PENGARUH VARIASI KEMIRINGAN TUBUH HILIR SPILLWAY DAN PENEMPATAN BAFFLE BLOCKS PADA KOLAM OLAK TIPE TRAJECTORY BUCKET TERHADAP LONCATAN HIDROLIS DAN PEREDAMAN ENERGI TUGAS AKHIR untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana S-1 Teknik Sipil diajukan oleh diajukan oleh : ARDIAN PRASETYA WICAKSANA NIM : D100100003 NIRM : 10.6.106.03010.50003 kepada PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2014
ii
iii
MOTTO ALLAH akan menolong hamba-nya selama hamba itu menolong sesame saudaranya. --H.R. Muslim, Abu Daud, dan Turmuzi-- Rasulullah Shalallahu alaihi wassalam bersabda : Jika seseorang meninggal dunia, maka terputuslah amalannya kecuali tiga perkara (yaitu): sedekah jariyah, ilmu yang bermanfat dan anak yang shalih --H.R. Muslim : 1631-- Perubahan adalah kata lain untuk berkembang atau mau belajar. Dan, kita semua mampu melakukannya jika berkehendak. -- Prof Charles Handy-- Hampir semua pria memang mampu bertahan menghadapi kesulitan. Namun, jika Anda ingin menguji karakter sejati pria, beri dia kekuasaan. --Abraham Lincoln-- Jalan awal terbaik untuk mewujudkan segala impian Anda adalah bangun dan bangkit dari tempat tidur. --Paul Valery-- Seindah-indahnya harta adalah hati yang baik --Mario teguh--
PERSEMBAHAN Teruntuk : ALLAH SWT yang telah memberikan hidayah, dan kemudahan dalam menuntut ilmu. Nabi Muhammad SAW sauri tauladan umat manusia. Kedua orang tua yakni bapak Sutrisno, S.Pd. dan ibu Dian Ambarukmi, S.Pd. terima kasih atas segala doa dan nasihat yang tak pernah berhenti sejak saya lahir. Kedua kakakku mas Didit dan mbak Arum, yang selalu memberikan semangat dan sebagai contoh kesuksesan. Argyatmaja Paramanindhita yang menjadi salah satu alasan agar saya cepat lulus dan sukses. Laboratorium Teknik Sipil yang telah memberiku kesempatan untuk mengembangkan kemampuan ketekniksipilan. Keluarga Mahasiswa Teknik Sipil, saya akan selalu jadi bagianmu. Seluruh teman asisten, teman KMTS, dan teman angkatan 2010 yang selalu membantuku dalam berbagai hal.
PRAKATA اارت Alhamdulilah, segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat, taufik dan hidayah-nya sehingga penyusunan dapat menyelesaikan dan menyusun laporan Tugas Akhir berupa penelitian laboratorium yang berjudul Pengaruh Variasi Kemiringan Tubuh Hilir Spillway dan Penempatan Baffle Blocks pada Kolam Olak Trajectory Bucket terhadap loncatan hidrolis dan peredaman energy. Tugas Akhir ini disusun guna melengkapi persyaratan untuk menyelesaikan program studi S-1 pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Bersama ini penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah banyak memberikan dukungan sehingga penyusun dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Kemudian dengan selesainya Tugas Aklhir ini penulis juga mengucapkan terima kasih kepada : 1). Bapak Ir. Sri Sunarjono, M.T., PhD., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 2). Bapak Mochamad Solikin, S.T., M.T., PhD., selaku Ketua Program Studi Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah Surakarta. 3). Bapak Jaji Abdurrosyid, S.T., M.T., selaku Pembimbing Utama sekaligus sebagai Ketua Tim Penguji. 4). Bapak Ir. A. Karim Fatchan, M.T., selaku Pembimbing Pendamping sekaligus sebagai Sekertaris Tim Penguji. 5). Bapak Ir. Hermono S.B., M.Eng., selaku Anggota Tim Penguji. 6). Ir. Aliem Sudjatmiko, M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik. 7). Bapak Ir. A. Karim Fatchan, M.T., selaku Kepala Laboratorium Program Studi Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah Surakarta 8). Bapak Joko Setiawan, S.T., selaku Laboran Laboratorium Program Studi Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah Surakarta
9). Bapak Rohani, S.Pd., selaku Sekretaris Tata Usaha Program Studi Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah Surakarta 10). Sdr. Pembra Juned Adipura, S.T. selaku teman penelitian. 11). Pihak-pihak lain yang tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu. Semoga segala bantuan yang diberikan, senantiasa mendapatkan ridho dari Allah SWT dan semoga Laporan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Amin امات Surakarta, Juli 2014 Penyusun
