Upload
rizal-undityo-r
View
62
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
5/28/2018 Modul Drainase P. Janu
1/37
TINJAUAN ASPEK HIDRAULIKA PADA PERENCANAAN
SALURAN DRAINASE
Maksud : Pengenalan teori dan rumus-rumus hidrolika dasar yang ada
hubungannya dengan saluran drainase, khususnya di daerah
perkotaan.
Tujuan : Penggunaan teori dan rumus-rumus hidrolika dasar untuk
merencanakan dan mengoperasikan saluran drainase di daerah
perkotaan.
1. ASPEK HIDROLIKA PADA PERENCANAAN SALURAN
DRAINASE.
Dalam merencanakan saluran drainase ada dua aspek hidrolika yang
harus diperhatikan yaitu :
1. Kestabilan saluran drainase terhadap erosi oleh aliran air
. Kapasitas saluran untuk mengalirkan debit rencana
1.1.UNTUK SALURAN TANAH
Di daerah perkotaan, terutama yang berpenduduk padat pada
umumnya saluran drainase tanah sangat jarang kita jumpai. !iasanya pada
tahap permulaan dari pengembangan tata kota memang dapat dijumpai
saluran drainase tanah. "leh karena itu pada paragrap ini akan di bahas
secara singkat saja aspek hidrolika dari saluran drainase tanah.
5/28/2018 Modul Drainase P. Janu
2/37
K#$T%!&'%( $%')*%( T%(%+ T#*+%D%P #*"$&
"'#+ %'&*%( %&*
Tampak dari gambar 1, baha erosi pada saluran tanah dapat terjadi di talud
maupun dasar saluran. )ntuk menghindari adanya erosi pada prinsipnya ada
dua cara yang biasa digunakan yaitu *egime Theory dan Tractie /orce
Theory.
*umus 0rumus dari *egime Theory kebanyakan dijabarkan dari kondisi
saluran dari tanah yang sudah stabil. Pada umumnya rumus-rumusnya
adalah rumus empiris, diantaranya rumus Kennedy 12345, !lench 13675.
*umus-rumus Tractie /orce Theory lebih berdasarkan pada mekanisme
dari gerak suatu partikel tanah didalam suatu aliran air. Tractie /orceTheory jika dibandingkan dengan *egime Theory lebih mengandalkan
pada perumusan matematis dari mekanisme gerak suatu partikel tanah dalam
aliran air.
!
+
m
1
Muka %ir
8ambar 1. $kema $aluran Drainase Tanah
5/28/2018 Modul Drainase P. Janu
3/37
Karena saluran drainase di daerah perkotaan jarang dijumpai saluran
drainase tanah, maka pembahasan kedua teori ini tidak diberikan.
1.2. SALURAN DENGAN PERKUATAN
9ang dimaksud saluran dengan perkuatan adalah saluran yang tidak
bersal dari tanah. $aluran drainase dengan perkuatan lebih cocok untuk
daerah perkotaan karena bentuknya dapat disesuaikan dengan ketersediaan
tanah.
Ditinjau dari bentuk geometri, saluran drainase dapat dibagi menjadi
dua yaitu saluran terbuka dan tertutup seperti terlihat pada 8ambar .Ditinjau dari penggerak alirannya saluran drainase dapat dibagi
menjadi dua yaitu saluran dengan pengaliran muka air bebas dan pengaliran
bertekanan seperti terlihat pada 8ambar .
Ditinjau dari kalitasasal airnya saluran drainase dapat dibagi
menjadi dua yaitu saluran tercampur dan terpisah.
Dari segi perencanaan hidrolika, semua pembagian di atas dapat
dicakup dalam dua bagian yaitu pengaliran muka air bebas dan pengaliran
bertekanan.
5/28/2018 Modul Drainase P. Janu
4/37
5/28/2018 Modul Drainase P. Janu
5/37
2. PENGALIRAN BERTEKANAN
Pada pengaliran bertekanan, aliran air digeraknan oleh beda tekanan
di ujung dan pangkal saluran. Tekanan di ujung saluran biasanya dinyatakan
dalam pie;ometric head.
