BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pengertian Bendung Bendung adalah salah satu bangunan air yang berfungsi meninggikan muka air. Menurut Kriteria Perencanaan Standar Irigasi KP 01, Bendung (weir) dipakai untuk meninggikan muka air di sungai sampai pada ketinggian yang diperlukan agar air dapat dialirkan ke saluran irigasi dan petak tersier. Ketinggian itu akan menentukan luas daerah yang diairi (command area) Bendung gerak adalah bangunan yang dilengkapi dengan pintu yang dapat dibuka untuk mengalirkan air pada waktu terjadi banjir besar dan ditutup apabila aliran kecil. Di Indonesia, bendung adalah bangunan yang paling umum dipakai untuk membelokkan air sungai untukmemenuhi air pada bidang pertanian dengan menggunakan teknik rekayasa irigasi. Menurut Kriteria Perencanaan Standar Irigasi KP 02, Bendung terdiri dari 4 jenis, yaitu : a) Bendung Tetap, Bangunan air ini dengan kelengkapannya dibangun melintang sungai atau sudetan, dan sengaja dibuat untuk meninggikan muka air dengan ambang tetap sehingga air sungai dapat disadap dan dialirkan secara gravitasi ke jaringan irigasi. Kelebihan airnya dilimpahkan ke hilir dengan terjunan yang dilengkapi dengan kolam olak dengan maksud untuk meredam energi. Ada 2 tipe bendung tetap, yaitu bendung ambang tetap lurus dari tepi ke tepi kanan sungai yang saling menghubungkan dua titik tepi sungai, kemudian satu lagi bendung ambang tetap berbelok belok yang memiliki fungsi untuk sungai yang memiliki lebar yang kecil tetapi memiliki debit airnya besar. b) Bendung Gerak Vertikal, bangunan ini terdiri dari tubuh bendung dengan ambang tetap yang rendah dilengkapi dengan pintu pintu yang dapat digerakkan vertikal maupun radial. Bendung ini memiliki fungsi ganda, yaitu mengatur tinggi muka air di hulu bendung kaitannya dengan muka air banjir 5

2 dan meninggikan muka air sungai kaitannya dengan penyadapan air untuk berbagai keperluan. c) Bendung Karet (Bendung Gerak Horisontal), bangunan ini berfungsi meninggikan muka air dengan cara mengembungkan tubuh bendung dan menurunkan muka air dengan cara mengempiskannya. Tubuh bendung yang terbuat dari tabung karet dapat diisi dengan udara atau air. d) Bendung Saringan Bawah, bangunan ini Bendung ini berupa bendung pelimpah yang dilengkapi dengan saluran penangkap dan saringan. Bendung ini meloloskan air lewat saringan dengan membuat bak penampung air berupa saluran penangkap melintang sungai dan mengalirkan airnya ke tepi sungai untuk dibawa ke jaringan irigasi. Menentukan tipe tipe bendung yang akan digunakan nantinya, perlu untuk menentukan factor factor yang harus diperkirakan untuk kelayakan lokasi bangunan bendung yang paling cocok dipengaruhi oleh : - Tipe, bentuk dan morfologi sungai - Kondisi hidrolis anatara lain elevasi yang diperlukan untuk irigasi - Topografi pada lokasi yang direncanakan, - Kondisi geologi teknik pada lokasi, - Metode pelaksanaan - Aksesibilitas dan tingkat pelayanan. 2.2.Pengertian Irigasi Didalam rekayasa irigasi banyak sekali bangunan bangunan yang harus diciptakan dan dibuat sehingga air dapat sampai ke hilir dan persawahan sesuai dengan perencanaan. Bangunan bangunan itu terdiri dari bangunan utama, jaringan dan saluran irigasi, bangunan bagi dan sadap, bangunan bangunan pengukur dan pengatur, bangunan pengatur muka air, bangunan pembawa, bangunan pelindung, jalan dan jembatan serta bangunan pelengkap. Dalam pencapaian pembuatan irigasi dalam pertanian keseluruhan bangunan yang dijelaskan diatas, adalah keseluruhan yang harus dipertimbangkan dalam pencapaian hasil maksimal dalam pengaliran air kepersawahan. 6

3 Irigasi adalah suatu rekayasa yang dilakukan untuk menyediakan air yang dibutuhkan oleh tanaman. Dalam melaksanakan rekayasa irigasi diperlukan adanya data sumber air, sarana distribusi (penyaluran), jenis tanaman yang ingin diberikan air, jenis tanaman tempat tumbuhan berlangsung. Dewasa ini teknik irigasi ada 2 bagian, yaitu : 1. Irigasi Permukaan (Surface Irrigation), 2. Irigasi Bertekanan / pipe (Pressurized Irrigation). Umumnya lebih dari 80% didunia menggunakan sistem Irigasi Permukaan (Surface Irrigation). Irigasi Permukaan (Surface Irrigation) adalah salah satu metode irigasi dimana pemberian air pada tanaman dilakukan dengan cara menggenangi permukaan tanah dengan ketebalan tertentu dan membiarkannya beberapa waktu untuk mengisi rongga tanah pada root zone melalaui proses infiltrasi (Makmur;2014). Ada beberapa macam irigasi permukaan (Surface Irrigation), seperti : 1. Sistem Basin, yaitu melakukan pengairan dengan cara penggenang air secara permanen dan ditanggul kecil sekelilingnya, diutamakan untuk jenis tanah lempung. 2. Sistem border, yaitu melakukan pengairan dengan cara sama dengan sistem basin hanya saja perbedaannya permukaan tanah memiliki kemiringan berlawanan dengan letak saluran irigasi, agar terjadi kecepatan aliran dan umumnya untuk pemakaian tanah yang lebih kasar. 3. Sistem furrow, yaitu melakukan pengairan dengan cara air dialirkan melalui saluran secara terus menerus dengan membuat tanggul pada tanaman dan diujung aliran terdapat drainase untuk menyatukan dan meneruskan air kesaluran lain. Air pada sistem ini masuk pada daerah akar (root zone) dari sisi sisi tanggul furrow. Faktor yang mempengaruhi pemilihan sistem jaringan ini yang utamana ialah tanaman, jenis tanah, sumber daya manusia (petani) serta peralatan yang ada. 7

