Di dalam praktek sering dijumpai perluna perencanaan saluran baik untuk jaringan irigasi maupun jaringan drainase.
Sehubungan dengan keperluan tersebut t maka perencanaan saluran terbuka pada dasarna merupakan perencanaan penampang saluran ang mampu mengalirkan debit dari suatu lokasi ke lokasi lain dengan lancar, aman dan dengan biaa ang memadai. Dalam hal ini selain aspek hidrolik ang menjadi pertimbangan utama, aspek-aspek lain ang perlu dipertimbangkan adalah : aspek ekonomi, aspek keamanan lingkungan, dan aspek estetika.
Karena saluran menempati lahan ang dilalui aliranna maka pertimbangan Q bertambah b besar apabila keliling basah C menurun sampai angka minimum. Jadi dari tinjauan aspek hidrolik diantara semua bentuk penampang akan terdapat suatu penampang dengan bentuk geometri tid dan luas dan keliling basah sedemikian sehingga menghasilkan debit aliran terbesar.
Penampang semacam ini disebut penampang terbaik (the best hdraulic section) atau penampang paling efisien, atau penampang paling ekomomis. Jadi suatu penampang saluran terbuka dinatakan penampang hidrolik terbaik atau paling efisien apabila keliling basah (P) mempunai harga minimum. i Dengan demikian, peninjauan pada penampang hidrolik terbaik berarti peninjauan terhadap keliling basah. Elemen geometrik dari penampang p terbaik untuk saluran berpenampang segi empat, trapesium, dan setengah lingkaran dapat diuraikan sebagai berikut:
Tujuan perkuliahan adalah untuk menjelaskan dan melatih mahasiswa agar mahasiswa memahami serta mampu merencanakan saluran terbuka untuk jaringan irigasi dan jaringan drainase.
Perencanaan saluran tahan erosi untuk penampang persegi empat, penampang trapesium dan penampang setengah lingkaran dengan menggunakan metode kecepatan minimum ang diijinkan. Perencanaan saluran mudah tererosi dengan menggunakan metode kecepatan maksimum ang diijinkan.
Tujuan Pembelajaran Umum Setelah membaca modul ini mahasiswa memahami cara-cara merencanakan saluran tahan erosi. Tujuan Pembelajaran Khusus Setelah membaca modul ini mahasiswa mampu merencanakan penampang saluran tahan erosi.
Dapat dikatakan bahwa hampir semua saluran tahan erosi merupakan saluran buatan ang diberi lapisan dari bahan tidak mudah tererosi. Karena saluran tahan erosi merupakan saluran buatan maka dimensi saluran direncanakan sedemikian agar mampu mengalirkan air sebesar mungkin untuk suatu luas penampang (A) dan kemiringan aliran (i f ) tertentu.
Dari persamaan Chez dan persamaan Manning sebagai ai berikut : Q = C A Ri f Chez Q = 1 n A B 1 i f Manning Dapat dilihat bahwa besarna faktor hantaran K (Manning) bertambah besar apabila harga R (jari jari hidrolik) juga bertambah besar. Karena besarna jari jari hidrolik R=A/O, maka untuk Aang sama.
A. Penampang Persegi Empat Saluran terbuka berpenampang p persegi empat pada umumna merupakan saluran buatan terutama banak digunakan untuk saluran drainase di perkotaan atau untuk flume (talang untuk jaringan irigasi). Dibanding dengan penampang trapesium, penggunaan saluran berpenampang persegi empat cenderung dihindari karena tebingna ang tegak (vertikal). Dinding Dn ng tegak memerlukan m konstruksi s ang lebih mahal daripada dinding ang mengikuti garis-garis g kemiringan n lereng alam tanah dimana saluran ditempatkan.
Untuk keperluan saluran drainase perkotaan bentuk penampang persegi empat ini makin dipertimbangkan penggunaanna karena dua hal berikut ini : 1. Terbatasna lahan. Estetika Untuk pertimbangan ekonomi perlu dicari penampang ang paling baik. Dari Gb. 5.1 dibawah ini dapat dirumuskan penampang persegi empat terbaik sebagai berikut :
B = Gambar 5.1. Penampang hidrolik terbaik saluran terbuka berpenampang persegi empat
- Luas penampang : - Keliling basah : A = B. P = B + -Jari-jari hidrolik : R = A P = B. B + - Debit aliran : Q = 1 n A R i 1 Manning Q = C A Ri f Chez
Dari persamaan debit aliran tersebut dapat dilihat bahwa apabila harga A, C, dan i f (Chez), atau A, n, dan i f (Manning) tetap maka debit aliran akan maksimum apabila harga R (jari jari hidrolik) adalah maksimum. Karena :R = A/P, maka untuk mencapai harga R maksimum dengan n luas penampang A tetap maka harga keliling basah P harus minimum. Untuk mencapai harga a P minimum dapat dilakukan sebagai berikut : karena : maka : P = B + A=Bx B=A/ A P + = (5.1)
untuk harga A tetap maka P hana merupakan fungsi dari h saja {P = f (h)}. dp Harga P minimum dicapai apabila = 0 d Dari persamaan (5.1) tersebut diatas dicari harga dp d sebagai berikut : A P = + = A ( 1 ) + dapat dp d = A A( ) + = +
P minimum apabila dp = 0 d dp A Jadi : = + = 0 d dp d atau : A = (5.) Kembali ke persamaan (5.1), dengan memasukkan persamaan (5.) didapat: A P = + = + = 4 (5.)
