MODEL BANGUNAN PENDUKUNG PINTU AIR PAK TANI BERBAHAN JENIS KAYU DAN BAN SEBAGAI PINTU IRIGASI TUGAS AKHIR Diajukan untuk melengkapi tugas-tugas dan Memenuhi syarat untuk menempuh Colloquium Doctum/ Ujian Sarjana Teknik Sipil Disusun Oleh : MUHAMMAD EKY RADITIO 11 0404 108 BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016
ABSTRAK Kondisi lingkungan irigasi amatlah penting bagi kemakmuran petani. Kondisi saluran, pintu dan bangunan pembagi menjadi faktor vital diantara faktorfaktor lainnya, yang menyebabkan perhatian khusus untuk merencanakan, membangun dan memelihara area tersebut. Daerah yang paling memungkinkan untuk membantu pemeliharaan saluran irigasi adalah bangunan pendukung yang berada di depan pintu irigasi, karena sedimen dapat saja menyebabkan pintu macet atau tidak berfungsi lagi. Kondisi lain yang terjadi adalah angkutan sedimen yang tidak tertahan pada pintu yang menyebabkan sedimen melewati pintu dan masuk pada area persawahaan, sehingga menyebabkan pendangkalan muka tanah persawahan. Karena faktor-faktor tersebut, maka peneliti membuat model bangunan pendukung yang dapat membantu menggambarkan kondisi sedimen sehingga dapat memudahkan pemindahan sedimen seperti halnya kantong lumpur pada bangunan bendung. Lokasi penelitian bertempat di Laboratorium Hidraulika Teknik Sipil USU. Model bangunan direncanakan memakai 2 jenis tipe, bangunan pendukung tipe I dan bangunan pendukung tipe II. Dimana digunakan pendekatan berat volume (Bed Load) pada bangunan pendukung. Sistematika penelitiannya hanya menitik beratkan volume sedimen yang tertahan di kedua bangunan pendukung. Dalam penelitian ini hanya menggunakan jenis tanah merah dan didukung oleh hasil pengetesan Laboratorium untuk melihat Specific Gravity, Sieve Analysis Test, Hidrometer Test dari sampel tanah tersebut. Uji tanah ini bertujuan untuk mengetahui ciri dari jenis tanah yang digunakan. Sehingga untuk penelitian berikutnya dapat mengambil referensi dari hasil penelitian ini sebagai perbandingan. Berdasarkan perhitungan dan pengolahan terhadap sampel percobaan, didapatlah pola angkutan sedimen pada bangunan pendukung. Kedua kondisi bangunan pendukung sama-sama memperlihatkan pola sedimentasi, dimana bentuk pola tersebut berbeda-beda pada setiap bangunan. Pola yang lebih banyak menampung sedimen sehingga tidak begitu saja melewati pintu adalah pola bangunan pendukung tipe II. Dalam hal ini terlihat tidak begitu menguntungkan, karena menyebabkan pengontrolan yang rutin. Jika dibandingkan dengan bangunan pendukung tipe I, kondisi bangunan tipe II lebih menguntungkan dikarenakan sedimen tidak banyak terangkut oleh aliran air. Berdasarkan penelitian ini, melihat dari hasil data yang telah diperoleh kondisi model bangunan pendukung tipe II lebih ideal digunakan karena sedimen mudah tertumpuk di depan pintu sehingga mudah untuk dibilas secara manual, besar sedimen yang tertumpuk 24.25594 kg. Namun tidak menghambat kerja pintu secara otomatis, karena air mengalir dengan semestinya tanpa ada hambatan dari sedimen. Dimana sedimen yang mengarah ke hilir (hi) lebih kecil sebesar 5.09569 kg dibanding model tipe I yang sebesar 7.479912 kg.. Kata kunci: Saluran Terbuka, Bangunan Pendukung,, Angkutan Sedimen 2
