BESARNYA KOEFISIEN HAMBAT (CD) SILT SCREEN AKIBAT GAYA ARUS DENGAN MODEL PELAMPUNG PARALON DAN KAYU Davi S. V. L Bangguna 1) 1) Staff Pengajar Program Stui Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sintuwu Maroso Abstrak Untuk mengurangi penangkalan Alur pelayaran an kolam labuh paa tipe pantai yang lanai an berlumpur maka iperlukan bangunan penahan seimen. Bangunan penahan seimen ini apat berupa pemecah gelombang an jetty yang berfungsi selain menahan seimen. Sebagai alternatif untuk mengurangi penangkalan i alur pelayaran apat ibuat bangunan penahan seimen lainnya, bangunan penahan seimen ini apat berupa tirai yang tiak kaku yaitu silt screen. Agar silt screen ini apat berfungsi engan baik perlu ilakukan pengujian terutama yang berkaitan engan pengaruh arus terhaap besarnya koefisien hambat (C D) yang terjai paa silt screen. Tujuan ari penelitian ini aalah untuk mengetahui besarnya koefisien hambat yang terjai paa silt screen akibat ari gaya arus engan menggunakan ua moel pelampung (kayu an paralon). Dari hasil penelitian yang telah ilakukan menunjukkan bahwa koefisien hambat (C D) silt screen merupakan fungsi ari kealaman relatif (h/), semakin kecil kealaman relatif (h/ < 1) maka tekanan air yang bekerja paa pelampung semakin besar an luas proyeksi silt screen (A P) yang terjai semakin besar sehingga koefisien hambat yang terjai semakin kecil. Nilai C D yang ihasilkan keua bahan pelampung memberikan hasil yang berbea, perbeaan ini isebabkan karena pengaruh besarnya gaya horisintal (F H) yang bekerja paa moel. Kata kunci: CD silt screen, paralon, kayu. 15
I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Alur pelayaran an kolam labuh paa tipe pantai yang lanai an berlumpur sangat muah terjai penangkalan. Berasarkan pengalaman yang aa (Yuwono an Triatmaja, 1999), alur pelayaran an kolam pelabuhan paa pantai seperti tersebut i atas akan cepat terjai penangkalan akibat siltasi, terutama jika alur an kolam pelabuhan tersebut tiak terlinungi engan baik. Untuk mengatasi penangkalan, biasanya ilakukan pengerukan paa alur pelayaran an kolam pelabuhan secara perioik engan jangka waktu yang relatif singkat, an hal ini mengakibatkan biaya pemeliharaan menjai mahal. Untuk mengurangi penangkalan tersebut maka iperlukan bangunan penahan seimen. Bangunan penahan seimen ini apat berupa pemecah gelombang an jetty yang berfungsi selain menahan seimen juga apat melinungi kolam labuh ari gelombang an arus. Bangunan pemecah gelombang an jetty biasanya membutuhkan material yang banyak sehingga pembangunannya menjai mahal. Sebagai alternatif untuk mengurangi penangkalan i alur pelayaran apat ibuat bangunan penahan seimen lainnya, bangunan penahan seimen ini apat berupa tirai yang tiak kaku yaitu silt screen. Gagasan tentang silt screen serupa engan konsep unerwater sill sebagai alternatif penanggulangan seimentasi paa alur pelayaran, silt screen berupa tirai tiak kaku II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Koefisien Hambat (C D) Coefficient of rag (C D) artinya koefisien hambatan/hambatan