BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II TINJAAN PSTAKA II.1 raian Pengertian umum angkutan sedimen adalah sebagai pergerakan butiran-butiran material dasar saluran yang merupakan hasil erosi yang disebabkan oleh gaya dan kecepatan aliran sungai. II. Sedimentasi Sedimentasi adalah proses pengendapan material yang terangkut oleh aliran dari bagian hulu akibat dari erosi. Ada 3 (tiga macam pergerakan angkutan sedimen yaitu : 1. Bed load transport Pada kondisi ini pengangkutan material terjadi pada aliran yang mempunyai kecepan aliran yang relatif lambat, sehingga material yang terbawa arus sifatnya hanya menggelinding sepanjang saluran.. Saltation load transport Pada kondisi ini pengangkutan material terjadi pada aliran yang mempunyai kecepan aliran yang relatif cepat, sehingga material yang terbawa arus membuat loncatan-loncatan akibat dari gaya dorong pada material tersebut. 3. Suspended load transport Jika kecepatan aliran semakin cepat, gerakan loncatan material akan semakin sering terjadi sehingga apabila butiran tersebut tergerus oleh aliran utama atau aliran turbulen kearah permukaan, maka material tersebut tetap bergerak (melayang didalam aliran dalam selang waktu tertentu. Pada kenyataannya pada tiap satu satuan waktu pergerakan angkutan sedimen yang dapat diamati hanyalah Bed load transport dan Suspended load transport. Sehingga penjumlahan keduanya dapat didefinisikan sebagai Total load Transport. Beban total inilah yang disebut sebagai Angkutan Sedimen. II-1

2 II..1 Angkutan Sediment Di dalam perhitungan sifat-sifat sedimen yang dipakai adalah: ukuran, kerapatan atau kepadatan, kecepatan jatuh dan porositas. Laju angkutan sedimen, perubahan dasar dan tebing saluran, perubahan morphologi sungai dapat diterangkan jika sifat sedimennya diketahui. Beberapa factor yang mempengaruhi angkutan sedimen adalah : 1. kuran Partikel Sedimen Tabel II.1 : Klasisikasi kuran Partikel Sedimen Klasifikasi Bongkahan Berangkal (couble Kerikil (gravel Pasir (sand Lanau (silt Lempung (clay kuran butiran >56 mm mm 64 mm μ.m 4 6 μ.m <4 μ.m Pengukuran ukuran butiran tergantung pada jenis bongkahan, untuk berangkal pengukuran dilakaukan secara langsung, untuk kerikil dan pasir dilakukan dengan analisa saringan sedangkan untuk lanau dan lempung dilakukan dengan analisa sedimen.. Berat spesifik partikel sedimen Berat spesifik adalah : berat sediment per satuan volume dari bahan angkutan sedimen. Dirumuskan sebagai berikut : γ = Berat sedimen Volume sedimen (II. 1 Dari hasil penelitian, berat spesifik rata-rata sedimen yang ditentukan hampir sama atau mendakati berat spesifik pasir kwarsa yaitu,56 gram/cm 3. II-

3 3. Tegangan Geser Kritis Pergerakan sedimen dipengaruhi oleh tegangan geser, kecepatan kritis dan gaya angkat. Partikel sediment akan terangkat apabila tegangan geser dasar lebih besar dari tegangan geser kritis erosi dan tegangan geser kritis erosi melebihi tegangan geser kritis deposisi. Sedimen bergerak tergantung dari besarnya gaya seret dan gaya angkat dan dapat digambarkan sebagai berikut Gambar II.1 : Gaya yang bekerja pada butiran didasar sungai Dimana : f = friction coefficient W ' 3 d = ( ρ ρ g π Chepil ( (II. s 6 1 π d FD = ρ CD u (II.3 1 π d FL = ρ CL u (II.4 Menurut Shields (1936 partikel sediment akan mulai bergerak pada kondisi kecepatan geser kritis terlampaui, karena gaya dorong lebih besar dari gaya gesek. θ = u.(ii.5 s 1 g d ( Persamaan tegangan geser Shield adalah : dimana τ = c ( γ γ s τ (II.6 d II-3