*umus dasar yang digunakan untuk perencanaan ada dua yaitu persamaan
kontinuitas :
< = % > ? 1 5
Dan persamaan kehilangan tenaga Darcy-@eisbach :
+A = A > 'D > ?g untuk lingkaran a 5
%tau
+A = A > 'B* > ? g untuk lainnya b 5
Dimana Qadalah debit, Aadalah luas tampang basah, Vadalah kecepatan
aliran, hf adalah kehilangan tenaga, f adalah koeAisien gesekan, L adalah
panjang pipa, D adalah diameter pipa dan Radalah radius hidraulik serta gadalah percepatan graAitasi.
KoeAisien gesekan f merupakan Aungsi dari kekasaran relatiA saluran
lingkaran / D dan bilangan *eynolds Re = VD / , dimana adalahkekasaran saluran absolut5, adalah iskositas kinematik.)ntuk keperluan perencanaan saluran, nilai f sudah digraAikkan didalam
grf!" #$$%&.Cika graAik Moody dipakai untuk perencanaan mendimensi saluran5
biasanya cara '(r!)*err$r'harus ditempuh. ara yang relatiA lebih mudah
adalah dengan modiAikasi graAik Moody.
$ecara ringkas prosedurnya adalah sebagai berikut:
5/28/2018 Modul Drainase P. Janu
6/37
Dari deAinisi bilangan *eynolds dan Pers a5 dideAinisikan ariabel baru
sbb:
= eRf 4.=
4E
E
..
...12
L
Qhg f E 5
dan dikenalkan group ariabel baru sbb:
=Q
.
=eR
D
B B 5
Dengan menggunakan Pers E5 dan B5 didapat hubungan sbb :
*e.4 = - .7 log
+ 4.1*e.
41.
2..1B
*e..
4 5
Dari Pers 45 tampak baha untuk menghitung diameter saluran dari
bilangan *eynolds tetap dibutuhkan cara tral-errorF, tetapi untuk trial
pertama dari bilangan *eynolds dapat digunakan rumus untuk '%!+%!+g
h),-'
*e = 1.BE 7,B1G G 5
Pers 45 dapat pula diselesaikan dengan graAik tanpa cara trial-error.
5/28/2018 Modul Drainase P. Janu
7/37
5/28/2018 Modul Drainase P. Janu
8/37
ontoh :
$ebuah saluran drainasi dari beton sepanjang 177 m harus mengalirkan
5/28/2018 Modul Drainase P. Janu
9/37
. PENGALIRAN #UKA AIR BEBAS
Pada pengaliran bertekanan, aliran air digerakkan oleh gaya berat dari
air itu sendiri.
)ntuk kepentingan perencanaan, aliran air dianggap uniAorm,
sehingga kecepatan aliran di dalam saluran drainasi dapat dihitung dengan
rumus Manning sbb:
? = 1n * E $1 6 5
Dimana + adalah koeAisien Manning, R adalah radius hidraulik dan S
adalah garis kemiringan enersi.
$ubstitusi Pers. 15 kedalam Pers. 65 menghasilkan :
E:
E:4
P
A = :1.
S
Qn(,
A R2/= :1.
S
Qn 2 5
Dimana Padalah keliling basah saluran
(ilai koeAisien Manning +, untuk bermacam-macam keadaan saluran
dapat dilihat pada Tabel 1 terlampir.
Bg!+*g!+ Dr! Ge$0e(r! Pe+0+g S),r+
a5. Kedalaman saluran, h depth of flow5 adalah jarak ertikal dari titik
terendah dari penampang saluran sampai ke permukaan air
b5. TaraA stage5 adalah eleasi dari permukaan air diukur dari suatu bidang
persamaan tertentu datum5
c5. 'ebar permukaan T top width5 adalah lebar penampang saluran pada
permukaan aliran permukaan bebas5
5/28/2018 Modul Drainase P. Janu
10/37
d5. 'uas penampang aliran atau luas penampang basah Aflow area5 adalah
luas penampang aliran yang diambil tegak lurus arah aliran.
