PENINGKATAN KAPASITAS SPILLWAY DENGAN PERUBAHAN BENTUK PUNCAK TIPE DERET TRAPESIUM

Transkripsi

1 digilib.uns.ac.id HALAMAN PERSETUJUAN PENINGKATAN KAPASITAS SPILLWAY DENGAN PERUBAHAN BENTUK PUNCAK TIPE DERET TRAPESIUM Increment of Spillway Capacity by Using Labyrinth Crest Trapezoid Series Type SKRIPSI Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta Disusun Oleh: ENDAH PUTRI NURVIANA I Telah disetujui untuk dipertahankan di hadapan Tim Penguji Pendadaran Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Dosen Pembimbing I Persetujuan: Dosen Pembimbing II Dr. Ir. Mamok Soeprapto R, M. Eng. Ir. Adi Yusuf Muttaqin, MT NIP NIP ii

2 digilib.uns.ac.id HALAMAN PENGESAHAN PENINGKATAN KAPASITAS SPILLWAY DENGAN PERUBAHAN BENTUK PUNCAK TIPE DERET TRAPESIUM Disusun Oleh: ENDAH PUTRI NURVIANA I Telah dipertahankan di hadapan Tim Penguji Pendadaran Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret pada: Hari : Rabu Tanggal : 27 Juli 2011 Susunan Tim Penguji: 1. Dr. Ir. Mamok Soeprapto R, M.Eng (... ) NIP Ir. Adi Yusuf Muttaqin, MT (... ) NIP Ir. JB Sunardi W, M.Si NIP (... ) 4. Ir. Susilowati, MSi NIP (... ) Mengetahui, a.n. Dekan Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Pembantu Dekan I Mengesahkan, Ketua Jurusan Teknik Sipil Kusno Adi Sambowo, ST, MSc, PhD NIP Ir. Bambang Santosa, MT NIP

3 digilib.uns.ac.id v MOTTO Doa, usaha, sabar & ikhlas Hargai dan nikmatilah setiap proses yang sedang kamu jalani untuk meraih segala sesuatu dalam hidupmu, walaupun semua orang tak pernah (mau) tahu akan semua itu

4 digilib.uns.ac.id PERSEMBAHAN iv Terimakasih Ya ALLAH,. Atas nikmat yang selalu Kau beri. Karya kecil ini kupersembahkan kepada: Ibu Bapak Ibu Sri Mulyani & Bapak Prayitno Bapak ibu, Terimakasih atas doa dan sayang buat endah, terimakasih sudah kerja keras banting tulang untuk memenuhi segala kebutuhan endah maafin endah selalu buat ibu ma bapak susah endah sayaaang Ibu Bapak.. Adik-adikQ Dwiky Priyambodo & Roro Gendis Apsari Terimakasih selalu buatq tersenyum CintaQ Apri Rusdi Saputro Yoyo, makasih kamu selalu ada dalam suka dan dukaq jika ada waktu, aku ingin menyelesaikan kisah ini dengan lebih baik dan jika ada waktu, ku ingin waktu itu yang menyatukan kita v

5 digilib.uns.ac.id KATA PENGANTAR Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmat dan hidayah Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan tugas akhir ini. Penyusunan tugas akhir ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana pada Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta. Penulis menyusun tugas akhir dengan judul Peningkatan Kapasitas Spillway dengan Perubahan Bentuk Puncak Tipe Deret Trapesium, Mengetahui perilaku peningkatan aras permukaan air waduk yang terjadi dengan pelimpah (spillway) Ogee dan mengetahui kapasitas peningkatan debit yang melimpah mercu deret trapesium. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa tanpa bantuan dari berbagai pihak penulis sulit mewujudkan laporan tugas akhir ini. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih: 1. Pimpinan Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret 2. Pimpinan Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret 3. Dr. Ir. Mamok Soeprapto R, M. Eng selaku dosen pembimbing I. Terimakasih banyak atas waktu, bimbingan, semangat yang bapak beri pada saya. 4. Ir. Adi Yusuf Muttaqin, MT selaku dosen pembimbing II. Terimakasih banyak atas bimbingannya pada saya. 5. Ir. Budi utomo, MT selaku dosen Pembimbing Akademis. 6. Ir. Agus Hari Wahyudi, MSc selaku Ketua Laboratorium Keairan dan Lingkungan Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. 7. Segenap Dosen Penguji Skripsi. 8. Pak Nyoto selaku laboran Laboratorium Keairan dan Lingkungan Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Terimakasih telah banyak membantu pembuatan alat. Tanpa bapak alat saya ga selesai pak. 9. Sahabatku tercinta Podang Teki Rahayu. Mwach.

6 digilib.uns.ac.id 10. My best friends, Citra Kharisma Putri, Samirta Mayangsari Radityaningsih, Saktia Lesan Dianasari, Vebby Permatasari Subono..Ucapan terima kasih tak cukup menggambarkan rasa terima kasihku pada kalian..senyum, tawa, tangis yang kita lalui semoga mempererat kita menjadi saudara. 11. Teman teman berbagi suka: Abdoel, Agung, Ami, Ardyan, Bambang, Chitra Doni, Hero, Sofyan, Zaky. Terima kasih canda tawa nya selama ini. 12. Teman perjuanganku: Billa, Tiwi..akhirnya kita menyelesaikan skripsi ini. 13. Teman teman satu atap Kos Puri Sanvina dan Grha Anindya terima kasih semangat dan kebersamaan kita selama ini. 14. Semua Teman teman Angkatan 2007, tetap semangat mencapai apa yang kita citacitakan. Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih banyak kekurangan. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi kesempurnaan penelitian selanjutnya. Penulis berharap tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak pada umumnya dan penulis pada khususnya. Surakarta, Juli 2011 Penulis

7 digilib.uns.ac.id DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i LEMBAR PERSETUJUAN... ii LEMBAR PENGESAHAN... iii MOTTO... iv PERSEMBAHAN... v ABSTRAK... vi KATA PENGANTAR... viii DAFTAR ISI... x DAFTAR TABEL... xii DAFTAR GAMBAR... xiii DAFTAR NOTASI... xv BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian... 3 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA & LANDASAN TEORI 2.1 Tinjauan Pustaka Umum Waduk Reservoir Routing Pelimpah (Spillway) Mercu Spillway (Crest) Labyrinth Aliran Flume Landasan Teori Spillway Mercu Ogee Spillway Mercu Deret Trapesium BAB 3 METODE PENELITIAN x

8 digilib.uns.ac.id 3.1 Umum Lokasi Penelitian Peralatan dan Bahan Langkah Penelitian Persiapan Alat Pengamatan dalam Percobaan Pengolahan Data Diagram Alir Tahapan Penelitian BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Alat Ukur Debit Debit Terukur pada Tiap Ketebalan Air Debit pada Tiap Ketebalan Air Pelimpahan Air Mercu Ogee dengan Mercu Deret Trapesium Tipe 1 dan Tipe Analisis Reservoir Routing BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Saran Daftar Pustaka Lampiran A Data Penelitian Lampiran B Dokumentasi Penelitian Lampiran C Kelengkapan Administrasi DAFTAR TABEL xi

