Studi Hidrolika Aliran Di Sekitar Jembatan Pagerluyung Desa Gedek,Mojokerto Dengan Model Matematik Satu Dimensi

Transkripsi

1 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) Studi Hidrolika Aliran Di Sekitar Jembatan Pagerluyung Desa Gedek,Mojokerto Dengan Model Matematik Satu Dimensi Ahmad Sholahuddin Fayumi, Dr.techn. Umboro Lasminto, ST., MSc. Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya umboro@ce.its.ac.id Abstrak - Studi hidrolika aliran di sekitar rencana Jembatan Pagerluyung di Desa Gedek, Mojokerto ini dilakukan untuk menanggulangi masalah gerusan akibat adanya rencana struktur jembatan lebih tepatnya gerusan di sekitar pilar dan akibat penyempitan penampang sungai. Untuk menanggulangi gerusan tersebut yang bisa mengakibatkan kelongsoran tebing di sekitar rencana jembatan diperlukan bangunan pengendali gerusan pada pilar dan tebing. Metodologi dalam Tugas Akhir ini, pertama kali dilakukan analisa hidrologi, analisa hidrolika, dan desain revertmen (perkuatan lereng). Analisa hidrologi digunakan untuk menentukan debit andalan 80% dengan metode statistic duration curve dan debit rencana dengan metode Gumbel. Analisa hirolika meliputi analisa kapasitas penampang saluran, kecepatan aliran, dan gerusan yang terjadi di pilar jembatan dengan program bantu Hec-Ras, dan perhitungan analitik gerusan terhadap pilar. Desain revertmen meliputi menghitung kestabilan tebing, menentukan struktur pengaman tebing dan pengaman pilar jembatan. Dalam Tugas Akhir ini digunakan bangunan pengaman pasangan batu dengan batu berdiameter rata-rata 15 cm. Penggunaan ini dipertimbangkan karena mudahnya memperoleh material yang tersedia. Diharapkan dengan adanya penanggulangan tersebut kerusakan akibat gerusan di sekitar rencana jembatan dapat diminimalisir sehingga kerugian yang ditimbulkan tidak terjadi. Kata kunci: Gerusan, Pilar, Revetmen, Brantas 1. PENDAHULUAN Dewasa ini pertumbuhan ekonomi menuntut pertumbuhan dan percepatan pemenuhan fasilitas infrastruktur. Salah satu kebutuhan insfrastruktur yang diperlukan adalah kebutuhan akan fasilitas jalan raya, khususnya jalan tol. Rencana pembangunan Jalan Tol Kertosono Mojokerto sebagai lanjutan dari Jalan Tol Surabaya Mojokerto yang merupakan salah satu realisasi kebutuhan infrastruktur jalan tersebut. Alinemen jalan tol Kertosono Mojokerto tersebut memotong kali Brantas, di Desa Gedeg, Mojokerto. Oleh karena itu, direncanakan sebuah jembatan yang melintang di sungai tersebut. Umumnya pada jembatan memerlukan struktur pilar untuk menopangnya. Pilar yang ditanam pada dasar sungai memerlukan kretiria desain. Sehingga bila dasar saluran di sekitar pilar jembatan terjadi scouring (gerusan), maka gerusan tersebut tidak mencapai kedalaman yang membahayakan kestabilan pilar. Karena itu tidak hanya kajian struktur saja yang diperlukan, namun juga diperlukan kajian hidrodinamika aliran sungai dan pengaruh keberadaan struktur jembatan tersebut terhadap aliran sungai. Maka diperlukan adanya analisa scouring pada penampang dan pilar jembatan terhadap aliran sungai di wilayah studi. Setelah mendapatkan kedalaman gerusan yang terjadi, bisa direncanakan bangunan penahan gerusan pada daerah sekitar rencana jembatan. Untuk dapat mencegah atau mengurangi gerusan yang terjadi. Lokasi rencana jembatan yang melintas Sungai Brantas terletak di Desa Gedeg, Kabupaten Mojokerto, seperti ditunjukkan pada gambar 1 berikut ini: LOKASI RENCANA JEMBATAN Gambar 1 Lokasi rencana Jembatan Pagerluyung, Desa Gedek, Mojokerto 2. TUJUAN 1. Mengetahui kondisi eksiting Sungai Brantas di sekitar rencana jembatan. 2. Mengetahui kondisi aliran Sungai Brantas sebelum dan sesudah adanya struktur jembatan dengan Qrencana di sekitar rencana jembatan. 3. Memprediksi kedalaman gerusan yang terjadi disekitar rencana jembatan dengan metode matematik 1 dimensi. 4. Dapat mendesain bangunan penahan gerusan.

