BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Jenis Drainase A. Jenis drainase ditinjau berdasar cara terbentuknya, dapat dikelompokan menjadi: 1. Drainase Alamiah (natural drainage) Drainase alamiyah terbentuk melalui proses alamiah yang berlangsung lama. Saluran drainase terbentuk akibat gerusan air sesuai kontur tanah. Umumnya drainase alamiah berupa sungai dan anak anak sungai yang membentuk suatu jaringan alur sungai. Gambar 2.1 Siklus Hidrologi II-1

2 2. Drainase Buatan (artificial drainage) Drainase buatan adalah sistem yang dibuat dengan maksud tertentu dan merupakan hasil rekayasa berdasarkan hasil hitungan hitungan yang dilakukan untuk upaya penyempurnaan atau melengkapi kekurangan sistem drainase alamiah. Pada sistem drainase buatan memerlukan biaya biaya baik pada perencanaan maupun pada pelaksanaanya. B. Drainase Berdasarkan Konstruksinya 1. Drainase saluran terbuka Drainase saluran terbuka adalah sistem saluran yang permukaan airnya terpengaruh udara luar (atmosphere). Gambar 2.2 Drainase Saluran Terbuka 2. Drainase saluran tertutup Drainase Saluran tertutup adalah sistem saluran yang permukaan airnya tidak terpengaruh dengan udara luar. II-2

3 Gambar 2.3 Drainase Saluran Tertutup 2.2. Pola Jaringan Drainase Pada sistem jaringan drainase terdiri dari beberapa saluran yang saling berhubungan sehingga membentuk suatu pola jaringan. Dari pola jaringan dibedakan sebagai berikut: Pola Jaringan Pola Siku Tabel 2.1 Pola Jaringan Drainase Gambar Pola Pararel Pola Grid Iron II-3

4 Pola Alamiah Pola Radial Pola Jaring - jaring Sumber :Wesli (2008) 2.3. Fungsi Saluran Drainase Dalam sebuah sistem drainase digunakan saluran sebagai sarana pengaliran air yang terdiri dari saluran interceptor, saluran kolektor dan saluran konveyor. Masing masing saluran mempunyai fungsi yang berbeda yaitu: a. Saluran inseptor Saluran inseptor adalah saluran yang berfungsi sebagai pencegah terjadinya pembebanan aliran dari suatu daerah lain dibawahnya. Saluran ini biasanya dibangun dan diletakkan pada bagian sejajar dengan kontur atau garis ketinggian topografi. Outlet dari saluran ini biasanya berada pada saluran kolektor atau konveyor atau langsung pada saluran sungai. b. Saluran kolektor Saluran kolektor berfungsi sebagai pengumpul aliran dari saluran drainase yang sangat kecil, misal saluran interceptor. Outlet saluran ini berada pada saluran konveyor atau langsung kesungai. Letak saluran ini II-4

5 di bagian terendahb lembah dari suatu daerah sehingga secara effectif dapat berfungsi sebagai anak cabang saluran yang ada. c. Saluran Konveyor Saluran konveyor adalah saluran yang berfungsi sebagai saluran pembawa seluruh air buangan dari suatu daerah ke lokasi pembuang, misalnya kesungai tanpa membahayakan daerah yang dilaluinya Daerah Pelayanan dan Daerah Aliranya Daerah pelayanan adalah suatu daerah yang memiliki jaringan drainase mulai dari hulu hingga ke satu muara pembuang sendiri sehingga jaringan drainasenya terpisah dengan jaringan drainase daerah pelayanan lainya. Daerah pelayanan dapat terdiri dari satu atau lebih daerah aliran. Daerah aliran adalah daerah yang dibatasi oleh batas batas topografi sehingga air yang menggenaginya tidak membebani daerah aliran lainya. Membagi daerah menjadi beberapa daerah pelayanan mempunyai keuntungan, yaitu luas daerah genangan menjadi kecil sehingga debit rencana yang dialirkan saluran menjadi lebih kecil, dan akhirnya dapat memberikan dimensi saluran menjadi lebih ekonomis. Selain itu dapat menghindari terjadi kemungkinan letak elevasi dasar saluran atau elevasi permukaan air disaluran berada dibawah elevasi muka air sunggai. II-5