9 digilib.uns.ac.id Tabel 4.1 Hasil Pengamatan Debit Ukur Mercu Ogee Tabel 4.2 Perbandingan Q hb dengan Q persamaan pada Mercu Ogee Tabel 4.3 Hasil Pengamatan Debit Ukur Mercu Tipe Deret Trapesium Tipe Tabel 4.4 Perbandingan Q hb dengan Q persamaan pada Mercu Deret Trapesium Tipe Tabel 4.5 Hasil Pengamatan Debit Ukur Mercu Tipe Deret Trapesium Tipe Tabel 4.6 Perbandingan Q hb dengan Q persamaan pada Mercu Deret Trapesium Tipe Tabel 4.7 Cd Mercu Ogee Tabel 4.8 Perbandingan Cd dengan Cd persamaan pada Mercu Ogee Tabel 4.9 Cd Mercu Tipe Deret Trapesium Tipe Tabel 4.10 Perbandingan Cd dengan Cd persamaan pada Mercu Deret Trapesium Tipe Tabel 4.11 Cd Mercu Tipe Deret Trapesium Tipe Tabel 4.12 Perbandingan Cd dengan Cd Persamaan pada Mercu Deret Trapesium Tipe Tabel 4.13 Cd Mercu Ogee dengan Cd Mercu Deret Trapesium Tabel 4.14 Perbandingan Q hb Mercu Ogee Dengan Q hb Mercu Deret Trapesium Tabel 4.15 Perhitungan Outflow Hydrograph Mercu Ogee Tabel 4.16 Outflow Mercu Ogee Tabel 4.17 Hasil Inflow Komulatif dan Outflow Komulatif pada Mercu Ogee Tabel 4.18 Perhitungan Outflow Hydrograph Mercu Deret Trapesium Tipe Tabel 4.19 Outflow Mercu Deret Trapesium Tipe Tabel 4.20 Outflow Mercu Deret Trapesium Tipe Tabel 4.21 Perhitungan Outflow Hydrograph Mercu Deret Trapesium Tipe Tabel 4.22 Outflow Mercu Deret TrapesiumTipe Tabel 4.23 Hasil Inflow Komulatif dan Outflow Komulatif pada Mercu Deret Trapesium Tipe DAFTAR GAMBAR xii

10 digilib.uns.ac.id Gambar 2.1 Perubahan Penyimpanan Selama Periode Routing Δt... 7 Gambar 2.2 Pengembangan Fungsi Storage Outflow, Storage Elevation dan Elevation Outflow... 9 Gambar 2.3 Spillway Terkendali Gambar 2.4 Spillway Tak Terkendali Gambar 2.5 Piano Keys Labyrinth... ` 14 Gambar 2.6 Ortogonal Labyrinth Gambar 2.7 Grafik Koefisien Cd Gambar 2.8 Tampak Atas Mercu Deret Trapesium Gambar 2.9 Tampak Atas dan Potongan A A Mercu Ogee dan Mercu Deret Trapesium Gambar 2.10 Mercu Spillway Tipe Deret Trapesium Gambar 2.11 Nilai Lebar Mercu Deret Trapesium Gambar 3.1 Flume Gambar 3.2 Mercu Deret Trapesium Tipe Gambar 3.3 Mercu Deret Trapesium Tipe Gambar 3.4 Spillway Tipe Ogee dan Spillway Tipe Deret Trapesium Gambar 3.5 Stopwatch Gambar 3.6 Mistar Ukur Gambar 3.7 Aliran Melalui Spillway Mercu Ogee Gambar 3.8 Aliran Melalui Spillway Modifikasi Gambar 3.9 Diagram Alir Tahapan Penelitian Gambar 4.1 Tampak Atas dan Potongan A A spillway Ogee Gambar 4.2 Flume dengan Spillway Mercu Ogee Gambar 4.3 Hubungan Ketebalan Air dengan Debit Terukur Mercu Ogee Gambar 4.4 Tampak Atas Mercu Deret Trapesium Tipe Gambar 4.5 Tampak Atas dan Potongan A A spillway Mercu Deret Trapesium Tipe Gambar 4.6 Flume dengan Spillway Deret Trapesium Tipe Gambar 4.7 Hubungan Ketebalan Air dengan Debit Terukur Mercu Deret Trapesium Tipe Gambar 4.8 Tampak Atas Mercu Deret Trapesium Tipe xiii

11 digilib.uns.ac.id Gambar 4.9 Tampak Atas dan Potongan A A spillway Mercu Deret Trapesium Tipe Gambar 4.10 Flume Untuk Spillway Deret Trapesium Tipe Gambar 4.11 Hubungan Ketebalan Air dengan Debit Terukur Mercu Deret Trapesium Tipe Gambar 4.12 Hubungan Cd dengan H Hulu pada Mercu Ogee Gambar 4.13 Hubungan Cd dengan H Hulu pada Mercu Deret Trapesium Tipe Gambar 4.14 Hubungan Cd dengan H Hulu pada Mercu Deret Trapesium Tipe Gambar 4.15 Perbandingan Cd Mercu Ogee dengan Cd Mercu Deret Trapesium Tipe 1 dan Cd Mercu Deret Trapesium Tipe Gambar 4.16 Perbandingan Q hb Mercu Ogee dengan Q hb Mercu Deret Trapesium Tipe 1 dan Q hb Mercu Deret Trapesium Tipe Gambar 4.17 Nilai H terhadap (2s/ t)+q Mercu Ogee Gambar 4.18 Nilai t terhadap Debit Mercu Ogee Gambar 4.19 Nilai t terhadap Inflow Komulatif dan Outflow Komulatif Mercu Ogee Gambar 4.20 Nilai H terhadap Besaran (2s/ t)+q Mercu Deret Trapesium Tipe 1 60 Gambar 4.21 Nilai t terhadap Debit Mercu Deret Trapesium Tipe Gambar 4.22 Nilai t terhadap Inflow Komulatif dan Outflow Komulatif Mercu Deret Trapesium Tipe Gambar 4.23 Nilai H terhadap Besaran (2s/ t)+q Mercu Deret Trapesium Tipe Gambar 4.24 Nilai t terhadap Debit Mercu Deret Trapesium Tipe Gambar 4.27 Nilai t terhadap Inflow Komulatif dan Outflow Komulatif Mercu Deret Trapesium Tipe DAFTAR NOTASI v Kecepatan aliran (m/dt) xiv µ Kekentalan dinamik υ Kekentalan kinematik (m 2 /dt)

12 digilib.uns.ac.id ρ Rapat massa fluida A Luas penampang (m 2 ) b Lebar mercu (cm) Cd Koefisien debit g Percepatan gravitasi (cm/dt 2 ) h Tebal pengaliran di atas peluap (m) h Tinggi air di hulu mercu (cm) h d I K,n Q Re S Se So S W t U Tinggi energi rencana di atas mercu Inflow (m 3 /dt) Parameter untuk berbagai kemiringan hilir Debit (m 3 /dt) Bilangan Reynolds Storage (m 3 /dt) Kemiringan energi Kemiringan saluran Kemiringan muka air Tebal ambang peluapan searah aliran (m) Kecepatan rata rata (m 2 /dt) V Volume air (cm 3 ) X,Y Koordinat permukaan hilir Δt Interval waktu (dt) xv

13 digilib.uns.ac.id BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah Air merupakan sumberdaya alam karunia Tuhan Yang Maha Esa yang tidak akan pernah habis dan selalu terbarukan. Hal ini disebabkan karena air mengikuti siklus hidrologi. Siklus hidrologi merupakan proses yang dilalui air dari atmosfer ke muka bumi dan kembali lagi ke atmosfer. Evaporasi dari tanah, laut, atau air permukaan terkondensasi membentuk awan yang selanjutnya menjadi hujan yang jatuh ke permukaan bumi. Siklus hidrologi sangat dipengaruhi oleh iklim, dan secara tidak langsung dipengaruhi oleh aktivitas manusia. Oleh karena itu, keberadaan air di bumi dalam skala jumlah, agihan, dan waktu berbeda. Dalam beberapa tahun terakhir terjadi fenomena alam berupa climate change (perubahan iklim). Climate change ditandai dengan adanya perubahan temperatur dan curah hujan. Perubahan temperatur ini akan menyebabkan perubahan variabel atmosfer lainnya, yang pada akhirnya akan menyebabkan perubahan pola hujan dalam skala ruang, waktu, dan besaran (Agustin, 2010). Besarnya intensitas hujan di Indonesia berbeda-beda di tiap daerah. Perbedaan besarnya intensitas hujan dan waktu kejadiannya akan berpengaruh dalam perencanaan berbagai macam bangunan air. Penentuan besarnya intensitas hujan didasarkan pada besarnya jumlah curah hujan per satuan waktu atau intensitas curah hujan. Pada umumnya hujan yang lama intensitasnya kecil. Sedang hujan yang deras umumnya terjadi dalam waktu yang relatif pendek (Agustin, 2010). Untuk menentukan besaran hujan dalam berbagai waktu di daerah tertentu, diperlukan analisis yang meliputi commit waktu, luas to user areal, dan ketinggian curah hujan. 1

