Methode Aplikasi Bangunan Krib Sebagai Pelindung terhadap Bahaya Erosi Tebing Sungai ABSTRAK

Transkripsi

1 Jurnal APLIKASI Volume 5, Nomor 1, Agustus 008 Methode Aplikasi Bangunan Krib Sebagai Pelindung terhadap Bahaa Erosi Tebing Sungai Suharjoko Staft Pengajar Program Studi D-III Teknik Sipil FTSP ITS ABSTRAK Untuk tujuan disain suatu bangunan krib, perlu dilakukan pengkajian dengan menggunakan model, sementara membangun model baik model fisik maupun model matematis memerlukan dana ang cukup besar. Oleh karena itu Suharjoko ( 001) telah mengkaji dengan melakukan simulasi numerik terhadap 45 kasus aitu terdiri dari tiga model krib ang di dibedakan oleh sudut antara krib dengan tebing sungai, setiap modelna terdapat tiga variasi ang dibedakan oleh ukuran panjang krib dan setiap variasi dikaji terhadap lima kasus ang dibedakan oleh kecepatan arusna. Tujuan penelitian adalah untuk mendapatkan pedoman perencanaan aplikasi bangunan krib ang sesuai. Dari hasil simulasi diperoleh bahwa parameter penting ang menjadi penentu adalah lebar sungai (B), Kecepatan arus (v), kedalaman air (h), panjang krib (P), arah krib () itu dipasang dan panjang perlindungan ang dihasilkan (D). Kemudian antara parameterparameter penting ang berpengaruh dengan cara penelesaian analisa dimensi dicari hubunganna. Dari penelesaian tersebut didapat hubungan antara bilangan Froude ( Fr. ) dengan Dh/PB. Besarna bilangan Froude (Fr) adalah V / gh Hasil temuan pada studi ini menghasilkan suatu grafik hubungan antara bilangan Froude (Fr.) dengan Dh/PB sehingga memberikan kemudahan dalam perencanaan bangunan Krib, dengan demikian akan sangat menghemat biaa disain karena tahapan studi simulasi tidak lagi perlu dilakukan dalam merencanakan bangunan krib tersebut. 1. PENDAHULUAN A. Latar Belakang Pada sungai dimana kecepatan arusna tinggi tentu menimbulkan erosi, baik ang tejadi di tebing maupun di dasar sungai, oleh karena itu diperlukan suatu bangunan perlindungan. Bangunan perlindungan tebing dapat berupa plengsengan (lining), tembok, turap, bronjong, krib dan lain-lain. Bangunan Krib adalah salah satu bangunan perlindungan ang dipasang melintang pada tebing sungai, ang tujuannna untuk memperlambat kecepatan arus di sekitar bangunan krib tersebut sehingga proses erosi akan terhindari bahkan akan terjadi proses sedimentasi. Dengan demikian pada tebing ang semula terjadi proses erosi menjadi terlindungi bahkan terjadi endapan (sedimentasi) akibat adana bangunan krib tersebut. Namun untuk kebutuhan perencanaan bangunan krib perlu dilakukan analisa efektifitas tata letak bangunan krib tersebut apakah harus tegak lurus atau menudut dan berapa panjang krib ang baik, untuk itu perlu dilakukan pengkajian dan analisa terhadap faktor-faktor ang berpengaruh. Untuk melakukan pengkajian tersebut dapat dilakukan dengan suatu model, baik model fisik maupun model matematis sementara membangun model memerlukan dana ang cukup besar. Oleh