Karena : P =B+ maka : 4 =B+ atau : B = 4 - B = (5.4) Dengan demikian maka penampang persegi empat terbaik adalah penampang ang mempunai lebar sama dengan dua kali kedalaman aliranna. Selanjutna elemen geometris lainna dapat dinatakan sebagai berikut : Lebar permukaan : T = B = (5. 5) Kedalaman hidrolik : A D = = = (5.6) T
Penampang saluran untuk aliran kritis : Z =A D = Z=,5 (5.7) Dengan diketahuina elemen geometri tersebut, perencanaan dimensi saluran dapat dilakukan untuk Qdan i f diketahui. B. Penampang Trapesium Saluran terbuka ang mempunai penampang trapesium adalah ang banak digunakan di dalam praktek.
Hal ini karena kemiringan tebing dapat disesuaikan dengan kemiringan lereng alam tanah ang ditempatina. Untuk saluran buatan, faktor ekonomis juga menjadi pertimbangan, oleh karena itu juga perlu dicari penampang p hidrolik terbaikna dengan cara sebagai berikut : M θ E D θ = 60 A C θ = 60 B Gambar 5.. Penampang hidrolik terbaik saluran terbuka berpenampang trapesium
- Luas penampang : A = ( B + z), berarti A B = z - Keliling basah : P = B + 1+ z atau A P = z + + 1 z (5.8)
Asumsi pertama diambil harga A dan tetap; sehingga P merupakan fungsi z untuk mencari harga P terkecil perlu penurunan P terhadap z sebagai berikut : A P z (1 + z) dp dz dp dz 1/ = + [ 1 (1 z ) z] 1/ = + + = + z[1 + z 1 ] dp dz P minimum i apabila = 0 1 Jadi : + z[1 + z ] = 0
Apabila persamaan tersebut dibagi, maka didapat persamaan: 1+ z [1 + z ] 1/ = 0 atau z = 1 1 + z z = [ 1 + z ] ( 1 ) [ ] 1 Apabila persamaan tersebut dikuadratkan atau dipangkatkan akan didapat : 4z =1+z Atau : z =1 Sehingga : z = 1/ Atau : 1 z = 1 = (5.9)
Lihat Gb. (5.) kemiringan tebing 1:ztidak lain adalah tan θ, jadi : 1 tan θ = 1: z = = 1 θ = tan 1 = 60 Dari hasil ini i dapat dikatakan k bahwa penampang trapesium ang terbaik adalah ang mempunai kemiringan i tebing membentuk sudut θ = 60 dengan dasar saluran. Asumsi berikutna ialah apabila harga A dan harga z tetap, t sedang harga berfluktuasi, sehingga P merupakan fungsi. Kembali ke persamaan (5.8) aitu : A P = z 1 + z (5.8)
Penurunan Pterhadap dp A = z 1+ z d dp d harga P minimum apabila = 0 A berarti : z 1+ z 0 = (5.9) Untuk A=(B+z), menjadi : persamaan (5.8) tersebut ( B + z ) z 1+ z = 0 (5.10)
dikali persamaan (5.10) tersebut menjadi : ( ) B + z z 1+ z = 0, atau : ( ) ( B + z) z + 1 + z = 0, atau : ( B + z) = 1 + z + z, atau : B z = 1+ z ( ) B + z = 1 z +
Dibagi dengan - persamaan tersebut menjadi : B + + z = 1 z Dibagi dengan 1+ z persamaan tersebut menjadi : B + z 1+ z = atau B + z = (5.11) 1 + z
Dari Gb. (5.) dapat dilihat bahwa panjang MD aitu garis lurus ang ditarik dari titik M (titik tengah garis permukaan air T) tegak lurus tebing saluran (garis CE), dapat dihitung sebagai berikut : Lihat segitiga MDE : Sin θ = MD ME atau MD = ME sin θ, atau MD =ME Sin 60 (5.1)
Dari Gb. (5.) tersebut juga dapat dilihat bahwa : 1 ( B + z) Panjang ME = sinθ = 1+ z = 1 1+ z (5.1) (5.14) Dengan demikian apabila persamaan (5. 1) dan persamaan (5.14) dimasukkan ke dalam persamaan (5.1 1) akan didapat : MD = Lihat kembali bahwa : 1 1 B + ( B + z ) = z 1+ z 1+ z MD = persamaan (5.11 11) akan = B + z 1+ z (5.15) tampak (5.16)
Dari hasil perhitungan tersebut dapat disimpulkan bahwa titik M merupakan titik pusat dari lingkaran dengan jari-jari (radius) sama dengan, atau diameter d =, sedang dasar dan tebing saluran merupakan garis singgung pada lingkaran tersebut. Bentuk trapesium semacam ini dikenal sebagai hexagon dari setengah lingkaran. Jadi penampang trapesium terbaik adalah setengah hexagon. Selanjutna elemen geometris lainna dapat dinatakan sebagai berikut : - Lebar dasar saluran lihat persamaan (5.11 11) = B + z 1+ z (5.17)
