BAB II. PERMASALAHAN.

II.1. SALURAN TAHAN EROSI

II.1.1. Tampang Ekonomis

Prinsip saluran tampang ekonomis hanya berlaku untuk desain saluran yang tahan

terhadap erosi (nonaerodible), sedangkan untuk saluran yang mudah tererosi (aerodible),

dalam mendesain saluran yang efisien, perancang cukup menghitung ukuran-ukuran

saluran dengan rumus aliran seragam, kemudian memutuskan ukuran akhir berdasarkan

efisiensi hidrolika, atau hukum pendekatan untuk penampang terbaik, praktis dan

ekonomis (diperlihatkan pada tabel 1.1).

Suatu tampang lintang saluran akan menghasilkan debit maksimum bila nilai

R=A/P maksimum atau keliling basah P minimum, sehingga untuk debit tertentu, luas

tampang lintang akan minimum (ekonomis) bila saluran yang sama, penampang setengah

lingkaran merupakan penampang yang paling efisien.

Faktor-faktor yang harus dipertimbangkan dalam perancangan adalah:

II.1.1.A. Jenis Bahan yang Membentuk Tubuh Saluran

Jenis bahan menentukan koefisien kekasaran. Bahan-bahan tahan erosi

yang digunakan untuk membentuk lapisan suatu saluran dan tubuh saluran hasil

rakitan meliputi, beton, pasangan bata, baja, besi tuang, kayu, kaca, plastik dll.

Pemilihan bahan terutama tergantung pada jenis yang ada dan harga bahan,

metode pembangunan, dan masksud pembuatan saluran tersebut. Tujuan melapisi

saluran pada umumnya untuk mencegah erosi, tetapi kadang juga untuk

memeriksa kehilangan air akibat rembesan.

1

II.1.1.B. Kemiringan Saluran

Kemiringan memanjang dasar saluran biasanya oleh keadaan topografi

dan tinggi energi yang diperlukan untuk mengalirkan air. Dalam berbagai hal,

kemiringan ini dapat pula tergantung pada kegunaan saluran. Misal saluran yang

digunakan sebagai distribusi air seperti yang dipakai dalam irigasi, persediaan air

minum, penambangan hidrolik dan proyek pembangkit dengan tenaga air

memerlukan taraf yang tinggi pada titik penghantar, sebab itu kemiringan yang

sekecil-kecilnya untuk menjaga agar kehilangan tinggi tekan akan sekecil-

kecilnya.

II.1.1.C. Kecepatan Minimum yang Diizinkan

Kecepatan tanpa pengendapan merupakan kecepatan terendah yang tidak

menimbulkan sedimentasi dan mendorong pertumbuhan tanaman air dan

ganggang. Kecepatan ini sangat tidak menentu dan nilainya yang tepat tidak

ditentukan dengan mudah.

II.1.1.D. Jagaan

Jagaan (freeboard) suatu saluran ialah jarak vertikal dari puncak saluran

ke permukaan air pada kondisi rancang. Jarak ini harus cukup untuk mencegah

gelombang atau kenaikan muka air yang melimpah ke tepi. Faktor ini sangan

penting terutama dalam perancangan talang air yang dipertinggi, sebab bagian

bawah talang dapat terancam oleh limpasan air. Besarnya jagaan yang umum

dipakai dalam perancangan berikisar antara lebih kecil dari 5% sampai lebih besar

2

dari 30% kedalaman aliran.

II.1.1.E. Penampang Hidrolik Terbaik

Telah diketahui bahwa hantaran suatu penampang saluran akan meningkat

sesuai dengan peningkatan jari-jari hidrolik atau berkurangnya keliling basah.

Dari segi pandangan hidrolika maka penampang saluran yang memiliki keliling

basah terkecil akan memiliki hantaran maksimum; penampang seperti ini disebut

penampang hidrolik terbaik. Diantara semua penampang yang luasnya sama,

penampang setengah lingkaran memiliki keliling basah yang terkecil, berarti

secara hidrolik merupakan penampang yang paling efisien. Secara umum, suatu

saluran harus dirancang untuk efisiensi hidrolik yang sebaik-baiknya, tapi dapat

diubah seperlunya agar praktis. Dari segi pandangan praktis, perlu diingat bahwa

penampang hidrolik terbaik adalah penampang yang memiliki luas terkecil untuk

suatu debit tertentu, tetapi tidak selalu menghasilkan galian yang sekecil-kecilnya.