14 digilib.uns.ac.id 2 Waduk merupakan salah satu tampungan aliran air. Air yang masuk ke waduk berbeda-beda sesuai dengan intensitas hujan. Adanya perbedaan intensitas tersebut, menyebabkan aliran masuk waduk tidak menentu. Jika intensitas hujan meningkat menyebabkan aras (level) muka air waduk naik secara cepat. Keadaan ini harus dihindari karena dapat membahayakan konstruksi bendungan. Untuk menghindari kerusakan konstruksi bendungan diperlukan kapasitas pelimpah (spillway) yang cukup memadai. Pelimpah yang dibangun biasanya direncanakan berdasarkan debit rencana pada besaran tertentu. Namun dengan adanya peningkatan intensitas hujan sangat dimungkinkan kapasitas spillway yang ada kurang memenuhi, sehingga kenaikan aras muka air lebih cepat dari yang diperkirakan. Kenaikan aras muka air secara cepat ini belum diantisipasi sehingga aras muka air dapat mencapai puncak tubuh bendungan secara cepat dan pada akhirnya dapat menimbulkan kerusakan total. Untuk mengantisipasi kenaikan yang begitu cepat diperlukan peningkatan kapasitas spillway yang ada. Dalam penelitian ini kapasitas tersebut dicoba dengan labyrinth crest bentuk trapesium. Secara teoritis, crest ini dapat memiliki kapasitas debit yang besar karena memiliki lebar lintasan air yang besar. Percobaan ini dilakukan di laboratorium dengan menggunakan flume dengan spillway jenis mercu deret trapesium. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang masalah maka dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut: 1) Bagaimana perilaku peningkatan aras muka air waduk yang terjadi pada spillway (pelimpah) Ogee? 2) Apakah model spillway deret trapesium dapat mengalirkan air yang lebih banyak daripada spillway Ogee?

15 digilib.uns.ac.id Batasan Masalah Batasan-batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1) Aliran pada saluran air dianggap seragam dan tetap (steady uniform flow). 2) Dasar saluran air dianggap kedap air dan pengaruh rembesan air diabaikan. 3) Tidak ada perubahan kemiringan flume. 4) Penelitian dilakukan dengan menggunakan Flume yang menjadi model saluran air dengan penampang 30x 30 cm 2 dan panjang 180 cm. 5) Spillway dibuat 2 bentuk yaitu bentuk mercu Ogee dan bentuk mercu deret trapesium yang masing-masing ukuran lebarnya 18 cm. 6) Hasil pengukuran volume hydraulic bench dan pengukuran waktu oleh stop watch dianggap benar. 1.4 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah: 1) Mengetahui perilaku aliran yang terjadi dengan pelimpah Ogee. 2) Mengetahui kapasitas peningkatan debit yang melimpah dengan mercu deret trapesium. 1.5 Manfaat Penelitian Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut: 1) Praktis Memberi informasi untuk mengatasi kenaikan aras muka air waduk yang dapat membahayakan tubuh bendungan. 2) Teoritis Menambah khasanah ilmu pengetahuan khususnya dibidang Sumberdaya Air.

16 digilib.uns.ac.id BAB II TINJAUAN PUSTAKA & LANDASAN TEORI 2.1 Tinjauan Pustaka Umum Trenberth dkk. (1995) menyatakan bahwa perubahan iklim didefinisikan sebagai perubahan pada iklim yang dipengaruhi oleh aktivitas manusia. Perubahan iklim global disebabkan karena peningkatan jumlah karbon dioksida (CO 2 ) dan Metana (CH 4 ) di atmosfer. Perubahan iklim memperlihatkan variasi abnormal dari iklim bumi dan selanjutnya mempengaruhi curah hujan dan suhu udara. Untuk wilayah Asia Tenggara, terjadi kenaikan suhu sekitar 2,5-4 ºC dengan kisaran 2-6 ºC dan curah hujan yang lebih banyak (Sulistyowati, 2006). Perubahan iklim telah menyebabkan fluktuasi curah hujan tinggi dan mengubah pola distribusi hujan dengan kecenderungan daerah yang basah semakin basah, dan daerah yang kering semakin kering. Di negara dengan empat musim, siklus musim (seasonal cycle) telah terpengaruh oleh perubahan iklim yang ditandai dengan meningkatnya intensitas hujan pada musim dingin, berkurangnya hujan di musim panas, dan peningkatan suhu (Dunne dkk., 2008). UNDP-Indonesia (2007) menyatakan bahwa ada kecenderungan sebagian wilayah Indonesia, terutama wilayah yang terletak di sebelah selatan katulistiwa, dapat mengalami musim kemarau yang lebih panjang dan musim hujan yang lebih pendek dengan perubahan pola hujan yang cukup drastis. Hujan rerata tahunan menunjukkan peningkatan sebesar 7% selama satu dekade, dikarenakan meningkatnya intensitas hujan pada bulan Oktober sampai Maret dan menurunnya intensitas hujan selama commit Juli sampai to user September. 4

17 digilib.uns.ac.id 5 Waduk merupakan salah satu tampungan air. Air yang masuk ke waduk berbedabeda sesuai dengan intensitas hujan. Adanya perbedaan intensitas tersebut, menyebabkan aliran masuk waduk tidak menentu. Jika intensitas hujan meningkat menyebabkan aras air waduk naik secara cepat. Kondisi ini membahayakan tubuh bendungan jika kapasitas pelimpah tidak mampu menurunkan aras muka air secara tepat waktu Waduk Waduk adalah tampungan air sediaan untuk berbagai kebutuhan. Waduk dibangun dengan cara membuat bendungan, kemudian dialiri air sampai waduk tersebut penuh. Bendungan atau dam adalah konstruksi yang dibangun untuk menahan laju air, sehingga puncak aliran turun. Selain itu, waduk dapat memiliki fungsi dan manfaat lain. Menurut Erman Mawardi (2006), bendungan terdiri dari beberapa komponen, yaitu: 1. Badan bendungan (body of dams) Adalah tubuh bendungan yang berfungsi sebagai penghalang air. 2. Pondasi (foundation) Adalah bagian dari bendungan yang berfungsi untuk menjaga kekuatan konstruksi bendungan. 3. Pintu air (gates) Digunakan untuk mengatur keluarnya air untuk segala keperluan. Bagian yang penting dari pintu air adalah: a. Daun pintu (gate leaf) Adalah bagian dari pintu air yang menahan tekanan air dan dapat digerakkan untuk membuka, mengatur, dan menutup aliran air. b. Rangka pengatur arah gerakan (guide frame) Adalah alur dari baja atau besi yang dipasang masuk ke dalam beton, digunakan untuk menjaga agar gerakan daun pintu sesuai dengan yang direncanakan.

