Bab III HIDROLIKA Sub Kompetensi Memberikan pengetauan tentang ubungan analisis idrolika dalam perencanaan drainase Analisis Hidraulika Perencanaan Hidrolika pada drainase perkotaan adala untuk menentukan kondisi aliran dan mendisain saluran sebagai output perencanaan drainase perkotaan Saluran Saluran secara umum dibagi menjadi macam.. Saluran terbuka (open cannels) Saluran yang ada sala satu bagiannya terbuka, seperti : sungai, saluran irigasi dan selokan.. Saluran Tertutup Saluran yang tertutup bagian atasnya, seperti : terowongan, pipa dan gorong-gorong. Aliran Permukaan Bebas Aliran Permukaan Tertekan V g Garis energi f V V g Garis energi f Permukaan air bebas g Garis Derajat Hidrolis V g z Dasar Saluran z z z Garis referensi Garis referensi Garis tenga pipa
Penelaaan Hidraulika Klasifikasi Aliran ALIRAN (FLOW) Aliran tetap Aliran tidak tetap Aliran beruba lambat laun Aliran beruba tiba-tiba Debit saluran Dimensi saluran Aliran sungai Aliran pasang surut Pompanisasi SERAGAM (UNIFORM) ALIRAN PERMANEN (STEADY) LAMBAT LAUN (GRADUALLY) (VARIED) TIBA- TIBA (RAPIDLY) ALIRAN TIDAK PERMANEN (UNSTEADY) SERAGAM (UNIFORM) LAMBAT LAUN (GRADUALLY) (VARIED) TIBA- TIBA (RAPIDLY) Fungsi waktu Fungsi waktu Aliran Permanen dan Tidak Permanen Jika kecepatan aliran pada suatu titik beruba teradap waktu, maka alirannya disebut sebagai aliran permanen atau tunak (steady flow), jika kecepatan pada suatu lokasi beruba teradap waktu, maka alirannya disebut sebagai aliran tidak permanen atau tidak tunak (unsteady flow). Aliran Seragam (Uniform) dan Beruba (Varied) Aliran seragam (uniform flow) dan tetap Aliran dalam saluran terbuka bila kedalaman aliran sama pada setiap penampang saluran atau konstan selama jangka waktu tertentu. Aliran tidak seragam/beruba (nonuniform flow or varied flow) Apabila kecepatan aliran pada saat tertentu beruba teradap jarak, misalnya jika ada air mengalir keluar atau masuk di sepanjang ara aliran. Berdasarkan laju perubaan kecepatan teradap jarak, maka aliran beruba dibagi menjadi: - Aliran beruba lambat laun (gradually varied flow) dan - Aliran beruba tiba-tiba (rapidly varied flow) Conto : Saluran drainase jalan saluran pembuangan utama dan saluran pemberi dalam saluran irigasi Pelimpa luapan samping Aliran Laminer dan Turbulen Sifat aliran berdasarkan pengaru relatif antara gaya kekentalan (viskositas) dan gaya inersia. aliran laminer garis aliran bergerak menurut lintasan tertentu yang teratur atau lurus. Partikel zat cair yang bergerak mengikuti alur tertentu dan aliran tampak seperti gerakan serat-serat atau lapisan-lapisan tipis yang paralel. Aliran laminer menurut pengaru keadaan aliran adala pengaru relatif antara gaya kekentalan (viskositas) dan gaya inersia, jika gaya viskositas yang dominan. aliran turbulen garis aliran bergerak menurut lintasan yang tidak teratur, tak lancar maupun tak tetap, akan tetapi aliran tetap bergerak maju. Aliran turbulen adala bila gaya inersia yang dominan.