gerak sebuah bena berimensi saat bergerak akibat aanya tahanan yang itimbulkan air atau uara. Koefisien rag (biasanya inotasikan engan: C D, c atau cwx), nilai C D sangat bergantung paa bentuk ari suatu geometri bena. Berikut aalah bebagai variasi nilai C D: 2.2. Gaya Vertikal Silt Screen (Fv) Gaya vertikal (Fv) yang bekerja paa silt screen iefinisikan ari resultante gaya yang 16 yang apat ibuat ari bahan sejenis geotekstil sebagai penyaring seimen engan iberi pemberat paa bagian bawah an bagian atas iberi pelampung sebagai penegak tirai, juga murah stukturnya an muah pemasangannya. Agar silt screen ini apat berfungsi engan baik perlu ilakukan pengujian terutama yang berkaitan engan pengaruh arus terhaap besarnya koefisien hambat (C D) yang terjai paa silt screen. 1.2. Perumusan Masalah Untuk melakukan pengujian koefisien hambat ibutuhkan parameter yang iperkirakan berpengaruh yaitu: gaya arus (F U), kecepatan arus (U), iameter pelampung (D), rapat massa air ( ), an tinggi moel (h). Dari parameter iatas besarnya koefisien hambat (C D) paa silt screen akibat arus apat ituliskan alam bentuk fungsi matematik sebagai berikut: C D silt screen = f (F U/U 2 2, D/h, h/). 1.3. Tujuan Penelitian Tujuan ari penelitian ini aalah untuk mengetahui besarnya koefisien hambat yang terjai paa silt screen akibat ari gaya arus engan menggunakan ua moel pelampung (kayu an paralon). Mengingat ari referensi yang aa belum pernah ilakukan pengujian koefisien hambat silr creen. bekerja paa bena aalah sama engan perbeaan antara tekanan ke atas oleh zat cair paa pelampung yaitu gaya apung pelampung (F BP) an gaya ke bawah karena berat bena i uara (W), gaya vertikal ini bekerja seolaholah menarik pelampung kebawah jika itinjau ari bagian pelampung seperti paa Gambar 1. Dalam keaaan tanpa aliran (U = 0) gaya vertikal paa silt screen besar an arahnya sama engan tegangan kain screen, sehingga gaya vertikal paa silt screen (Fv) ihitung engan persamaan berikut ini. Fv = F BP - W.....(1) Fv = V x ( )........(2) engan:
F V F BP W = gaya vertikal (N) = gaya apung pelampung (N) = berat bena i uara (N) V = volume bena (m 3 ) = selisih berat jenis (N/m 3 ) F BP U = 0 W Fv h GAMBAR 1. Skema Parameter Gaya Vertikal paa Silt Screen 2.2. Gaya Screen (F S) Dalam keaaan aa aliran (U 0) paa silt screen bekerja gaya horisontal (F H) an gaya paa screen (F S) yang merupakan proyeksi ari gaya vertikal (Fv). Gaya horisontal (F H) an gaya paa screen (F S) ianalisis ari graien garis singgung profil simpangan silt screen (m) yang besarnya sama engan kemiringan arah garis singgung (tangen ) terhaap gaya vertikal (Fv) seperti paa Gambar 2, an apat ituliskan alam bentuk persamaan sebagai berikut: F H = Fv / tangen.....(4) 2 2 F S = FH Fv.....