dikali 1 z persamaan tersebut menjadi : + persamaan Untuk 1+ z = B + z z 1 1 = = ; z = atau 1 B = z + 1+ z persamaan tersebut menjadi : 1 B = + 1 + 1 4 = + 4 = + B = (5.16)
- Lebar permukaan air : lihat persamaan (5.1 1) 1 ( B z) T = ME = + (5.17) Dengan memasukkan persamaan (5.16 16) ke persamaan (5.17) akan didapat : 4 T = B + z = + = T = (5.18)
-Luas penampang basah A = ( B + z) Memasukkan harga Harga z = 1 B = dan kedalam persamaan diatas didapat : A 1 = + = ( ) = A = Jadi (5.19)
- Kedalaman Hidrolik D = A T Dengan memasukkan persamaan (5.18) dan persamaan (5. 19) kedalam persamaan tersebut didapat : D = A = = T 4 4 4 (5.0)
-Faktor penampang untuk aliran kritis :Z = A D Memasukkan persamaan (5.19 19) dan persamaan (5.0) kedalam persamaan tersebut didapat : Z 9 = = = atau 4 4 Z =, 5 (5.1) Dengan diketahui geometri penampang seperti tersebut t diatas, dimensi saluran dapat direncanakan untuk debit Q dan kemiringan aliran i f ang diketahui. i
C. Penampang Berbentuk Setengah Lingkaran Bentuk penampang setengah lingkaran merupakan bentuk penampang terbaik dengan komponen geometri sebagai berikut: d 0 = ½ d 0 Gambar 5 5.. Penampang saluran berbentuk setengah lingkaran
- Luas penampang : A = 1 π d0 = 8 π - Keliling basah : P = π -Jari-jari hidrolik : R = π 1 = = π (5.) Seperti dijelaskan untuk penampang persegi empat debit maksimum dicapai apabila keliling l basah minimum, atau untuk luas penampang A ang sama penampang ang mempunai jari-jari hidrolik Rang terbesar adalah penampang ang terbaik. Untuk itu dapat dilihat perhitungan sebagai berikut :
a) Penampang persegi empat ang mempunai lebar dasar = B m dan kedalaman m. Dengan demikian penampang ini mempunai : - Luas penampang : - Keliling basah : -Jari-jari hidrolik : A = B = = P = B + = + = 4 R A 1 = = = P 4 Dari persamaan A =, didapat A = 707 = 0, A P = 4 = 4 0,707 A =, 8 1 1 R = = 0,707 A = 0, 5 A A (5.) (5.4)
b) Penampang Trapesium hexagon Seperti telah diuraikan ik diatas penampang bentuk ini mempunai : - Luas penampang : A = - Keliling basah : A P = z + 1+ z 1 = + 1+ 1 = 1 + 4 1 4 P = + = -Jari-jari hidrolik : R = A 1 = = P
Dari persamaan : A = didapat : = A 1 = A = 9 A 1 4 = A = 0, 760 9 A Dengan demikian maka : P = = 0,760 A =, 6 A (5.5) 1 1 R = = 0,760 A = 0, 80 A (5.6)
c) Penampang setengah lingkaran Seperti ang diuraikan ik diatas penampang lingkaran ini mempunai : - Luas penampang : - Keliling basah : -Jari-jari hidrolik : Karena Maka : A A= π atau: = = 0, 798 n A = π P = π A 1 R = = P A P = π = 0,798π A =, 5 1 0,798 R = = A = 0, 95 A A (5.7) (5.8)
Dari persamaan (5.) sampai dengan (5.8) dapat dilihat bahwa untuk luas penampang A ang sama, penampang setengah lingkaran ang mempunai harga P minimum aitu P=,5 dan R terbesar aitu 0,95 A. Sesudah itu penampang trapesium hexagon dan kemudian baru penampang persegi empat dengan lebar B=. Jadi penampang hidrolik terbaik adalah setengah lingkaran, tetapi karena pembuatanna sulit maka penampang trapesium ang menjadi pilihan. Sedang penampang persegi empat hana digunakan untuk talang atau saluran-saluran di perkotaan.
Elemen hidrolik untuk tiga penampang tersebut dalam fungsi dapat dilihat dalam tabel 5.1 berikut ini. Tabel 5.1. Elemen geometri penampang hidrolik terbaik Penam Elemen Geometri pang A P R T D z Persegiempat 4 ½,5 Trapesium ½ 4/ ¾ ¾ 5,5 Lingkaran Atau π/ π ½ π/4 π/4,5 1,57,14 0,5 0,785 0,785,5
Material tahan erosi ang sering digunakan untuk pemberian lapisan pada permukaan dasar dan sisi dalam penampang n saluran adalah : * pasangan batu, gaja, * kau, kaca, * plastik, dan beton. Pemilihan jenis material tersebut tergantung pada kegunaan saluran, dan kegunaan lapisan itu untuk mengamankan dasar dan tebing saluran dari erosi dan / atau kelongsoran tebing.