4 τ = γ D S, sehingga : c τ = γ DS d ( γ γ s..(ii.7 D = kedalaman saluran (m S = kemiringan saluran d = diameter butiran sediment (mm τ c = tegangan geser kritis Apabila bilangan Reynold diketahui maka tegangan geser kritis dapat diketahui dengan melihat grafik. buku Sediment Transport, Chih Ted Yang halaman. d Re =...(II.8 ν = shear velocity ν = kinematic viscosity d = diameter sedimen Dengan melihat grafik dibawah ini maka akan didapatkan nilai critikal strees. Gambar II. : Diagram Shields 4. Kecepatan Jatuh Sedimen Non Kohesif Kecepatan endapan sediment suspensi dipengaruhi oleh kosentrasi suspensi dan salinitasi, dimana kedua factor tersebut akan memperbesar kecepatan endapan. II-4

5 Kecepatan jatuh sediment non kohesif dirumuskan oleh Van Rijn (1993 dan Kouitas (1988. W 1 18 untuk nilai d50 < 100μm ( s 1 g d 50 S =..(II.9 υ W S 3 ( s g d 10V 0, = 1+ 1 d50 υ untuk nilai 100μm< d50 < 1000μm... (II.10 ( 0, (II.11 W = 1,1 s 1 g d S untuk nilai d50 > 1000μm Dimana : υ = viskositas kinematik air (m /s s = berat spesifik partikel sediment (N/m 3 d 50 = diameter sediment 50% dari material dasar (mm g = percepatan grafitasi (m/s 5. Kecepatan Jatuh Sedimen Kohesif ntuk sediment kohesif kecepatan endapan sediment merupakan fungsi dari kosentrsi sediment tersuspensi dan dimodelkan oleh Le Normant (1998, untuk angkutan sediment tersuspensi di Estuari Loire menggunakan persamaan : 5 W S = 4,810...(II.1 untuk nilai S < 1 ( gr/ lt WS 5 4,3 = 4,810 S...(II.13 untuk nilai 1< S < 10 ( gr/ lt WS ( S 5 3 = 1, , (II.14 untuk nilai S > 3,5 ( gr/ lt II-5

6 Triatmodjo (1991 dalam melakukan permodelan untuk distribusi vertical sedimen di estuari Belawan, menggunakan rumus kecepatan endapan berdasarkan Mehta (1984 sebagai berikut : WS 1,9 = 0,513 S...(II.15 untuk nilai 0,1 S < 3,5 ( gr/ lt WS ( S 4,64 =,6 1 0,008...(II.16 untuk nilai S > 3,5 ( gr/ lt dimana S = kosentrasi suspensi Gambar II.3 : Sketsa pengendapan Partikel Sedimen Layang Fall Velocity Persamaan umum untuk mencari nilai fall velocity : 1 γs γ d ω = g...(ii γ ν ω = fall velocity (m/det γ s = berat jenis sedimen γ = berat jenis air g = gravitasi (m/det d = diameter sedimen (mm ν = kinematic viscositas (m /det Nilai fall velocity (ω dapat diketahui apabila diketahui diameter sedimen (d, temperatur air ( 0 C dan shape factor dari sedimen. II-6

7 ntuk menentukan fall velocity dapat diperoleh dengan melihat grafik 1.3 buku sediment transport, Chih Ted Yang, halaman 10. Gambar II.4 : Grafik hubungan antara ω dan d II... Rumus Rumus Angkutan Sedimen Rumus rumus yang dipakai dalam perhitungan angkutan sedimen adalah persamaan-persamaan Yang s, Ackers dan White, Einstein, Engelund dan Hansen, Shen dan Hung, Laursen, Van Rijn, Colby s, Karim dan Kenedy s dan Chang- Simon-Richardsons. Persamaan Yang s (1973 Data-data yang dipergunakan dalam pembuatan persamaan Yang s adalah : - Data sedimen - Giometri saluran - Kecepatan aliran Analisis perhitungan menggunakan 463 set data laboratorium. TC 3 10 T q = C h...(ii.18 log ( t = α + α 1 log I I W s cr...(ii.19 II-7

8 α W d 5,435 0,86 log 0,45 I log S 50 1 = υ WS...(II.0 α W d 1, 799 0, 409 log 0,314 I log S 50 = υ WS..(II.1 cr,5 = + 0,06 W d 50 log 0, 06 υ Wd50 untuk nilai 1, < S < 70 υ S..(II. cr =.05 W..(II.3 S Wd S 50 untuk nilai 70 υ q TC = volume angkutan muatan suspensi (m /s = kecepatan aliran rata-rata (m/s cr = kecepatan aliran rata-rata permukaan gerak I = gradient energi Ws = kecepatan jatuh sedimen (m/s = kecepatan geser dasar (m/s Ackers White (1973 n Y Ycr 35 Ycr qtc = k d m.(ii.4 II-8