18 digilib.uns.ac.id 6 c. Angker (anchorage) Adalah baja atau besi yang ditanam di dalam beton dan digunakan untuk menahan rangka pengatur arah gerakan, agar dapat memindahkan muatan dari pintu air ke dalam konstruksi beton. d. Hoist Adalah alat untuk menggerakkan daun pintu air agar dapat dibuka dan ditutup dengan mudah. 4. Bangunan pelimpah (spillway) Adalah bangunan beserta instalasinya untuk mengalirkan air yang masuk ke dalam waduk agar tidak membahayakan keamanan bendungan. Bagianbagian penting dari bangunan pelimpah: a. Saluran pengarah dan pengatur aliran (controle structures) Digunakan untuk mengarahkan dan mengatur aliran air agar kecepatan aliran datang kecil tetapi debit airnya besar. b. Saluran pengangkut air Makin tinggi bendungan, makin besar perbedaan antara aras muka air tertinggi di dalam waduk dengan aras muka air sungai di sebelah hilir bendungan. Apabila kemiringan saluran pengangkut debit air dibuat kecil, maka ukurannya akan sangat panjang dan berakibat bangunan menjadi mahal. Oleh karena itu, kemiringannya terpaksa dibuat besar, dengan sendirinya disesuaikan dengan keadaan topografi setempat. c. Bangunan peredam energi (energy dissipator) Digunakan untuk meredam energi air agar tidak merusak bagian saluran dan bagian hilir saluran pengangkut air. Dengan adanya bendungan maka ada tampungan air. Jumlah tampungan air waduk tergantung dari inflow yang tergantung pada intensitas air hujan yang ada. Intensitas hujan juga dapat menaikan aras muka air di waduk. Untuk mengurangi peningkatan aras muka air waduk, spillway harus mampu melimpahkan air yang berada di atas mercu spillway. Untuk mengetahui kinerja sebuah waduk dilakukan analisis reservoir routing.

19 digilib.uns.ac.id Reservoir Routing Reservoir Routing adalah proses untuk memperhitungkan aliran keluar (outflow hidrograph) dari sebuah reservoir, berdasarkan aliran masuk (inflow hidrograph) dan karakteristik aliran keluar melalui bangunan pelimpah. Horison waktu dibagi menjadi interval durasi Δt, diindeks oleh j, yaitu, t=0, Δt, 2Δt,..., j Δt, (j+1) Δt,,dan persamaan kontinuitas terintegrasi atas setiap interval waktu, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.1. Menurut Chow dkk. (1988), reservoir routing dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan dan pendekatan sebagai berikut: t 礠 8螸 礠 t Dengan: t t ds = Storage (m 3 /dt) I(t) = Inflow (m 3 /dt) Q(t) = Debit Outflow (m 3 /dt) Δt = Interval waktu (dt) 礠 (2.1) inflow outflow time time Sumber: Chow (1988) Gambar 2.1 Perubahan Penyimpanan Selama Periode Routing Δt.

20 digilib.uns.ac.id 8 Nilai arus masuk tersebut pada awal dan akhir dari interval waktu ke j-th adalah IJ dan Ij+1, dan nilai-nilai yang keluar adalah Qj dan Qj+1. Dalam hal ini baik inflow maupun outflow, diukur sebagai data sampel. Jika variasi masuk dan keluar selama interval mendekati linear, perubahan dalam penyimpanan lebih dari interval, Sj Sj+1, dapat ditemukan dengan menulis ulang persamaan sebagai berikut: 8螸 j+1 S j = Δt (2.2) Dengan: 8螸 j+1, S j = Storage (m 3 /dt) j+1, I j = Inflow (m 3 /dt) j+1, Q j = Debit Outflow (m 3 /dt) Nilai Q j dan S j diketahui pada interval waktu ke-j dari perhitungan selama selang waktu sebelumnya. Oleh karena itu, Persamaan (2.2) berisi dua variabel yang diketahui, yaitu Q j+1 dan S j+1. Persamaan (2.2) dapat juga ditulis dalam bentuk persamaan sebagai berikut: t 1 1 t (2.3) Ilustrasi mengenai outflow ditampilkan pada Gambar 2.2. Untuk menghitung outflow, Q j+1 dari Persamaan (2.3), diperlukan fungsi storageoutflow dan Q. Metode untuk mengembangkan fungsi ini menggunakan hubungan elevasi, volume, outflow yang ditampilkan dalam Gambar 2.2. Hubungan antara elevasi air permukaan dan waduk dapat diturunkan dengan planimetering peta topografi atau dari survei lapangan. Hubungan elevasi debit diperoleh dari persamaan hidrolik sesuai dengan jenis spillway. Nilai Δt diambil sebagai interval waktu hidrograf inflow. Untuk nilai elevasi air permukaan tertentu, nilai-nilai penyimpanan S dan debit Q ditentukan (bagian (a) dan (b) dalam Gambar 2.2). Nilai 2s/Δt+Q dapat dihitung dan untuk selanjutnya diplot pada grafik. Sumbu horizontal dengan nilai arus perpindahan Q pada sumbu vertikal (bagian (c) dalam Gambar 2.2).

21 digilib.uns.ac.id 9 outflow outflow (b) Water surface elevation (c) Storage-outflow function storage Water surface elevation (a) Sumber: Chow (1988) Gambar 2.2 Pengembangan Fungsi Storage-Outflow, Storage-Elevation dan Elevation-Outflow. Dalam penelusuran aliran melalui selang waktu j, semua persyaratan di sisi kanan Persamaan (2.3) diketahui, sehingga dapat dihitung. Nilai dari Qj+1 t dapat ditentukan dari fungsi volume-outflow 2s/Δt+Q lawan Q, baik secara grafis atau dengan interpolasi linear dari nilai Q. Untuk mengatur data yang dibutuhkan pada interval waktu berikutnya, nilai dihitung dengan persamaan: t t t 2 (2.4) Perhitungan ini kemudian diulang untuk periode penelusuran aliran berikutnya.

22 digilib.uns.ac.id Pelimpah (Spillway) Pelimpah (Spillway) adalah suatu struktur yang digunakan untuk mengalirkan air yang ada di atas mercu ke daerah hilir. Spillway meloloskan banjir, sehingga air tidak melampaui tanggul atau tubuh bendungan. Fungsinya untuk menghindari kerusakan bendungan. Air yang melimpah melalui spillway mempunyai kecepatan jatuh yang besar. Oleh sebab itu kecepatan aliran harus dikurangi sebelum memasuki saluran yang berada di hilirnya. Sifat-sifat hidrolik saluran alam biasanya sangat tidak menentu, sedangkan sifat- sifat hidrolik pada saluran buatan dapat diatur menurut keinginan atau dirancang untuk tujuan tertentu. Menurut Rowan (2010), jenis spillway dapat dibedakan menjadi: 1) Spillway Terkendali Spillway terkendali memiliki struktur mekanik atau pintu air untuk mengatur laju aliran air, seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.3. Desain ini memungkinkan mengatur aras muka air waduk yang akan digunakan untuk penyimpanan air sepanjang tahun, dan saat banjir pintu air dioperasikan untuk pengendalian banjir daerah hilir. Sumber: Rowan (2010) Gambar commit 2.3 Spillway to user Terkendali