karena itu Suharjoko, 001 telah melakukan penelitian dengan membangun model matematik. Model ini merupakan suatu penelesaian persamaan aliran tak tunak dua Dimensi Horiontal dengan methode karakteristik. Model matematik tersebut dilakukan untuk mengkaji terhadap 45 kasus model krib ang terdiri dari tiga model ang di ang dibedakan oleh sudut antara krib tersebut terhadap tebing sungai. Dan setiap modelna terdapat tiga variasi ang dibedakan oleh ukuran panjang krib dan setiap variasi dikaji terhadap lima kasus ang dibedakan oleh kecepatan arusna. Jurnal APLIKASI: Media Informasi & Komunikasi Aplikasi Teknik Sipil Terkini Halaman 9

2 Volume 5, Nomor 1, Agustus 008 Hasil simulasi diperoleh bahwa parameter penting ang menjadi penentu adalah lebar sungai, kecepatan arus, kedalaman air, panjang krib, arah krib itu dipasang dan panjang perlindungan ang dihasilkan. Dari parameter ang dihasilkan tersebut dicari hubunganna sedemikian hingga diperoleh suatu fungsi atau hubungan antar parameter tersebut menjadi hubungan ang general. Dengan demikian diperoleh suatu methode perncanaan bangunan krib ang mudah dalam aplikasi disainna dan tidak perlu lagi melalui kajian. Jurnal APLIKASI 3. TINJAUAN PUSTAKA 3.1. Model Matematik Model ini merupakan suatu penelesaian persamaan aliran tak tunak (unstead) dua Dimensi Horiontal dengan methode karakteristik. Persamaan aliran tak tunak dua Dimensi Horiontal adalah terdiri dari persamaan momentum dan persamaan kontinuitas dari Navier Stokes berikut ini Persamaan kontinuitas : 1.. Tujuan dan Manfaat Tujuanna adalah melakukan kajian sedemikian hingga diperoleh hubungan antara parameter penting ang berpengaruh tersebut terhadap perlindungan ang dihasilkan oleh bangunan krib terhadap tebing sungai sehingga diperoleh suatu fungsi atau hubungan antar parameter menjadi hubungan ang general. Sedangkan manfatna adalah diperoleh kemudahan dalam merencanakan bangunan krib tersebut sebagai perlindungan sungai sehingga dapat menghemat energi dan biaa ang semula dalam merencanakan bangunan krib harus melalui kajian dengan model menjadi hitungan ang amat sederhana.. METODOLOGI Tahap pertama dilakukan running model terhadap berbagai kasus dan dilanjutkan analisa terhadap setiap hasil running model ang dihasilkan akni melakukan penilaian terhadap besaran parameter ang dihasilkan. Tahap kedua melakukan analisa non-dimensi terhadap parameter penentu untuk mendapatkan hubungan antar parameter tersebut. Tahap ketiga menghitung terhadap nilai parameter ang dihasilkan untuk mendapatkan hubungan antar parameter model dan kasus. Tahap keempat melakukan analisa untuk mendapatkan hubungan antar parameter tersebut. ( hu) ( hv) 0 t x Persamaan momentum : v v v 1 p u v Y v t x u u 1 p u v X u t x x dimana.... (1)... (a)... (b) u & v = Kecepatan rerata vertikal arus arah x.dan arah, h u x = Kedalaman sungai, = Tinggi air terhadap bidang Persamaan atau tinggi pasang surut. Persamaan di atas diturunkan mengikuti konsep gerakan partikel air dari tempat (x,,) menuju ke tempat (x+dx, +d, +d) dalam selang waktu dt. Pada Gambar 1 berikut ditunjukkan perubahan kecepatan partikel/gerak at cair arah x,, dalam selang waktu dt aitu suatu perubahan gerakan pertikel dalam 3-Dimensi. Halaman 10 Jurnal APLIKASI: Media Informasi & Komunikasi Aplikasi Teknik Sipil Terkini

