1Bab III

HIDROLIKA

Sub Kompetensi

Memberikan pengetahuan tentang hubungan analisis hidrolika dalam perencanaan drainase

2Analisis Hidraulika

Perencanaan Hidraulika pada drainase perkotaan adalah untuk menentukan kondisi aliran dan mendisain saluran sebagai output perencanaan drainase perkotaan

SaluranSaluran secara umum dibagi menjadi 2 macam.1. Saluran terbuka (open channels)

Saluran yang ada salah satu bagiannya terbuka, seperti : sungai, saluran irigasi dan selokan.

2. Saluran TertutupSaluran yang tertutup bagian atasnya, seperti : terowongan, pipa dan gorong-gorong.

3Aliran Permukaan Bebas

Garis energi

Permukaan air bebas

Dasar Saluran

Garis referensi

1 2

h1

h2

z1z2

hfV122g

V222g

Aliran Permukaan Tertekan

Garis energi

Garis Derajat Hidrolis

Garis tengah pipaGaris referensi

1 2

h1

h2

z1z2

hfV122g

V222g

4Penelaahan Hidraulika

Aliran tetap Aliran tidak tetap Aliran berubah

lambat laun Aliran berubah

tiba-tiba

Debit saluran Dimensi saluran Aliran sungai Aliran pasang surut Pompanisasi

Klasifikasi AliranALIRAN (FLOW)

ALIRAN TIDAK PERMANEN (UNSTEADY)

SERAGAM (UNIFORM)

ALIRAN PERMANEN (STEADY)

BERUBAH TIBA-TIBA

(RAPIDLY)

BERUBAH LAMBAT LAUN (GRADUALLY)

BERUBAH (VARIED)

SERAGAM (UNIFORM)

BERUBAH (VARIED)

BERUBAH TIBA-TIBA

(RAPIDLY)

BERUBAH LAMBAT LAUN (GRADUALLY)

Fungsi waktu

Fungsi waktu

5Aliran Permanen dan Tidak Permanen

Jika kecepatan aliran pada suatu titik berubah terhadap waktu, maka alirannya disebut sebagai aliran permanen atau tunak (steady flow), jika kecepatan pada suatu lokasi berubah terhadap waktu, maka alirannya disebut sebagai aliran tidak permanen atau tidak tunak (unsteady flow).

Aliran Seragam (Uniform) dan Berubah (Varied)

Aliran seragam (uniform flow) dan tetap Aliran dalam saluran terbuka bila kedalaman aliran sama pada setiap penampang saluran atau konstan selama jangka waktu tertentu.

Aliran tidak seragam/berubah (nonuniform flow or varied flow)Apabila kecepatan aliran pada saat tertentu berubah terhadap jarak, misalnya jika ada air mengalir keluar atau masuk di sepanjang arah aliran.

Berdasarkan laju perubahan kecepatan terhadap jarak, maka aliran berubah dibagi menjadi:- Aliran berubah lambat laun (gradually varied flow) dan - Aliran berubah tiba-tiba (rapidly varied flow)

6Contoh :

Saluran drainase jalan saluran pembuangan utama dan saluran

pemberi dalam saluran irigasi Pelimpah luapan samping

Aliran Laminer dan TurbulenSifat aliran berdasarkan pengaruh relatif antara gaya

kekentalan (viskositas) dan gaya inersia. aliran laminer

garis aliran bergerak menurut lintasan tertentu yang teratur atau lurus. Partikel zat cair yang bergerak mengikuti alur tertentu dan aliran tampak seperti gerakan serat-serat atau lapisan-lapisan tipis yang paralel. Aliran laminer menurut pengaruh keadaan aliran adalah pengaruh relatif antara gaya kekentalan (viskositas) dan gaya inersia, jika gaya viskositas yang dominan.

aliran turbulengaris aliran bergerak menurut lintasan yang tidak teratur, tak lancar maupun tak tetap, akan tetapi aliran tetap bergerak maju. Aliran turbulen adalah bila gaya inersia yang dominan.

7Bilangan Reynold (Re)

Nilai kekentalan dan inersia dinyatakan dalam bilangan Reynold (Re) yang didefinisikan dengan rumus :

dengan : V = kecepatan aliran (m/det). L = panjang karakteristik (m), pada saluran muka air bebas L = R, R = Jari-jari hidraulik saluran, v = kekentalan kinematik (m2/det)

vLVRe

.

Syarat Bilangan Reynold (Re) Batas peralihan antara laminer dan turbulen pada aliran

bebas terjadi pada bilangan Reynold, Re 600, yang dihitung berdasarkan jari-jari hidraulik sebagai panjang karakteristik.

Aliran Laminer terjadi apabila Re < 500. Tegangan geser lokal pada pertemuan antara bidang batas dan fluida dapat ditentukan dengan mudah untuk bidang batas yang halus, yaitu jika kekasaran pada bidang batas tenggelam dalam lapisan kekentalan (viscous sublayer).

Aliran Turbulen terjadi apabila Re > 2000. Di alam aliran laiminer pada saluran terbuka sangat jarang

ditemui, Aliran ini hanya mungkin terjadi pada kedalaman sangat tipis di atas permukaan gelas yang sangat halus dengan kecepatan yang sangat kecil.