23 digilib.uns.ac.id 11 2) Spillway Tidak Terkendali Spillway tidak terkendali tidak memiliki pintu, seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.4. Ketika air naik di atas puncak spillway air dari waduk mulai mengalir. Semua volume penyimpanan dalam waduk di atas puncak spillway hanya dapat digunakan untuk penyimpanan sementara air banjir, sehingga waduk sebagai pengendali banjir dapat berfungsi dengan baik. Sumber: Rowan (2010) Gambar 2.4 Spillway Tak Terkendali Spillway dirancang berdasarkan hujan rencana. Adanya climate change berpengaruh pada peningkatan aras muka air di waduk. Sehingga perlu dikaji kapasitas alir spillway yang dipasang. Peran spillway dalam melimpahkan air cukup besar, apabila kapasitas spillway ditingkatkan kemungkinan fungsi pengendalian banjir berkurang. Disisi lain, peningkatan kapasitas spillway bisa mengurangi laju permukaan air, sehingga tubuh bendungan aman dari overtoping. Dalam penelitian ini digunakan spillway tidak terkendali dengan bentuk Ogee dan bentuk mercu deret trapesium Mercu Spillway (Crest) Mercu spillway adalah bagian teratas spillway dimana aliran dari hulu dapat melimpah ke hilir. Fungsinya sebagai pelimpah aliran air waduk. Letak mercu

24 digilib.uns.ac.id 12 spillway bersama tubuh spillway diusahakan tegak lurus arah aliran masuk spillway agar aliran yang menuju spillway terbagi rata. Bentuk puncak pelimpah dibagi menjadi: 1) Pelimpah ambang tipis (tajam) Pelimpah disebut pelimpah ambang tipis bila arus yang terjadi tidak menempel pada ambang atau dengan batasan t<0,5 h, dengan t adalah tebal ambang peluapan searah aliran, dan h sebagai tinggi pengaliran di atas peluap. 2) Pelimpah ambang lebar Disebut pelimpah ambang lebar bila arus yang terjadi menempel pada ambang atau t>0,66 h. Beberapa jenis spillway yang sudah digunakan di Indonesia, menurut Suyono (2007) sebagai berikut: 1) Tipe spillway Ogee dengan pintu digunakan di: a. Bendungan Cirata (Kabupaten Purwakarta) b. Waduk Gajah Mungkur (Kabupaten Wonogiri) c. Bendungan Selorejo (Kabupaten Malang) d. Bendungan Wlingi (Kabupaten Blitar) e. Bendungan Sengguruh (Kabupaten Malang) 2) Tipe spillway Ogee tanpa pintu digunakan di: a. Waduk Darma (kabupaten kuningan) b. Bendungan Penjalin (Kabupaten Brebes) c. Bendungan Cacaban (Kabupaten Tegal) d. Bendungan Nglangon (Kabupaten Purwodadi) e. Bendungan Kedung Ombo (Jawa Tengah) f. Bendungan Sempor (Kabupaten Kebumen) g. Bendungan Wadaslintang (Kabupaten Wonosobo) h. Bendungan Song Putri (Kabupaten Wonogiri) i. Bendungan Palasari (Bali)

25 digilib.uns.ac.id 13 3) Tipe spillway morning glory digunakan di: a. Bendungan Cileunca (Kabupaten Bandung) b. Bendungan Cipanunjang (Kabupaten Bandung) c. Bendungan Jatiluhur (Kabupaten Purwakarta) Labyrinth Bentuk mercu Ogee sangat banyak digunakan. Untuk meningkatkan kapasitas debit pelimpahan air umumnya digunakan mercu labyrinth. Mercu labyrinth sering digunakan untuk mengendalikan tumpahan, karena labyrinth akan melimpahkan aliran yang lebih besar pada saat yang sama ketika melimpah pada bentuk mercu Ogee (Tullis, 1995). Pada umumnya labyrinth ini dibuat dengan dinding vertikal. Dinding vertikal dari labyrinth tersebut dapat dibangun dengan mudah tetapi labyrinth memiliki kelemahan, yaitu: 1) Dinding vertikal tidak menguntungkan bagi aliran muatan besar. 2) Memerlukan perkuatan yang memadai. Tullis (1995) mengatakan sejak tahun 2000, kajian dan tes model untuk desain labyrinth telah dibuat di Aljazair, Cina, Prancis, India, Swiss dan Vietnam. Desain mencoba mengoptimalkan efisiensi struktural dan ekonomi. Lebih dari 100 bentuk dipelajari dan banyak solusi, tetapi yang paling menguntungkan yaitu desain yang didasarkan pada dua prinsip berikut: 1) Dinding memiliki bentuk persegi panjang yang mirip dengan tuts piano (piano keys), jadi diberi nama Piano Keys (PK). Bentuk PK ditampilkan pada Gambar 2.5.

26 digilib.uns.ac.id 14 Sumber: hydrocoop.org (2010) Gambar 2.5 Piano Keys labyrinth 2) Dinding ortogonal untuk aliran cenderung menguntungkan terutama untuk pembuangan besar. Bentuk ortogonal labyrinth ditampilkan pada Gambar 2.6. Sumber: Erman Mawardi (2006) Gambar 2.6 Ortogonal Labyrinth Aliran Flume Secara umum, saluran air terbagi menjadi dua yaitu saluran tertutup dan saluran terbuka. Saluran pada flume merupakan saluran terbuka. Pengaliran saluran terbuka dipengaruhi oleh gravitasi.

27 digilib.uns.ac.id 15 Saluran terbuka dapat digolongkan menjadi dua, yaitu saluran alami dan saluran buatan. Sifat hidrolis saluran alami sangat tidak menentu. Sehingga dalam analisis perlu pengalaman dan pemahaman yang baik mengenai anggapan-anggapan yang digunakan. Sedangkan saluran buatan adalah saluran yang dibuat dan direncanakan oleh manusia. Saluran irigasi adalah salah satu contoh saluran buatan. Debit aliran adalah jumlah air per satuan waktu yang dapat diperoleh dari hasil perkalian antara luas penampang basah saluran dengan kecepatan rerata atau dapat dinyatakan: Q = V. A (2.5) Dengan: Q = Debit (m 3 /dt) V = Kecepatan rerata (m 2 /dt) A = Luas penampang basah (m 2 ) Bila ditinjau berdasarkan perubahan kedalaman dan kecepatan aliran, maka aliran dibedakan menjadi: 1) Aliran tetap (Steady Flow) Aliran tetap (Steady Flow) terjadi apabila kedalaman, luas penampang, kecepatan dan debit pada setiap penampang saluran adalah sama selama jangka waktu tertentu. Aliran tetap memiliki kemiringan saluran (So), kemiringan muka air (S W ), dan kemiringan energi (Se) sama. Pada keadaan aliran tetap, berlaku Hukum Kontinuitas. Aliran tetap memiliki sifat: a) aliran seragam (uniform flow) terjadi bila kecepatan aliran tidak berubah dan kedalaman saluran sama pada setiap penampang, keadaan ini terjadi pada saluran laboratorium atau saluran irigasi. b) aliran tak seragam (non uniform flow) adalah aliran dimana kedalaman tidak sama pada setiap penampang. Non uniform flow/varied flow digolongkan pada dua keadaan yaitu: a. Gradually varied flow terjadi pada saluran akibat pembendungan atau pada gelombang banjir.