e5. Keliling basah P wetted parameter5 adalah panjang garis pertemuan
antara cairan dan batas penampang melintang saluran yang tegak lurus
arah aliran
A5. Cari-jari hidrolik R hydraulic radius5 adalah perbandingan antara luas
penampang basah dan keliling basah saluran , atau
R = A / P
g5. Kedalaman hydraulic D hydraulic depth5 adalah perbandingan antara
luas penampang basah dengan lebar permukaan basah, atauD = A / T
h5. /aktor penampang section factor5 adalah suatu Aaktor yang diperlukan
untuk perhitungan aliran kritis, merupakan hasil perkalian dari luas basah
dan akar dari kedalaman hydraulic
= A D1/2 = A 3 A/T41/2
i5. /aktor penampang untuk menghitung aliran seragam AR2/ adalah hasil
perkalian dari luas penampang dan pangkat dua pertiga dari jari-jari
hidraulic.
Kemudian untuk memudahkan perhitungan, ringkasan dari perumusan untuk
bagian-bagian geometri saluran yang biasanya digunakan dalam praktek
dapat dilihat pada lampiran tabel
.1. PENA#PANG EKONO#IS / E5ISIEN SALURAN
$ebagaimana dijelaskan di atas saluran drainasi pada umumnya di
desain dengan bentuk penampang segi empat, trapesium dan bentuk
lingkaran. Penampang saluran dikatakan sebagai penampang hidrolis yang
5/28/2018 Modul Drainase P. Janu
11/37
5/28/2018 Modul Drainase P. Janu
12/37
paling eAisien ekonomis bilamana diketahui debit Q5 maksimum untuk
luas penampang A5 yang diketahui apabila Pminimum.
a. Penampang #mpat Persegi dan trapesium yang paling #Aisien
U+(," Pe+0+g Seg!*E0( 6
% = ! H h
P = ! I h
= %h I h
)ntuk penampang yang paling eAisien dPdh = 7, yaitu :
- % h=
- % = h
- ! = h
$ehingga lebar harus sama dengan dua kali kedalaman.
Cari-jari hidrolis * dinyatakan dengan :
- * = % P
h
!
!
h#mpat Persgi Panjang
Trapesium
J
5/28/2018 Modul Drainase P. Janu
13/37
- = ! h 5 ! I h5
- = h
- Karena ! = h
U+(," e+0+g (re-!,0 6
?ariabel-ariabel dalam hal ini adalah %, h dan ;
P = ! I h 1 +Z
% = ! I ; h 5 h
P = %h 0 ;h I h 1 +Z
= %h I h 1 +
Z - J 5Dengan menganggap % dan J konstan, kita dapat mendeAerensialkan
persamaan diatas sehubungan dengan h dan mengatur diAerensial itu
sama dengan nol. )ntuk memperoleh kondisi penampang yang paling
eAisien yaitu :
% h I 1 +Z - J = 7
%tau
! I ; h 5 = 1 +Z - J 5 h
atau
! = 1 +Z - J 5 h
ontoh :
$ebuah saluran drainasi dari beton sepanjang 1777 m harus mengalirkan
5/28/2018 Modul Drainase P. Janu
14/37
5/28/2018 Modul Drainase P. Janu
15/37
Caaban :
Dari lampiran Tabel diperkirakan nilai koeAisien Manning += 7.77
Kemiringan saluran yang tersedia dihitung sbb:
$ = eleasi 5 panjang saluran 5
=m
m
1777
4,1= 7.7714
Pers. 25 menjadi :
E:
E:4
P
A= :17714.7
4.777.7 x = 7.42
Cika direncanakan saluran berbentuk segi empat, maka :
% = ! hP = ! I h
Dengan pertimbangan ketersediaan tanah, maka diambil lebar ! = 7,64m,
maka didapat hubungan sbb :
4
564.7
564.7
h
h
+ = 7.42
= 7.7161
Dengan cara trial-error atau dengan mencari akar persamaan di atas
dengan metode (eton-*aphson didapat nilai h = 7.2B4G m
5/28/2018 Modul Drainase P. Janu
16/37
Cika direncanakan /reeboard sebesar 7.14 m, maka dalam saluran drainasi
adalah 1.77 m. Cadi dimensi salurannya menjadi :
'ebar !5 = 7.64 m dan
Dalam = 1.77 m
.2. RESI# ALIRAN
Kombinasi dari pengaruh iskositas kekentalan5 dan pengaruh graAitasi
dapat menyebabkan terjadinya salah satu dari E resim aliran dalam saluran
terbuka, yaitu:1. 'aminer subkritis, bila harga /r L 1 dan harga *e berada dalam
daerah laminer.