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i LEMBAR PENGESAHAN... ii LEMBAR PERNYATAAN... iii MOTTO... iv PERSEMBAHAN... v PRAKATA... vi DAFTAR ISI... viii DAFTAR TABEL... x DAFTAR GAMBAR... xi DAFTAR ISTILAH... xiii DAFTAR LAMPIRAN... xiv ABSTRAKSI... xv BAB I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang... 1 B. Rumusan Masalah... 2 C. Tujuan Penelitian... 2 D. Batasan Masalah... 2 E. Manfaat Penelitian... 3 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA... 4 BAB III. DASAR TEORI 1. Tipe Aliran Pada Bendung A. Aliran Pada Saluran Terbuka... 6 B. Debit Aliran... 7 C. Klasifikasi Aliran... 8 D. Loncatan Hidrolis... 9 2. Mercu Pelimpah... 11 3. Peredam Energi Tipe Trajectory Bucket... 13
BAB IV. METODE PENELITIAN A. Bentuk Penelitian... 17 B. Lokasi Penelitian... 17 C. Bahan dan Peralatan... 17 D. Pengamatan... 22 E. Perencanaan Model... 23 F. Running Penelitian... 27 G. Pelaksanaan Penelitian... 28 H. Bagan Alur Pelaksanaan Penelitian... 30 BAB V. HASIL ANALISIS DAN PEMBAHASAN A. Hasil Pengujian... 33 B. Analisis Data dan Pembahasan... 33 BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpulan... 45 B. Saran... 46 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR TABEL Tabel V.1 Kecepatan Aliran... 34 Tabel V.2 Besaran Bilangan Reynolds di Hilir Pusaran... 35 Tabel V.3 Prosentase Reduksi Panjang Loncatan Air... 38 Tabel V.4 Perhitungan Bilangan Froude dan Panjang Loncatan... 39
DAFTAR GAMBAR Gambar III.1 Pola Penjalaran Gelombang di Saluran Terbuka... 11 Gambar III.2 Bentuk Mercu Tipe Ogee dan Tipe Bulat... 12 Gambar III.3 Bentuk-bentuk Bendung Mercu Ogee... 12 Gambar III.4 Perencanaan Mercu Ogee... 13 Gambar III.5 Kolam Olak Tipe Trajectory Bucket... 14 Gambar IV.1 Air yang digunakan dalam penelitian... 17 Gambar IV.2 Kayu, Lem, Malam dan Amplas... 18 Gambar IV.3 Saluran/Open Flume 30x60x1000 cm... 19 Gambar IV.4 Bak penampung air... 19 Gambar IV.5 Pompa Air dan Kran pengatur debit... 20 Gambar IV.6 Tail Gate... 20 Gambar IV.7 Pelimpah Ogee, Kolam Olak Solid Roller Bucket dan Bafle Blocks... 21 Gambar IV.8 Penggaris besi, Meteran dan Stopwatch... 22 Gambar IV.9 Mistar Ukur pada Open Flume... 22 Gambar IV.10 Variabel-variabel yang diamati dalam penelitian... 23 Gambar IV.11 Grafik koefisien peluapan mercu ogee hubungan antara p/h d... 24 Gambar IV.12 Baffle blocks bentuk balok... 25 Gambar IV.13 Peletakan Baffle Blocks... 26 Gambar IV.14 Flow Chart Running Penelitian... 27 Gambar IV.15 Bagan Alir Penelitian... 30 Gambar IV.16 Spillway tipe 1/4 dengan Trajectory Bucket... 31 Gambar IV.17 Spillway tipe 2/4 dengan Trajectory Bucket... 31 Gambar IV.18 Spillway tipe 3/4 dengan Trajectory Bucket... 32 Gambar IV.19 Spillway tipe 4/4 dengan Trajectory Bucket... 32 Gambar V.1 Hubungan Variasi Debit (cm3/dt) dengan Kecepatan di Hilir Pusaran (cm/dt)... 34 Gambar V.2 Hubungan Variasi Debit (cm3/dt) dengan Bilangan Reynold... 36 Gambar V.3 Hubungan Linier Fr seri I dengan Lj terukur /R... 40
Gambar V.4 Hubungan Exponensial Fr seri I dengan Lj terukur /R... 40 Gambar V.5 Hubungan Linier Fr seri II dengan Lj terukur /R... 41 Gambar V.6 Hubungan Exponensial Fr seri II dengan Lj terukur /R... 41 Gambar V.7 Hubungan Linier Fr seri III dengan Lj terukur /R... 42 Gambar V.8 Hubungan Exponensial Fr seri III dengan Lj terukur /R... 42 Gambar V.9 Hubungan Linier Fr seri IV dengan Lj terukur /R... 43 Gambar V.10 Hubungan Exponensial Fr seri IV dengan Lj terukur /R... 43 Gambar V.11 Hubungan Linier Fr dengan Lj terukur /R... 44 Gambar V.12 Hubungan Exponensial Fr dengan Lj terukur /R... 44