(5) engan: F H = gaya horisontal (N) Fv = gaya vertikal (N) F S = gaya paa screen (N) tangen = graien garis singgung profil simpangan silt screen Kemiringan garis singgung (tangen ) ihitung ari turunan pertama (y/x) persamaan profil simpangan silt screen engan titik singgung i (x 0, y 0) yang merupakan asymtote ari profil simpangan silt screen. Q U 0 Fv F S Fv F H = F U garis singgung GAMBAR 2. Skema Parameter Analisis Gaya Horisontal 2.3. Luas Proyeksi Silt Screen (A P) Penentuan luas proyeksi silt screen (A P) apat ilakukan engan 2 cara yaitu pertama menghitung luas proyeksi per pias engan mengukur tinggi pias silt screen (b) ikalikan engan lebar silt screen (B). Tinggi pias silt screen ini isesuaikan engan kecepatan arus yang bekerja paa tiap pias yaitu engan menempatkan posisi kecepatan arus (y) paa pusat tinggi pias (½ b). Tinggi pias proyeksi bagian puncak silt screen (b 1) besarnya untuk setiap pengujian berbea-bea, hal ini isebabkan karena pengaruh kecepatan arus (U), kealaman relatif (h/) an gaya vertikal (Fv). 17
Cara keua engan menghitung selisih tinggi silt screen setelah terkena arus (h ) engan tinggi pemberat moel (t) ikalikan engan lebar moel (B) seperti paa Gambar 3. Dalam penelitian ini penentuan luas proyeksi silt screen (A P) yang igunakan aalah cara keua, yang apat ituliskan alam bentuk persamaan sebagai berikut: A P = (h t) x B... (6) engan : A P = luas proyeksi silt screen (m 2 ) h = tinggi moel (m) t = tinggi pemberat silt screen (m) B = lebar silt screen (m) Q b 1 b 2 b 3 b 4 h' 7,5 cm b 5 t GAMBAR 3. Skema Parameter Analisis Luas Proyeksi Silt Screen III. METODE PENELITIAN 3.1. Bahan yang Digunakan Bahan yang igunakan untuk pembuatan moel silt screen alam pengujian meliputi: a. PVC an kayu yang berfungsi sebagai pelampung silt screen engan iameter (D) = 1, 1,5, 2. b. Kain yang berfungsi sebagai screen. c. Acrilic ibuat kotak yang berfungsi sebagai pemberat silt screen. 3.2. Peralatan yang igunakan Peralatan yang igunakan alam penelitian yaitu: a. Glass sie fixe be tilting flume. b. Current meter. c. Stop Watch.. Timbangan. IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Analisis Koefisien Hambat an Gaya Arus paa Silt Screen 18 3.3. Perancangan Moel Moel silt screen yang ibuat lebar keseluruhannya berukuran = 29,5 cm, ukuran lebar yang iambil ini isesuaikan engan lebar flume = 30 cm, hal ini imaksukan untuk menjaga agar tiak terjai interaksi langsung antara sisi-sisi silt screen engan ining flume yang sangat berpengaruh terhaap hasil pengukuran saat pengujian. Pelampung silt screen ibuat ari 2 jenis bahan yaitu PVC an kayu engan ukuran iameter pelampung (D) = 1, 1,5, an 2. Tirai yang igunakan sebagai screen ibuat ari kain tetoron yang panjangnya isesuaikan engan tinggi keseluruhan moel, untuk pemberat silt screen igunakan bahan ari acrilic engan ukuran panjang = 29,5 cm tinggi = 6 cm an lebar = 12 cm, bagian alam pemberat ibuat ruangan (laci) agar apat iisi engan pasir besi an potongan besi yang berguna untuk menambah berat silt screen. Koefisien hambat (C D) paa silt screen an gaya arus ianalisis engan menggunakan persamaan (7), an (8). Hasil analisis iberikan alam Tabel 1 an 2. Dari hasil analisis ini selanjutnya igambarkan hubungan koefisien
