FORMULASI PERSAMAAN GERUSAN DI TIKUNGAN SALURAN DENGAN KONSTRUKSI KRIB TIANG PANCANG (KAJIAN LABORATORIUM) DISERTASI

Transkripsi

1 FORMULASI PERSAMAAN GERUSAN DI TIKUNGAN SALURAN DENGAN KONSTRUKSI KRIB TIANG PANCANG (KAJIAN LABORATORIUM) DISERTASI Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor dari Institut Teknologi Bandung Oleh AGUNG WIYONO HADI SOEIIARNO NIM: Program Studi Teknik Sipil INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2005

2

3 ABSTRAK FORMULASI PERSAMAAN GERUSAN DI TIKUNGAN SALURAN DENGAN KONSTRUKSI KRIB TIANG PANCANG (KAJIAN LABORATORIUM) Oleh AGUNG WIYONO HADI SOEHARNO NIM: Sungai adalah sumber daya air yang sangat penting bagi kehidupan manusia. Oleh karenanya sungai perlu dikonservasi dalam pemanfaatannya. Dalam salah satu perkembangannya, sungai dapat berupa meander. Ada karakteristik yang spesifik pada sebuah meander, yaitu aliran air di tikungan saluran yang dapat menyebabkan erosi pada bagian luar tikungan saluran. Sungai-sungai di Indonesia, mempunyai banyak masalah pada erosi yang terjadi di bagian luar tikungan sungai. Disertasi ini meneliti formulasi persamaan gerusan lokal di tikungan saluran yang menggunakan krib tiang pancang. Sehubungan dengan studi ini, model tikungan sungai dengan penampang segi empat, dengan sudut tikungan 180 dan 90 0 di bangun di Laboratorium Uji Model Hidraulika, Departemen Teknik Sipil, FTSP, ITB. Deskripsi dari model tersebut adalah sebagai berikut. Model tikungan saluran menggunakan fiberglass sebagai dinding, dan semen sebagai dasar saluran tetapnya. Untuk dasar saluran bergeraknya dibuat dengan menggunakan pasir Galunggung yang relatif seragam, yaitu lobs saringan 1,7 mm dan tertahan saringan 1 mm, dengan D 50 = 1,1 mm. Jarijari bagian dalam tikungan saluran adalah 100 cm dan jarijari bagian luar tikungan salurannya adalah 150 cm. Lebar dari saluran adalah 50 cm. Model dari krib dibuat dari pipa alumunium dengan diameter sebesar 1,25 cm. Debit rata-rata air yang digunakan adalah 7,35 It/dt, bilangan Froude rata-rata adalah 0,497 ketinggian air rata-rata adalah 4,47 cm dan kecepatan air rata-rata adalah 32,92 cm/dt.

4 Selama penelitian, data kecepatan aliran dikumpulkan dengan variasi penempatan krib. Topografi dari tikungan saluran diukur segera setelah simulasi aliran diberhentikan pada waktu yang direncanakan. Gerusan dari beberapa seri model lalu diidentifikasi. Dengan menggunakan data gerusan hasil pengamatan ini, formulasi persamaan gerusan dari krib jenis silinder dibuat. Ada tujuh seri simulasi yang dilakukan dalam penelitian ini. Simulasi seri ke satu dilakukan tanpa krib, sedangkan enam seri simulasi yang lainnya dilakukan dengan krib yang dipasang pada posisi yang berbeda-beda. Simulasi tanpa krib dilakukan selama 12 jam, dan didapatkan bahwa keseimbangan input dan output sedimen terjadi pada jam ke 6. Oleh karena itu, ke enam simulasi yang lainnya dilakukan selama 6 jam. Dengan menggunakan beberapa persamaan yang telah ada, gerusan lokal dari krib tiang pancang tunggal dan krib tiang pancang seri, dihitung. Karena persamaan yang ada belum memasukkan variabel tikungan, maka gerusan lokal hasil perhitungannya lebih kecil dibandingkan data pengamatan. Penulis, kemudian mengusulkan persamaan dengan memasukkan variabel tikungan yaitu (α/180 0 ) m dan (r i /r c ) n Perbandingan antara gerusan hasil pengamatan dan hasil perhitungan dilakukan dengan menggunakan kwadrat kesalahan rata-rata (Mean Square Error, MSE). Hasil perbandingan ini menunjukkan bahwa MSE dari hasil perhitungan beberapa persamaan yang dikaji adalah lebih besar dibandingkan persamaan usulan penulis. Ini disebabkan karena beberapa persamaan yang dikaji tersebut untuk saluran lurus, sehingga tidak memperhitungkan variabel tikungan saluran. Hasil penelitian ini, yaitu persamaan yang dikembangkan oleh penulis, dapat digunakan dalam praktek untuk menghitung gerusan lokal maksimum dari krib tunggal dan krib seri di tikungan saluran. Kata kunci: Saluran menikung; krib tiang pancang; formulasi persamaan gerusan.

5 ABSTRACT FORMULATION OF SCOUR EQUATIONS IN OPEN CHANNEL BEND USING GROYNES (LABORATORY EXPERIMENTS) By AGUNG WIYONO HADI SOEHARNO NIM: A River is a water resource, which is very important for human kinds, so that it needs to be conserved. In the one of the development stage of rivers, it is became to be a meander. A specific characteristic of meanders is that the flow of water may cause erosions in the outer river bends. In Indonesia, there are many problems in the stability of riverbanks that caused by centrifugal flow pressures. This dissertation describes a formulation of scouring in river bends by using pile groynes. In this study, a river model of rectangular river bends with and 90 bends were constructed in the Hydraulic Laboratory, Civil Engineering Department, Faculty of Civil and Planning, Bandung Institute of Technology. Descriptions of the model are as follows; the model of the river bends used fiberglass for the wall and portal cements for a fix bed model. The movable river bed model was performed by using uniformed Galunggung sands, with D 50 = 1.1 mm. The inner curvature was 100 cm and the outer curvature was 150 cm,while the width of the model was 50 cm. The models of groynes were constructed by using aluminium pipe with the diameter equal to 1.25 cm. The average discharge of flows was 7.35 lt/sec, the average Froude number was equal to 0.497, the average depth was 4.47 cm and the average velocity was cm/sec. During the experiments, velocities of flows were observed, along with the variation-of groyne positions. The topography of the channel flume bed was then measured as soon as the flow simulation was stopped in the designed time. The

6 scours of series models were then identified. Using scour researched data, the formulation of scour equations of pile groynes were developed. There were sevent series of simulations. The first seri was a simulation without groynes, where as the other six series were simulations with groynes that installed at difference positions. The first simulation was run at 12 hours, it was found that the balanced input and output of sediments were found in sixtth hours. So that the other six simulations were run in 6 hours. Using several existing equations, scours of a single pile groyne and series of pile groynes were calculated. The author developed formula to calculate scours using the variables of channel bends. The comparisons of the observed and calculated local scour data were performed using mean square error (MSE) method. It was shown that the MSE of the existing equations were bigger than the MSE that calculated using author's formula. It was because the existing equations did not include the variable of channel bends (α/180 0 ) ' and (r i /rc) n The result of this research that were equations that developed by the author can be used in theory and practice on the calculating of maximum scours of single pile groynes and series of pile groynes or group of piles in channel bends. Keywords: Open channel bends; pile groynes; scour equation developments.

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23