9 Y n = 1, ( ( S 1 g d35 10h 5, 66 log d35 q tc n 1 = volume angkutan muatan suspensi (m /s...(ii.5 = kecepatan aliran rata-rata (m/s = kecepatan geser dasar (m/s Y = parameter mobilitas partikel Ycr = parameter mobilitas kritis partikel n,m,k = koefisien ρs S = = kerapatan spesifik ρ υ = koefisien viskositas kinematik air (m /s ( S 1 g D = d35 υ 1,3. (II.6 ( D 353+,86log log D k = 10 untuk nilai 1< D < 60 n = 1 0,56log D untuk nilai D 1< < 60 9,66 m = + 1, 34 untuk nilai 1< D < 60 D Y cr 0, 3 = + 0,14 untuk nilai 1< D < 60 D 0,5 Eninstein s ' 30.D qsw = 11.6 Caa.303log I1+ I Δ.....(II.7 a= d ' - ( 1/ = = grs II-9

10 ' ks d65 - = δ 11.6ν dari grafik 3.9 buku Sediment Transport Chih Ted Yang, halaman 70 didapat nilai x Gambar II.5 : Grafik hubungan antara k s δ dan x k d Δ= = x x s 65 - d A = D - 65 = ω - Z ' 0.4 didapat nilai Z dan A, - Dari grafik 5.7 buku Sediment Transport, Chih Ted Yang halaman 131 didapat nilai I 1 Gambar II.6 : Hubungan Antara I 1 dan A II-10

11 - Dari grafik 5.8 Sediment Transport, Chih Ted Yang, halaman 13 didapat nilai I Gambar II.7 : Hubungan Antara I dan A Engelund Hansen (1967 q bc = ( 1 0,05 0, S g d C (II.8 = kecepatan aliran rata-rata (m/s 1h C = 18log ks = koefisien Chezy (m /s d 50 = diameter sediment 50% dari material dasar (mm ρs S = = kerapatan spesifik ρ Shen dan Hung s log C , ,74734Y 36309,58909Y ,8733Y 3 t = + +. (II.9 Y 0,57 VS = 0,3 ω 0, (II.30 II-11

12 Laursen s 7/6 di τ Ct = 0,01 γ Σpi 1 f D τ i ωi...(ii.31 τ 1/3 ρv d50 = 58 D ( τ = τ γ γ d c s s Leo Van Rijn (1984 q = c u δ...(ii.3 b b b b q b = volume angkutan muatan dasar (m /s c b = kosentrasi u b = kecepatan partikel (m/s δ b = ketebalan lapisan muatan dasar (m ntuk ketebalan lapisan dasar sama dengan tinggi loncatan partikel, besar tinggi loncatan partikel dihitung dengan rumus : δ b = 0,7 0,5 0,3D T...(II.33 d δ b = tinggi loncatan (m d = diameter partikel (m D = parameter partikel T = parameter tegangan geser dasar Besar kecepatan partikel dihitung dengan rumus : ( S 1 μb = 1, 5T 0,5 gd 0,5...(II.34 Perhitungan kosentrasi muatan dasar dengan menggunakan rumus : II-1

13 c c b o T = 0,18..(II.35 D dimana cb = volumetric kosentrasi muatan dasar co = maksimum volumetric kosentrasi = 0,65 Dari persamaan (II.3.9, (II.3.30, (II.3.31, (II.3.3 didapat persamaan baru angkutan muatan dasar yaitu : ( 0,5 0,5 1,5 0,3,1 q = 0,053 S 1 g d D T.....(II.36 bc 50 untuk nilai T 3 persamaan (II.3.33 diatas menjadi : q bc ( 0,5 0,5 1,5 0,3,1 q = 0,1 S 1 g d D T...(II.37 bc 50 = volume angkutan muatan dasar (m /s bc bcr T τ τ = = parameter tegangan geser τ bcr τbc = ρg C ' = tegangan geser efektif (N/m 1h C ' = 18 log 3 d90 ( S 1 1,3 = koefisien Chezy gradasi g D = d50 υ = parameter partikel ρs S = ρ = kecepatan relatuf h = kedalam aliran (m d 50,d 90 = diameter partikel (m = kecepatan aliran rata-rata (m/s τ bc r = tegangan geser kritis (N/m υ = koefisien viskositas kinematik air (m /s g = percepatan grafitasi (m/s II-13