Disamping itu, keuntungan lain dari pelapisan p itu adalah dapat dicegahna kehilangan air karena rembesan. Dalam hal ini saluran diberi lapisan maka kecepatan maksimum tidak diambil sebagai bahan pertimbangan kriteria dalam perencanaan, asalkan aliran tidak membawa pasir, kerikil atau batu bara. Tetapi tetap harus memperhatikan kemungkinan terjadina kecepatan sangat besar ang dapat mengangkat material lapisan dari posisina. Dalam hal ini perencanaan konstruksi saluran harus memperhatikan kemungkinan tersebut.
Penampang terbaik harus dijaga agar tetap dalam dimensi ang direncanakan karena penampang semacam ini biasana telah dibuat tahan erosi, maka ang harus dijaga adalah jangan sampai terjadi endapan ang dapat mengurangi luas penampang. Dalam hal ini harus ditetapkan besarna kecepatan minimum ang diijinkan.
Kecepatan ini adalah kecepatan minimum ang tidak menebabkan terjadina pengendapan ang diikuti dengan tumbuhna tanaman pada endapan tersebut. Besarna kecepatan minimum ang diijinkan sangat tergantung pada jenis material ang diangkutna. Untuk saluran irigasi di Indonesia kecepatan minimum ang diijinkan adalah antara 0,0 m/det sampai 0,76 m/det.
Kemiringan longitudinal dasar saluran pada umumna ditentukan oleh kondisi topografi dan kemiringan garis energi ang diperlukan aliran. Disamping itu dalam banak hal kemiringan longitudinal juga tergantung pada saluran seperti untuk : irigasi, drainase, pembangkit listrik tenaga air, pemasok air baku untuk air minum atau industri. Di dalam penentuan kemiringan dasar longitudinal ini harus di jaga agar kehilangan energi sekecil mungkin.
Kemiringan tebing saluran (side slope) pada dasarna a ditetapkan berdasarkan sifat-sifat tanah dimana saluran dibuat. Dalam hal ini saluran buatan tahan erosi faktor ang paling menentukan adalah biaa ang terdiri dari biaa pembebasan lahan dan biaa konstruksi saluran dari mulai galian sampai konstruksi tebing ang tidak hana mempertimbangkan kestabilan tetapi harus dipertimbangkan pula pencegahan terjadina rembesan. Besarna kemiringan minimum untuk saluran dari tanah ang terdiri i dari bahan -bahan kohesif ang dipadatkan dengan baik dapat dilihat dalam tabel 5. sebagai berikut :
Tabel 5. Kemiringan tebing minimum untuk berbagai jenis tanah* Jenis tanah untuk saluran Kisaran kemiringan tebing Batu < 0,5 Gambut kenal 1 Lempung kenal geluh (loom loom), tanah 1 Lempung pasiran,tanah pasiran kohesif 1,5,5 Pasir lanauan,kerikil halus Gambut tanah 4 * Diambil dari standar Perencanaan Irigasi Departemen Pekerjaan Umum, 1986 (Buku KP.04)
Angka-angka angka di dalam tabel tersebut adalah kisaran kemiringan tebing untuk beberapa jenis tanah untuk saluran tahan erosi ang pelapis tebingna mengikuti lereng alamna. Sedang untuk saluran tidak tahan erosi harus diadakan pemeriksaan terhadap kecepatan maksimum ang diijinkan agar tidak terjadi erosi.
Setelah tinggi permukaan air ang perlu untuk pengaliran debit rencana sudah ditetapkan, masih diperlukan lagi suatu ruang untuk menampung gelombang g karena angin dan fluktuasi permukaan air agar tidak terjadi luapan (over topping). Fluktuasi permukaan air dapat terjadi karena penutupan pintu air di hilir secara tiba-tiba akibat air laut pasang, akibat loncatan air, sedimentasi, perubahan koefisien kekasaran atau kesalahan operasi bangunan air ang ada di saluran tersebut.