Bilangan Reynold (Re) Nilai kekentalan dan inersia dinyatakan dalam bilangan Reynold (Re) yang didefinisikan dengan rumus : V. L R e v dengan : V = kecepatan aliran (m/det). L = panjang karakteristik (m), pada saluran muka air bebas L = R, R = Jari-jari idraulik saluran, v = kekentalan kinematik (m /det) Syarat Bilangan Reynold (Re) Batas peralian antara laminer dan turbulen pada aliran bebas terjadi pada bilangan Reynold, Re ± 600, yang diitung berdasarkan jari-jari idraulik sebagai panjang karakteristik. Aliran Laminer terjadi apabila Re < 500. Tegangan geser lokal pada pertemuan antara bidang batas dan fluida dapat ditentukan dengan muda untuk bidang batas yang alus, yaitu jika kekasaran pada bidang batas tenggelam dalam lapisan kekentalan (viscous sublayer). Aliran Turbulen terjadi apabila Re > 000. Di alam aliran laiminer pada saluran terbuka sangat jarang ditemui, Aliran ini anya mungkin terjadi pada kedalaman sangat tipis di atas permukaan gelas yang sangat alus dengan kecepatan yang sangat kecil. Aliran Subkritis, Kritis dan Superkritis Aliran dikatakan kritis apabila kecepatan aliran sama dengan kecepatan gelombang gravitasi dengan amplitudo kecil. Aliran dikatakan kritis bila kecepatan aliran lebi kecil daripada kecepatan kritis. Aliran dinyatakan superkritis bila kecepatan aliran lebi besar daripada kecepatan kritis Bilangan Froude (Fr) Parameter yang digunakan adala nisba antara gaya gravitasi dan gaya inersia yang dinyatakan dengan bilangan Froude (Fr). Bilangan Froude untuk saluran berbentuk persegi didefinisikan sebagai : V F r g. dengan : V = kecepatan aliran (m/det), = kedalaman aliran (m), g = percepatan gravitasi (m/det ) Rumus-Rumus Empiris Rumus Cezy Kecepatan untuk aliran seragam, dengan beberapa asumsi: aliran adala permanen kemiringan dasar saluran adala kecil saluran adala prismatik v C R. S Dengan: v = kecepatan rata-rata (m/dt) S = kemiringan dasar saluran C = faktor taanan aliran (koefisien cezy) Rumus Bazin Koefisien Cezy bersadarkan Bazin (869), adala fungsi jari-jari idraulis (R) dan berat jenis fluida ( ) 87 C B R B = koefisien yang tergantung pada kekasaran dinding 3
Tabel bazin Jenis Dinding Dinding sangat alus (semen) 0,06 Dinding alus (papan, batu, bata) 0,6 Dinding batu peca 0,46 Dinding tana sangat teratur 0,85 Saluran tana dengan kondisi biasa,3 Saluran tana dengan dasar batu peca dan tebing rumput B,75 Rumus Manning Rumus manning yang paling terkenal dan paling banyak digunakan karena muda pemakaiannya v R 3. S n Dengan n adala koefisien kekasaran manning (TL-/3) Korelasi koefisien cezy dan manning 6 R C n Tabel Koefisien Manning Baan n Besi tuang dilapis 0,04 Kaca 0,00 Saluran beton 0,03 Bata dilapis mortar 0,05 Pasangan batu disemen 0,05 Saluran tana bersi 0,0 Saluran tana 0,030 Saluran dengan dasar batu dan tebing rumput 0,040 Saluran pada galian batu padas 0,040 Rumus Strickles Rumus Strickles merupakan ubungan antara nilai koefisien n dari rumus manning dan ganguillet-kutter sebagai fungsi dari dimensi material yang membentuk dinding saluran R 6 k s 6( ) n d35 Dengan: R = jari-jari idraulis D 35 = diameter yang berubungan dengan 35% berat dari material dengan diameter yang lebi besar Maka rumus kecepatan aliran menjadi: 3. v k. R S s Bentuk Saluran Paling Ekonomis Potongan saluran yang paling ekonomis adala saluran yang dapat melewatkan debit maksimum untuk luas penampang basa, kekasaran dan kemiringan dasar tertentu. Penampang Persegi Ekonomis B B = atau = B/ dp A 0 d A B Jari-jari idraulik R = (/) Bentuk penampang melintang persegi yang paling ekonomis adala jika kedalaman air setenga dari lebar dasar saluran, atau jari-jari idrauliknya setenga dari kedalaman air. 4
Penampang Trapesium Ekonomis m m B B. 3 ø A. 3 Penampang trepesium yang paling efisien adala jika kemiringan dindingnya m=(/ 3) atau ø=60 0. Trapesium yang terbentuk berupa setenga segienam beraturan (eksagonal). 3 Penampang Segitiga Ekonomis m ø Saluran berbentuk segitiga yang paling ekonomis adala jika kemiringan dindingnya membentuk sudut 45 0 dengan jaris vertikal. Sistem Jaringan Saluran Drainase Saluran Interceptor Saluran Colector Saluran Conveyor Saluran Sadap Saluran Pembuangan akir Sistem Peresapan Saluran Interceptor Saluran yang berfungsi sebagai pencega terjadinya pembebanan aliran dari suatu daera teradap daera lain dibawanya. Outlet saluran ini biasanya terdapat di saluran collector atau conveyor atau sungai. Saluran Collector Saluran yang berfungsi sebagai pengumpul debit yang diperole dari saluran drainase yang lebi kecil dan akirnya akan dibuang ke saluran conveyor (pembawa) Letak saluran ini di bagian terenda dari suatu daera, seingga secara efektif berfungsi sebagai pengumpul dari anak cabang saluran yang ada. Saluran Conveyor Saluran yang berfungsi sebagai pembawa air buangan dari suatu daera ke lokasi pembuangan tanpa arus membaayakan daera yang dilaluinya. Conto : Saluran banjir kanal, sudetansudetan, saluran by pass, yang bekerja secara kusus anya mengalirkan air secara cepat sampai ke lokasi pembuangan 5
6