DAFTAR ISTILAH A : luas penampang aliran (m 2 ) b : lebar saluran (m) Cd : koefisien debit Ce : koefisien tampang saluran E : energi (m) E 1 E 2 Fr g h 1 h 2 h d hf Lj p Q R Re V Vc V 1 V 2 : energi di hulu mercu (m) : energi setelah pusaran (m) : angka f roude : percepatan gravitasi (m 2 /dt) : kedalaman air di hulu mercu (m) : kedalaman muka air hilir setelah pusaran (m) : kedalaman air di atas mercu (m) : kehilangan energi (m) : panjang pusaran air (m) : tinggi bendung (m) : debit aliran (m 3 /dt) : jari-jari hidraulik (m) : bilangan reynolds. : kecepatan rata-rata aliran (m/dt) : kecepatan awal aliran di atas mercu (m/dt) : kecepatan di hulu mercu (m/dt) : kecepatan setelah pusaran (m/dt) z : selisih elevasi hd dengan h 2 υ : kekentalan kinematik (m2/dt)
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran C-1 Gambar Alat Ukur V-Notch... L-1 Lampiran C-2 Tabel Rencana Debit... L-2 Lampiran C-3 Hasil Pengamatan Seri I... L-3 Lampiran C-4 Hasil Pengamatan Seri II... L-4 Lampiran C-5 Hasil Pengamatan Seri III... L-5 Lampiran C-6 Hasil Pengamatan Seri IV... L-6 Lampiran C-7 Tabel Kecepatan Aliran dan Bilangan Reynols Seri I... L-7 Lampiran C-8 Tabel Kecepatan Aliran dan Bilangan Reynols Seri I... L-8 Lampiran C-9 Tabel Kecepatan Aliran dan Bilangan Reynols Seri I... L-9 Lampiran C-10 Tabel Kecepatan Aliran dan Bilangan Reynols Seri I... L-10 Lampiran C-11 Hubungan Variasi Debit (cm 3 /dt) dengan Kecepatan di Hulu Pusaran (cm/dt)... L-11 Lampiran C-12 Hubungan Variasi Debit (cm 3 /dt) dengan Kecepatan di Hilir Pusaran (cm/dt)... L-12 Lampiran C-13 Hubungan Variasi Debit (cm 3 /dt) dengan Kecepatan di Atas Pelimpah (cm/dt)... L-13 Lampiran C-14 Hubungan Variasi Debit (cm 3 /dt) dengan Bilangan Reynolds... L-14 Lampiran C-15 Tabel Bilangan Froude dan Panjang Loncatan Seri I... L-15 Lampiran C-16 Tabel Bilangan Froude dan Panjang Loncatan Seri II... L-16 Lampiran C-17 Tabel Bilangan Froude dan Panjang Loncatan Seri III... L-17 Lampiran C-18 Tabel Bilangan Froude dan Panjang Loncatan Seri IV... L-18
PENGARUH VARIASI KEMIRINGAN TUBUH HILIR SPILLWAY DAN PENEMPATAN BAFFLE BLOCKS PADA KOLAM OLAK TIPE TRAJECTORY BUCKET TERHADAP LONCATAN HIDROLIS DAN PEREDAMAN ENERGI ABSTRAK Spillway merupakan bangunan pelengkap dalam bendungan yang berguna untuk mengalirkan kelebihan air agar bendungan tetap aman. Akibat dari peninggian muka air tersebut akan mengakibatkan terjadi perubahan jenis aliran dari superkritis ke subkritis yang dapat menyebabkan penggerusan saluran di bawah pelimpah. Untuk mereduksi energi yang terjadi dalam aliran, diperlukan bangunan peredam energi berupa kolam olakan (stiling basin). Bangunan trajectory bucket dibuat untuk mereduksi aliran dan penambahkan baffle blocks pada kolam olakan untuk meningkatkan peredaman energi yang terjadi. Penempatan baffle blocks akan berpangaruh terhadap kemampuan meredam energi. Penelitian dilakukan di Laboratorium Hidraulika Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik UMS. Penelitian ini menggunakan open flume berukuran 30x60x1000 cm dengan kemiringan dasar saluran 0,0058. Menggunakan pelimpah ogee dengan kemiringan hilir 1:4, 2:4, 3:4, 4:4 dan menggunakan kolam olak tipe trajectory bucket dengan ukuran baffle blocks 5/12 R. Penelitian dilakukan pada enam belas perlakuan (kemiringan hilir bendung dan penempatan baffle blocks) dengan empat variasi debit air dan pada setiap debitnya kemudian dilakukan pengujian reduksi panjang loncatan dan. Hasil penelitian menunjukkan beberapa kesimpulan, pertaman bertambahnya debit aliran, maka semakin besar turbulensi dan panjang loncatan hidrolis di hilir. Kedua peredaman energi panjang loncatan pada seri Id yang merupakan seri yang paling efektif meredam energi dengan prosentase reduksi rata-rata 60,31%. Ketiga rata-rata hubungan linier non dimensional antara Lj terukur/r dengan Fr dari beberapa seri disimpulkan dengan persamaan 1,314 0,894 dan R 2 =0,726. Rata-rata hubungan exponensial non dimensional antara Lj terukur/r dengan Fr dari beberapa seri disimpulkan dengan persamaan 0,764, dan R 2 =0,704. Kata Kunci: spillway, trajectory bucket, baffle blocks, loncatan hidrolis