Jadi penediaan ruang jagaan tidak dimaksud untuk tambahan debit tetap untuk keperluan tersebut diatas dengan debit tetap seperti ang direncanakan. Tinggi jagaan ini diukur dari elevasi permukaan air rencana sampai ke elevasi puncak tanggul, seperti tampak gambar Gb. 5.4 berikut ini : Puncak tanggul Puncak tanggul w B Gambar 5.4. Tinggi jagaan pada suatu penampang saluran
Seperti dijelaskan di atas bahwa tinggi jagaan dari suatu penampang saluran diperhitungkan untuk beberapa macam keperluan (tidak termasuk tambahan debit) maka tidak ada satu perumusan ang berlaku umum. Untuk hal ini USBR (United States Bureau of Raclamation) memberi perkiraan harga W sebagai berikut : W = c (5.9)
dimana : W c =Tinggi jagaan dalam (ft) =Koefisien ang bervariasi dari 1,5 ft pada Q = 0 cfs sampai,5 ft pada Q= 000 cfs = Kedalaman air dalam (ft) Untuk keperluan perencanaan irigasi di Indonesia. Standarisasi Perencanaan Irigasi Departemen Pekerjaan Umum RI, mensaratkan tinggi jagaan minimum seperti tertera di dalam tabel 5. sebagai berikut :
Tabel 5. Besarna tinggi jagaan minimum untuk saluran dari tanah dan dari pasangan batu Besarna Debit Tinggi jagaan ( m ) Q ( m / det ) untuk pasangan batu Tinggi jagaan ( m ) saluran dari tanah < 0,50 00 0,0 040 0,40 0,50 1,50 0,0 0,50 1,50 5,00 0,5 0,60 5,00 10,00 0,0 0,75 10,00 15,00 0,40 0,85 > 15,00 0,50 1,00
Penetapan dimensi penampang saluran tahan erosi memerlukan beberapa langkah sebagai berikut : 1. Kumpulkan semua informasi ang diperlukan, perkirakan besarna angka kekasaran Manning (n) atau koefisien chez (C) dan kemiringan aliran (longitudinal) i f.
. Hitung faktor penampang AR / dengan menggunakan persamaan Manning : AR = nq i f (5.0) atau AR = C Q i f (5.1). Dengan menggunakan persamaan untuk Adan R seperti ditampilkan pada tabel.1 diperoleh harga kedalaman.
4. Apabila penampang hidrolik ang diinginkan maka kedalaman dapat dihitung dengan persamaan ang ada di dalam tabel 5.1. Untuk keperluan praktis ki penampang hidrolik terbaik dapat dimodifikasi sepenuhna tanpa mengganggu ketentuan spesifikasi aliranna. 5. Periksa kecepatan mnmum minimum ang diijinkan jn apabila aliran membawa lumpur atau tanaman air. 6. Perkirakan tinggi jagaan dan pelapisan ang diperlukan. 7. Simpulkan hasil berdimensi. perhitungan dengan sket
Untuk memperjelas penjelasan perencanaan saluran tahan erosi; coba lihat contoh soal dibawah ini : Untuk mengalirkan air sebesar Q = 11 m /det diperlukan suatu saluran tahan erosi ang mempunai kemiringan dasar i b = 0,00160016 dan harga n=0,05. Rencanakan penampang saluran : a. tanpa mempertimbangkan penampang hidrolik terbaik. b. dengan mempertimbangkan penampang hidrolik terbaik.
a. Tanpa mempertimbangkan penampang hidrolik terbaik. Yang menjadi pertimbangan adalah tersediana lahan dan jenis tanah. Dengan mempertimbangkan ketersediaan lahan misalna diambil -Lebar dasar saluran :B = m - Kemiringan tebing :z=m dengan menggunakan persamaan Manning ng : AR nq = i i f 0,05 11 = = 6,785 0,00160016
( B + z) = ( 6 + ) = ( ) A = + P = B + 1+ z = 6 + 5 = + R = ( + ) ( + ) A = = P + ( + 5 ) ( + 5 ) ( 5) AR = ( + ) ( + ) + + 5 ( ) = 6,875 AR = [( + ) ] [ ( + 5 ) ] 5 = 6,875 [( ) ] ( ) 5 + = 6,875 + 5
dengan cara coba coba : Y Ruas kiri Ruas kanan 0,90 8,78 0,01 1,00 0,0 0,7 1,01 0,58 0,79 1,0 1,00 0,85 ang terdekat adalah = 1,01 m. Dengan harga = 1,01 mmakamaka : Luas penampang A = ( + 1,01 01)1,01 = 8,10 m Kecepatan aliran Q 11 V = = = 1,58 A 8,10 m det (lebih besar daripada kecepatan minimum ang diijinkan).