6 Daerah Pelayanan I Daerah Pelayanan II Gambar 2.4 Daerah Pelayanan dan Daerah Aliran 2.5. Bangunan Drainase Jalan Raya Salah satu aspek terpenting dalam jalan raya melindungi jalan dari air permukaan dan air tanah. Drainase merupakan salah satu faktor terpenting dalam perencanaan pekerjaan jalan. Genangan air permukaan jalan memperlambat kendaraan. Jika air memasuki struktur jalan perkerasan jalan dan tanah dasar menjadi lemah, hal ini akan menyebabkan konstruksi jalan lebih peka terhadap kerusakaan terhadap lalu lintas. Air akan berpengaruh kurang baik pada bahu jalan. Lereng, saluran dan bagian dari jalan. Kecepatan air yang rendah pada drainase mendorong adanya sedimentasi yang mengakibatkan terjadinya penyempitan dan penyumbatan. Penyumbatan mengakibatkan erosi lebih lanjut atau limpasan dan mungkin juga keruntuhan. II-6

7 Berdasar fungsinya drainase jalan dibedakan menjadi drainase permukaan dan drainase bawah permukaan, drainase permukaan ditunjukan untuk menghilangkan air hujan dari permukaan jalan sehingga lalu lintas dapat aman dan effisien. Disamping itu juga untuk meminimalkan penetrasi air hujan kedalam struktur jalan. Sedangkan drainase bawah permukaan befungsi untuk mencegah masuknya air dalam struktur jalan dan atau menangkap dan mengeluarkan air dari struktur jalan Drainase Permukaan Perencanaan sistem drainase adalah analisis hidrologi. Dalam analisa ini ditentukan karateristik debit rencana dari semua bangunan drainase, sungai, dan saluran yang berada disekitar alinemen jalan. Debit rencana dapat dihitung berdasar dua pendekatan, tergantung pada data yang tersedia, yaitu analisa data debit banjir dan permodelan aliran (rainfallrainoff model). Besarnya debit rencana untuk fasilitas drainase tergantung pada interval kejadian atau periode ulang yang dipilih. Dalam memilih periode ulang harus mempertimbangkan faktor ekonomi dan resiko. Dengan memilih debit dengan periode ulang yang panjang dan berarti debit rencana yang besar, kemungkinan terjadi debit banjir yang melampaui debit rencana dan memiliki resiko kerusakan menjadi menurun. Namun biaya konstruksinya penampang tersebut meningkat. Sebaliknya debit dengan periode ulang yang terlalu kecil dapat menurunkan biaya konstruksi, tetapi meningkatkan resiko kerusakan akibat banjir besar. II-7

8 Periode ulang yang sudah dipilih untuk lokasi tertentu, perencana secara tidak langsung menyatakan pengaruh atau kerugian terhadap nyawa, finansial, lalu lintas dan lingkungan akibat banjir. Resiko kerusakan yang parah mulai muncul ketika volume bajir yang terjadi lebih besar dari volume banjir yang diperkirakan. Kerusakan yang disebabkan oleh banjir yang lebih kecil atau banjir dengan periode ulang yang lebih singkat harus minimal dan dapat diterima. Sistem drainase permukaan pada jalan raya mempunyai 3 fungsi utama, yaitu: 1. Membawa air hujan dari permukaan jalan ke pembuangan air, 2. Menampung air tanah dari subdrain dan air permukaan yang mengalir menuju jalan. 3. Membawa air menyebrang alinemen jalan secara terkendali. Dua fungsi utama dikendalikan oleh komponen drainase memanjang, sementara fungsi ketiga memerlukan bangunan drainase melintang seperti culvert, gorong gorong dan jembatan. II-8