3 Jurnal APLIKASI Volume 5, Nomor 1, Agustus 008 d w (x,,) u u d V v u dx d u u dx x u u d V+dV u u u u dx d d x (x+dx,+d,+d) u = (u (i+1,j)-u (i,j)+ u (i-1,j))/ x, x u = (u (i,j+1)-u (i,j)+ u (i,j-1))/, v = (v (i+1,j)-v (i,j)+ v (i-1,j))/ x, x Gambar 1 : Kemudian dengan mengeliminasi gerakan arah vertical maka persamaan menjadi persamaan gerak aliran Dimensi Horiontal seperti ang ditunjuk pada persamaan 1 dan diatas. Selanjutna persamaan defferensial dari persamaan aliran di atas diselesaikan secara numeris dengan methode karakteristik kompotabel Triatmadja (1990) ang merupakan Hasil akhir dari penelesaian tersebut diperoleh suatu skema karakteristik sebagai berikut : ( uh vh hu hv ) t h x x 1 ( c u v )( t / s) ( ) ( s / t) ( c u v ) ( u u ) 4 gu ( h h ( t / s ) 4 hu( u u) 4hv( v v) ( t / s).... (3) u u uu vu g t h x 0,5 gv( u v ) v v + t ( ) t C h x 0,5 gu( u v ) u u t ( ) t,...(4) C h x x v h v uvx vv g t ( s / t) ( c u v ) ( v v) 4gv( h h( t / s) 0,5 gv( u v ) v v t ( ) t, (5) C h x x Perubahan kecepatan partikel at cair arah x,, dalam selang waktu dt. Sesuai dengan jaring hitungan maka unsurunsur ang tertulis pada persamaan di atas (Persamaan 3.4, 3.5 dan 3.6), dapat didefinisikan sebagai berikut: v = (v (i,j+1)-v (i,j)+ v (i,j-1))/, h = + ho, s = x =, c = Cepat rambat gelombang, ( g h (i,j) ) 0,5, C = Koefisien Che, = Viskositas kinematis = 1x10-3. Persamaan numeric di atas kemudian ditulis dalam bahasa program komputer ang telah diselesaikan oleh Suharjoko (1999), dengan menggunakan bahasa Program Visual Basic. 3.. Analisa Kasus dan Model Dengan menggunakan program tersebut telah dikaji (1999) terhadap 45 kasus aitu terdiri dari tiga model krib ang di dibedakan oleh sudut antara krib dengan tebing sungai, setiap modelna terdapat tiga variasi ang dibedakan oleh ukuran panjang krib dan setiap variasi dikaji terhadap lima kasus ang dibedakan oleh kecepatan arusna. Hasil model diatas sebagai dicontohkan pada Gambar adalah gambar vektor kecepatan disekitar Krib miring dengan kecepatan di hulu = 0.6 m/dt, Gambar 3 adalah gambar vektor kecepatan disekitar Krib miring dengan kecepatan di hulu = 0.4 m/dt dan Gambar 4. kontour distribusi kecepatan disekitar krib. Dari contoh gambar ang dihasilkan tersebut dapat diketahui bahwa di sekitar tebing sungai ang diharapkan dilindungi dari bangungan krib tersebut telah mencapai distribusi kecepatan kurang dari 0,5 m/dt. Pengamatan serupa dilakukan pada hasil running model terhadap ke 45 kasus ang ang direncanakan. Jurnal APLIKASI: Media Informasi & Komunikasi Aplikasi Teknik Sipil Terkini Halaman 11