28 digilib.uns.ac.id 16 b. Rapidly varied flow terjadi pada loncatan air atau pada penyempitan bukaan pintu. 2) Aliran tak tetap (Unsteady Flow) Aliran tak tetap (Unsteady Flow) terjadi apabila kedalaman atau kecepatan aliran yang terjadi selalu berubah. Pada keadaan aliran tidak tetap, berlaku Hukum Kontinuitas. Aliran tidak tetap memiliki sifat: a) aliran seragam (uniform flow) terjadi bila kecepatan aliran tidak berubah dan kedalaman saluran sama pada setiap penampang, keadaan ini terjadi pada saluran laboratorium, saluran irigasi. b)sebaliknya, bila kedalaman tidak sama pada setiap penampang disebut aliran tak seragam (non uniform flow). Non uniform flow/varied flow digolongkan pada dua keadaan yaitu: a. Gradually varied flow adalah aliran berubah sedikit demi sedikit di sepanjang aliran, sehingga lengkung garis aliran dianggap lurus. b. Rapidly varied flow adalah aliran yang terjadi bila kedalaman aliran berubah secara tiba-tiba. 2.2 Landasan Teori Spillway Mercu Ogee Banyak spillway menggunakan tipe mercu Ogee. Mercu Ogee adalah sebuah mercu bendung yang memiliki bentuk tirai. Oleh karena itu, mercu ini tidakakan memberikan tekanan sub atmosfir pada permukaan mercu sewaktu bendungmengalirkan air pada debit rencana. Untuk debit rendah, air akan memberikan tekanan ke bawah pada mercu. Untuk merencanakan permukaan mercu Ogee bagian hilir, Direktorat Jenderal Pengairan (1986) telah mengembangkan persamaan berikut: = (2.8) Dengan : X,Y = koordinat permukaan hilir

29 digilib.uns.ac.id 17 h d k,n = tinggi energi rencana di atas mercu = parameter untuk berbagai kemiringan hilir Persamaan antara tinggi energi dan debit untuk bendung tipe Ogee (Direktorat Jenderal Pengairan, 1986) adalah sebagai berikut:..., (2.9) Dengan: Q =Debit (cm 3 /dt) Cd =Koefisien debit (=C 0 C 1 C 2 ) C 0 = Konstanta (=1,30) C 1 = Fungsi p/h d dan H 1 /h d (Gambar 2.7) C 2 = Faktor koreksi untuk permukaan hulu (=1) g = Percepatan gravitasi (cm/dt 2 ( 981)) b = Lebar mercu (cm) H = Tebal air di hulu mercu (cm) Grafik fungsi p/h d dan H 1 /h d ditunjukan pada Gambar 2.7. Sumber: Direktorat Jenderal Pengairan (1986) Gambar 2.7 Grafik Koefisien Cd

30 digilib.uns.ac.id Spillway Tipe Deret Trapesium Dalam upaya meningkatkan kapasitas spillway, para ahli telah mengembangkan teori dan modifikasi terhadap mercu Ogee. Taylor (1970) mencoba mengubah bentuk puncak yang biasanya menggunakan mercu Ogee dengan menggunakan bentuk mercu segitiga. Berdasarkan percobaan tersebut, selanjutnya Hay dan Taylor (1970) mengadakan percobaan dengan bentuk trapesium. Seperti halnya mercu Ogee, mercu tipe deret trapesium juga dapat dipakai untuk mengatur aras muka air. Pengaturan aras muka air dengan bentuk tersebut didasarkan pada upaya pencegahan terjadinya fluktuasi yang besar. Hal ini dapat dicapai karena bentuk trapesium mempunyai lebar bukaan atau lintasan air lebih besar dibanding dengan bentuk Ogee. Tinggi ambang pelimpah dibuat sama dengan tinggi ambang pelimpah asli. Dengan mercu tipe trapesium, aras muka air waduk dapat dijaga agar fluktuasi aras muka air waduk sekecil mungkin. Secara kasar, kapasitas debit yang dihasilkan mercu ini dapat mencapai 200% dibanding mercu Ogee. Untuk sketsa bentuk spillway tipe deret trapesium ditunjukan pada Gambar 2.8, Gambar 2.9, dan Gambar Gambar 2.8 Tampak Atas Mercu Deret Trapesium

31 digilib.uns.ac.id 19 Gambar 2.9 Tampak Atas dan Potongan A-A Mercu Ogee dan Mercu Deret Trapesium Sumber:mcdlifesciences.com (2010) Gambar 2.10 Mercu Spillway Tipe Deret Trapesium Persamaan untuk memperkirakan debit yang mengalir melalui spillway menurut Tullis (2008) adalah:. 2.., (2.10)

32 digilib.uns.ac.id 20 dengan: Q = debit (cm 3 /dt) Cd = koefisien debit = 0,1714 ln (H/P) + 0,8671 H = ketebalan air di hulu mercu (cm) P = tinggi spillway g = percepatan gravitas (cm/dt 2 ( 981)) b = lebar mercu (cm) = a + b + c + d + e + f + g + h + i Nilai lebar mercu (b) ditunjukan pada Gambar 2.11 berikut: a d g i c f b e h Gambar 2.11 Nilai Lebar Mercu Deret Trapesium

33 digilib.uns.ac.id BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Umum Metode penelitian adalah tahap-tahap penelitian yang sistematis runtut dan berkesinambungan. Metode ini disusun untuk memperoleh hasil yang maksimal serta untuk menghindari timbulnya kesulitan yang mungkin terjadi pada saat penelitian (Agustin,2010). Metode yang dipakai untuk mendapatkan data dalam penelitian ini adalah dengan percobaan langsung atau eksperimen di laboratorium. Penelitian ini dilakukan dengan serangkaian kegiatan pendahuluan, untuk mencapai validitas hasil yang maksimal. Kemudian, untuk mendapatkan kesimpulan akhir, data hasil penelitian diolah dan dianalisis dengan kelengkapan studi pustaka. 3.2 Lokasi Penelitian Lokasi penelitian: Laboratorium Hidrolika, Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Sipil, Universitas Sebelas Maret. 3.3 Peralatan dan Bahan Peralatan yang digunakan antara lain: 1) Flume Merupakan alat utama dalam percobaan pelimpah air. Flume ditunjukan pada Gambar 3.1. Flume ini, sebagian besar komponennya terbuat dari akrilik dan memiliki bagian-bagian penting, yaitu: a. Saluran air, merupakan tempat untuk meletakkan model pelimpah. Saluran berupa talang dengan penampang 30x30 cm 2 dan panjang 180 cm. Saluran terbuat dari akrilik sehingga memiliki dinding transparan untuk mempermudah pengamatan. 21

34 digilib.uns.ac.id 22 b. Hydraulic Bench, bak penampung yang berfungsi menampung air yang akan dialirkan ke talang maupun yang keluar dari saluran dan menghitung debit yang digunakan sepanjang percobaan. c. Pompa air, terletak di Hydraulic Bench, berfungsi untuk memompa air agar bisa didistribusikan sepanjang talang air. d. Kran debit, merupakan kran yang berfungsi mengatur besar-kecilnya debit yang keluar dari pompa. e. Reservoir, merupakan tempat yang berfungsi untuk menampung/ menerima limpahan air dari saluran air. Gambar 3.1 Flume

35 digilib.uns.ac.id 23 2) Pelimpah Model dibuat dari akrilik dan kayu. Model pelimpah terdiri dari 2 bagian seperti yang ditunjukan dalam Gambar 3.4. a. Bagian atas Bagian ini bisa dilepas pasang. Pada penelitian pertama dipasang mercu Ogee, dan penelitian berikutnya diganti dengan mercu modifikasi.bagian ini dibuat dari akrilik. Mercu Ogee dimodifikasi menjadi mercu deret trapesium. Pada penelitian ini mercu deret trapesium terdapat 2 tipe yang digambarkan pada Gambar 3.2 dan Gambar 3.3. Gambar 3.2 Mercu Deret Trapesium Tipe 1 Gambar 3.3 Mercu Deret Trapesium Tipe 2 b. Bagian bawah Bagian utama spillway yang tidak bisa diubah-ubah. Bagian ini dibuat dari kayu. Tampak atas dan samping mercu Ogee dan mercu modifikasi deret trapesium dapat dilihat pada Gambar 3.4.

36 digilib.uns.ac.id 24 Bag. Atas Mercu Ogee Bag. bawah Bag. Atas Mercu modifikasi Bag. bawah Gambar 3.4 Spillway Tipe Ogee dan Spillway Tipe Deret Trapesium 3) Stopwatch Stopwatch dipakai untuk mengukur waktu pada perhitungan debit aliran. Stopwatch ditampilkan pada Gambar 3.5. Gambar 3.5 Stopwatch 4) Mistar ukur Mistar ukur atau meteran digunakan untuk mengukur ketinggian air. Mistar ukur ditampilkan pada Gambar 3.6.