DAFTAR ISI Daftar Halaman ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL... x DAFTAR NOTASI... xi BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1. Latar Belakang... 1 1.2. Perumusan Masalah... 2 1.3. Pembatasan Masalah... 3 1.4. Tujuan Penelitian... 3 1.5. Manfaat Penelitian... 3 1.6. Sistematika Penulisan... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 5 2.1. Umum... 5 2.2. Teori Hidrolika dan Aliran Terbuka... 5 2.2.1. Klasifikasi Aliran Saluran Terbuka... 6 2.2.1.a. Klasifikasi Aliran berdasarkan Perilaku Aliran... 6 2.2.1.b. Klasifikasi Aliran berdasarkan Asalnya... 8 2.2.1.c. Konsistensi Bentuk Penampang... 9 2.2.2. Kecepatan Aliran pada Aliran Seragam... 9 2.2.2.a. Formula Manning... 11 2.2.2.b. Penentu Koefisien Kekasaran Manning... 12 2.2.2.c. Faktor-faktor yang Mempengaruhi koefisien Kekasaran Manning... 13 2.3. Sedimen... 14 2.3.1. Pembagian Sedimen... 14 3
2.3.2. Angkutan Sedimen... 16 2.3.2.a. Ukuran Partikel Sedimen... 17 2.3.2.b. Berat Spesifik Sedimen... 17 2.3.2.c. Kecepatan Jatuh (Fall Velocity)... 18 2.3.3. Persamaan Angkutan Sedimen... 19 2.4. Mekanika Fluida dan Hidraulika... 19 2.4.1. Sifat-Sifat Air... 20 2.4.2. Pemodelan Hidraulika... 32 2.4.2.a. Model Hidraulik... 36 2.4.2.b. Geometrik Similitude... 36 2.4.2.c. Kinematik Similitude... 37 2.4.2.d. Dinamik Similitude... 37 BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 40 3.1. Tempat dan Waktu Penelitian... 40 3.2. Bahan dan Alat Penelitian... 40 3.3. Rancangan Penelitian... 45 3.4. Prosedur Pelaksanaan Penelitian... 46 3.4.1. Persiapan Peralatan... 46 3.4.2. Percobaan Pendahuluan... 48 3.4.3. Pelaksanaan Penelitian... 48 3.5. Prosedur Uji Laboratorium... 51 3.6. Diagram Alir Penelitian... 52 BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN... 54 4.1. Konstruksi Model... 54 4.1.1. Model... 54 4.1.2. Kalibrasi Alat dan Model... 62 4.1.2.a. Alat... 62 4.1.2.b. Model... 64 4.2. Pengujian (Laboratory Test)... 67 4.2.1. Operational Prosedure... 67 4
4.2.2. Hasil (Laboratory Test)... 70 4.2.3. Analisis Data... 73 4.2.3.a. Tabel Hasil Perhitungan... 73 4.2.3.b. Pengolahan Data dan Grafik... 79 4.2.4. Output Pembahasan Hasil Penelitian... 93 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 96 5.1. Kesimpulan... 96 5.2. Saran... 97 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN 5
DAFTAR GAMBAR Gambar Halaman Gambar 2.1. Energi Aliran Saluran Terbuka dan Sketsa Tekanan Udara... 6 Gambar 2.2. Diagram KlasifikasiAngkutan Sedimen... 15 Gambar 2.3. Aliran Viskos dan Aliran Invisid... 21 Gambar 2.4. Aliran Laminar dan Aliran Turbulen... 23 Gambar 2.5. Aliran Mantap dan Tak Mantap... 24 Gambar 2.6. Aliran Seragam dan Tak Seragam... 26 Gambar 2.7. Dimensi Aliran... 28 Gambar 2.8. Aliran Rotasional dan Tidak Rotasional... 29 Gambar 2.9. Hubungan Antara Debit dan Tinggi air pada Kondisi Energi Spesifik Konstan... 30 Gambar 2.10. Jenis Aliran... 30 Gambar 2.11. Surface Drag dan Form Drag... 32 Gambar 2.12. Pengaliran Diatas Broad Crested Weir... 33 Gambar 3.1. Pompa... 42 Gambar 3.2. Stopwatch... 42 Gambar 3.3. Hook and Point Gauge... 43 Gambar 3.4 Flume Prototype... 43 Gambar 3.5. Tampak Daerah Pendukung... 44 Gambar 3.6. Alat Kerja Tukang... 45 Gambar 3.7. Bangunan Pendukung Tipe I... 48 Gambar 3.8. Bangunan Pendukung Tipe II... 49 Gambar 3.9. Prosedur Uji Laboratorium... 51 Gambar 3.10. Diagram Alir Penelitian... 52 Gambar 4.1. Bangunan Pendukung Tipe I... 54 6