4 2.3.Sistem Jaringan dan Saluran Irigasi Didalam jaringan irigasi terdapat 2 pembagian jenis saluran, yaitu : a. Saluran Irigasi dan b. Saluran Pembuang Saluran Irigasi. Saluran irigasi adalah saluran yang terdiri dari jaringan saluran utama dan jaringan irigasi tersier. Jaringan saluran utama ialah terdiri dari saluran primer sebagai saluran utama, Saluran primer membawa air dari bendung ke saluran sekunder dan ke petak-petak tersier yang akan diairi pertanian nantinya. Saluran sekunder membawa air dari saluran primer ke petak-petak tersier yang dilayani oleh saluran sekunder tersebut. Batas ujung saluran ini adalah pada bangunan sadap terakhir.saluran pembawa membawa air irigasi dari sumber air lain (bukan sumber yang memberi air pada bangunan utama proyek) ke jaringan irigasi primer.saluran muka tersier membawa air dari bangunan sadap tersier ke petak tersier yang terletak di seberang petak tersier lainnya. Saluran ini termasuk dalam wewenang dinas irigasi dan oleh sebab itu pemeliharaannya menjadi tanggung jawabnya (Perencanaan Standar Irigasi KP 01). Sedangkan, jaringan irigasi tersier ialah jaringan yang membawa air dari bangunan sadap tersier di jaringan utama ke dalam petak tersier lalu ke saluran kuarter. Batas ujung saluran ini adalah boks bagi kuarter yang terakhir. Saluran kuarter membawa air dari boks bagi kuarter melalui bangunan sadap tersier atau parit sawah ke sawah-sawah, perlu dilengkapi jalan petani ditingkat jaringan tersier dan kuarter sepanjang itu memang diperlukan oleh petani setempat dan dengan persetujuan petani setempat pula, karena banyak ditemukan di lapangan jalan petani yang rusak sehingga akses petani dari dan ke sawah menjadi terhambat, terutama untuk petak sawah yang paling ujung (Perencanaan Standar Irigasi KP 01). 8

5 Gambar 2.1 Saluran Primer dan Sekunder (Sumber : Kriteria Perencanaan Standar Irigasi KP 01) Saluran Pembuang. Saluran pembuang adalah saluran yang terdiri dari jaringan saluran pembuang tersier dan jaringan pembuang utama. Jaringan saluran pembuang tersier dimana Saluran pembuang kuarter terletak di dalam satu petak tersier, menampung air langsung dari sawah dan membuang air tersebut ke dalam saluran pembuang tersier. Saluran pembuang tersier terletak di dan antara petak-petak tersier yang termasuk dalam unit irigasi sekunder yang sama dan menampung air, baik dari pembuang kuarter maupun dari sawah sawah. Air tersebut dibuang ke dalam jaringan pembuang sekunder (Perencanaan Standar Irigasi KP 01). Sedangkan Jaringan saluran pembuang utama dimana saluran pembuang sekunder menampung air dari jaringan pembuang tersier dan membuang air tersebut ke pembuang primer atau langsung ke jaringan pembuang alamiah dan ke luar daerah irigasi. Saluran pembuang primer mengalirkan air lebih dari saluran pembuang sekunder ke luar daerah irigasi. Pembuang primer sering berupa saluran pembuang alamiah yang mengalirkan kelebihan air tersebut ke sungai, anak sungai atau ke laut (Perencanaan Irigasi KP-01). 2.4.Bangunan Pembawa Menurut Kriteria Perencanaan Standar Irigasi KP 01, bangunan yang membawa air dari ruas hulu ke ruas hilir saluran, bangunan ini memiliki aliran bisa superkritis atau subkritis. 9