Penampang dengan galian terkecil hanya terjadi bila muka air terletak pada taraf

puncak tanggul. Bila muka air dibawah puncak tanggul seperti yang biasanya

terjadi, saluran yang lebih sempit dari penampang hidrolik terbaik akan

menghasilkan galian yang minimum. Bila muka air melebihi puncak tanggul dan

bahkan terhadap muka tanah, saluran yang lebih lebar akan menghasilkan galian

yang minimum.

Dengan kata lain untuk debit aliran tertentu, luas tampang lintang saluran akan

minimum apabila saluran mempunyai nilai R maksimum (atau P minimum).

Tampang lintang saluran seperti ini disebut tampang saluran ekonomis (efesien)

3

untuk luas tampang tertentu.

Tabel 1.1. Tipe bentuk saluran ekonomis (penampang hidrolik terbaik) dari

karakteristiknya

Penampang melintang

Luas Keliling Basah

Jari-jari hidrolik

Lebar puncak

Kedalaman hidraulik

Faktor penampang

Z

Trapesium setengah lingkaran

2

Persegi panjang setengah bagian bujur sangkar

2y

Segitiga setengah bagian bujur sangkar

2y

Setengah lingkaran 2y

Parabola lengkung hidrostatis

1,39586 2,5836 y

0,46784 y

1,917532 y

0,72795 y1,19093

y2,5

Penjelasan tentang tampang lintang ekonomis ini dapat dilakukan dengan

menggunakan rumus debit aliran, yang dalam hal ini misalnya digunakan rumus

Manning.

dengan

4

Berdasarkan rumus tersebut akan dicari, untuk kemiringan saluran l dan

kekasaran diding n, suatu tampang lintang dengan luas yang sama A tetapi

memberikan debit maksimal. Untuk nilai A, n dan l konstan, debit akan

maksimum apabila R maksimum.

5

BAB III. PEMBAHASAN.

III.1. Saluran Trapesium

Untuk saluran tanah dengan bentuk trapesium seperti yang ditunjukan dalam gambar 1.

dengan lebar dasar B, kedalaman y, dan kemiringan tg a = 1 /m.

Nilai m = 1/tg α adalah fungsi dari jenis tanah. Kemiringan ini ditentukan oleh sudut longsor

material tebing. Dengan demikian hanya ada dua variabel yaitu lebar dasar B dan kedalaman y

untuk mendapatkan bentuk tampang basah yang paling efisien.

Gambar 1.1. Saluran Ekonomis bentuk Trapesium.

Luas tampang dan keliling basah adalah :

A = y (B + my) (1.1a)

P = B + 2y √ 1 + m² (1.1b)

Dalam hal ini y dan B adalah Variabel. Apabila nilai B dari persamaan (1.1a) disubstitusikan

kedalam persamaan (1.1b) maka akan didapat :

III.1.a. Apabila m tertentu (konstan)

6

Nilai P akan minimum apabila dP/dy = 0, sehingga :

Substitusi nilai A dari persamaan (1.1a) ke dalam persamaan di atas dam kemudian disama-

dengankan nol, maka :

(1.1c)

T = 2y √1+m² (1.2)

dengan T adalah lebar muka air.

III.1. b. Apabila m variable.

Apabila dianggap konstan dan kemudian P didiferensikan terhadap m :

7

dan akhirnya akan didapat :

atau

α = 600

Jadi tampang basah paling ekonomis didapat apabila lebar muka air adalah 2 kali panjang sisi

miring (tebing) saluran. Kondisi ini didapat apabila sudut kemiringan tebing saluran terdapat

horizontal adalah 600. dengan demikian apabila dibuat suatu setengan lingkaran dengan pusat

pada muka air, setengah lingkaran tersebut akan menyinggung kedua sisi tebing dan dasar

saluran seperti yang ditujukan dalam gambar 1.3.