14 ρ s = rapat massa sedimen (kg/m 3 ρ = rapat massa air (kg/m 3 Colby s Dimana : t ( ti.(ii.38 q = + k k k q - Nilai q ti didapat dari data yang ketahui dengan melihat grafik 6.1, buku sedimen transport, Chih Ted Yang, halaman 17 Gambar II.8 : Hubungan Antara D dan q ti - Nilai k 1, k, k 3 didapat dari data yang ketahui dengan melihat grafik 6.13, buku sedimen transport, Chih Ted Yang, halaman 173 Gambar II.9 : Harga k 1, k, k 3 II-14

15 Karim dan Kenedy : Data-data yang dipergunakan dalam pembuatan persamaan Karim dan Kenedy adalah : - Data sedimen - Giometri saluran - Kecepatan aliran Analisis perhitungan menggunakan 339 set data sungai dan 608 data saluran. Dimana : qs log = A + A ΣΣΣ log X log X log X...(II.39 3 ( 1.65gd50 3 ( 1.65gd50 1/ 1/ 0 0 ijk i j k i j k V log = B + B ΣΣΣ log X log X log X.....(II.40 q s g = volume total sedimen = gaya gravitasi d 50 = diameter sediment V 0, ijk, 0, = Kecepatan rata-rata aliran pqr pqr p q r p q r AA BB = konstanta dari analisa regresi X i, X jxkx pxq, X r, = Variabel non dimensi Sehingga : Persamaan (II.3.36 menjadi : q V V log = log log s 1/ 1/ 1/ 3 ( 1.65gd50 ( 1.65gd50 ( 1.65gd50 Persamaan (II.3.37 menjadi : log c D c log log 1/ 1/ ( 1.65gd50 d50 ( 1.65gd50...(II.41 V = ( 1.65gd50 ( 1.65gd50 q 1/ 1/ q = debit S = Kemiringan saluran S (II.4 II-15

16 V = Kecepatan aliran ( gds 1/ = = kecepatan aliran dasar c = Kecepatan kritis D = Kedalaman saluran Dari hasil percobaan dengan berbagai bentuk dasar saluran dan prediksi perubahan kecepatan persamaan (II.3.39 diatas menjadi : V q 9.80 s f = 1/ 1/ f0 3 3 ( 1.65gd50 ( 1.65gd50 f = Faktor Darcy Weisbach fo = Faktor kekasaran butiran Faktor gesek kekasaran butiran adalah : f 8 = D ln.5 d (II.43...(II.44 Sehingga dari persamaan (II.3.41 didapat : f f = o τ o DS θ = = 1.65γ d 1.65d ( θ ( θ ( θ ( θ untuk θ 1.5.(II.45 untuk θ 1.5 Chang, Simon s dan Richardson ntuk perhitungan sedimen dasar dipakai persamaan : ( q = KV τ τ......(ii.46 bw t 0 c - Kt didapat dari grafik 4.4 buku sediment transport, Chih Ted Yang, halaman 95. II-16

17 Gambar II.10 : Hubungan Antara V S s 50 τ ( dan Kt γ γ d - τ 0 = γ DS - τ = τ ( γ γ c 0 s d50 ntuk perhitungan sediemn layang dipakai persamaan : q = q R...(II.47 sw bw s D Rs = VI I 0.8aV k 1...(II.48 - I 1 didapat dari grafik 5.10 buku sediment transport, Chih Ted Yang, halaman 135. Gambar II.11 : Hubungan Antara ξ a dan I 1 II-17

18 I didapat dari grafik 5.11 buku sediment transport, Chih Ted Yang, halaman 136. Gambar II.13 : Hubungan Antara ξ a dan I - k adalah konstanta - j adalah konstanta - Ø adalah sudut pergerakan sedimen - λ adalah porositas sedimen Dari persamaan (II.44 dan persamaan (II.45 didapat persamaan untuk menghitung angkutan sedimen total : ( τ τ ( 1 q = q + q = KV R...(II.49 t bw sw t c s II.3. Morfologi Sungai Morfologi sungai adalah ilmu yang mempelajari sifat, jenis dan perilaku sungai dengan semua aspek perubahannya dalam dimensi ruang dan waktu. Gejala morfologi yang mempengaruhi sungai adalah : 1. Keadaan daerah aliran sungai, yang meliputi unsure topografi, vegetasi, geologi tanah dan penggunaan tanah yang berpengaruh terhadap koefisien rembesan pengaliran, sifat curah hujan serta keadaan hidrologi.. Hidrologi di palung sungai 3. Material dasar saluran, tebing serta berubahnya alur aliran. 4. Aktivitas manusia diantaranya : - Dibangunnya prasarana air II-18

