KAJIAN KEDALAMAN GERUSAN PADA PILAR JEMBATAN TIPE TIANG PANCANG BERSUSUN TESIS Diajukan Kepada Program Studi Magister Teknik Sipil Sekolah Pascasarjana Universitas Muhammadiyah Surakarta Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Guna Memperoleh Gelar Magister dalam Ilmu Teknik Sipil Oleh : MULAT WIDHI HAPSARI NIM : S 100 140 017 PROGRAM STUDI MAGISTER TEKNIK SIPIL SEKOLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2016
iii
iv
v
vi
KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tesis S-2 dengan judul Analisis Kedalaman Gerusan pada Pilar Tiang Pancang Bersusun. Penulis menyadari akan keterbatasan ilmu yang dimiliki, untuk itu kritik dan saran yang membangun sangat diharapkan demi kesempurnaan penulisan tesis Ini. Selanjutnya penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan kepada : 1. Ibu Purwanti S. Pudyastuti, Ph. D, selaku pembimbing utama yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan tesis ini. 2. Bapak Ir. Jaji Abdurrosyid, MT, selaku pembimbing pendamping yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan tesis ini. 3. Ibu Nurul Hidayati, Ph. D, selaku penguji yang juga telah banyak memberikan masukan dan kritikan. 4. Bapak Gurawan Djati, ST, M. Eng, selaku dosen Hidro yang sudah sangat membantu dan selalu memberi inspirasi baru buat penulis dalam mengerjakan tesis ini. 5. Bapak Ir. Sarwono, Ces. Selaku peneliti di Balai Litabang Sungai yang memberikan masukan. 6. Bapak Kirno, Sp1. Selaku peneliti di Balai Litabang Sungai yang sudah membantu melengkapi data selama mengerjakan tesis. 7. Bapak Rahmat Suria Lubis, ST, MT, selaku Kepala Balai Litbang Sungai yang sudah memberi ijin dan kesempatan penulis untuk melanjutkan pendidikan S2. vii
8. Bapak dan Ibu, terimakasih selalu ada buatku, mendukung dan senantiasa berdoa untukku, kakak dan adikku, doa kalian menguatkanku. Anakku tercinta Arsa Astrofirulli yang selalu jadi semangat hingga terselesaikan tesis ini. My Little Princes Shafira, kehadiranmu buat hidupku makin lengkap, Mas Krisna, terimakasih doa dan kesabarannya, semoga semua niat baik kita dilancarkan Aamiin. 9. Teman teman S2 angkatan 2014, angkatan 2015, Fia, Mb Ivy, kalian sahabat terbaikku. Rekan kerjaku di Balai Litbang Sungai, Sodiq, Darto, Anton, Indrawan,Afif, Basuki, Antok ( Litbang, Rapyan dan Keuangan), 10. Semua pihak yang telah memberikan bantuan hingga tesis ini dapat diselesaikan. Surakarta, Oktober 2016 Penulis viii
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... HALAMAN PENGESAHAN... NOTA PEMBIMBING I... NOTA PEMBIMBING II... PERNYATAAN KEASLIAN... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... DAFTAR TABEL... DAFTAR GAMBAR... i ii iii iv v vi vii xi xii DAFTAR LAMPIRAN... xiv ABSTRAK... ABSTRACT... xv xvi BAB I PENDAHULUAN... 1 A. Latar Belakang... 1 B. Perumusan Masalah... 1 C. Tujuan dan Manfaat Penelitian... 2 D. Batasan Masalah... 2 E. Keaslian Penelitian... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 4 A. Kajian Pustaka dan landasan Teori... 4 1. Pemeriksaan Keseragaman Butiran... 4 2. Analisis Kedalaman Aliran... 4 3. Aliran Satu Dimensi (1-D) dan Aliran Dua Dimensi (2-D... 5 4. Karakteristik Aliran... 6 5. Material Dasar... 5 6. Pengertian Gerusan... 7 ix
7. Tipe Gerusan... 11 8. Gerusan Pada Kondisi Yang Berbeda Dalam Proses Transportasi Sedimen... 11 9. Persamaan Gerusan... 12 10. Persamaan Perhitungan Angka Korelasi... 14 11. Kekasaran saluran... 15 B. Kerangka Berfikir... 18 BAB III METODE PENELITIAN... 19 A. Tempat dan Waktu Penelitian... 19 B. Bahan / Material Penelitian... 19 C. Peralatan... 19 D. Tahap Pelaksanaan Penelitian... 21 BAB IV HASILPENELITIAN DAN PEMBAHASAN... 24 A. Analisis Keseragaman Butiran... 24 B. Analisis Kedalaman Aliran Berdasarkan Perumusan... 25 C. Analisis Karakteristik Aliran... 26 D. Analisis Kedalaman Gerusan pada Pilar Tiang Pancang Bersusun... 27 E. Hasil PengamatanKedalaman Gerusan Pengaliran Pada Pilar Tiang F. Pancang Bersusun... 28 G. Analisis Kedalaman Gerusan (ds/h)... 34 H. Perhitungan Angka Korelasi... 51 I. Telaah Hasil Percobaan Laboratorium... 55 J. Evaluasi Hasil Laboratorium... 56 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 59 A. Kesimpulan... 59 B. Saran... 60 DAFTAR PUSTAKA x