2 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) METODOLOGI STA Data Sekunder - Data topografi sungai - Data debit - Long section dan Cross section sungai - Data sedimen Jumlah data (n) adalah sebanyak 751 hari, jadi nn = 751 KK = 1 + 3,3322 llllll751 KK = 10, Interval debit metode statistik duration curve RR KK = 1451 = 131, Analisa Hidrologi Gambar 2 Grafik Duration Curve Kondisi Analisa Hasil Hidrolika Aliran Pemodelan Hec-Ras steady flow Kesimpulan FINI SH Kondisi Setelah Adanya Rencana Jembatan Pemodel an Hec- Ras Scouring Analisa Hasil Kedalaman Scouring Desain Bangunan Riprap Kontrol Stabilitas Perhitung an Manual Scouring 4. HASIL DAN PEMBAHASAN 1. Analisa Hirologi Data maksimum hasil pengukuran diatas adalah sebesar 1482 m 3 /dt dan debit minimum hasil pengukuran diatas sebesar 31 m 3 /dt. Kemudian kita menghitung R, dimana R adalah selisih antara debit maksimum dan debit minimum. RR = = 1451 mm 3 /dddd OK NOT Untuk menentukan besarnya debit dominan 80% dari duration curve tersebut, bisa diperoleh rumus dari trendline: yy = 943ee 0,028xx Dimana yy adalah debit (m 3 /dt) dan xx adalah prosentase, maka: QQ 80 = 943ee 0,028xx80 = 100,495 mm 3 /dddd Untuk menghitung debit periode ulang ini digunakan metode Gumbel. Adapun langkah perhitungan adalah sebagai berikut: Rata-rata debit maksimum yang terjadi setiap bulan XX rrrrrrrr 2 = 714,960 mm 3 /dddd (XX ii XX) 2 = (mm 3 /dddd) 2 Standart deviasi σσ NN = 433, Perhitungan debit periode ulang TT = 2 tttthuuuu 2 YY 2 = llll llll. = 0, Karena harga nn untuk metode Gumbel terbatas sampai 100 saja, maka untuk menghitung nn > 100 digunakan persamaan berikut: 0,366 0,577 KK 2 = = 0,165 1,2825 Debit periode ulang 2 tahun (XX 2) diperoleh dengan persamaan 2.4 XX 2 = 714,960 0, ,604 = 643,622 mm 3 /dddd Tabel 1 Hasil perhitungan debit rencana periode ulang Periode Ulang (tahun) YY TT KK TT XX TT (mm 3 /dddd) 2 0,37-0, , ,50 0, , ,25 1, , ,20 2, , ,90 2, , ,60 3, , Analisa Hidrolika

3 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) Anhsumsi yang digunakan dalam melakukan analisa dengan program bantu Hec-Ras ini adalah: 1. Kondisi sungai yang diamati sama dengan kondisi dari data yang ada. 2. Analisa hanya menggunakan steady flow. 3. Angka koefesien manning yang dipakai sesuai dengan kondisi eksiting sungai. 