. 'aminer superkritis, bila harga /r 1 dan harga *e berada
dalam daerah laminer.
E. Turbulen superkritis, bila harga /r 1 dan harga *e berada
dalam daerah turbulen
Dengan /r = DgV
. dan *e =
DV.
, dimana D adalah kedalaman hidrolik
dan adalah iskositas.
)ntuk aliran saluran terbuka ditetapkan nilai *e sbb:
*e L 477 aliran laminer
477 L*e L 1477 aliran transisi
*e L 1477 aliran turbulenDan untuk :
/r = 1 aliran kritis
/r L 1 aliran subkritis
/r 1 aliran superkritis
5/28/2018 Modul Drainase P. Janu
17/37
Dengan penjelasan tersebut di atas dapat disimpulkan pula baha pada
aliran subkritis kedalaman aliran lebih besar daripada kedalaman kritis h
hc5 dan kecepatan aliran lebih kecil daripada kecepatan kritis ) L )c5.
$ebaliknya pada aliran superkritis kedalaman aliran kecil daripada
kedalaman kritis h L hc5 dan kecepatan aliran lebih besar daripada
kecepatan kritis ) )c5.
ontoh
+itung kedalaman kritis dan kecepatan aliran pada saluran terbukaberpenampang trapesium yang mempunyai lebar dasar != G m, kemiringan
tebing saluran 1 ertikal : hori;ontal seperti pada gambar apabila debit
alirannya adalah
5/28/2018 Modul Drainase P. Janu
18/37
$eperti terlihat pada lampiran Tabel untuk suatu penempang trapesium
luas dan kedalaman hidrolik adalah :
% = ! I ;h 5 h
D =5
5
zh
hzh
+
+
Dalam soal diketahui baha lebar ! = G m, dan kemiringan tebing ; =,
maka :
% = G I h 5 h
D =5BG
5G
h
hh
+
+=
5E
5E
h
hh
+
+
) =
5/28/2018 Modul Drainase P. Janu
19/37
%liran berubah lambat laun gradually !aried flow5 adalah salah satu tipe
dari dua tipe aliran tetap tidak permanen. Tipe yang satu lagi adalah aliran
berubah dengan cepat rapidly !aried flow5.
%liran tetap tidak beragam adalah aliran dimanakecepatannya tidak berubahterhadap aktu u t =75 tetapi berubah menurut tempat u s E75.
Penyebab dari tidak seragamnya aliran tersebut dapat berupa perubahan
penampang aliran atau terhambatnya aliran oleh bangunan-bangunan air
seperti bendung, pintu air dll.
$atu contoh yang diperkenalkan disini untuk menghitung aliran berubah
lambat laun adalah dengan cara tahapan langsung direct step method5
7.1. CARA TAHAPAN LANGSUNG 3DIRECT STEP METHOD4
iri dari perhitungan dengan cara ini yaitu pada pembagian panjang saluran
menjadi penggal-penggal pendek dan perhitungan dilakukan tahap demi
tahap dari suatu ujungakhir dari suatu penggal ke penggal yang lain. ara
tahapan langsung ini dapat dipakai untuk menghitung aliran balik akibat
adanya pasang air laut yang menuju ke arah hulu sungai.
5/28/2018 Modul Drainase P. Janu
20/37
8ambar Potongan Memanjang $aluran
5/28/2018 Modul Drainase P. Janu
21/37
Pada 8ambar menunjukkan suatu penggal saluran dengan panjang .