Apabila nilai B dari persaman (1.1.c) di subtitusikan kedalam persamaan jari-jari

hidraulis, akan didapat

yang akhirnya didapat :

8

III.2. Saluran Segi empat.

Saluran dengan tampang segi empat biasanya digunakan untuk saluran yang terbuat dari

pasangan batu dan beton. Bentuk segi empat ini sama dengan bentuk trapesium untuk nilai

m = 0. Rumus - rumus untuk bentuk segi empat adalah sebagai berikut.

Gambar 1.2. Saluran Ekonomis bentuk Segiempat

Luas tampang basah : A = By

Keliling basah : P = B + 2y

Jari – jari hidraulis :

Debit aliran akan maksimum apabila jari–jari hidraulis maksimum, dan ini dicapai apabila

keliling basah P minimum. Untuk mendapatkan P minimum, diferensial P terhadap y adalah

nol.

-B + 2y = 0

9

B = 2y (1.3)

Jadi saluran dengan bentuk segi empat akan memberikan luas tampang ekonomis apabila lebar

dasar sama dengan 2 kali kedalaman. Untuk saluran segi empat ekonomis, di dapat :

A = 2 y²

P = 4y

Yang sama dengan bentuk trapesium.

III.3. Saluran Setengah Lingkaran

Dari semua bentuk tampang lintang yang ada, bentuk setengah lingkaran mempunyai

keliling basah terkecil untuk luang tampang tertentu.

Gambar 1.3. Saluran ekonomis bentuk lingkaran.

Jadi saluran dengan bentuk setengah lingkaran akan dapat melewatkan debit aliran lebih

besar dari bentuk saluran yang lain, untuk luas tampang basah, kemiringan dan kekasaran

dinding sama.

Dalam hal ini :

r

10

A = π r2

P = π r

R = = =

Dalam praktek, meskipun saluran setengah lingkaran ini efesien, tetapi pembuatan

saluran tersebut lebih sulit pada dari bentuk yang lain (segi empat atau trapezium), sehingga

saluran setengah lingkaran jarang dipakai. Biasanya saluran berbentuk segi empat untuk dinding

dari pasangan batu atau beton; dan bentuk trapezium untuk saluran tanah. Jadi ada factor-faktor

lain selain tampang efesien yang menentukan pemilihan tampang saluran. Untuk luas tampang

basah dan kemiringan tebing tertentu akan dapat ditentukan bentuk tampang basah yang efesien

sehingga biaya pekerjaan akan minimum.

III.4. Saluran peka Frosi pengerusan tanpa pengendapan

III.4.a Metode Pendekatan

Perilaku aliran dalam saluran peka erosi (erodible channel) dipengaruhi oleh berbagai

faktor fisik dan oleh keadaan lapangan yang sangat kompleks dan tidak menentu sehingga

perancangan yang tepat untuk saluran semacam ini pada tingkat pengetahuan sekarang ini

sesungguhnya belum sesuai dengan kenyataan1

Rumus aliran seragam yang cocok untuk perancangan saluran tahan erosi yang stabil

dapat dipakai pula untuk perancangan saluran peka erosi berdasarkan beberapa syarat tertentu.

Hal ini disebabkan oleh stabilitas saluran peka erosi yang mempengaruhi perancangan, terutama

tergantung pada sifat-sifat bahan pembentuk saluran, bukannya pada sifat hidrolik aliran di

1 Telah diketahui bahwa saluran-saluran tertentu peka erosi sedangkan lainnya tahan erosi sedangkan geometri saluran sifat-sifat hidrolik dan sifat-sifat fisik tanah mirip satu sama lain. Dalam penyelidikan berikutnya sifat-sifat kimia dari bahan pembentuk tubuh saluran harus diteliti pula. Kemungkinan terjadi pertukaran ion antara air dengan tanah atau air keluar dari bahan berupa pengikatan bahan di beberapa tempat sehingga mempengaruhi erosi.