DAFTAR TABEL 4.1 Analisis kedalaman air (h) berdasarkan rumusan... 25 4.2 Analisis Karakteristik Jenis Aliran... 26 4.3 Rangkuman Persamaan untuk Menghitung Kedalaman Gerusan... 50 4.4 Perbandingan h Trial dan Kedalaman Air di Laboratorium... 57 xi
DAFTAR GAMBAR Gambar 3.1 Tampang Memanjang Flume... 20 Gambar 3.2 Tampang Melintang... 20 Gambar 3.2 Denah Pilar Tipe Tiang Pancang Bersusun pada Pengamatan 22 Gambar 4.1 Grafik Ukuran Butiran Halus... 24 Gambar 4.2 Perletakan Pilar Tiang PancangBersusun Tampak Atas... 27 Gambar 4.3 Titik Pengukuran Gerusan pada Pilar Tiang Pancang Bersusun... 27 Gambar 4.4 Hubungan Kedalaman Gerusan dengan Waktu pada pilar tipe tiang pancang bersusun, debit 3lt/dt dengan bahan dasar pasir Dm= 0,06 mm... 28 Gambar 4.5 Hubungan Kedalaman Gerusan dengan Waktu pada pilar tipe tiang pancang bersusun, debit 5 lt/dt dengan bahan dasar pasir Dm= 0,06 mm... 29 Gambar 4.6 Hubungan Kedalaman Gerusan dengan Waktu pada pilar tipe tiang pancang bersusun, debit 7 lt/dt dengan bahan dasar pasir Dm= 0,06 mm... 31 Gambar 4.7 Hubungan Kedalaman Gerusan dengan Waktu pada pilar tipe tiang pancang bersusun, debit 8 lt/dt dengan bahan dasar pasir Dm= 0,06 mm... 32 Gambar 4.8 Hubungan Kedalaman Gerusan dengan Waktu pada pilar tipe tiang pancang bersusun, debit 10 lt/dt dengan bahan dasar pasir Dm= 0,06 mm... 33 Gambar 4.9 Hubungan d s /h pengukuran dan d s /h hitungan Persamaan1... 41 xii
Gambar 4.10 Hubungan d s /h pengukuran dan d s /h hitungan Persamaan 2.. 41 Gambar 4.11 Hubungan d s /h pengukuran dan d s /h hitungan Persamaan 3.. 42 Gambar 4.12 Hubungan d s /h pengukuran dan d s /h hitungan Persamaan 4.. 44 Gambar 4.13 Hubungan d s /h pengukuran dan d s /h hitungan Persamaan 5.. 45 Gambar 4.14 Hubungan d s /h pengukuran dan d s /h hitungan Persamaan 6.. 47 Gambar 4.15 Hubungan d s /h pengukuran dan d s /h hitungan Persamaan 7.. 49 Gambar 4.16 Gafik hubungan korelasi kedalaman gerusan dari persamaan 1... 51 Gambar 4.17 Gafik hubungan korelasi kedalaman gerusan dari persamaan 2... 52 Gambar 4.18 Gafik hubungan korelasi kedalaman gerusan dari persamaan 3... 52 Gambar 4.19 Gafik hubungan korelasi kedalaman gerusan dari persamaan 4... 53 Gambar 4.20 Gafik hubungan korelasi kedalaman gerusan dari persamaan 5... 54 Gambar 4.21 Gafik hubungan korelasi kedalaman gerusan dari persamaan 6... 54 Gambar 4.22 Gafik hubungan korelasi kedalaman gerusan dari persamaan 7... 55 Gambar 4.23 Grafik Perbandingan h data dan h Trial... 58 xiii
DAFTAR LAMPIRAN LAMPIRAN I Perhitungan Kedalaman Gerusan Pada Heksagonal 1 Pada Slope 0,006.... L1-1 LAMPIRAN II Perhitungan Kedalaman Gerusan Pada Heksagonal 1 Pada Slope 0,0125... LII- 1 LAMPIRAN III Perhitungan Kedalaman Gerusan Pada Heksagonal 1 Pada Slope 0,020.... LIII-1 LAMPIRAN IV Perhitungan Kedalaman Gerusan Pada Heksagonal 2 Pada Slope 0,006.... LIV-1 LAMPIRAN V Perhitungan Kedalaman Gerusan Pada Heksagonal 2 Pada Slope 0,0125.... LV-1 LAMPIRAN VI Perhitungan Kedalaman Gerusan Pada Heksagonal 2 Pada Slope 0,020.... LVI-1 LAMPIRAN VII Dokumentasi Kegiatan Running Model Flume... LVII-1 LAMPIRAN VIII Pembacaan Kedalaman Gerusan Pada Slope 0,006... LVIII- 1 LAMPIRAN IX Pembacaan Kedalaman Gerusan Slope 0,0125... L IX- 1 LAMPIRAN X Pembacaan Kedalaman Gerusan Slope 0,020... L X - 1 xiv