19 - Pengambilan material dasar sungai, tebing sungai dang bantaran sungai. - Pembuangan material dan sampah kesungai. II.4. Geometri dan Geoteknik Sungai Bentuk sungai dapat dibedakan berdasarkan : 1. Topografi sungai meliputi bagian hulu dan hilir sungai dan sungai transisi. Parameter yang menentukan adalah kemiringan dasar saluran, yang dipengaruhi oleh jenis butiran material dasar dan kekasaran dasar sungai.. Lapisan dasar sungai yang meliputi ; a. Sungai dengan dasar yang mudah tergerus b. Sungai dengan dasar yang tidak mudah tergerus c. Sungai dengan dasar yang nudah tergerus tetapi terlindung oleh material sungai lain yang mudah bergerak d. Sungai dengan lapisan dasar mudah tergerus dan diatasnya terdiri dari perpaduan antara material itu sendiri dengan muatan dasar lepas. e. Sungai dengan dasar saluran terdiri dari lapisan alluvial tergerus dengan kedalam cukup besar. 3. Jenis sungai dengan dasar batuan gelinding, berpasir, berlempung dan lainlainnya. 4. Kemiringan dasar saluran yang meliputi sungai dengan kemiringan curam, landai dan bertangga. 5. Bentuk melintang sungai. 6. Pembentukan dasar sungai. 7. Jenis angkutan sedimen dan angkutan materialnya. 8. Tinjauan daerah aliran sungai yang meliputi ; a. Sungai lurus. Terjadi bukan karena alam tetapi dikarenakan oleh perbaikan aliran sungai oleh manusia dan disengaja dibuat lurus. b. Sungai berliku. Terjadi secara alamiah, sangat sering ditemui dan mempunyai cirri dengan arus yang berupa kurva yang dihubungkan dengan bagian alur sungai yang lurus. II-19

20 c. Sungai berjalin. Terjadi karena penomena sungai, sungai ini terdiri dari alur yang dipisahkan oleh pulau ataupun tebing kemudian bersatu kembali dibagian hilirnya. Topografi sungai termasuk diantaranya adalah kemiringan dasar sungai, alur sungai, giometri permukaan, daya erosi sungai, dan kesemuanya berpengaruh terhadap laju debit sungai dan angkutan sedimen, hal ini dapat merubah bentuk alur sungai dan kemiringan dasar sungai. Giometri permukaan mempengaruhi alur sungai, kedalaman sungai dan angkutan sedimen sungai. Tabel II. : Metode Perhitungan dan Karateristiknya METODE Yang s PARAMETER PERHITNGAN - Temperatur air - Kecepatan jatuh sediment - ω adalah fall velocity - Kosentrasi sedimen METODE Ackers dan White PARAMETER PERHITNGAN - Temperatur air - Parameter d gr, F gr, G gr, X - Koefisien m,n Y, C, A 1 - Kosentrasi sedimen METODE Einstein s PARAMETER PERHITNGAN - Temperatur air - Parameter d gr, F gr, G gr, X - Koefisien a, Δ, Z, I 1, I - Kosentrasi sedimen II-0

21 METODE Engelund dan Hansen s - Koefisien 0,05 PARAMETER PERHITNGAN - Tegangan geser ( τ o - Kosentrasi sedimen METODE Shen dan Hung s PARAMETER PERHITNGAN - Parameter Y - ω adalah fall velocity - Kosentrasi sedimen METODE Laursen s PARAMETER PERHITNGAN - Bilangan Reynold (R e - ω adalah fall velocity - Tegangan geser kritis ( τ c - Parameter f( / ω - Kosentrasi sedimen METODE Leo Van Rijn PARAMETER PERHITNGAN - Koefisien Chezy (C - Percepatan ( - Percepatan kritis ( c - Parameter ω s, ks, Ca, β, Z, Z,ψ, F METODE Colby s PARAMETER PERHITNGAN - Parameter q ti, k 1, k, k 3 - Kosentrasi sedimen II-1

22 METODE Karim dan Kenedy PARAMETER PERHITNGAN - Bilangan Reynold (R e - Tegangan geser kritis ( τ c - Percepatan kritis ( c - Parameter f, fo, θ - Kosentrasi sedimen METODE Chang, Simon s dan Richardson - Parameter Kt PARAMETER PERHITNGAN - Tegangan geser ( τ o - Tegangan geser kritis ( τ c - Parameter I 1, I, k, a, j, λ, φ II-