8Aliran Subkritis, Kritis dan Superkritis

Aliran dikatakan kritis apabila kecepatan aliran sama dengan kecepatan gelombang gravitasi dengan amplitudo kecil.

Aliran dikatakan kritis bila kecepatan aliran lebih kecil daripada kecepatan kritis.

Aliran dinyatakan superkritis bila kecepatan aliran lebih besar daripada kecepatan kritis

Bilangan Froude (Fr)Parameter yang digunakan adalah nisbah antara gaya gravitasi dan gaya inersia yang dinyatakan dengan bilangan Froude (Fr). Bilangan Froude untuk saluran berbentuk persegi didefinisikan sebagai :

dengan : V = kecepatan aliran (m/det), h = kedalaman aliran (m), g = percepatan gravitasi (m/det2)

hgVFr .

9Rumus-Rumus EmpirisRumus ChezyKecepatan untuk aliran seragam, dengan beberapa asumsi:

aliran adalah permanen kemiringan dasar saluran adalah kecil saluran adalah prismatik

Dengan: v = kecepatan rata-rata (m/dt) S = kemiringan dasar saluran C = faktor tahanan aliran (koefisien chezy)

SRCv .

Rumus Bazin

Koefisien Chezy bersadarkan Bazin (1869), adalah fungsi jari-jari hidraulis (R) dan berat jenis fluida ()

B = koefisien yang tergantung pada kekasaran dinding

R

CB

1

87

10

Tabel bazinJenis Dinding B

Dinding sangat halus (semen) 0,06

Dinding halus (papan, batu, bata) 0,16

Dinding batu pecah 0,46

Dinding tanah sangat teratur 0,85

Saluran tanah dengan kondisi biasa 1,3

Saluran tanah dengan dasar batu pecah dan tebing rumput

1,75

Rumus Manning Rumus manning yang paling terkenal dan

paling banyak digunakan karena mudah pemakaiannya

Dengan n adalah koefisien kekasaran manning (TL-1/3)

Korelasi koefisien chezy dan manning

21

32

.1 SRn

v

nRC

61

11

Tabel Koefisien ManningBahan n

Besi tuang dilapis 0,014

Kaca 0,010

Saluran beton 0,013

Bata dilapis mortar 0,015

Pasangan batu disemen 0,025

Saluran tanah bersih 0,022

Saluran tanah 0,030

Saluran dengan dasar batu dan tebing rumput 0,040

Saluran pada galian batu padas 0,040

Rumus StricklesRumus Strickles merupakan hubungan antara nilai koefisien n dari rumus manning dan ganguillet-Kutter sebagai fungsi dari dimensi material yang membentuk dinding saluran

Dengan: R = jari-jari hidraulis D35 = diameter yang berhubungan dengan 35% berat dari

material dengan diameter yang lebih besar Maka rumus kecepatan aliran menjadi:

21

32

.. SRkv s

61

35

)(261dR

nks

12

Bentuk Saluran Paling Ekonomis

Potongan saluran yang paling ekonomis adalah saluran yang dapat melewatkan debit maksimum untuk luas penampang basah, kekasaran dan kemiringan dasar tertentu.

Penampang Persegi Ekonomis

B

h

B = 2h atau h = B/2

Jari-jari hidraulikR = (h/2)

Bentuk penampang melintang persegi yang paling ekonomis adalah jika kedalaman air setengah dari lebar dasar saluran, atau jari-jari hidrauliknya setengah dari kedalaman air.

BhhAhA

dhdP

2

2

2

02

13

Penampang Trapesium Ekonomis

Penampang trepesium yang paling efisien adalahjika kemiringan dindingnya m=(1/3) atau =600.Trapesium yang terbentuk berupa setengahsegienam beraturan (heksagonal).

B

h1m

mh

3.

3.32

2hA

hB

Penampang Segitiga Ekonomis

Saluran berbentuk segitiga yang paling ekonomis adalah jika kemiringan dindingnya membentuk sudut 450 dengan jaris vertikal.

h1

m

14

Sistem Jaringan Saluran Drainase

Saluran Interceptor Saluran Colector Saluran Conveyor Saluran Sadap Saluran Pembuangan akhir Sistem Peresapan

Saluran Interceptor Saluran yang berfungsi sebagai

pencegah terjadinya pembebanan aliran dari suatu daerah terhadap daerah lain dibawahnya.

Outlet saluran ini biasanya terdapat di saluran collector atau conveyoratau sungai.

15

Saluran Collector

Saluran yang berfungsi sebagai pengumpul debit yang diperoleh dari saluran drainase yang lebih kecil dan akhirnya akan dibuang ke saluran conveyor (pembawa)Letak saluran ini di bagian terendah dari suatu daerah, sehingga secara efektif berfungsi sebagai pengumpul dari anak cabang saluran yang ada.

Saluran Conveyor

Saluran yang berfungsi sebagai pembawa air buangan dari suatu daerah ke lokasi pembuangan tanpa harus membahayakan daerah yang dilaluinya.Contoh : Saluran banjir kanal, sudetan-sudetan, saluran by pass, yang bekerja secara khusus hanya mengalirkan air secara cepat sampai ke lokasi pembuangan

16

17