Gambar 4.2. Bangunan Pendukung Tipe II... 55 Gambar 4.3. Bagan Kegiatan Kerja... 57 Gambar 4.4. Perakitan Tahap 1 (Kaki Besi)... 58 Gambar 4.5. Pembuatan Dinding Saluran... 60 Gambar 4.6. Perakitan Alat Pendukung... 61 Gambar 4.7. Hook and Point Gauge... 63 Gambar 4.8. Current Meter... 64 Gambar 4.9. Gambar Pengukuran Saluran Tersier... 65 Gambar 4.10. Flume Prototype... 66 Gambar 4.11. Kondisi Pintu Otomatis berbahan Fiber Resin... 66 Gambar 4.12. Bangunan Pendukung... 67 Gambar 4.13. Grafik Perbandingan Vol(hp) dan (hi) berdasarkan Ketinggian Air4(hu) percobaan 1... 82 Gambar 4.14. Sketsa Pola Sedimentasi I (20 psi)... 82 Gambar 4.15. Kondisi Sedimen pada Bangunan I (20 psi)... 83 Gambar 4.16. Grafik Perbandingan Vol(hp) dan (hi) berdasarkan Ketinggian Air (hu) percobaan 2... 85 Gambar 4.17. Sketsa Pola Sedimentasi II (0 psi)... 85 Gambar 4.18. Kondisi Sedimen pada Bangunan I (0 psi)... 86 Gambar 4.19. Grafik Perbandingan Vol(hp) dan (hi) berdasarkan Ketinggian Air (hu) percobaan 3... 88 Gambar 4.20. Sketsa Pola Sedimentasi III (20 psi)... 89 Gambar 4.21. Kondisi Sedimen pada Bangunan II (20 psi)... 89 Gambar 4.22. Grafik Perbandingan Vol(hp) dan (hi) berdasarkan Ketinggian Air (hu) percobaan 4... 92 Gambar 4.23. Sketsa Pola Sedimentasi IV (0 psi)... 92 Gambar 4.24. Kondisi Sedimen pada Bangunan II (0 psi)... 93 7
Gambar 4.25. Grafik Perbandingan vol.(hp) disetiap Percobaan... 94 Gambar 4.26. Grafik Perbandingan vol.(hi) disetiap Percobaan... 95 8
DAFTAR TABEL Tabel Halaman Tabel 2.1. Nilai Koefisien Kekasaran Manning... 12 Tabel 3.1. Spesifikasi Pompa... 41 Tabel 4.1. Hasil Percobaan I... 70 Tabel 4.2. Hasil Percobaan II... 71 Tabel 4.3. Hasil Percobaan III... 71 Tabel 4.4. Hasil Percobaan IV... 72 Tabel 4.5. Tabel Hasil Pengolahan Data I... 73 Tabel 4.6. Tabel Hasil Pengolahan Data II... 74 Tabel 4.7. Tabel Hasil Pengolahan Data III... 75 Tabel 4.8. Tabel Hasil Pengolahan Data IV... 76 Tabel 4.9. Matrix Data Penelitian... 77 Tabel 4.10. Matrix Data Penelitian... 78 9
DAFTAR NOTASI Notasi M a b c LS L = Persentase ukuran partikel = Persentase bahan organik = Kode kelas struktur tanah = Kode Kelas permeabilitas tanah = Indeks panjang dan kemiringan lereng = Panjang lereng (m) S = Kemiringan lereng (%) Z C P Y = Konstanta yang besarnya bervariasi tergantung besarnya kemiringan lereng = Coefisien Run off = Indeks upaya konservasi tanah atau lahan = hasil sedimen persatuan luas (ton/tahun) = Kecepatan jatuh (m/detik) s = Berat jenis sedimen (kg/m 3 ) = Berat jenis air (kg/m 3 ) ρ = Massa jenis air (kg.s 2 /m 4 ) g = Gravitasi (m/detik 2 ) d = Diameter sedimen (mm) = Kinematik viscositas (m 2 /s) T = Suhu air ( o C) = Tegangan geser (kg/m 2 ) o = Tegangan geser kritis (kg/m 2 ) d 50 = Diameter sedimen 50% dari material/diameter rata-rata (mm) 10
d 90 V cr V Ss U * Ct Re = Diameter sedimen 90% dari material (mm) = Kecepatan kritis (m/s) = Kecepatan aliran (m/s) = Kemiringan sungai = Kecepatan geser (m/s) = Konsentrasi sedimen total (ppm) = Bilangan Reynold As = Luas penampang sungai (m 2 ) P Rh Q h D B Qs Qsus qb (Ks/Kr)S = Keliling basah (m) = Jari-jari hidrolis (m) = Debit air (m 3 /detik) = Tinggi permukaan air (m) = Kedalaman saluran (m) = Lebar saluran (m) = Muatan sedimen (kg/s) = Beban layang (kg/s) = Tingkat bedload dalam saluran, berat per waktu dan lebar (kg/s)/m = Konstanta untuk mencari nilai Sr Ps = Persentase Sedimentasi (%) k u λ n K = Koefisien pelampung = Kecepatan pelampung (m/det) = Kedalaman tungkai (h) per kedalaman air (d) = Koeffisien kekasaran dinding dan dasar saluran Manning = Koeffisien kekasaran dinding dan dasar saluran Strickler 11