4 Volume 5, Nomor 1, Agustus 008 Jurnal APLIKASI Gambar : Gambar vektor kecepatan disekitar Krib miring dengan kecepatan di hulu = 0.6 m/dt, Gambar 3 : Gambar vektor kecepatan disekitar Krib miring dengan kecepatan di hulu = 0.4 m/dt, Gambar 4 : Kontur distribusi kecepatan disekitar disekitar Krib miring dengan kecepatan di hulu = 0.4 m/dt Hasil simulasi numeric terhadap 45 kasus model krib aitu parameter penting ang menjadi penentu adalah lebar sungai, kecepatan arus, kedalaman air, panjang krib, arah krib itu dipasang dan panjang perlindungan ang dihasilkan dicatat dan kemudian di analisa untuk dicari hubungan pengaruhna Hubungan Antara Parameter Penting Untuk mendapatkan hubungan antara parameter-parameter ang berpengaruh tetapi dalam bentuk general maka dilakukan analisa tak berdimensi. Pada Tabel 1. berikut ini ditunjukkan penurunan analisa non-dimensi dengan cara step wise. Halaman 1 Jurnal APLIKASI: Media Informasi & Komunikasi Aplikasi Teknik Sipil Terkini

5 Jurnal APLIKASI Volume 5, Nomor 1, Agustus 008 V Dengan merujuk pada Gambar 5, parameterparameter ang akan dicari hubunganna adalah : B P Krib dimana : L : Panjang tebing ang terlindungi : Kerapatan air u. : kecepatan rata-rata searah dengan alur sungai v. : kecepatan rata-rata tegak lurus dengan alur sungai h : kedalaman air g : percepatan grafitasi υ : viskositas kinematis P : panjang krib B : lebar sungai Α : sudut ang dibentuk oleh krib dengan garis tebing sungai Tabel 1. Tabel penurunan analisa nondimensi dengan cara step wise D Gambar 5 : Parameter parameter Dari penurunan diatas diperoleh bilangan tak berdimensi sebagai berikut : ( D/h, gh/u, uh, p/h, b/h, tg ) Dari hasil penurunan tersebut diatas kemudian dengan mengkombinasikan antara bilangan non-dimensi menghasilkan sebagai berikut : Dh tan PB uh Dh PB Fr u gh Fr adalah Froude Number, = u/gh, Dari penelesaian terebut didapat hubungan antara bilangan Froude ( Fr. ) dengan Dh/PB, ang dapat ditulis sebagai : Kemudian dari hasil simulasi terhadap 45 model kasus dicari hubunganna dengan melakukan tabulasi dan menghitung harga bilangan Froude ( Fr. ) dengan Dh/PB seperti ang disajikan pada Tabel berikut ini. Kemudian antara besarna nilai Froude ( Fr. ) dan Dh/PB di plot dan kemudian dicari garis regrasina sebagai ang ditunjuk pada Gambar 6 berikut. Nampak pada gambar tersebut bahwa dari tiga alternatif model tersebut secara umum dapat dikatakan Model 1 aitu Krib dengan sudut = 90 o merupakan pilihan ang paling baik dibanding dengan model lain ang telah diajukan. Oleh karena itu disarankan dipilih bangunan krib tegak lurus dengan arah aliran. D u h g p b tg M/L ) L M/L L/T L L/T M/LT L L 1 D u h g p b 1 u L/T) L L/T L L/T L /T L L 1 D h g/u u p b 1 h(l) L L L -1 L L L 1 D/h gh/u uh p/h b/h 1 Jurnal APLIKASI: Media Informasi & Komunikasi Aplikasi Teknik Sipil Terkini Halaman 13