Dengan menambah jagaan sebesar 0,40 m maka dimensi penampang saluran adalah sebagai berikut : w= 0,40 m = 1,01 m 1 B = 6 m Gambar 5.5. Penampang saluran hasil perhitungan soal 5.1(a)
b. Apabila dikehendaki terbaik ada pilihan : penampang (1). Penampang setengah lingkaran : Kembali ke persamaan Manning 0,05 11 AR = nq = = 6, 785 0,0016 i f Dari tabel 5.1 dapat dilihat A =1,57 hidrolik R = 0, 5
AR = 1,57 ( 0,5 ) = 6, 875 = 0,989 8 = 6,875 8 = 6,875 0,989 = 6,951 8 = ( 6,951 ) =, m 07 T = =,07 = 4, 14 m A = =, 1,57 6,7 m Q 11 V = = = 1,65 m det A 6,7
(). Penampang trapesium hexagon : AR / = 6,875 Dari tabel 5.1 dapat dilihat harga- harga : A = R =1 AR = ( ) 1 = 6, 875 1,091 8 8 = 6,875 = 6,0 = 1,99, 00 m
4 T = 4 = = 4,6 m A = = 6,98 Q 11 V = = = 1,588 A 6,98 B = = =,1 m m det
(). Penampang persegi empat dengan : B = ; AR / = 6,875 Dari tabel 5.1 dapat dilihat : A = R =1 ( ) 8 1 1,60 AR = = 1,60 8 = 6,875 8 6,875 = = 5, 457 1,60 ( ) 8 5,457 = 1, m = 89 T = = 1,89 =, 78 m
Dari ketiga jenis penampang tersebut ang memerlukan lebar dan kedalaman terkecil adalah penampang persegi empat, tetapi dinding tegakna ang menjadi masalah, karena memerlukan struktur ang dapat menahan lereng alam tanah ang digali untuk saluran. Hal ang hampir sama dari tiga jenis tersebut adalah kedalaman aliran ang cukup dalam aitu 1,90 msampai,07 m, kedalaman ini tidak direkomendasi karena terlalu dalam untuk keselamatan manusia.
1. Rencanakan suatu saluran terbuka erosi untuk mengalirkan air sebesar tahan Q = 70 m /det apabila kemiringan dasar saluran (longitudinal) = 0,0016. Saluran dibuat dari pasangan batu dengan plengsengan sekitar batu (hana berupa siar tanpa plengsengan penuh).
. Rencanakan suatu saluran terbuka tahan erosi untuk drainase perkotaan ang dapat mengalirkan air sebesar 10 m /det pada kemiringan aliran i = 0,0009 0009. Saluran terbuat dari pasangan batu di plester halus. Bentuk penampang agar disesuaikan dengan kondisi lahan diperkotaan ang sempit.
Saluran terbuka tahan erosi pada umumna m merupakan saluran buatan. Faktor alam ang menentukan nt n disini adalah kondisi topografi khususna pada perbedaan elevasi antara permukaan air di hulu dan di dilir. Perbedaan elevasi permukaan air ini penting untuk menentukan kemiringan aliran i f. Baik menggunakan Persamaan Chez maupun Persamaan Manning besarna debit Q berbanding lurus dengan i f.
Oleh karena saluran tahan erosi umumna merupakan saluran buatan maka harus diperhatikan faktor efektifitas dan efisiensi. Bentuk-bentuk penampang disesuaikan dengan kondisi lapangan. Kecepatan minimum diambil sebagai suatu batasan dengan tujuan untuk menghindarkan pengendapan. Tinggi jagaan disediakan untuk mengantisipasi perubahan tinggi muka air tiba-tiba (bukan tambahan debit).
Tujuan Pembelajaran Umum Setelah membaca modul ini mahasiswa memahami cara-cara perhitungan saluran mudah tererosi. Tujuan Pembelajaran Khusus Mahasiswa mampu merencanakan penampang saluran mudah tererosi.
Dibanding dengan perencanaan saluran tahan erosi, perencanaan saluran mudah tererosi lebih kompleks. Hal ini disebabkan oleh banakna faktor ang mempengaruhi aliran sebagian besar faktor tersebut tidak dapat ditetapkan secara tepat karena berhubungan dengan kondisi alam ang berbeda antara satu tempat dengan tempat ang lain.
Kesulitan ang dihadapi dalam perencanaan saluran mudah tererosi adalah pada kenataana stabilitas dari saluran mudah tererosi tidak hana tergantung g pada parameter hidrolik saja tetapi tergantung pula pada sifat-sifat material tanah ang di gali untuk saluran. oleh karena itu persamaan aliran seragam ang digunakan untuk saluran tahan erosi tidak cukup untuk merencanakan saluran mudah tererosi.
Didalam praktek terdapat tiga penampang saluran tidak stabil aitu : (1). Tipe satu : tipe Dasar dan dinding saluran mudah tererosi, tetapi tidak terjadi endapan. Hal ini terjadi pada saluran dimana aliranna tidak membawa angkutan sedimen tetapi mempunai energi cukup besar ang dapat mengakibatkan terjadina erosi. Kondisi semacam ini biasana terjadi di hulu sungai ang mempunai kemiringan dasar curam.
(). Tipe kedua : Kondisi dimana tidak terjadi gerusan tetapi terjadi pengendapan. Kondisi ini terjadi apabila aliran membawa angkutan sedimen tetapi kecepatanna kecil sehingga memungkinkan terjadi sedimentasi. Kondisi semacam ini biasana terjadi di hilir atau di muara ang mempunai kemiringan dasar landai.
(). Tipe ketiga: Kondisi i dimana aliran membawa angkutan sedimen, dan kecepatanna memungkinkan untuk ang tererosi. terjadi digali sedimentasi, untuk Kondisi saluran semacam terjadi di tengah sampai hilir. tetapi juga ini lahan mudah biasana
Adana kesulitan dalam hubungan antara aliran dan kondisi i tanah tempat saluran serta angkutan sedimen maka dicari hubungan antara debit aliran atau kecepatan rata-ratana ratana dengan sifat-sifat fisik tanah ang digali untuk saluran serta jumlah dan tipe sedimen ang diangkut. Baru pada tahun 190 kalangan ahli hidrolika mulai jelas mengenai hubungan tersebut ang memang ada.