37 digilib.uns.ac.id 25 Gambar 3.6Mistar Ukur Bahan-bahan yang dipakai selama penelitian yaitu: 1) Air bersih Aliran air yang digunakan adalah air bersih, air yang tidak membawa sedimen. 2) Malam Sebagai pelapis yang menutupi celah antara pelimpah dengan dasar atau dinding flume dan celah antara balok kayu dengan dinding flume. 3.4 Langkah Penelitian Persiapan Alat Persiapan alat dalam penelitian ini sebagai berikut: 1) Membuat flume lengkap dengan kerangka penyangga dan tandon air di hulu dan hilirnya. Flume mempunyai penampang 30 x 30 cm 2 dan panjang 180 cm 2) Membuat model spillway Ogee. 3) Membuat model spillway deret trapesium. 4) Menyetel Hydraulic Bench dan pompa air. 5) Memasang mistar ukur. 6) Memasang model spillway pada tempat yang sudah disediakan dan menutup celah antara spillway dengan dinding dan dasar saluran, agar tidak bocor. Persiapan alat tidak hanya diawal, tetapi juga pada setiap pergantian setting percobaan.

38 digilib.uns.ac.id Pengamatan Dalam Percobaan a. Pengamatan pada spillway mercu Ogee Data-data yang dicatat saat penelitian berlangsung, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.7 adalah sebagai berikut: 1) Debit flume Debit ini dinaikan dengan perubahan tertentu h maks (ketebalan air maksimum yang dapat dicapai oleh kemampuan pompa). 2) Tinggi muka air di hulu crest Ketebalan air pada ketinggian (H). 3) Tinggi muka air di atas puncak spillway Ogee Ketebalan air di atas puncak spillway Ogee (H 1 ). 4) Tinggi spillway (P) Data ini diukur dengan mistar ukur. H 1 V Gambar 3.7 Aliran Melalui Spillway Mercu Ogee Keterangan gambar: H H 1 Q 1,2,dst P = Tebal muka air di hulu Spillway Ogee = Tebal muka air di atas puncak Spillway Ogee = Debit air ke- 1, 2, sampai debit yang dihasilkan pada ketebalan air maksimum yang dapat dicapai pompa = Tinggi spillway

39 digilib.uns.ac.id 27 b. Pengamatan pada spillway mercu deret trapesium Data-data yang dicatat saat penelitian berlangsung, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.8 adalah sebagai berikut: 1) Debit flume Debit ini dinaikan dengan perubahan tertentu h maks (ketebalan air maksimum yang dapat dicapai oleh kemampuan pompa). 2) Tinggi muka air di hulu crest Ketebalan air pada ketinggian (H). 3) Tinggi muka air di atas puncak spillway tipe deret trapesium Ketebalan air di atas puncak spillway deret trapesium (H 1 ). 4) Tinggi spillway (P) Data ini diukur dengan mistar ukur. H 1 V Gambar 3.8 Aliran Melalui Spillway Modifikasi Keterangan gambar: H = Tebal muka air di hulu Spillway deret trapesium H 1 = Tebal muka air di atas puncak Spillway deret trapesium Q 1,2, dst = Debit air ke- 1, 2, sampai debit yang dihasilkan pada ketebalan air maksimum yang dapat dicapai pompa P = Tinggi spillway

40 digilib.uns.ac.id Pengolahan Data Data yang telah diperoleh dari pengamatan percobaan dianalisis dengan cara membandingkan percobaan saat menggunakan spillway mercu Ogee dan setelah pemasangan spillway mercu deret trapesium tipe 1 dan tipe 2. Pengolahan data mengacu pada rumus-rumus yang telah dicantumkan pada Bab 2 mengenai landasan teori. Bagan alir tahap penelitian ditunjukan pada Gambar 3.10.

41 digilib.uns.ac.id Diagram Alir Tahapan Penelitian Mulai Persiapan alat& bahan Setting flume + pompa air Memasang spillway mercu Ogee Aliran pada flume hingga ketebalan (h) = 0,25 cm Mencatat debit (Q Ogee ) Tambah aliran h = h + 0,25 cm Memasang spillway mercu tipe deret trapesium tipe 1 Ya h<h maks (h maks: ketebalan air maksimal yang dapat dicapai oleh kemampuan pompa) Tidak Aliran pada flume hingga ketebalan (h) = 0,25 cm Mencatat debit (Q trap1 ) Tambah aliran h = h + 0,25 cm h<h maks Ya Tidak A

42 digilib.uns.ac.id 30 A Memasang spillway mercu tipe deret trapesium tipe 2 Aliran pada flume hingga ketebalan (h) = 0,25 cm Mencatat debit (Q trap2 ) Tambah aliran h = h + 0,25 cm h<h maks Ya Tidak Menghitung koefisien Cd Q Ogee, Q trap1 dan Q trap2 Membandingkan Q Ogee dengan Q trap1 dan Q trap2 & Cd Ogee dengan Cd trap1 dan Cd trap2 Membandingkan hasil analisis dengan teori yang sudah ada Hasil dan Kesimpulan Selesai Gambar 3.10 Diagram Alir Tahapan Penelitian

43 digilib.uns.ac.id 30 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Alat Ukur Debit Alat ukur debit yang digunakan dalam penelitian ini adalah hydraulic bench. Alat ukur hydraulic bench ini dianggap benar, sehingga tidak perlu adanya kalibrasi. Hal ini dilakukan karena current meter yang ada tidak dapat digunakan. Current meter tidak dapat berfungsi karena ketebalan aliran di flume relatif kecil, sehingga baling-baling current meter tidak dapat berada di bawah permukaan air secara keseluruhan, dengan kata lain current meter tidak dapat digunakan untuk mengukur kecepatan dari flume meskipun pada keadaan debit maksimum. Volume hydraulic bench adalah cm 3. Dengan mencatat waktu yang diperlukan hydraulic bench dari keadaan kosong hingga penuh, maka dapat diketahui besar debit aliran yang ada di flume pada tiap ketebalan air. Caranya dengan membagi volume (V) dengan lama waktu pengisian (t). 4.2 Debit Terukur pada Tiap Ketebalan Air Ketebalan air di hulu mercu spillway diatur dengan peningkatan ketebalan 0,25 cm. Ketebalan air di atas crest dan waktu pengisian hydraulic bench pada tiap ketebalan air diukur. Sehingga besaran debit tiap ketebalan air dapat diketahui. Perlakuan ini diterapkan baik pada penggunaan mercu Ogee maupun penggunaan mercu deret trapesium. Sesuai dengan persamaan yang telah dijelaskan pada Bab 2 untuk debit terukur, maka besaran debit tiap ketebalan air yang melimpah mercu spillway baik yang berbentuk Ogee maupun deret trapesium dapat dihitung seperti berikut: 30

44 digilib.uns.ac.id 31 a. Perhitungan Debit Terukur (Q hb ) Mercu Ogee Bentuk mercu Ogee ditampilkan pada Gambar 4.1. Gambar 4.1 Tampak Atas dan Potongan A-A Spillway Ogee Perhitungan Debit Terukur Mercu Ogee H 2 = tinggi di hulu crest = 1,00 cm V = volume air = ,00 cm 3 t 2 = lama waktu pengamatan alat ukur = 110,47 dt Data H 2, V, t 2 diperoleh dari pengamatan selama percobaan berlangsung seperti yang digambarkan pada Gambar 4.2.