9 Periode ulang debit rencana yang direkomendasikan untuk bangunan drainase utama. Tabel 2.2 Periode ulang debit rencana Kelas Jalan Periode ulang(tahun) Jalan tol (expressways) 100 Jalan arteri (arterial roads) Jalan pengumpul (collector roads) Jalan penghubung (access roads) 25 Sumber : Hassing, J,M.,(1996) Drainase Memanjang Permukaan jalan harus dibuat dengan kemiringan melintang yang cukup untuk membuang dengan air hujan secepatnya, dan permukaan jalan harus berada diatas permukaan air tanah setempat. Makin lebar perkerasan makin besar daerah tangkapan airnya, sehingga meningkatkan kuantitas air hujan yang harus dibuang. Kemiringa yang landai baik memanjang maupun melintang meningkatkan ketebalan air dipermukaan jalan, untuk menghindari penyebaran hujan yang tidak seharusnya adalah sangat penting untuk menjaga kemiringan yang tidak berbatu jika kemiringan landai. Jika kelandaian memanjang jalan mendekati nol, kedalaman saluran sampingb dibuat bervariasi untuk menjaga kemiringan saluran yang cukup. Saluran terbuka ditepi jalan dapat dibedakan berdasar fungsinya menjadi parit atau selokan(ditchs), talang (gutters), saluran menikung keluar (turnouts), saluran curam (chutes), parit intersepsi (intercepting ditchs). II-9

10 Tabel 2.3 Saluran Terbuka Tepi Jalan No Bangunan Drainase Memanjang Fungsi 1 Parit (ditchs) membuang aliran air dari perkerasan jalan, bahu jalan, slope galian dan timbunan Gambar 2 Talang (gutters) saluran pada tepi perkerasan atau bahu jalan yang dibentuk oleh curb atau oleh depresi dangkal untuk membuang aliran air 3 Saluran menikung keluar (Turnouts) untuk mengurangi ukuran parit tepi jalan dan meminimalkan kecepatan aliran sehingga mengurangi bahaya erosi. 4 Saluran curam (chutes) membawa air dari parit atau talang tepi jalan menuruni lereng urugan atau dari intercepting ditchs menuruni lereng galian 5 Parit intersepsi mengurangi erosi pada lereng (Intercepting ditchs) galian dan parit tepi jalan, mengurangi endapan sedimen dan infiltrasi pada dasar jalan, dan menurunkan kemungkinan genangan pada jalan Sumber : Wesli (2008) II-10

11 Kapasitas saluran drainase biasanya didesain untuk debit dengan periode ulang 25 tahun untuk jalan penghubung (access roads). Perhitungan debit rencana umumnya menggunakan rumus rasional. Sedang kapasitas saluran dihitung dengan menggunakan rumus manning Drainase Melintang Saluran melintang sering memakan biaya yang cukup besar sehingga sangat penting untuk melakukan analisa semua drainase melintang utama sepanjang alinemen jalan sebelum prmilihan akhir alinimen jalan baru. Sejauh dapat memilih lokasi persilangan dengan sungai, dianjurkan untuk meletakkan lokasi persilangan pada: 1. Bagian sungai yang lurus dan jauh dari tikungan, 2. Sejauh mungkin dari anak sungai yang jauh dari tikungan, 3. Bagian sungai dengan tebing dan tanggul yang bagus, 4. Lokasi dimana dapat dibuat jalan lurus dengan pandangan yang cukup bebas, 5. Lokasi dimana dapat dibuat persilangan tegak lurus. Untuk menentukan tipe oersilangan dengan drainase melintang diperlukan data hidrologi, dan prediksi arus lalu lintas. Tipe drainase melintang dapat berupa, fords, drifts, gorong gorong (culverts), jembatan. II-11