6 Bangunan pembawa dengan aliran superkritis umumnya memiliki tempat lebih curam daripada kemiringan maksimal saluran, seperti bangunan terjun dan got miring. Bangunan pembawa aliran superkritis ini jika ditempatkan dengan kemiringan medan yang lebih curam maka akan menimbulkan kerusakan pada saluran, untuk itu diperlukan adanya bangunan peredam. Bangunan pembawa dengan aliran subkritis (bangunan silang), seperti gorong gorong, talang, sipon, jembatan sipon, flum, saluran tertutup dan terowongan. Di Indonesia, umumnya saluran berpenampang trapesium tanpa pasangan lebih sering digunakan karena bangunan berpenampang trapesium adalah bangunan pembawa yang ekonomis. Perencanaan saluran harus diperhitungkan biaya pelaksanaan dan pemeliharaan yang paling rendah dan memperkirakan erosi dan sedimentasi harus kecil bahkan diperkirakan tidak ada. Didalam kriteria perencanaan bagian saluran KP-03, Sedimentasi (pengendapan) di dalam saluran dapat terjadi apabila kapasitas angkut sedimennya berkurang. Dengan menurunnya kapasitas debit di bagian hilir dari jaringan saluran, adalah penting untuk menjaga agar kapasitas angkutan sedimen per satuan debit (kapasitas angakutan sedimen relatif) tetap sama atau sedikit lebih besar. Sedimen yang masuk pada bagian saluran umunya hanya mengandung partikel lempung dan lanau melayang saja (d < 0,06 0,07 mm), jika memiliki partikel yang lebih besar dari lempung dan lanau melayang, partikel tersebut akan masuk kebagian kantong lumpur dibangunan utama saluran irigasi. Kantong lumpur harus dibangun agar dapat mensterilkan aliran saluran dan jika sedimen yang masuk kedalam jaringan saluran dalam setahun partikel yang lebih bedar dari d 0,06 0,07 mm lebih dari 5% dari kedalaman air diseluruh jaringan saluran. Untuk itu perlunya kantong lumpur agar dapat dilakukan proses pembuangan partikel kembali ke sungai melalui pintu pembuangan. Menetukan gaya erosi dapat diukur dengan gaya geser yang ditimbulkan oleh air didasar dan lereng saluran. Gaya geser harus tetap dibuat lebih kecil dibawah batas kritis agar mencegah terjadinya erosi pada potongan 10

7 melintang. Untuk perencanaan hidrolis sebuah saluran, ada dua oarameter pokok yang harus ditentukan apabila kapasitas rencana yang diperlukan telah diketahui, yaitu : 1. Perbandingan kedalaman air dan lebar dasar, dan 2. Kemiringan memanjang saluran. Rumus aliran hidrolis, cara menentukan hubungan antara potongan melintang dan kemiringan memanjang, perencanaan juga tidak boleh lari dari kriteria angkutan sedimen dan erosi. Persyaratan angkutan sedimen dan air inilah yang membatasi kebebasan untuk memilih parameter paramter yang ada nantinya. Ruas pada saluran yang berada dibagian dekat dengan bangunan utama akan menentukan persyaratan pengakutan sedimen ruas ruas saluran lebih jauh kehilir pada jaringan itu. Perencanaan saluran ada tiga keadaan penting yang harus dibedakan dengan adanya sedimen yang berada didalam air irigasi dan bahan tanggul, yaitu : 1. Aliran irigasi tanpa sedimen disaluran tanah, 2. Air irigasi bersedimen disaluran pasangan, dan 3. Aliran irigasi bersedimen didaluran tanah Mencegah adanya sedimentasi, ruas saluran hilir harus direncanakan dengan kapasitas angkut sedimen, lebih baik atau paling tidak ruas saluran hilir sama dengan ruas hulu. Hal lainnya yang harus ditentukan gaya erosi harus tetap dibawah batas kritis untuk semua ruas saluran tersebut. Menurut kriteria perencanaan bagian saluran KP-03, Kecepatan maksimum yang diizinkan adalah kecepatan aliran (rata-rata) maksimum yang tidak akan menyebabkan erosi dipermukaan saluran. Konsep itu didasrakn pada hasil riset yang diadakan US Soil Conservation Service (USDA SCS, Design of Open Channels,1977) dan hanya memerlukan sekit saja data lapangan seperti klarifikasi tanag (Unified System), indeks plastisitas dan angka pori. Kecepatan maksimum yang diizinkan ditentukan dalam dua langkah, yaitu : 11

8 1. Penetapan kecepatan dasar (v b ) untuk saluran lurus dengan ketinggian air 1 m, vb adlah 0,6 m/dtk untuk harga harga PI yang lebih rendah dari Penetuan faktor koreksi pada vb untuk lengkung saluran, berbagai ketinggian air dan angka pori Bangunan Talang Bangunan talang adalah salah satu bangunan pembawa yang masuk dalam bagian aliran bangunan pembawa subkritis, dipakai untuk mengalirkan air irigasi lewat di atas saluran lainnya atau adanya lembah serta hambatan yang mengharuskan untuk membuat suatu saluran talang ini melintas/menyebrangi, aliran di dalam talang adalah aliran bebas. Menurut Kriteria Perencanaan Standar Irigasi KP-04, Talang adalah saluran buatan yang dibuat dari pasangan beton bertulang, kayu atau baja maupun beton ferrocement, didalamnya air mengalir dengan permukaan bebas, dibuat melintas lembah dengan panjang tertentu (umumnya dibawah 100 m ), saluran pembuang, sungai, jalan atau rel kereta api,dan sebagainya. Dan saluran talang minimum ditopang oleh 2 (dua ) pilar atau lebih dari konstruksi pasangan batu untuk tinggi kurang 3 meter ( beton bertulang pertimbangan biaya ) dan konstruksi pilar dengan beton bertulang untuk tinggi lebih 3 meter. Gambar 2.2 Sketsa Talang Pada bangunan talang air mengalir karena adanya perbadaan beda tinggi pada bagian hulu ke bagian hilir, pada bagian hulu bangunan talang tersebut memiliki kolam peralihan pintu dimana kolam peralihan itu sebagai pengumpulan air agar mendapatkan debit yang cukup besar agar masuk kedalam aliran bangunan talang nantinya. 12