ABSTRAK Gerusan adalah proses morfologi sungai yang disebabkan oleh angkutan sedimen yang masuk kebagian tersebut lebih sedikit dibandingkan dengan transportasi sedimen yang keluar. Gerusan di sungai sangat kompleks, dan dipengaruhi oleh beberapa faktor, seperti aliran tegangan geser, kecepatan aliran, kecepatan penjalaran gelombang dan turbulensi. Tujuan dari penelitian ini adalah melakukan kajian kedalaman gerusan pada pilar jembatan tipe tiang pancang bersusundengan menggunakan beberapa faktor pengaruh antara lain bilangan Reynolds (turbulensi aliran), bilangan Froude dengan beberapa variasi parameteraliran antara lainvariasi kemiringan dasar saluran, variasi debit aliran. Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Balai Litbang Teknologi Sungai yang berada di Surakarta, dibawah Puslitbang SDA. Penelitian fisik di Laboratorium yang meliputi beberapa tahapan antara lain: studi literatur, persiapan alat, persiapan bahan, pembuatan model,dan pengumpulan data dari running model, serta analisis dan pembahasan hasil running model hidrolik. Berdasarkan hasil penelitian tentangkajian Kedalaman Gerusan Pada Pilar Jembatan Tipe Tiang Pancang Bersusunadalah sebagai berikut, Kedalaman gerusan maksimum terjadi pada slope 0,02 yaitu sebesar -8,8667 mm pada titik pengamatan 1 (Heksagonal 1) yaitu pilar yang menunjukan arah jam 10 dihulu aliran pada percobaan. Dari 3 (tiga) variasi slope yang diamati, gerusan seimbang pada waktu yang berbeda- beda. Pada Slope 0,006 gerusan terlihat stabil pada menit 180, pada slope 0,0125 gerusan terlihat stabil pada menit ke 270, sedangkan untuk slope 0,020 gerusan terlihat stabil pada menit ke 270 sampai menit ke 300. Dari penelitian ini didapat 7 (tujuh) persamaan yang dipergunakan untuk menghitung kedalaman gerusan, akan tetapi hanya 3 (tiga) persamaan yang mempunyai hasil korelasi terbaik dan dianggap bisa mengikuti perhitungan kedalaman gerusan hasil laboratorium. Kata kunci : Gerusan, slope, persamaan, pilar, running xv
ABSTRACT Scouring is a process of river morphology which caused by quantity of sediment transport entering the section less then exit sedimen transport. The scouring in the river is very complex, and it was influenced by several factors, such as shear stress flow, velocity, flood wave propagation and turbulence. The purposes of this research is to study the depth of scouring at the Pile foundation of bridge with several factors influence such as Reynold numbers (turbulence), the Froude number with some variation of discharge and slope bottom channel. The research conducted at the Laboratorium Balai Litbang Teknologi Sungai, located in Surakarta, subordinate of Pusat Penelitian Dan Pengembangan Air, Ministry of Public Work and Housing. The research carried out by several steps, such as: literature study, preparation of tools and materials preparation, running the scour research and data collection, analysis and discussion of the results of the scour research. Based on the results of laboratory research, the maximum scour depth occurs on a slope of 0.02 is equal to -8.8667 mm at the observation point 1 (Hexagonal 1) that is the pillar that indicates the direction at 10 o clock in the upstream. Maximum scouring were observed with three (3) variations in slope ie : 0.006, 0.0125 and 0.020. On Slope of 0.006 scouring seen stable at 180 minutes, at 0.0125 scour slope is stable at 270 minutes, while for 0,020 scour slope is stable from minute 270 to 300. from this researches are obtained seven (7) equation which can used to calculate the depth of scouring, but only 3 (three) equation which gain to the best correlation results and considered able to follow the depth scouring calculation from laboratory results. Keywords: scouring, slope, equation, pillars xvi