12 Tabel 2.4 Tipe Drainase Melintang No Bangunan Drainase Deskripsi Gambar Melintang 1 Fords persilangan sungai dan jalan yang paling sederhana. Dapat dibuat pada sungai dengan dasar mantap, aliran air dangkal arusnya lemah dan kemungkinan terjadinya banjir sangat kecil 2 Drifts cocok untuk sungai yang sebenarnya dapat dibuat persilangan fords, namun rawan terhadap banjir. Jika dasar sungai tidak mampu mendukung berat kendaraan, dasar sungai perlu dibuatkan lapisan beton 3 Culverts digunakan untuk membawa air sungai melewati bawah jalan dan membawa air dari parit di satu sisi jalan ke sisi lainya. Gorong gorong diletakan dibawah timbunan di bawah perkerasan jalan Sumber: Wesli (2008) II-12

13 2.5.2 Drainase Bawah Permukaan Drainase bawah permukaan terutama berfungsi untuk menampung dan membuang air yang masuk kedalam struktur jalan, sehingga tidak sampai menimbulkan kerusakan pada jalan. Air yang masuk kedalam struktur perkerasan berupa penetrasi air hujan melalui retak retak, sambungan permukaan perkerasan, bahu jalan, hasil infiltrasi air tanah dari muka air tanah yang tinggi, akifer yang terpotong dan sumber air lokal. Pengaruh air yang terperangkap di dalam struktur perkerasan jalan, antara lain: 1. Air menurunkan kekuatan material butiran lepas dari tanah subgrade, 2. Air menyebabkan penyedotan pada perkerasan betonyang dapat menyebabkan retakan dan kerusakan bahu jalan, 3. Kontak dengan air yang menerus dapat menyebabkan penelanjangan campuran aspal dan daya tahan keretakan beton, 4. Air menyebabkan perbedaan peranan pada tanah yang bergelombang. Gambar 2.5 Drainage Blanket dengan Alternatif Drainase Memanjang II-13

14 Pegerakan air dalam struktur perkerasan dapat disebabkan oleh gravitasi, kapilarisasi, tekanan uap, atau kombinasi dari ketiganya. Pada material kasar aliran air umumnya pengaruh gravitasi, sedang untuk material halus oleh pengaruh gravitasi Hidrologi 1. Pengolahan Data Hujan meliputi : a. Analisa frekuensi Analisa Frekuensi didasarkan pada sifat statistic data kejadian yang telah lalu untuk memperoleh probabilitas besaran hujan dimasa yang akan dating. Dengan asumsi bahwa sifat statistic kejadian hujan yang akan datang masih sama dengan sifat statistik kejadian hujan masa lalu. b. Curah hujan maksimum harian rata- rata Perhitungan data curah hujan maksimum harian rata rata DAS harus dilakukan secara benar untuk analisis frekuensi data hujan. c. Intensitas Hujan Intensitas Hujan adalah tinggi air hujan per satuan waktu. Sifat umum hujan adalah makin singkat hujan berlangsung intensitasnya cenderung makin tinggi dan makin besar periode ulangnya makin tinggi pula intensitasnya. d. Distribusi Hujan Berdasarkan pola hujan, wilayah Indonesia dapat dibagi menjadi tiga (Boerema, 1938), yaitu pola Monsoon, pola ekuatorial dan pola lokal. Pola Moonson dicirikan oleh bentuk pola hujan yang bersifat unimodal (satu II-14

15 puncak musim hujan yaitu sekitar Desember). Selama enam bulan curah hujan relatif tinggi (biasanya disebut musim hujan) dan enam bulan berikutnya rendah (bisanya disebut musim kemarau). Secara umum musim kemarau berlangsung dari April sampai September dan musim hujan dari Oktober sampai Maret. Pola equatorial dicirikan oleh pola hujan dengan bentuk bimodal, yaitu dua puncak hujan yang biasanya terjadi sekitar bulan Maret dan Oktober saat matahari berada dekat equator. Pola lokal dicirikan oleh bentuk pola hujan unimodal (satu puncak hujan) tapi bentuknya berlawanan dengan pola hujan pada tipe moonson. Gambar 2.6 Pembagian Wilayah Indonesia Menurut Pola Hujan 2. Metode Rasional (Modified from DPI Australia, 2002) Metode untuk memperkirakan laju aliran permukaan puncak yang umum dipakai adalah metode Rasional USSCS (1973). Namun penggunaan terbatas pada DAS dengan ukuran kecil, yaitu kurang dari 300 ha (Goldman.rt.al.,1986). Persamaan matematik metode Rasional dinyatakan dalam bentuk: II-15