9 Gambar 2.3 Bangunan Talang (Sumber :Kriteria Perencanaan Standar Irigasi KP 04) 13

10 Potongan melintang bangunan talang umunya ditentukan oleh nilai banding b/h, dimana b adalah lebar bangunan dan h adalah kedalaman air. Nilai-nilai banding berkisar antara 1 sampai 3 yang menghasilkan potongan melintang hidrolis yang lebih ekonomis.kecepatan pada bangunan talang ini, lebih tinggi daripada kecepatan dipotongan saluran biasa. Tetapi, kemiringan dan kecepatan dipilih sedemikian rupa sehingga tidak akan terjadi kecepatan superkritis atau mendekati kritis tetap tidak dibenarkan untuk terjadinya aliran superkritis pada bangunan pembawa ini, karena aliran cenderung sangat tidak stabil kemiringan maksimum I = 0,002. Bahan yang digunakan untuk bangunan talang, kecil dengan menggunakan pipa-pipa baja, karena mudah dipasang dan sangat kuat. Untuk debit kecil, pipa-pipa ini lebih ekonomis daripada tipe-tipe bangunan atau bahan lainnya. Tetapi baja memiliki satu ciri khas yang harus mendapat perhatian khusus baja mengembang (ekspansi) jika kena panas. Ekspansi baja lebih besar dari bahan-bahan lainnya. Oleh sebab itu harus dibuat sambungan ekspansi. Sambungan ekspansi hanya dapat dibuat di satu sisi saja atau di tengah pipa, bergantung kepada bentang dan jumlah titik dukung (bearing point). Pipa-pipa terpendam tidak begitu memerlukan sarana-sarana semacam ini karena variasi temperatur lebih kecil dibanding untuk pipa-pipa di udara terbuka. Sedangkan untuk debit-debit yang besar, lebih disukai terbuat dari beton. Kedua tipe bangunan tersebut dapat berfungsi ganda jika dipakai sebagai jembatan orang (baja) atau kendaraan (beton). Menurut Kriteria Perencanaan Standar Irigasi KP 04, Untuk talang yang melintas sungai atau pembuang, harus dipakai harga-harga ruang bebas berikut : - pembuang intern Q 5 + 0,50 m - pembuang ekstern Q ,00 m - sungai: Q 25 + ruang bebas bergantung kepada keputusan perencana, tapi tidak kurang dari 1,50 m. Perencana akan mendasarkan pilihannya pada 14

11 karakteristik sungai yang akan dilintasi, seperti kemiringan, benda benda hanyut, agradasi atau degradasi. Pembebanan pada bangunan talang (aquaduct) irigasi selain beban air irigasi diperhitungkan juga beban lalu lalang sesuai fungsi jembatan sebagai jembatan inspeksi. Pembebanan akibat berat air sesuai volume air yang melalui talang, pembebanan talang besarnya nilai debit dikali dengan panjang bentang talang. Pada daerah irigasi Namu Sira - Sira sebelah kanan, hanya menggunakan talang bawah, artinya talang yang lantainya terletak diatas tumpuan (abutment) di kedua sisi saluran. Tumpuan ini meneruskan berat beban ke pondasi. Untuk talang dengan jembatan yang bentangnya besar diperlukan satu atau lebih pilar di sungai atau saluran pembuang alam guna mendukung bangunan atas agar mengurangi beban yang ditumpu. Biasanya pondasi berupa telapak sebar (spread footing). Bila beban tanah dibawah pondasi tidak cukup kuat, maka dipakai tiang pancang. Tiang pancang ini dapat dibuat dari beton, baja atau kayu. Kedalaman pondasi tumpu harus berada dibawah garis kemiringan 1 sampai 4 dari dasar sungai atau saluran pembuangatau dibawah garis paralel dengan kemiringan samping pada jarak 1,5 m untuk tebing sungai bertalud pasangan dan 2,5 m untuk talud tanah, seperti terlihat pada gambar dibawah ini. Gambar 2.4 Kedalaman Pondasi untuk Tumpuan Talang dan Jembatan Irigasi (Sumber : Kriteria Perencanaan Standar Irigasi KP 04) 15

12 Tiang pancang talang/jembatan disungai atau saluran alam sekurangkurangnya 1,0 m dibawah elevasi dasar. Untuk pasangan pondasi disekitar tiang pancang diusahakan diberi perlindungan terhadap gerusan erosi akibat arus sungai. Tinggi jagaan atau ruang bebas talang yang dimanfaatkan sebagai jembatan yang melintasi sungai atau saluran pembuang alam harus lebih 1,50 m dari muka air pada debit rencana. Sedangkan debit rencana sungai yang sering digunakan pada adalah debit dengan periode ulang 20 tahun atau Q20. Pada saluran pembawa bangunan talang ini akan, penulis akan mencoba mencari jumlah debit dari persamaan bernoulli dan persamaan momentum karena adanya perbedaan beda tinggi pada saluran yang bekerja dengan kecepatan air dan kehilangan energi. Menurut Bambang (1996), menjelaskanpersamaan Bernoulli, yang berlaku hanya untuk titik titik pada suatu garis arus.... (1) Dimana : C = Tinggi Energi Total Z = Elevasi (Tinggi Tempat) = Tinggi Tekanan = Tinggi Kecepatan Didalam Robert (2002), menjelaskan faktor koreksi persamaan energi dan persamaan momentum, kecepatan aliran arah vertical pada saluran terbuka sepanjang kedalaman kita anggap seragam dan sisebut kecepatan rata rata (v). sesungguhnya kondisi yang ada dilapangan kondisinya tidak demikian. Distribusi kecepatan aliran adan bermacam macam menyesuaikan bentuk penampang melintang saluran yang berbeda beda. Dalam penjabaran hukum hukum kekekalan kita tidak memakai kecepatan aliran disuatu titik tetapi kita memakai kecepatan rata rata yang diasumsikan seragam sesuai ketinggian aliran. Oleh karena itu perlu ada koreksi kecepatan baik untuk persamaan energi dan persamaan momentumnya. 16