45 digilib.uns.ac.id 32 H 1 V Gambar 4.2 Flume dengan Spillway Mercu Ogee 幨퐰쇰ᖘ䯨ಈ 幨퐰쇰ᖘ䯨ಈ ,47 = 90,5223 cm 3 /dt Berdasarkan hasil perhitungan, debit terukur (Q hb ) pada ketebalan 1,00 cm adalah 90,5223 cm 3 /dt. Untuk selanjutnya besaran debit setiap ketebalan air yang melimpah mercu Ogee ditampilkan pada Tabel 4.1 dan grafik hubungan ketebalan air (H) dengan debit (Q) ditunjukan pada Gambar 4.3. Tabel 4.1 Hasil Pengamatan Debit Ukur Mercu Ogee No. H di hulu crest (cm) H di atas crest (cm) Volume (cm 3 ) t (dt) Q hb (cm 3 /dt) 1 0,75 0, ,20 17,03 2 1,00 0, ,40 90,52 3 1,25 0, ,03 172,30 4 1,50 1, ,31 230,89 5 1,75 1, ,44 299,04 6 2,00 1, ,25 430,11 7 2,25 1, ,66 600,24 8 2,50 1, ,75 784,31

46 digilib.uns.ac.id 33 Lengkung hubungan H dan Q yang ditampilkan pada Gambar 4.3 dicari persamaannya agar dapat diinterpolasi. Berdasarkan coba-coba menggunakan software curve expert, diperoleh persamaan yang paling tepat, yaitu persamaan yang menunjukan nilai r mendekati 1. Dari hasil tersebut diperoleh persamaan lengkung rational function dengan nilai r = 0, Q (cm 3 /dt) H (cm) Gambar 4.3 Hubungan Ketebalan Air dengan Debit Terukur Mercu Ogee Dari Gambar 4.3 dapat dilihat hubungan ketebalan air di hulu (H) dan debit terukur (Q). Simbol segi empat menunjukan nilai debit terukur pada ketebalan air tertentu. Garis menunjukan debit hasil persamaan lengkung rational function. Perbandingan nilai debit terukur dengan debit hasil persamaan lengkung rational function ditunjukan dalam Tabel 4.2.

47 digilib.uns.ac.id 34 Tabel 4.2 Perbandingan Q hb dengan Q persamaan pada Mercu Ogee No. H di hulu crest (cm) Q hb (cm 3 /dt) Q persamaan (cm 3 /dt) Delta (%) 1 0,75 17,03 23,62 +16,21 2 1,00 90,52 86,93-2,02 3 1,25 172,30 155,09-5,26 4 1,50 230,89 231,72 +0,18 5 1,75 299,04 321,95 +3,69 6 2,00 430,11 433,80 +0,43 7 2,25 600,24 581,10-1,62 8 2,50 784,31 790,44 +0,39 b. Perhitungan Debit Terukur (Q hb ) Mercu Deret Trapesium 1.) Debit Terukur (Q hb ) Mercu Deret Trapesium Tipe 1 Bentuk mercu deret trapesium tipe 1 ditampilkan pada Gambar 4.4 dan Gambar 4.5. Gambar 4.4 Tampak Atas Mercu Deret Trapesium Tipe 1

48 digilib.uns.ac.id 35 Gambar 4.5 Tampak Atas dan Potongan A-A Spillway Mercu Deret Trapesium Tipe 1 Perhitungan Debit Terukur Mercu Deret Trapesium Tipe 1 H 1 = tinggi di hulu crest = 1,00 cm V = volume air = ,00 cm 3 t 1 = lama waktu pengamatan alat ukur = 80,69 dt Data H 1, V, t 1 diperoleh dari pengamatan selama percobaan berlangsung seperti yang digambarkan pada Gambar4.6.

49 digilib.uns.ac.id 36 H 1 V Gambar 4.6 Flume dengan Spillway Deret Trapesium Tipe 1 幨퐰쇰ᖘ䯨ಈ 幨퐰쇰ᖘ䯨ಈ ,69 = 123,9311 cm 3 /dt Berdasarkan hasil perhitungan, debit terukur (Q hb ) pada ketebalan 1,00 cm adalah 123,9311 cm 3 /dt. Untuk selanjutnya besaran debit setiap ketebalan air yang melimpah mercu deret trapesium ditampilkan pada Tabel 4.3 dan Gambar 4.7. Tabel 4.3 Hasil Pengamatan Debit Ukur Mercu Tipe Deret Trapesium Tipe 1 No. H di hulu crest (cm) H di atas crest (cm) Volume (cm 3 ) t (dt) Q hb (cm 3 /dt) 1 1,00 0, ,69 123,93 2 1,25 0, ,22 430,66 3 1,50 1, ,81 632,51 4 1,75 1, ,32 811,69 5 2,00 1, , ,60

50 digilib.uns.ac.id 37 Lengkung hubungan H dan Q yang ditampilkan Gambar 4.6 dicari persamaannya agar dapat diinterpolasi. Berdasarkan coba-coba menggunakan software curve expert diperoleh persamaan yang paling tepat, yaitu persamaan yang menunjukan nilai r mendekati 1. Dari hasil tersebut diperoleh persamaan lengkung Logarithm function dengan nilai r = 0, Q (cm3/dt) H (cm) Gambar 4.7 Hubungan Ketebalan Air dengan Debit Terukur Mercu Deret Trapesium Tipe 1 Dari Gambar 4.7 dapat dilihat hubungan ketebalan air di hulu (H) dan debit terukur (Q). Simbol segi empat menunjukan nilai debit terukur pada ketebalan air tertentu. Garis menunjukan debit hasil persamaan lengkung Logarithm function menggunakan software curve expert. Perbandingan nilai debit terukur dengan debit hasil persamaan lengkung Logarithm function menggunakan software curve expert ditunjukan dalam Tabel 4.4.

51 digilib.uns.ac.id 38 Tabel 4.4 Perbandingan Q hb dengan Q persamaan pada Mercu Deret Trapesium Tipe 1 No. H di hulu crest (cm) Q hb (cm 3 /dt) Q persamaan (cm 3 /dt) Delta (%) 1 1,00 123,93 116,85-2,94 2 1,25 430,66 413,27-2,06 3 1,50 632,51 655,45 +1,78 4 1,75 811,69 860,22 +2,90 5 2, , ,60-2,21 2.) Debit Terukur (Q hb ) Mercu Deret Trapesium Tipe 2 Bentuk mercu deret trapesium tipe 2 ditampilkan pada Gambar 4.8 dan Gambar 4.9. Gambar 4.8 Tampak Atas Mercu Deret Trapesium Tipe 2 Gambar 4.9 Tampak Atas dan Potongan A-A Spillway Mercu Deret Trapesium Tipe 2

52 digilib.uns.ac.id 39 Perhitungan Debit Terukur Mercu Deret Trapesium Tipe 1 H 1 = tinggi di hulu crest = 1,00 cm 3 V = volume air = ,00 cm 3 t 1 = lama waktu pengamatan alat ukur = 80,69 dt Data H 1, V, t 1 diperoleh dari pengamatan selama percobaan berlangsung seperti yang digambarkan pada Gambar H 1 V Gambar 4.10 Flume Untuk Spillway Deret Trapesium Tipe 2 幨퐰쇰ᖘ䯨ಈ 幨퐰쇰ᖘ䯨ಈ 98,6960 = 101,3212 cm 3 /dt Berdasarkan hasil perhitungan, debit terukur (Q hb ) pada ketebalan 1,00 cm adalah 101,3212 cm 3 /dt. Untuk selanjutnya besaran debit setiap ketebalan air yang melimpah mercu deret trapesium tipe 2 ditampilkan pada Tabel 4.5 dan hubungan H dengan Q ditunjukan pada Gambar 4.11.