16 Qp= C I A Dimana : Qp C I A = laju aliran permukaan (debit pencak dalam m3/detik), = koefisien aliran permukaan, = intensitas hujan dalam mm/jam, dan = luas DAS dalam hektar Nilai C apabila DAS terdiri dari berbagai macam penggunaan lahan dengan koefisien aliran permukaan yang berbeda, maka nilai C yang dipakai adalah koefisien DAS dapat dihitung dengan persamaan dibawah: Di mana: Ai= luas lahan dengan penutup tanah I, Ci = koefisien aliran permukaan jenis penutup tanah I, N = jumlah jenis penutup lahan 3.Koefisien Pengaliran Koefisien pengaliran (runoff coefficient) adalah perbandingan antara jumlah air hujan yang mengalir atau melimpas di atas permukaan tanah (surface runoff) dengan jumlah air hujan yang jatuh di atmosfer. Nilai koefisien pengaliran berkisar antara 0 sampai 1 dan bergantung dari jenis tanah, jenis vegetasi, karateristik tataguna lahan dan konstruksi yang ada dipermukaan tanah. II-16

17 Tabel 2.5 Koefisien Limpasan untuk Metode Rasional ( C ) Deskripsi lahan/karakter permukaan Koefisien aliran,c Bussines -perkotaan pinggiran Perumahaan - rumah tinggal multiunit,terpisah multiunit,tergabung perkampungan apartemen Industri -ringan berat Perkerasan -aspal dan beton batu bata,paving Atap Halaman,tanah berpasir -rata 2 % rata-rata,2-7% curam,7% Halaman,tanah berat -rata 2 % rata- rata,2-7% curam,7% Halaman kereta api Taman tempat bermain Taman,pekuburan Hutan -rata,0-5% bergelombang,5-10% berbukit,10-30% Sumber : McGuen (1989) II-17

18 2.7. Hidrolika Dalam ilmu hidrolika, sistem pengaliran dapat dibedakan dalam 2 jenis yaitu sistem pengaliran melalui saluran tertutup (pipe flow) dan sistem pengaliran melalui saluran terbuka (open channel flow) Sistem Pengaliran pada Saluran Terbuka Aliran pada saluran terbuka terdiri dari saluran alam dan saluran buatan. 1. Klasifikasi aliran Klasifikasi berdasar perubahan kedalaman aliran sesuai dengan perubahan ruang dan waktu sebagai berikut: a. Aliran tetap (Steady Flow) Aliran tetap adalah aliran yang mempunyai kedalaman konstan selama jangka waktu tertentu. Aliran tetap dapat dibedakan dalam beberapa golongan: - Aliran Seragam (Uniform Flow) Aliran seragam apabila aliran seperti kedalaman,tampang basah, kecepatan, dan debit pada setiap tampang disepanjang aliran tetap (konstan) - Aliran Berubah (Varied Flow) Aliran disebut berubah apabila variabel aliran seperti kedalaman, tampang basah, kecepatan dan debit pada setiap tampang disepanjang aliran tidak tetap. II-18