4. Debit yang digunakan pada tabel Untuk pemodelan scouring akan digunakan debit periode ulang 2, 5, 10, 25, 50, 100 tahun. Pemodelan dilakukan dua kali kondisi, dimana kondisi eksiting sebelum adanya struktur jembatan dan kondisi setelah adanya struktur jembatan. Hasil output dari Hec-Ras untuk debit periode ulang 100 tahun sebagai berikut: Tabel 2 Hasil output profil kondisi eksiting dengan debit banjir periode ulang 100 tahun Profil penampang Elevasi Tinggi Kedalaman Kecepatan minimum muka air rata-rata penampang m m m m/dt m2 A A A P P P P P P upstream downstream P P Tabel 3 Hasil output profilkondisi setelah adanya rencana jembatandengan debit periode ulang 100 tahun Pada tabel 4.2 sampai dengan tabel 4.3 dapat diketahui bahwa terjadi perubahan kecepatan pada profil penampang sungai A1 ke upstream jembatan baru ± 0.10 m/dt dikarenakan terjadi penyempitan (contraction) penampang karena struktur pilar pada jembatan tersebut. 3. Analisa Scouring (Gerusan) Pemodelan menggunakan Hec-Ras dengan data sebagai berikut: Butiran sedimen: 0,13 mm Lebar pilar: 5,5 m Luas Angka Froude Elevasi Tinggi Profil minimum muka air Kedalaman Kecepatan Luas Angka rata-rata penampang penampang Froude m m m m/dt m2 A A upstream jembatan baru downstream jembatan baru P P upstream downstream P P Panjang pilar: 34,60 m Gambar 2 Hasil output gerusan pada Hec-Ras Tabel 4 Kedalaman gerusan pemodelan pada Hec-Ras Kedalaman gerusan juga dihitung dalam perhitungan analitik dengan menggunakan berbagai rumus sebagai berikut: QQ 2 = 643,622 mm 3 /dddd uu 2 = 1,04 mm/dddd γγ ss = γγ dd + γγ ww = 1,3 + 1 = 2,3 tt/mm 3 DDDD = 0,13 mmmm aa = 5,5 mm Cartens, 1996 uu NNNN = NNNN = γγγγ γγ 1 gg. DDDD 1,04 2,3 1 9,8.0,13 1 NNNN = 2,30 5/6 SSSS DD = 0,546 1,64 NNNN2 NNNN 2 5,02 SSSS 5,5 = 0,546 1,64 2,302 2,30 2 5,02 SSSS = 0,18. 5,5 = 1,02 mm 5/6 Alvarez dan Sanches, 1964 SSSS aa = KK uu DDDD 1. KK 2 gg. aa aa SSSS 1,042 = ,5 9,8.5,5 30.0,13 5,5 SSSS = 0,20. 5,5 = 1,09 mm Breauser, 1966 SSSS = 1,4. aa SSSS = 1,4. 5,5 = 7,7 mm Laras, 1963 SSSS = 142. kk. aa 0,75 SSSS = ,5 0,75

4 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) Neil, 1973 SSSS = 509,99cccc 5,1 mm SSSS = kk. aa SSSS = 1,5. 5,5 = 6,85 mm Jadi hasil dari semua perhitungan gerusan dari beberapa metode diatas didapatkan rata-rata yaitu: SSSS = 1,02+1,09+7,7+5,1+6,85 = 21,76/5 = 4,35 m Tabel 5 Kedalaman gerusan perhitungan analitik 4. Analisa Kelongsoran Tanah Tebing Sungai Perhitungan kelongsoran tanah tebing sungai metode irisan bidang luncur bundar. Karena keterbatasan data yang diperoleh, sehingga data tanah pada tebing diasumsikan dengan melihat kondisi tanah yang dominan adalah tanah lanau. Angka kohesi tanah : 3 t/m 2 Berat volume tanah : γγ dd = 1,3 t/m 3 Sudut geser dalam tanah : 34 Tekanan air pori U : γγ ww. h = 1. 