Persamaan energi dari penampang 1 ke penampang dapat dinyatakan sbb:
ib. I h1I 1)1g = hI)g I iA. 15
tinggi energi spesiAik adalah penampang 1 dan penampang adalah :
#1 = h1I 1)1g 5
# = hI )g E5
Dengan memasukkan dua persamaan tersebut ke dalam Pers.15 didapat
persamaan :
ib. I #1 = #I iA.
atau:
=f" ii
##
1=
f" ii
#
B5
%pabila diambil asumsi 1 = =
# = h I )g 45
Dalam persamaan-persamaan tersebut :
h = kedalaman aliran m5
) = kecepatan rerata aliran mdet5
= koeAisien pembagi kecepatan atau koeAisien energi
ib = kemiringan dasar saluran
iA =kemiringan garis energi
iA rerata = kemiringan rerata garis energi
%pabila persamaan Manning yang digunakan :
iA = E:B
R
$nG5
5/28/2018 Modul Drainase P. Janu
22/37
%pabila persamaan he;y yang digunakan :
iA =R%
$
65
Penggunan cara tahapan langsung ini dapat diuraikan lebih jelas dengan
contoh berikut:
$aluran berpenampang trapesium dengan lebar dasar ! = G m, kemiringan
tebing ; = , kemiringan dasar saluran ib = 7,771G dan angka kekasaran
Manning n = 7,74, mengalirkan debit air sebesar < = 11 mEdet.
+itung proAil aliran balik yang menaikkan muka air sampai setinggi 1,47m
jika = 1,1.
Caaban :
Penentuan harga hnkedalaman normal5:
% = ! I ;h5h = G I h5h = E I h5h
P = ! I h 1 I ;51 = G I h.41 = E I h.41
* = % P =54E
5E
h
hh
=+
=4E
5E
h
hh
++
< = 1n. %* Ei1b
11 = 17,74NEIhn5hnO
E:
4E
5E
+
+
n
nn
h
hhH 7,771G1
:E
:1771G,7
74,711
x
xE I hn 4 5 = NE I hn5hnO
4
13,1 I 1B,E hn= NE I hn5 hnO4
dengan cara coba-coba didapat hn= 1,71 m
Dari data tersebut perhitungan aliran dilakukan untuk tiap-tiap
kedalaman aliran dengan tahapan sbb:
5/28/2018 Modul Drainase P. Janu
23/37
Kolom 1 : Kedalaman aliran dalam m, diambil dari contoh
Kolom : 'uas penampang aliran dalam muntuk tiap kedalaman aliran
di dalam kolom 1
Kolom E : Cari-jari hidrolik dalam m
Kolom B : Cari-jari hidrolik pangkat BE
Kolom 4 : Kecepatan rerata aliran dalam mdet diperoleh dari debit
dibagi luas ) =
5/28/2018 Modul Drainase P. Janu
24/37
'atihan Mandiri : oba lanjutkan perhitungan tersebut.T%!#' P#*+&T)(8%( P*"/&' P#*M)K%%( %'&*%( D#(8%( %*%
T%+%P%( '%(8$)(8
h
m5
%
m5
*
m5
*BE
mBE5
)reratamdet5 g
$ rerata
m5
#
m5
#
m5
iA iA
rerata
ib0iA
rerata
m5
m5
1 E B 4 G 6 2 3 17 11 1 1E
1,471,BB
1,E2
1,E
1,G1,7
1,1B
1,111,72
1,7G
41,74
7
1,7B1
1,7
G
1,77
1,71
7
5/28/2018 Modul Drainase P. Janu
25/37
DRAINASI SISTE# SU#UR RESAPAN
Tujuan : mengurangi limpasan permukaan yang sangat berlebihan
banjir dan sekaligus untuk penambahan potensi air tanah.
P#*$9%*%T%( T#K(&K
Persyaratan umum yang perlu dipenuhi adalah sbb:
15. $umur resapan air hujan dibuat pada lahan yang lulus air dan tahan
longsor
5. $umur resapan air hujan harus bebas dari kontaminasi
pencemaran limbah
E5. %ir yang masuk ke dalam sumur resapan adalah air hujan
B5. )ntuk daerah sanitasi lingkungan buruk, sumur resapan air hujan
hanya menampung dari atap dan disalurkan melalui talang
45. Mempertimbangkan aspek hidrogeologi, geologi dan hidrologi
Keadaan Muka %ir Tanah
$umur resapan dibuat pada aal daerah aliran yang dapat ditentukan
dengan mengukur kedalaman dari permukaan air tanah ke permukaan
tanah di sumur sekitarnya pada musim hujan.