13 Gambar 2.5 Distribusi Kecepatan Aliran (Sumber : Hidrolika Terapan aliran pada saluran terbuka dan pipa, 2002). Koreksi untuk persamaan energi α adalah sama dengan energi kinetis yang sesungguhnya dibagi dengan energy kinetic yang dihitung berdasarkan kacepatan rata rata dan dapat ditulis. (2) Koreksi untuk persamaan momentum β adalah sama dengan momentum flux yang sesungguhnya dibagi dengan momentum flux yang dihitung berdasarkan kecepatan rata rata dan dapat ditulis.. (3) Dimana : = Kecepatan aliran kea rah x disuatu titik = Kecepatan Rata - Rata Namun karena α merupakan fungsi kecepatan pangkat 3 dan β merupakan fungsi kecepatan pangkat 2, maka α lebih besar daripada β. Maka persamaan (1) harus ditulis :. (4) Menurut Henderson (1966) dan Hicks (1990) didalam Robert (2002), Besarnya α dan β umumnya pada saluran terbuka mendekati satu namun tidak pernah lebih kecil dari satu. Lebih lanjut Henderson mengatakan bahwa keduanya mempunya nilai sama dengan satu bilamana aliran yang melalui potongan melintang saluran adalah seragam. Semakin aliran tidak seragam 17

14 maka nilai koefisien koefisien tersebut menjadi lebih besar. Didalam percobaan laboraturium untuk saluran lurus prismatik besarnya koefisien koefisien tersebut adalah 1.03 α β 1.12 Nilai nilai α dan β mendekati satu bila saluran mempunyai kedalaman dan lebar yang besar. Semakin kecil saluran nilai nilai tersebut cenderung membesar. Untuk saluran gabungan (compound channel) nilai nilai α dan β tidak lagi sama dengan 1. Gambar dibawah ini (Gambar 1.5) menunjukkan besarnya nilai α dan β untuk jenis saluran yang berbeda beda. Pada bangunan air (misalnya bendung, spillway), bangunan penghalang lainnya dan bentuk bentuk saluran yang tidak beraturan maka nilainya kan lebih bedsar dari satu.untuk aliran pada saluran terbuka yang dipakai adalah kedalam air (y) dapat dilihat pada (Gambar 1.6). Gambar 2.6 Contoh besarnya α dan β pada 2 jenis saluran (Henderson, 1966; Hicks, 1990) (Sumber : Hidrolika Terapan aliran pada saluran terbuka dan pipa, 2002). 18

15 Dimana : EL =Garis Energi HGL=Hydraulic Grade Line Y =Kedalaman Air G =Gravitasi V =Kecepatan Rata Rata Aliran P =Tekanan Air pada Suatu Titik Z =Ketinggian Dasar Saluran. Gambar 2.7 Potongan Melintang aliran pada saluran terbuka (kodoatie, 1996) (Sumber : Hidrolika Terapan aliran pada saluran terbuka dan pipa, 2002). Untuk merencanakan hidrolis pada aliran saluran tertutup, dipakai rumus strickler : V = K st. R 2/3. I 1/2. (5) Dimana : V = kecepatan aliran yang dipercepat didalam terowongan atau saluran terututup, m/dt K = koefisien kekasaran strickler, m1/2/dt R = jari jari hidrolis, m I = garis kemiringan energi (kemiringan hidrolis) Gambar 2.8 Parameter Potongan Melintang (Sumber : Kriteria Perencanaan Standar Irigasi KP 04) 19

16 Dalam menentukan nilai R (jari-jari hidrolis), dimana : R = (6) Keterangan: A = Luas Basah, m 2 P = Keliling Basah, m Nilai, A = (b + m. h) h (7) P = b + 2h ( (8) Q = V. A (9) b = n. h (10) Dimana : Q = debit saluran, m3/dt v = kecepatan aliran, m/dt A = potongan melintang aliran, m2 R = jari jari hidrolis, m P = keliling basah, m b = lebar dasar, m h = tinggi air, m I = kemiringan energi (kemiringan saluran) k = koefisien kekasaran Stickler, m1/3/dt m = kemiringan talut (1 vertikal : m horizontal) Harga harga koefisien strickler (Kst) dan kecepatan maksimum akan ditunjukkan pada tabel berikut ini, dimana harga koefisien tersebut telah cukup lama digunakan konservatif, untuk pembangunan konstruksi konstruksi dengan skala yang besar harga koefisien tersebut boleh diambil dengan nilai yang lebih tinggi dari harga yang telah ada, tergantung pada metode pelaksanaan dalam konstruksi tersebut. 20