Kemudian pada tahun 196 Fortier dan Scobe mempublikasikan hasil-hasil penelitianna ang kemudian menjadi dasar dari metode perencanaan ang dikenal dengan metode kecepatan maksimum ang diijinkan. Kemudian menusul Lana (1955 1955) menatakan kembali temuan du Bos (1879) ang mengajukan suatu konsep menggunakan gaa a tarik ang dikenal dengan metode gaa tarik. Dua metode tersebut akan dijelaskan didalam dua sub bab berikut ini.
Secara umum dapat dikatakan bahwa saluran ang sudah lama dibuat, ang telah mengalami beberapa kali pergantian musim lebih tahan terhadap erosi daripada saluran ang baru dbangun. dibangun. Hal ini dapat dimengerti, karena saluran lama telah stabil, terutama karena terjadina endapan material kalloidal.
Kecepatan maksimum ang diijinkan adalah kecepatan ang tidak menebabkan erosi. Kecepatan ini merupakan kecepatan rata-rata terbesar ang tidak menebabkan erosi pada penampang saluran. Kecepatan tersebut sangat bervariasi dan tidak ada ang tepat, serta hana dapat ditentukan menurut pengalaman perencana.
Tabel 5.4 Kecepatan maksimum ang diijinkan menurut Fortier dan Scob berikut ini harga-harga gaa tarik satuan ang diolah USBR (U.S. Bureau of Reclamation) untuk saluran, lurus, kemiringan kecil. Jenis bahan dari saluran n Air jernih Air mengandung Lanau kalloidal u τ 0 u τ 0 u τ 0 u τ 0 ft/sec lb/ft m/dt N/m ft/sec lb/ft m/dt N/m Pasir 0,00 1,50 0,07 0,457 1,9,50 0,075 0,76,59 Lanau berpasir, non kalloidal 0,00 1,75 0,07 0,5 1,77,50 0,075 0,76,59 Lanau halus, non kalloidal 0,00,00 0,048 0,610,0,00 0,11 0,914 5,7
Lanau alluvial, non kalloidal 0,0000 00,00 0,048048 0610 0,610 0,0 50,50 015 0,15 107 1,07 718 7,18 Lanau kaku biasa 0,00,50 0,075 0,76,59,50 0,15 1,07 7,18 Abu Vulkanik 0,00,50 0,075 0,76,59,50 0,15 1,07 7,18 Lempung keras, sangat kalloidal 0,05,75 0,60 1,140 1,40 5,00 0,46 1,5,00 Lanau alluvial, kalloidal 0,0505 75,75 0,60 1140 1,140 1,40 500 5,00 040 0,40 15 1,5,00 Serpih dan pecahan keras 0,05 6,00 0,670 1,80,10 6,00 0,67 1,8,10 Kerikil halus 0,0000 50,50 0,075075 0,76 59,59 500 5,00 0 0, 15 1,5 15,0
Lanau bergradasi sampai kerakal 0,00,75 0,80 1,140 18,0 5,00 0,66 1,5 1,60 Lanau bergradasi sampai kerakal k 0,0000 400 4,00 0,40 1,0 0,60 550 5,50 080 0,80 168 1,68 8,00 bila kalloidal Kerikil kasar non kalloidal 0,05 4,00 0,00 1,0 14, 6,00 0,67 1,8,10 Kerakal dan batuan bulat 0,05 5,00 0,910 1,50 4,60 5,50 1,10 1,68 5,70 Fortier dan Scobe (195) mempublikasikan suatu tabel ang kemudian dikenal dengan tabel kecepatan maksimum ang diijinkan seperti tabel 5.4 diatas.
Dengan menggunakan harga-harga g kecepatan maksimum seperti tersebut diatas maka prosedur perencanaan saluran ang pada umumna diasumsikan sebagai penampang trapesium dapat dilakukan dengan langkah- langkah sebagai berikut : i. Untuk jenis material ang membentuk tubuh saluran diperkirakan harga n dan kecepatan maksimum ang diijinkan (Tabel 5.4) serta kemiringan tebing (Tabel 5.).
ii. Hitung jari-jari j hidrolik Rdari penerapan p persamaan Manning. V = 1 1 n R i R = nv 1 i iii. Hitung luas penampang basah dari persamaan kontinuitas. Q = A. V A = Q V
iv. Hitung keliling basah dari harga Adan R ang telah diperoleh tersebut diatas. P = A R v. Dengan didapatna harga A dan P maka dapat dihitung harga. Untuk memperjelas cara perencanaan saluran dengan metode kecepatan maksimum ang diijinkan dapat dilihat contoh soal sebagai berikut :
Contoh soal 4.: Suatu saluran berpenampang trapesium mempunai kemiringan i dasar (longitudinal) l) sebagai i b = 0,0016 mengalirkan air sebesar Q = 11 m /det. Saluran di gali pada tanah non kalloidal ang terdiri dari kerikil kasar dan serpihan batu. Hitung lebar saluran dan kedalaman aliranna.