hambat (C D) terhaap kealaman relatif (h/) yang iberikan alam Gambar 4, 5 an 6. C D = FH g U 2 A P... (7) F U = C D U 2 A P g... (8) TABEL 1. Hasil Analisis C D an F U paa Silt Screen engan Pelampung PVC Pelampung h/ D/h F H U A P C D F U 0,1226 0,2737 0,0192 0,09 0,1226 0,1290 0,3148 0,0184 0,07 0,1290 0,1678 0,3377 0,0152 0,1678 0,2714 0,3387 0,0143 0,17 0,2714 1,3277 0,2737 0,0251 0,71 1,3277 1 0,15 1,3702 0,3148 0,0223 0,62 1,3702 1,5517 0,3377 0,0207 0,66 1,5517 1,8752 0,3387 0,0177 0,92 1,8752 3,1471 0,2737 0,0325 1,29 3,1471 3,5472 0,3148 0,0304 1,18 3,5472 3,9135 0,3377 0,0286 1,20 3,9135 PVC 4,0364 0,3387 0,0268 1,31 4,0364 0,0485 0,2394 0,0257 0,03 0,0485 0,0568 0,2699 0,0236 0,03 0,0568 0,0598 0,2813 0,0230 0,03 0,0598 0,0670 0,2965 0,0207 0,04 0,0670 1,0349 0,2394 0,0325 0,56 1,0349 0,87 0,15 1,1035 0,2699 0,0295 0,51 1,1035 1,0646 0,2813 0,0280 0,48 1,0646 1,1901 0,2965 0,0251 0,54 1,1901 2,4691 0,2394 0,0375 1,15 2,4691 2,7328 0,2699 0,0350 1,07 2,7328 3,1149 0,2813 0,0342 1,15 3,1150 3,3572 0,2965 0,0332 1,15 3,3573 1,4 1,2 1,0 C D (maks) = 1,23 (h/) + 0,08 D/h = 0,2 F U = (C D ) maks U 2 A /g 0,8 C D 0,6 C D (maks) = 2,77 (h/) - 1,85 D/h = 0,15 F U D 0,4 0,2 C D (maks) = (h/) - 0,83 D/h = 0,1 h h 0,0 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 1,00 1,05 h/ Maksimum Minimum GAMBAR 4. Hubungan C D an h/ untuk Pelampung PVC 19
TABEL 2. Hasil Analisis C D an F U paa Silt Screen engan Pelampung Kayu Pelampung (h/) D/h F H U A P C D F U 0,0040 0,2737 0,0136 0,004 0,0040 0,0069 0,3148 0,0108 0,006 0,0069 0,0053 0,3377 0,0080 0,006 0,0053 0,0050 0,3387 0,0055 0,008 0,0050 0,0133 0,2737 0,0165 0,011 0,0133 1 0,15 0,0159 0,3148 0,0137 0,012 0,0159 0,0188 0,3377 0,0109 0,015 0,0188 0,0162 0,3387 0,0094 0,015 0,0162 0,2587 0,2737 0,0313 0,110 0,2587 0,2635 0,3148 0,0295 0,090 0,2635 0,2769 0,3377 0,0286 0,085 0,2769 KAYU 0,3754 0,3387 0,0242 0,135 0,3754 0,0035 0,2394 0,0204 0,003 0,0035 0,0057 0,2699 0,0177 0,004 0,0057 0,0072 0,2813 0,0164 0,006 0,0072 0,0072 0,2965 0,0149 0,005 0,0072 0,0103 0,2394 0,0118 0,015 0,0103 0,87 0,15 0,0104 0,2699 0,0239 0,006 0,0104 0,0110 0,2813 0,0224 0,006 0,0110 0,0112 0,2965 0,0195 0,007 0,0112 0,2235 0,2394 0,0325 0,120 0,2235 0,2376 0,2699 0,0319 2 0,2376 0,2676 0,2813 0,0310 9 0,2676 0,2916 0,2965 0,0295 0,112 0,2916 0,18 0,16 0,14 C D (maks) = 0,12(h/) + 0,02 D/h = 0,2 F U = (C D ) maks U 2 A /g 0,12 C D 0,08 F U D 0,06 0,04 h h 0,02 0,00 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 1,00 1,05 h/ Maksimum Minimum GAMBAR 5. Hubungan C D an h/ untuk pelampung Kayu engan D/h = 0,2 20
0,020 Si 0,018 0,016 0,014 C D (maks) = 0,06 (h/) - 0,05 D/h = 0,15 F U = (C D ) maks U 2 A /g C D 0,012 0,010 D h/=1 100 0,008 0,006 0,004 0,002 0,000 C D (maks) = 0,03 (h/) - 0,02 D/h = 0,1 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 1,00 1,05 Maksimum h/ Minimum F U h h Simpangan Silt Screen (%) 80 60 40 20 GAMBAR 6. Hubungan C D an h/ untuk pelampung Kayu engan D/h = 0,1 an 0,15 4.2. Pembahasan C D Silt Screen Untuk pengujian engan bahan pelampung paralon engan ketiga iameter pelampung yang igunakan, nilai C D terenah aalah 0,03 (h/ = 0,87, D/h = 0,1 an U rara-rata = 0,2699 m/t) an nilai C D tertinggi aalah 1,31 (h/ = 1, D/h = 0,2 an U rara-rata = 0,3387 m/t). Seangkan untuk pengujian engan bahan pelampung kayu engan ketiga iameter pelampung yang igunakan (Gambar 5 an 6), nilai C D terenah aalah 0,003 (h/ = 0,87, D/h = 0,1 an U rara-rata = 0,2394 m/t) an nilai C D tertinggi aalah 0,135 (h/ = 1, D/h = 0,2 an U rara-rata = 0,3387 m/t). Besarnya perbeaan nilai C D untuk keua bahan pelampung ini isebabkan karena pengaruh besarnya gaya horisintal (F H) yang bekerja paa moel. Besarnya gaya horisontal (F H) yang bekerja ipengaruhi oleh gaya vertikal (Fv) an suut kemiringan garis singgung (tangen ). Dan gaya vertikal (Fv) seniri besarnya ipengaruhi oleh berat pelampung i uara (W). 0 0,00 0,05 V. KESIMPULAN 5.1. Kesimpulan 1. Koefisien hambat (C D) silt screen yang iapat ari hasil penelitian menunjukkan sebagai fungsi ari kealaman relatif (h/), semakin kecil kealaman relatif (h/ < 1) maka tekanan air yang bekerja paa pelampung semakin besar an luas proyeksi silt screen (A P) yang terjai semakin besar sehingga koefisien hambat yang terjai semakin kecil. 2. Nilai C D yang ihasilkan keua bahan pelampung ari penelitian ini menunjukkan hasil yang berbea, perbeaan ini isebabkan karena pengaruh besarnya gaya horisintal (F H) yang bekerja paa moel. 3. Semakin besar berat pelampung i uara (W) maka gaya vertikal (Fv) semakin kecil an luas proyeksi silt screen (A P) yang terjai akan semakin kecil pula bila moel terkena arus (U), sehingga koefisien hambat (C D) yang terjai juga semakin kecil. 5.2. Saran Melihat ari hasil penelitian saat terkena arus terjai simpangan paa moel silt screen, maka perlu ilakukan penelitian lanjutan pengukuran simpangan yang terjai paa silt screen engan profil kecepatan arus an bentuk moel yang sama ari pengujian koefisien hambat yang telah ilakukan. 21
DAFTAR PUSTAKA 1. Chow, V.T, 1959, Open-Channel Hyraulics, McGraw-Hill, Kogakhusa. 2. Douhherty, R.L., Franzini, J. B., Finnemore, E. J., 1965, Flui Mechanics with Engineering Applications, McGraw-Hill, Kogakhusa. 3. Yuwono, N., 1994, Perencaan Moel Hiraulik, Lab. Hiraulik an Hirologi, PAU-Ilmu Teknik Universitas Gajah Maa, Yogyakarta. 4. Yuwono, N., Triatmaja, R., 1999, Uji Moel Gaya Gelombang Paa Bangunan Bawah Air, Kumpulan Naskah Ilmiah, Lab. Hiraulik an Hirologi, PAU-Ilmu Teknik Universitas Gajah Maa, Yogyakarta. 5. Yuwono, N., Triatmaja, R., 1999, Uji Moel Koefisien Gesek Antara Material Dasar Laut an Struktur Bangunan Bawah Air (Uner Water Sill), Kumpulan Naskah Ilmiah, Lab. Hiraulik an Hirologi, PAU-Iimu Teknik Universitas Gajah Maa, Yogyakarta. 6. Olson, R.M., Wright, S.J., 1993, Dasar-asar Mekanika Fluia Teknik, Eisi Kelima, Grameia Pustaka Utama, Jakrta. 7. Ranga Raju, K.G., 1981, Flow Through Open Channels, Tata McGraw-Hill Co., New Delhi. 8. Triatmojo, B., 1996, Hiraulika I, Beta Offset, Yogyakarta. 9. Triatmojo, B., 1996, Hiraulika II, Beta Offset, Yogyakarta. 10. Triatmojo, B., 1996, Pelabuhan, Beta Offset, Yogyakarta. 11. Yulistiyanto, B., 2001, Diktat Kuliah Dinamika Fluia. 22