17 Tabel 2.1 Harga Kecepatan Maksimum dan Kst(Strickler) (Sumber :Kriteria Perencanaan Standar Irigasi KP 04) Pada perhitungan dan rumus diatas rumus strickler juga disebut sebagai rumus manning. Dimana koefisien kekasaran Manning n mempunyai harga bilangan 1 dibagi dengan k. Didalam kriteria perencanaan bagian saluran KP-03, Faktor faktor yang mempengaruhi koefisien kekasaran, ialah: 1. Kekasana permukaan saluran 2. Ketidakteraturan permukaan saluran 3. Trase 4. Vegetasi (tetumbuhan) dan 5. Sedimen Pada saluran tanah bentuk dari besar atau kecilnya partikel pada saluran merupakan bagian kecil dari kekasaran total, hal itu tidak berlaku untuk saluran lainnya karena hal tersebut akan merupakan ukuran kekasaran nantinya. Menurut kriteria perencanaan bagian saluran KP-03, Pada saluran irigasi, ketidak teraturan permukaan yang menyebabkan perubahan dalam keliling basah dan potongan melintang mempunyai pengaruh yang lebih penting pada koefisien kekasaran saluran daripada kekasaran permukaan. Hal yang dapat membuat memperbesarnya nilai koefisien kekasaran ialah dengan adanya suatu perubahan perubahan yang terjadi secara mendadak pada permukaan saluran. Perubahan itu terjadi karena pengerjaan konstruksi saluran itu tidak baik maupun dalam keadaan jelek atau karena terjadinya erosi pada talut saluran. Terjadinya riak-riak di dasar saluran akibat interaksi aliran di perbatasannya juga berpengaruh terhadap kekasaran saluran. 21

18 Pengaruh vegetasi terhadap resistensi sudah jelas panjang dan kerapatan vegetasi adalah faktor-faktor yang menentukan. Akan tetapi tinggi air dan kecepatan aliran sangat membatasi pertumbuhan vegetasi. Vegetasi diandaikan minimal untuk harga- harga k yang dipilih dan dipakai dalam perencanaan saluran. Didalam kriteria perencanaan bagian saluran KP-03 telah dijelaskan bahwa Pengaruh trase saluran terhadap koefisien kekasaran dapat diabaikan, karena dalam perencanaan saluran tanpa pasangan akan dipakai tikungan berjari-jari besar. Pengaruh faktor-faktor di atas terhadap koefisien kekasaran saluran akan bervariasi menurut ukuran saluran. Ketidak teraturan pada permukaan akan menyebabkan perubahan kecil di daerah potongan melintang di saluran yang besar daripada di saluran kecil. Koefisien-koefisien kekasaran untuk perencanaan saluran irigasi disajikan pada Tabel berikut ini. Tabel 2.2 Harga Kekasaran Koefisien Strickler (Kst) untuk Saluran irigasi Tanah (Sumber : Kriteria Perencanaan Standar Irigasi KP 03) Apakah harga-harga itu akan merupakan harga harga fisik yang sebenarnya selama kegiatan operasi, hal ini sangat tergantung pada kondisi pemeliharaan saluran. Penghalusan permukaan saluran dan menjaga agar saluran bebas dari vegetasi lewat pemeliharaan rutin akan sangat berpengaruh pada koefisien kekasaran dan kapasitas debit saluran. 22

19 Suatu kecepatan minimun yang diizinkan sebagai suatu syarat kecepatan terendah, yang diperhitungkan tidak akan menyebapkan pengendapan partikel dengan ditentukannya diameter maksimum yang diizinkan (0,06 0,07 mm), akan tetapi secara kuantitas baru sedikit yang diketahui mengenai hubungan antara karakterisktik aliran dan sedimen yang ada. Untuk itu dalam perencanaan saluran irigasi yang alirannya diperhitungkan mengangkut sedimen sedimen dalm perencanaan yang baik dimana per satuan debit ruas saluran tersebut tetap dalam aliran yang konstan. 2.6.Bangunan Siphon Bangunan siphon juga termasuk bangunan pembawa sama seperti bangunan talang, siphon juga bagian aliran bangunan pembawa subkritis. Menurut Kriteria Perencanaan Standar Irigasi KP-04, Bangunan Siphon adalah bangunan yang membawa air melewati bawah saluran lain (biasanya pembuang) atau jalan. Pada siphon air mengalir karena tekanan, perencanaan hidrolis siphon harus mempertimbangkan kecepatan aliran, kehilangan pada peralihan masuk, kehilangan pada peralihan masuk, kehilangan akibat gesekan, kehilangan pada bagian siku siphon serta kehilangan pada peralihan keluar. Siphon yang melebihi panjang dari 100 m harus dipasang dengan lubang periksa (manhole) dan pintu pembuangan, jika situasi memungkinkan khususnya untuk jembatan siphon dan diameter minimum siphon adalah 0,60 m untuk memungkinkan pembersihan dan inspeksi. Bangunan siphon ini termasuk bangunan yang hanya memiliki fleksibiltas yang sedikit dalam mengangkut air yang lebih banyak dari yang direncanakan. Bangunan siphon ini juga tidak dapat direkomendasi sebagai bangunan pembuang walaupun debit tidak diatur tetapi bangunan pembuang akan lebih banyak nantinya membawa benda benda hanyut pada saat proses pengaliran terjadi. Untuk itu biasanya siphon mencegah adanya benda benda asing masuk, baik makhluk hidup lainnya pada mulut atau lubang masuk aliran akan ditambah kisi kisi penyaring (trashtrack) dan dikombinasikan dengan 23