11

saluran. Rumus aliran seragam dapat dipakai untuk menghitung kecepatan aliran dan debitnya

hanya jika setelah diperoleh penampang saluran peka erosi yang stabil.

III.4.b. Gaya Tarik

Bila air mengalir di saluran, timbul gaya yang bekerja dalam arah aliran pada dasar

saluran. Gaya ini yang merupakan tarikan air pada luas basah, disebut gaya tarik.

III.4.c. Kecepatan Maksimum yang Diizinkan

Atau kecepatan tahan erosi adalah kecepatan rata-rata terbesar yang tidak akan

menimbulkan erosi pada tubuh saluran. Kecepatan ini sangat tidak menentu dan bervariasi dan

hanya dapat ditetapkan berdasarkan pengalaman dan pengendapan bahan-bahan koloida.

12

Pertukaran ion antara air dengan tanah atau air keluar dari bahan berupa pengikatan bahan di beberapa tempat sehingga mempengaruhi erosi.Contoh 1 .

Suatu saluran persegiempat mempunyai luas tampang basah sebesar 10 m2.

Sedangkan kemiringan dasar salurannya adalah 0,001 dan C = 50

Hitunglah dimensi ekonomis dan deb 2Yit aliran tersebut.

Penyelesaian:

Luas tampang aliran : A = 10 m2

Kemiringan dasar saluran : I = 0,001

Koefisien Chezy : C = 50

Kemiringan tebing : m = 0

Persyaratan saluran ekonomis : Gambar 1.4.a. Saluran segiempat

B =2Y (1.4)

Luas tampang aliran :

A = B y = 10 (1.5)

Substitusi persamaan (1.4) ke dalam persamaan (1.5) akan didapat :

Dimensi saluran adalah B = 4,46 m dan y = 2,24 m

13

B

y

Contoh 2

Suatu aliran pada saluran persegiempat telah mengalirkan debit sebesar 20 m3/d dengan

mempunyai kecepatan 2 m/d. Sedangkan Koefisien Manningnya n = 0,022

Berapakah kemiringan dasar saluran dan tentukan dimensi ekonomis salurannya.

Penyelesaian :

Debit aliran Q = 20m3/d

Kecepatan aliran : V = 2 m/d

Koefisien Manning n = 0,022

Luas tampang aliran :

Persyaratan saluran ekonomis : Gambar 1.4.b. Saluran segiempat

B =2Y (1.6)

Luas tampang aliran :

A = B y = 10 (1.7)

Substitusi persamaan (1.6) ke dalam persamaan (1.7) akan didapat :

Keliling basah : P = B + 2y = 4,47 + 2 x 2,24 = 8,95 m

14

B

y

Kecepatan aliran dhitung dengan dengan rumus Manning :

I = 0,00167

15

BAB IV. K ESIMPULAN

IV.1. Tampang Ekonomis

Tabel 1.2. Beberapa tipe bentuk saluran ekonomis dari karakteristiknya

Penampang melintang

Luas Keliling Basah

Jari-jari hidrolik

Lebar puncak

Kedalaman hidraulik

Faktor penampang

Z

Trapesium setengah lingkaran

2

Persegi panjang setengah bagian bujur sangkar

2y

Segitiga setengah bagian bujur sangkar

2y

Setengah lingkaran 2y

Parabola lengkung hidrostatis

1,39586 2,5836 y

0,46784 y

1,917532 y

0,72795 y1,19093

y2,5

IV.1.a. Untuk Saluran trapesium

A = y (B + my) (1.1a)

P = B + 2y √ 1 + m² (1.1b)

16

IV.1.b. Saluran Segi Empat

A = By

P = B + 2y

Jadi saluran dengan bentuk segi empat akan memberikan luas tampang ekonomis apabila lebar

dasar sama dengan 2 kali kedalaman. Untuk saluran segi empat ekonomis, di dapat :

A = 2 y²

P = 4y

Yang sama dengan bentuk trapesium.

IV.1.c. Saluran Setengah Lingkaran

A = π r2

P = π rs

17

18