Tampilan Menu Worksheet Gambar 4.5 Tampilan Penyimpanan Data Worksheet dalam bentuk *.bln.. 49 Gambar 4.6 Tampilan New DataGrid Gambar 4.7 Tampilan Hasil Konversi dalam Bentuk.grd Gambar 4.8 Tampilan NewContour Map Gambar 4.9 Tampilan Contour dari Data.grd Gambar 4.10 Perkembangan Kedalaman Gerusan Terhadap Waktu Gambar 4.11 Titik Pengamatan pada Abutmen Dinding Vertikal Tanpa Sayap Gambar 4.12 Perkembangan Kedalaman Gerusan Terhadap Waktu Gambar 4.13 Titik Pengamatan pada Abutmen Dinding Vertikal dengan Sayap Gambar 4.14 Perkembangan Kedalaman Gerusan Maksimum Terhadap Waktu Gambar 4.15 Perkembangan Kedalaman Gerusan Maksimum Tiap Jenis Abutmen Terhadap Waktu pada saat t Puncak Gambar 4.16 Pola Koordinat Kontur Gambar 4.17 Kontur Pola Gerusan pada Abutmen Dinding Vertikal Tanpa Sayap

12 Gambar 4.18 Isometri Pola Gerusan pada Abutmen Dinding Vertikal Tanpa Sayap Gambar 4.19 Kontur Pola Gerusan pada Abutmen Dinding Vertikal dengan Sayap Gambar 4.20 Isometri Pola Gerusan pada Abutmen Dinding Vertikal dengan Sayap Gambar 4.21 Kedalaman Gerusan Maksimum pada Abutmen sebagai Fungsi Variasi Bentuk Abutmen

13 DAFTAR TABEL Tabe Koefisien Bentuk Abutmen Tabe Nilai η 1 dan n* untuk Berbagai Diameter Butiran Sedimen Tabe Nilai η 4 untuk Bentuk AbutmenTerhadap Gerusan Tabe Analisa Gradasi Butiran Tabe Karakteristik Aliran Tabe Kedalaman Gerusan pada saat Waktu Puncak Tabe Kedalaman Gerusan Maksimum di Sekitar Abutmen sebagai Fungsi Variasi Bentuk Tabe Perbandingan Hasil Penelitian dengan Penelitian Sebelumnya

14 DAFTAR NOTASI A = Luas penampang aliran (m 2 ) B b C Do Ds d d 50 Fr = Lebar saluran (m) = Lebar abutmen jembatan (m) = Koefisien Chezy = Kedalaman material (m) = Kedalaman gerusan maksimum (m) = Diameter butiran (m) = Diameter butiran, 50 % material lebih kecil dari d 50 (m) = Bilangan Froude g = Percepatan gravitasi (m/s 2 ) Gs h ho K1 K2 Ki Kd Kσ La Q Qc R = Spesific Grafity = Kedalaman aliran (m) = Kedalaman aliran mula-mula (m) = Koefisien bentuk pilar = Koefisien sudut embankment terhadap aliran = Faktor koreksi = Faktor ketinggian aliran = Fungsi dari standar deviasi geometrik ukuran distribusi butiran = Panjang abutmen (m) = Debit aliran (m 3 /s) = Debit aliran kritik (m 3 /s) = Jari-jari hidraulik (m) 14

15 Re S Sc Sf So T t t1 tp U Uc = Bilangan Reynolds = Kemiringan memanjang = Kemiringan kritis = Kemiringan dasar energi = Kemiringan dasar saluran = Waktu total running (s) = Waktu (s) = Waktu seketika, ym=b (s) = Waktu pada saat t puncak (s) = Kecepatan aliran rata-rata (m/s) = Kecepatan kritik (m/s) U* = Kecepatan geser (m/s) U*c ym yme Δ α ν γ = Kecepatan geser kritik (m/s) = Kedalaman maksimum gerusan pada saat t (m) = Kedalaman gerusan maksimum pada saat setimbang (m) = Rapat massa relatif = Perbandingan bukaan (B-L)/B = Viskositas kinematik (m 2 /s) = Berat jenis material dasar ρ = Massa jenis air (kg/m 3 ) σg = Standar geometri τo = Tegangan geser dasar (N/m 2 ) τc = Tegangan geser kritik (N/m 2 ) θ = Parameter Shields 15

16 η* = Eksponen, fungsi ukuran sedimen dan geometri halangan η 1 η 2 η 3 η 4 = Koefisien Garde Raju untuk ukuran sedimen = Perbandingan ukuran pilar = Koefisien Garde Raju untuk sudut datang = Koefisien Garde - Raju terhadap bentuk geometri abutmen 16

17 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Data Hasil Uji Laboratorium Material Dasar. Lampiran 2. Data Perkembangan Kedalaman Gerusan terhadap Waktu pada Abutmen Dinding Vertikal Tanpa Sayap. Lampiran 3. Data Perkembangan Kedalaman Gerusan terhadap Waktu pada Abutmen Dinding Vertikal dengan Sayap. Lampiran 4. Hasil Gerusan pada Abutmen Dinding Vertikal Tanpa Sayap. Lampiran 5. Hasil Gerusan pada Abutmen Dinding Vertikal dengan Sayap. Lampiran 6. Dokumentasi Penelitian. 17