20 pelimpah tepat di bagian atas, agar dapat mencegah air meluap dr atas tanggul saluran dihulu nantinya. Pada kebutuhan saluran yang besar, siphon akan dibuat menjadi pipa rangkap (double barrels), hal itu dilakukan agar meminimalisir kehilangan energi yang besar dan lebih menguntungkan dari segi pemeliharaan dan perawatan biaya perawatan dan pelaksanaan nantinya, untuk pemasangan sipon (yang panjangnya lebih dari 100 m) memerlukan seorang ahli mekanik dan hidrolik. Adanya memperhitungkan kecepatan pada aliran pada bangunan siphon ini, berfungsi untuk mencegah terjadinya sedimentasi untuk itu kecepatan aliran pada bangunan siphon harus tinggi. Akan tetapi, kecepatan yang memiliki nilai yang tinggi akan menghasilkan nilai kehilangan energi yang tinggi, untuk itu keseimbangan antara antara kecepatan dan kehilang energi yang terjadi harus tetap dijaga sesuai dengan yang diizinkan. Kecepatan aliran yang terjadi pada bangunan siphon harus dua kali lebih tinggi dari kecepatan normal aliran yang terjadi pada saluran tersebut, dan tidak boleh kurang dari 1 m/dtk, alangkah lebih baik atau lebih disukai jika nilai nya tidak kurang dari 1,5 m/dtk dan kecepatan maksimum yang akan terjadi tidak lebih dari 3 m/dtk. Adanya titik tertinggi atas pada bagian bangunan siphon akan berada dibawah nantinya dari permukaan air normal, itu akan mengakibatkan masuknya udara kedalam bagian bangunan siphon dan mengurangi kemungkinan kapasitas air yang akan masuk pada bangunan siphon, tinggi air yang bergantung dengan adanya hal yang terjadi pada kemiringan dan ukuran siphon umumnya 1,1 Δhv < air dibagian atas < 1,5 Δhv (sekitar 0,45 m, minimum 0,15 m) di mana: Δhv = beda tinggi kecepatan pada pemasukan. Pada bangunan siphon akan terjadi kehilangan kehilangan energi, kehilangan energi yang terjadi seperti : 1) Kehilangan Energi Akibat Gesekan Pada kejadian kehilangan energi akibat gesekan yang terjadi didinding dinding saluran, hal ini cukup memiliki pertimbangan dalam menentukan 24

21 kebutuhan debit air nantinya, untuk itu perhitungan kehilangan energi akibat gesekan ini dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut : Δ Hf = x (11) Dimana : Δ Hf = kehilangan energi akibat gesekan,m = kecepatan dalam bangunan, m/dtk L = panjang bangunan, m R = jari jari hidrolis, m (A/P) A = luas basah, m² P = keliling basah, m C = koefisien Chezy (=k R 1/6 ) k = koefisien kekasaran Strickler, m 1/3 /dtk (Beton=70) g = percepatan gravitasi. m/dtk 2 (9,8) Dengan nilai k dapat ditentukan dari : Tabel 2.3 Harga Koefisien Strickler (Sumber :Kriteria Perencanaan Standar Irigasi KP 04) 2) Kehilangan Energi Akibat Peralihan Pada kejadian kehilang akibat peralihan ini, ada dua bentuk kejadian yaitu pada pintu masuk dan pintu keluar, untuk kejadian peralihan dalam saluran terbuka bilang froude yang dilakukan percepatan pada aliran tidak boleh melebihi 0,5. Kehilangan energi yang terjadi pada peralihan dipintu masuk (Δhmasuk) dan dipintu keluar (Δhkeluar) dinyatakan dalam rumusan borda, yaitu : 25

22 Untuk peralihan dalam saluran terbuka di mana bilangan Froude aliran yang dipercepat tidak melebihi 0,5, kehilangan energi pada peralihan masuk dan peralihan keluar ΔHmasuk atau ΔHkeluar dinyatakan mamakai rumusan Borda : Δ H masuk = ξ masuk (12) Δ H keluar = ξ keluar (13) dimana : ξmasuk keluar : faktor kehilangan energi yang bergantung kepada bentuk hidrolis peralihan dan apakah kehilangan itu pada peralihan masuk atau keluar va : kecepatan rata yang dipercepat dalam bangunan pembawa, m/dt v1 v2 : kecepatan rata rata di saluran hulu (v1) atau hilir (v2), m/dt Dalam menetukan tipe peralihan yang akan digunakan nantinya, sebaiknya dianjurkan atas didasarin pada kekuatan peralihan, jika bangunan perlaihan terbuat dari pasangan batu atau beton bertulang, maka akan lebih leluasa dalam memilih tipe yanag akan dikehendaki nantinya, dan pertimbangan peertimbangan hidrolik yang akan terjadi juga mungkin memainkan peranan penting didalam menentukan nantinya. Jika sebuah gorong gorong memiliki air yang mengalir dengan penuh akibat tingginya permukaan air di sebelah hulu pada bangunan gorong gorong tersebut maka bangunan gorong gorong itu bisa dikatakan dengan siphon. Hal ini terjadi karena bangunan dengan aliran aliran yang sedemikian itu yang mengalir penuh diperoleh karena bangunan lebih condong kebawah dibelakang peralihan masuk dan lebih condong keatas lagi menjelang sampai aliran tersebut menuju peralihan keluar. Nilai nilai faktor kehilangan energi pada peralihan ini yang disebut dalam simbol ξ masuk dan ξ keluar, tidak hanya berlaku untuk siphon akan tetapi berlaku juga untuk bangunan talang dan saluran flum pembawa lainnya dan dapat ditentukan dari gambar sebagai berikut : 26