Jawaban : Ikuti tahapan pengerjaan seperti dijelaskan diatas. i. Untuk kondisi ang diketahui tersebut diperkirakan harga n dan kecepatan maksimum ang diijinkan. Untuk tanah kerikil kasar non kalloidal harga n = 0,05 dan kecepatan maksimum ang diijinkan V = 1, m/det. Dari Tabel 5. diperkirakan kemiringan tebing z=.
ii. Perhitungan jari-jari hidrolik dari penerapan persamaan Manning. 1 V = n R i 1 R nv = 1 i = 0,05 1, ( 0,00160016 ) 1 = 0,765 ( 0,765) = 0, m R = 67
iii. Perhitungan luas penampang basah dl dilakukan k dengan menerapkan hukum kontinuitas. Q = A V atau Q 11 A = = = V 1, 9,016 m iv. Hitung keliling basah dari harga A dan R ang telah diperoleh tersebut diatas. A P 9,016 = = = 1, m R 0,67 46
v. Dari harga Adan P dapat dihitung harga sebagai berikut. A ( B + z) = ( B + ) = 9, 016 = P = B + 1+ z = B + 5 = 1,46 atau B = 1,46 5
Apabila harga ini dimasukkan ke dalam persamaan luas : A = ( B + ) = ( 1,46 c + ) = 9, 016 1,46 4,4747 + = 9,016 atau,47 1,46 + 9,016 = 0 5,44 +,65 = 0
Dengan menggunakan rumus ABC dicari harga seperti berikut : 1, = + 5,44 ± 5,44 4(,65) = 5,44 ±,87 5,44 +,87 1 = = 4, 66 5,44,87 = = 0, 79 m m
Apabila diambil Maka : = 4, 1 66 m B = 1,46 4,66 5 = 7,8 ( tidak mungkin ) Apabila diambil Maka : = 0, 79 m B = 1,46 0,79 5 = 9,9 m 10 m
Di dalam praktek dimensi penampang dengan lebar B = 10 m dan kedalaman air hana 0,80 m dimensi ang kurang baik karena apabila sesuatu hal debit aliran berkurang maka kedalaman air menjadi sangat dangkal, dan terjadi kecenderungan aliran berada di tengah dan berbelok-belok belok seperti pada Gb. 5.6 sebagai berikut : (a)
(b) Gambar 5.6. Tampak atas (a) dan penampang melintang saluran lebar sekali (b) Karena lebar dasar saluran jauh lebih besar daripada d kedalaman aliran B > 6, maka saluran termasuk saluran lebar sekali, untuk itu maka perhitungan harus di ulang dengan memperkirakan lebar menjadi B < 10 m, dengan kedalaman air <1,50 m.
Dengan dimensi ini hitung harga kecepatan aliran untuk = 1,0 m. A = ( B + z) = ( 6 + 1,0 ) 1, 0 A =10,00 m Q 11 V = = = 1,09 m det < A 10 1,0 m det
Soal Latihan Suatu saluran buatan untuk irigasi di gali pada tanah lanau alluvial kalloidal. Rencanakan dimensi saluran tersebut apabila kemiringan dasar saluran (longitudinal) adalah i b = 0,009.
SALURAN BERUMPUT Adana rumput akan menimbulkan turbulensi ang menimbulkan kehilangan energi dan hambatan aliran. Untuk saluran irigasi, disukai karena : menstabilkan tubuh saluran mengkonsolidasikan massa tanah di dasar saluran mengontrol erosi dan gerakan butiran pada dasar saluran
Hal ang perlu diperhatikan dalam perancangan saluran berumput : Koefisien hambatan nilai n untuk sal. Berumput tgt pada : kedalaman aliran, bentuk dan kemiringan saluran sangat bervariasi sulit untuk ditentukan. telah diketahui adana hubungan antara koefisien hambatan, n dengan V.R. Kecepatan ang diizinkan : nilai kecepatan ang diizinkan tergantung pada bahan penutup dan kemiringan saluran dan kepekaan tanahna. Pemilihan jenis rumput : tergantung t kepada iklim dan jenis tanahna selain hal ang harus dipertimbangkan aitu stabilitas, debit dan kemiringan saluran.
Selain saluran alam, saluran buatan juga dapat berbentuk saluran mudah tererosi ros apabila a tidak di plengseng. Oleh karena mudah tererosi maka ada batasan kecepatan agar tidak tererosi. Batasan tersebut adalah kecepatan maksimum ang diijinkan agar tidak tererosi dan kecepatan minimum agar tidak terjadi pengendapan.
Bentuk penampang pada umumna trapesium karena tebingna harus disesuaikan sua an dengan lereng alam tanah. Tinggi jagaan harus disediakan untuk mengantisipasi perubahan tinggi muka air (bukan karena tambahan debit)