6 Volume 5, Nomor 1, Agustus 008 Jurnal APLIKASI Fr ( Fruode Number ) Model Krib Model - 1 Model - Model Variasi Krib Var-1 Var- Var-3 Var-1 Var- Var-3 Var-1 Var- Var-3 Tabel Tabel Hubungan antara Dh/PB dengan bilangan Froude. Data simulasi dan hasil simulasi Kasus u P B h D Dh/PB Fr K ,30 1,5 6 0,030 45,000 11,5 0,046 0,550 K ,40 1,5 6 0,054 35,000 8,75 0,063 0,548 K ,60 1,5 6 0,10 7,000 6,75 0,108 0,553 K ,80 1,5 6 0,30 5,000 6,5 0,191 0,533 K ,00 1,5 6 0,375 3,000 5,75 0,88 0,51 K ,30 6 0,030 60,000 15,00 0,038 0,550 K ,40 6 0,054 70,000 17,50 0,079 0,548 K ,60 6 0,10 40,000 10,00 0,100 0,553 K ,80 6 0,30 35,000 8,75 0,168 0,533 K ,00 6 0,375 35,000 8,75 0,74 0,51 K ,30 3,5 6 0,030 80,000 0,00 0,031 0,550 K ,40 3,5 6 0,054 80,000 0,00 0,056 0,548 K ,60 3,5 6 0,10 70,000 17,50 0,108 0,553 K ,80 3,5 6 0,30 55,000 13,75 0,16 0,533 K ,00 3,5 6 0,375 50,000 1,50 0,40 0,51 K ,30 1,5 6 0,030 48,000 1,00 0,049 0,550 K ,40 1,5 6 0,054 33,000 8,5 0,060 0,548 K ,60 1,5 6 0,10 18,000 4,50 0,07 0,553 K ,80 1,5 6 0,30 1,000 3,00 0,09 0,533 K ,00 1,5 6 0,375 15,000 3,75 0,188 0,51 K ,30 6 0,030 55,000 13,75 0,035 0,550 K ,40 6 0,054 58,000 14,50 0,066 0,548 K ,60 6 0,10 45,000 11,5 0,113 0,553 K ,80 6 0,30 8,000 7,00 0,134 0,533 K ,00 6 0,375 5,000 6,5 0,195 0,51 K ,30 3,5 6 0,030 K ,40 3,5 6 0,054 K ,60 3,5 6 0,10 K ,80 3,5 6 0,30 K ,00 3,5 6 0,375 K ,30 1,5 6 0,030 34,000 8,50 0,034 0,550 K ,40 1,5 6 0,054 8,000 7,00 0,051 0,548 K ,60 1,5 6 0,10 3,000 5,75 0,09 0,553 K ,80 1,5 6 0,30 17,000 4,5 0,130 0,533 K ,00 1,5 6 0,375 16,000 4,00 0,00 0,51 K ,30 6 0,030 40,000 10,00 0,05 0,550 K ,40 6 0,054 35,000 8,75 0,040 0,548 K ,60 6 0,10 7,000 6,75 0,068 0,553 K ,80 6 0,30 4,000 6,00 0,115 0,533 K ,00 6 0,375 3,000 5,75 0,180 0,51 K ,30 3,5 6 0,030 90,000,50 K ,40 3,5 6 0,054 90,000,50 K ,60 3,5 6 0,10 99,000 4,75 K ,80 3,5 6 0,30 80,000 0,00 K ,00 3,5 6 0,375 90,000,50 = 45 o = 90 o = 135 o 4. KESIMPULAN Hasil temuan pada penelitian diatas ang menghasilkan suatu hubungan antara bilangan Froude ( Fr. ) dengan Dh/PB, sesuai ang ditunjuk dengan Gambar 6, memberikan kemudahan dalam perencanaan bangunan Krib. Dengan demikian akan sangat menghemat biaa disain karena tahapan studi simulasi tidak lagi perlu dilakukan dalam merencanakan bangunan krib tersebut. 5. DAFTAR ACUAN Suharjoko, 1999, Studi model numeric Aliran D Horiontal pada kasus pemasangan Krib di Estuari, Thesis S Program Studi Teknik Sipil Program Pasca Sarjana UGM. Suharjoko, 000, Perilaku aliran di sekitar bangunan Krib di Estuari, Majalah IPTEK, ISSN , vol 11, No, Mei 000 Suharjoko, 001, Model numeric Perilaku Aliran akibat pemasangan Krib di Sungai, Laporan Penelitian Lemlit ITS. Suharjoko, 00, Panjang Perlindungan Pada Tebing Akibat Adana Bangunan Krib di Sungai, Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi Lemlit ITS, Surabaa 31 juli Dh/PB Gambar 6 : Hubungan antara Froude (Fr,) dengan nilai Dh/PB Number Halaman 14 Jurnal APLIKASI: Media Informasi & Komunikasi Aplikasi Teknik Sipil Terkini