23 Gambar 2.9 koefisien kehilangan tinggi energi untuk peralihan (Sumber :Kriteria Perencanaan Standar Irigasi KP 04) 27

24 Kehilang energi yang terjadi pada peralihan masuk dan peralihan keluar untuk bangunan siphon atau saluran pia dan pembawa, pada umumnya termasuk dalam aliran bebas. 3) Kehilangan Energi Pada Siku dan Tikungan Pada kejadian kehilangan energi terjadi akibat adanya perubahan aliran, proses yang terjadi adanya peningkatan tekanan pada sisi bagian siku dan tikungan dan penurunan tekanan pada bagian dalam aliran. Penurunan yang terjadi sedemikian itu dapat membuat aliran terpisah dar dinding padat (solid boundary), dengan demikian menyebabkan proses bertambahnya kehilangan energi akibat turbulensi/olakan yang terjadi. Gambar 2.10 Peralihan aliran pada bagian siku (Sumber :Kriteria Perencanaan Standar Irigasi KP 04) Pada proses kehilangan energi siku dan tikungan ini dapat dinyatakan sebagai fungsi tinggi kecepatan didalam aliran, yang jumlah nilai ΔHb lebih besar dari kehilangan akibat gesekan, seperti : Δ Hb = kb (14) Dimana untuk menentukan nilai dari kb (koefisien kehilangan energi), dijelaskan pada tabel berikut ini, dimana harga harga kb untuk profil persegi nilainya harus lebih tinggi daripada untuk profil bulat. Hal ini disebabkan karena pembagian kecepatan yang kurang baik yang terjadi 28

25 pada proses nantinya dan turbulensi yang terjadi didalam potongan segi empat seperti yang dijelaskan pada gambar sebelumnya. Tabel 2.4 Harga Harga kb untuk siku (Sumber :Kriteria Perencanaan Standar Irigasi KP 04) 4) Kehilangan Energi pada Kisi Kisi Penyaringan Pada kejadian kehilang energi yang terjadi dikisi kisi penyaringan ini karena adanya hambatan pada air yang akan masuk kedalam bagian aliran siphon tersebut. Kisi kisi penyaingan ini diadakan pada lubang masuk bangunan siphon berfungsi agar menghambat masuknya benda benda asing, baik benda mati seperti kayu dan kotoran sampah lainnya maupun benda hidup seperti hewan hewan mati yang melintas pada aliran disebelah hulu dari bangunan siphon nantinya. Gambar 2.11 Kisi Kisi Penyaringan (Sumber :Kriteria Perencanaan Standar Irigasi KP 04) 29

26 Jikalau suatu bangunan siphon tidak memiliki kisi kisi penyaringan ini, benda benda asing tersebut akan menyumbat dan menghambat aliran air yang terjadi didalam bangunan siphon tersebut dan menimbulkan masalah masalah yang serius nantinya pada bangunan siphon tersebut. Kisi kisi jeruji dibuat dari jeruji jeruji baja yang ditegakkan pada aliran air yang akan masuk guna mempermudah proses pembersihan dengan penggaruk (rake) nantinya. Kehilangan energi pada kisi kisi penyaringan ini dapat dihitung dengan: Δ Hf = C (15) dimana C = β 4/3 sin δ (16) Keterangan : Δ Hf = kehilangan tinggi energi, m v = kecepatan melalui kisi kisi, m/dt g = percepatan gravitasi, m/dt² ( 9,8) c = koefisien berdasarkan : β = fakor bentuk (2,4 untuk segi empat, dan 1.8 untuk jeruji bulat) s = tebal jeruji, m b = jarak bersih antar jeruji, m δ = sudut kemiringan dari bidang horisontal Kemiringan hidrolis Biaya pembuatan terowongan agak mahal dan oleh karena itu, perlu berhemat dalam membuat diameternya. Kemiringan hidrolis (kemiringan terowongan dibuat curam jika tinggi energi yang tersedia cukup. Kecepatan rencana yang dihasilkan tidak boleh melampaui kecepatan maksimum dan tidak boleh di bawah kecepatan kritis dengan 0,75 kali kecepatan kritis sebagai harga praktis. Konstruksi galian terbuka memperkecil potongan melintang saluran tertutup karena tanah harus dipindahkan. Bagaimanapun juga luas potongan melintang yang kecil tetap 30

27 lebih murah daripada yang besar. Tinggi jagaan Ditinjau dari segi hidrolika sebuah terowongan 0,2 D dengan ukuran minimum sekitar 0,5 m umumnya dapat diterima secara internasional. Ini akan memberikan sekitar 10 % kapasitas cadangan yang dinilai terlalu rendah untuk ketidakpastian perencanaan di Indonesia pada umumnya. Oleh karena itu dipakai tinggi jagaan 0,25 D yang berarti menambah kapasitas cadangan sampai kurang lebih 15 persen dari debit rencana untuk terowongan bentuk tapal kuda. Untuk saluran terhadap segi empat, tinggi jagaan akan diambil pada 0,2 H. Dimana nilai H adalah tinggi bagian dalam saluran. Agar benda-benda terapung dapat melewati terowongan dan saluran tertutup, maka tinggi minimum jagaannya diambil sama dengan tinggi jagaan saluran terbuka. Untuk menghitung masukkan materi manning dan strickler. Jika menguasai pers. Bernouli, tambahkan lagi dan ralat penambahan materinya. 31