6,42 = 6,42t/m 2 Intensitas seismic horizontal ee = 0,15 Kedalaman diukur dari muka air pada saat debit dominan 80% karena debit tersebut sudah mewakili 80% debit yang sering melewati penampang sungai tersebut. Perhitungan kestabilan tanah hanya di hitung pada penampang A1, A2, Jembatan Baru, P5, dan P6. Penampang A1 sisi utara Data kemiringan tebing sungai: nn = 2 : 1 φφ = 24 RR = 13,17 m LL = 21,46 m Sudut kemiringan rata-rata tiap bidang luncur: aa = 16,71 NN = AA. γγ. cos aa = 9,08. 1,3. 0,94 = 11,30 t/m NNNN = AA. γγ. sin aa. ee = 9,08. 1,3. 0,33. 0,15 = 0,51 t/m TT = AA. γγ. sin aa = 9,08. 1,3. 0,33 = 3,93 t/m TTTT = AA. γγ. cos aa. ee = 9,08. 1,3. 0,94. 0,15 = 1,70 t/m UU = uu. bb/ cos aa = ,68/ 0,94 = 17,98 t/m Untuk pias 2 sampai pias 8 digunakan perhitungan yang sama dengan perhitungan pias 1, sehingga diperoleh: ΣNN = 87,05 t/m ΣNNNN = 3,92 t/m ΣTT = 29,13 t/m ΣTTTT = 13,06 t/m ΣUU = 125,90 t/m bb CC = cc. cos aa FFFF = FFFF = = 1,3. 2,68 0,96 = 8 Σ[CC LL + (NN UU NNNN)tttttt ] Σ(TT + TTTT) 8. 21,46 + (87,05 125,90 3,92) 0,67 29, ,06 FFFF = 3,86 Kondisi lereng ini bisa dikatakan stabil karena persyaratan FFFF adalah lebih besar dari 1,2. Tabel 6 Stabilitas tanah tebing sungai Dari tabel diatas dapat disimpulkan bahwa tanah tebing Sungai Brantas yang ditinjau aman dari bahaya kelongsoran. Gambar 3 Bidang longsor A1 sisi utara Luas pias: AA = 9,08 m 2 Lebar masing-masing pias: bb = 2,68 m 5. Perencanaaan Desain Perkuatan lereng Desain perkuatan lereng yang digunakan adalah pasangan batu dengan diameter batu 15 cm kemiringan lereng di sebelah utara 2:1 dan disebelah selatan 3:1 menyesuaikan dengan kondisi lapangan yang ada. Struktur dinding pengaman membentang dari penampang A1 sampai dengan P6 dengan panjang total 160 m di bagian utara dan 160 m di bagian selatan. Dibagi tiap segmen sepanjang 20 m. Struktur dapat dilihat pada gambar 4.34 berikut:

5 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) Jadi WWtotal untuk struktur dinding pengaman bagian selatan adalah 31,60 t/m. ΣHH : 0,5. γγair. h. t = 0, ,42. 6,42 = 13,80 t ΣVV : cc. bb + WW. tttttttt = ,60. 0,67 = 27,17 t/m ΣVV = 2,0 > 1,5.OK ΣHH 13,80 Gambar 4 Struktur dinding pengaman tampak samping Gambar 5 Potongan A-A struktur dinding pengaman Sebagai contoh untuk kontrol kestabilan dinding pengaman, yaitu kontrol geser. Berikut perhitungan kontrol stabilitas geser dinding pengaman: Perhitungan berat struktur: Bagian utara 1. Pasangan batu γγ batu : 2,6 t/m 3 tebal : 0,4 m WW : γγ. a. t = 2, ,4 = 16,64 t/m 2. Pasir urug γγ sirtu : 1,8 t/m 3 tebal : 0,3 m WW : γγ. a. t = 1, ,3 = 8,64 t/m Jadi WWtotal untuk struktur dinding pengaman bagian utara adalah 25,28 t/m. ΣHH : 0,5. γγair. h. t = 0, ,42. 6,42 = 13,80 t ΣVV : cc. bb + WW. tttttttt = ,28. 