19 b. Aliran tidak tetap (Unsteady Flow) Aliran tidak tetap adalah aliran yang mempunyai kedalaman berubah ubah selama jangka waktu tertentu yang berfungsi sebagai tolak ukur. Banjir merupakan salah satu contoh aliran tidak tetap. Aliran tidak tetap dapat dibedakan dalam beberapa golongan yaitu: - Aliran seragam tidak tetap (Unsteady uniform flow) Aliran aluran terbuka dimana aliranya mempunyai permukaan yang berfluktuasi sepanjang waktu dan tetap sejajar dengan dasar saluran. - Aliran berubah tidak tetap (Unsteady varied flow) Aliran saluran terbuka dimana kedalaman aliran berubah sepanjang waktu dan ruang Sifat - Sifat Aliran Saluran Terbuka Berdasarkan Kecepatan dan Kedalaman Tabel 2.6 Aliran saluran terbuka No Description Angka Froude 1 Aliran sub - kritik F < 1 2 Aliran super - kritik F > 1 3 Aliran kritik F = 1 Sumber: Wesli (2008) II-19

20 Angka Froude diperoleh melalui persamaan dibawah ini: Dimana: U : kecepatan rata - rata tampang g : percepatan gravitasi D : kedalaman aliran Kecepatan Aliran Kecepatan aliran dihitung dengan menggunakan Persamaan Manning Dimana: V n R S = Kecepatan rata rata (m/detik) = Koefisien manning = Jari jari hidrolik = Kemiringan dasar permukaan air II-20

21 2.7.4 Aplikasi Hidrolika Pada Perencanaan Drainase Yang perlu diperhatikan dalam perencanaan drainas dilihat dari sisi hidrolika adalah sebagai berikut: 1. kecepatan maksimum aliran agar ditentukan tidak lebih besar dari kecepatan maksimum yang diijinkan sehingga tidak terjadi kerusakan, 2. Kecepatan minimum aliran agar ditentukan tidak lebih kecil dari kecepatan minimum yang diijinkan sehingga tidak terjadi pengendapan dan pertumbuhan tanaman air, 3. Bentuk penampang saluran agar dipilih berupa segi empat, trapezium, lingkaran, bulat telur, bagian dari bulat telur, atau kombinasi dari bentuk bentuk terserbut. 4. Saluran hendaknya dibuat dalam bentuk majemuk, terdiri dari saluran kecil dan saluran besar, guna mengurangi beban pemeliharaan 5. Kelancaran pengaliran air dari jalan kedalam saluran drainase agar dilewatkan melalui lubang pemutus yang berdimensi dan berjarak penempatan tertentu, 6. Dimensi bangunan pelengkap seperti gorong gorong, pintu air dan lubang pemerikasaan agar ditentukan berdasarkan criteria perencanaan sesuai dengan macam kota, daerah dan macam saluran Operasi dan Pemeliharaan Sistem Drainase Kegiatan Operasi dan Pemeliharaan merupakan dua kegiatan yang berbeda, manun tidak dapat saling dipisahkan, karena saling mempengaruhi satu sama lain. II-21

22 2.8.1 Operasi Sistem Drainase Operasi sistem drainase menpunyai dua pengertian yaitu, dalam arti luas dan arti sempit. Dalam arti luas, operasi sistem drainase adalah usaha untuk memanfaatkan prasarana drainase secara optimal. Sedangkan dalam arti sempit operasi sistem adalah pengaturan bangunan yang berkaitan dengan drainase, seperti kolam penampung, stasiun pompa, pintu klep, lubang kontrol, box culvert, gorong gorong dan lain lain, untuk mengeluarkan air kesaluran pembuang. Ruang lingkup kegiatan operasi sistem drainase meliputi pekerjaan: 1. Penyuluhan tentang pemanfaatan sistem drainase, 2. Melaksanakan pengoprasian bangunan bangunan pada sistem drainase, seperti pompa dan pintu klep Pemeliharaan Sistem Drainase Pemeliharaan adalah usaha untuk menjaga agar prasarana drainase selalu berfungsi dengan baik selama mungkin, selama waktu pelayanan yang direncakanan. Kondisi sistem drainase biasanya cepat menurun, sehingga mempengaruhi kinerja sistem. olehh karena itu diperlukan program pemeliharaan yang lengkap dan menyeluruh. Ruang lingkup pemeliharaan sistem drainase meliputi: Kegiatan pengamanan dan pencegahan, kegiatan perawatan dan perbaikan. II-22