5/28/2018 Modul Drainase P. Janu
26/37
Permeabilitas Tanah
Permeabilitas tanah yang dapat dipergunakan untuk sumur resapan
dibagi tiga kelas sbb:
15. Permeabilitas tanah sedang geluhlanau, ,7 0 G,4 cmjam5
5. Permeabilitan tanah agak cepat pasir halus, G,4 0 1,4 cmjam5
E5. Permeabilitas tanah cepat pasir kasar, lebih besar 1,4 cmjam5
Penempatan
Penempatan sumur resapan air hujan yang dimaksud adalahpersyaratan jarak terhadap tangki septik, bidang resapan tangki septik
saluran air limbah, sumur air bersih dan sumur resapan air hujan
lainnya dapat dilihat pada Tabel E.
Te) . Jr" #!+!0,0 S,0,r Re-+ A!r H,8+
Terh% B+g,++
(o Cenis !angunan Carak Dari $umur
*esapan m5
1.
.
E.
Tangki septik
*esapan tangki septik, $aluran
air limbah, Pembuangan
sampah
$umur resapan air hujan sumur air bersih
4
atatan : Carak diukur dari tepi ke tepi
5/28/2018 Modul Drainase P. Janu
27/37
LANGKAH*LANGKAH PE#BUATAN SU#UR RESAPAN
AIR HUJAN
JU#LAH SU#UR
Penentuan jumlah sumur resapan air hujan pada suatu lahan
pekarangan ditentukan berdasarkan curah hujan maksimum, permeabilitas
tanah dan luas bidang tanah dengan rumus sbb:
P#M#*&K$%%(
T&(88& M)K%%&* T%(%+
P#*M#%!&'&T%$T%(%+
P#*$9%*%T%(C%*%K
E M
P cmjam
Memenuhi syarat
L E meter
L cmjam
Tdk memeuhi syarat
$)M)* *#$%P%(
%&* +)C%(
$&$T#M P#(%MP)(8%(
%&* +)C%( T#*P)$%T@%D)K,D''5
5/28/2018 Modul Drainase P. Janu
28/37
+ =L&DA
A&DA'D
sumur
sumurtadah
..
....
+
Dimana :
& = &ntensitas hujam mjam5%tadah = 'uas tadah hujan m
5, dapat berupa atap rumah dan atau
permukaan tanah yang diperkeras.
k = Permeabilitas tanah mjam5
' = Kelilinh penampang sumur m5
%sumur = 'uas penampang sumur m5
D = Durasi hujan jam5
+ = kedalaman sumur m5
+asil perhitungan jumlah sumur resapan dapat dilihat pada lampiran tabel.
PERS9ARATAN TEKNIS
!entuk dan )kuran :
15. $umur resapan air hujan berbentuk segi empat atau lingkaran
5. )kuran minimum sisi penampang atau diameter adalah 7,27 m
E5. )kuran maksimum sisi penampang atau diameter adalah 1,B7 m
B5. )kuran pipa masuk diameter 117 mm
45. )kuran pipa pelimpah diameter 117 mm
G5. )kuran kedalaman maksimum dapat dilihat pada tabel berikut
Te) U",r+ Ke%)0+ %+ T!e "$+-(r,"-!
Kedalaman Tipe Konstruksi
- Maksimum 1,47 m
- Maksimum E,7 m
&
&&
5/28/2018 Modul Drainase P. Janu
29/37
- Maksimum muka air tanah &&&a, &&&b, &&&c
5/28/2018 Modul Drainase P. Janu
30/37
5/28/2018 Modul Drainase P. Janu
31/37
5/28/2018 Modul Drainase P. Janu
32/37
5/28/2018 Modul Drainase P. Janu
33/37
5/28/2018 Modul Drainase P. Janu
34/37
5/28/2018 Modul Drainase P. Janu
35/37
5/28/2018 Modul Drainase P. Janu
36/37
5/28/2018 Modul Drainase P. Janu
37/37