0,67 = 25,44 t/m ΣVV = 1,84 > 1,5.OK ΣHH 13,80 Bagian selatan 1. Pasangan batu γγ batu : 2,6 t/m 3 tebal : 0,4 m WW : γγ. a. t = 2, ,4 = 20,80 t/m 2. Pasir urug γγ sirtu : 1,8 t/m 3 tebal : 0,3 m WW : γγ. a. t = 1, ,3 = 10,80 t/m Hasil perhitungan diatas menyebutkan bahwa struktur dinding pengaman aman dari stabilitas geser. 5. KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan didapatkan kesimpulan sebagai berikut: 1. Kondisi morfologi sungai di sekitar rencana jembatan yaitu pada profil penampang A2 sampai P8 dominan saluran alami dengan lebar rata-rata 168 m. Pada hilir lokasi studi terdapat checkdam dan juga terdapat struktur Jembatan Pagerluyung Lama. 2. Kondisi aliran sungai dengan debit banjir periode ulang 100 tahun sebelum adanya rencana jembatan terjadi kecepatan rata-rata di sekitar rencana jembatan sebesar 2,25 m/dt dengan kedalaman rata-rata 8,03 m. Sedangkan kondisi sungai setelah adanya rencana jembatan terjadi kecepatan rata-rata di sekitar jembatan sebesar 2,30 m/dt dengan kedalaman rata-rata 8,37 m. Terdapat kenaikan kecepatan aliran sebesar 0,05 m/dt setelah adanya rencana jembatan dan terdapat penurunan kedalaman sebesar 0,34 m. 3. Pada pemodelan Hec-Ras rata-rata total gerusan dengan debit periode ulang 100 tahun yang terjadi akibat adanya pilar dan penyempitan penampang sungai sebesar 7,36 m. Dan pada perhitungan manual, rata-rata gerusan yang terjadi sebesar 6,52 m. 4. Perlindungan gerusan untuk pilar direncanakan menggunakan pasangan batupada tebing sungai. Pada pilar sebelah utara karena struktur pilar menjorok ke dalam sungai sehingga diperlukan perlindungan timbunan tanah pada daerah sekitar pilar, sedangkan pada pilar sebelah selatan hanya perlindungan pada tebing saja. 5. Dimensi batuan pada perlindungan tebing digunakan batuan dengan diameter rata-rata 15 cm. DAFTAR PUSTAKA Departemen Pekerjaan Umum Standart Perencanaan Irigasi. Departemen Pekerjaan Umum Petunjuk Desain Permukaan Jalan. Gary W. Brunner HEC-RAS Reference Manual 4.0. Ir Suyatman Hidrolika Saluran Terbuka. Penerbit Erlangga, Jakarta. Istiarto Modul HEC-RAS Dasar Simple Geometry Rivers.

6 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) Istiarto Modul HEC-RAS Lanjut Junction and Inline Structures. Istiarto Teknik Sipil dan Lingkungan. FT. UGM Yogyakarta. Listya Hery Mularto Aplikasi Program Bantu HEC- RAS dengan Analisa Steady dan Unsteady Flow untuk Pemodelan Muka Air. Nino Jurnal Mekanika Fluida (Macam-Macam Aliran Zat Cair). Salmani, MS, MT Jurnal Perencanaan Bangunan Tebing Terhadap Gerusan. Soewarno Aplikasi Metode untuk Analisa Data, Jilid 1. Penerbit Nova, Bandung. Yaser E. Mostafa JurnalScour Around Single Pile and Pile Group to Waves and Current. Zainal Abidin, SST