Post on 02-Mar-2019
TUGAS AKHIR
STUDI EXPERIMEN HUBUNGAN BESARNYA ALIRAN AIR DENGAN
TOTAL ANGKUTAN SEDIMEN PADA SALURAN TERBUKA
OLEH :
HASBULLAH ANAS D 111 07 123
JURUSAN SIPIL FAKULTAS
TEKNIK UNIVERSITAS
HASANUDDIN
2013
TUGAS AKHIR
STUDI EXPERIMEN HUBUNGAN BESARNYA ALIRAN AIR DENGAN
TOTAL ANGKUTAN SEDIMEN PADA SALURAN TERBUKA
OLEH :
HASBULLAH ANAS D 111 07 123
JURUSAN SIPIL FAKULTAS
TEKNIK UNIVERSITAS
HASANUDDIN
2013
ii
“STUDI EXPERIMEN HUBUNGAN BESARNYA ALIRAN AIR DENGAN TOTAL
ANGKUTAN SEDIMEN PADA SALURAN TERBUKA”
Mahasiswa :
E-mail: ullakozonk7@gmail.com
ABSTRACT : Pengendapan sedimen merupakan permasalahan yang paling dominan
pada saluran terbuka, pengetahuan mengenai angkutan sedimen yang terbawa oleh aliran
akan mempunyai arti penting bagi kegiatan pengembangan dan menejemen sumber daya
air,konservasi tanah, dan perencanaan bangunan pengaman pada sungai maupun pada saluran
terbuka.untuk menganalisa hal tersebut maka perlu dilakukan penelitian yang
mengkombinasikan antara permasalahan sedimen dengan besarnya aliran.
Penelitian ini dilakukan dengan menciptakan aliran untuk dimanfaatkan pada proses
pengangkutan sedimen (bed load transport) dan ( suspended load transport ). Kemudian
dilanjutkan dengan menganalisa perbandingan antara besar aliran ( debit ) dengan total
angkutan sedimen dasar ( bed load ) dan total angkutan sedimen layang (suspended load ).
Hasil penelitian ini menunjukan bahwa persentase debit sedimen yang keluar pada
downstream saluran semakin besar berbanding lurus dengan besar aliran yang dikeluarkan
pada upstream. Perhitungan debit sedimen dasar dengan pendekatan empat parameter,
menunjukan nilai bed load (qb) yang paling mendekati hasil penelitian adalah parameter
Shield sedangkan untuk perhitungan debut sedimen layang ( suspended load ) yang juga
menggunakan empat parameter pendekatan, yang paling mendekati hasil penelitian adalah
parameter Chang, Simons dan Ricardson, hal ini dikarnakan adanya beberapa faktor dan
variabel yang mendekati kondisi sebenarnya seperti variabel berat jenis air, berat jenis
sedimen, kedalaman saluran, konsentrasi sedimen, diameter sedimen dan gaya geser sedimen.
Keywords: Debit, Kecepatan Aliran, Sedimen, Bed Load Transport, Suspended Load
Transport
HASBULLAH ANAS
D 111 07 123
Mahasiswa S1 Teknik Sipil Universitas Hasanuddin
Jl. Perintis Kemerdekaan Km. 10
Kampus Tamalanrea, Makassar 90245, Sul-Sel
Pembimbing I :
Dr. Ir. H. Halidin Arfan, MSc
Dosen Jurusan Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin
Jl. Perintis Kemerdekaan Km. 10
Kampus Tamalanrea,
Makassar 90245, Sul-Sel
Pembimbing II :
Miranda R. Malamassam, ME.
Dosen Jurusan Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin
Jl. Perintis Kemerdekaan Km. 10
Kampus Tamalanrea,
Makassar 90245, Sul-Sel
ii
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum warahmatullahi wabarakatuh.
Puji syukur saya panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmat dan
inayahNya sehingga tugas akhir saya yang berjudul: Studi Experimen Hubungan
Besarnya Aliran Air Dengan Total Angkutan Sedimen Pada Sungai dapat terlaksana
dengan baik. Studi ini saya lakukan dengan observasi secara seksama pada saluran
terbuka(Open Channel) di Laboratorim Hidrolika Universitas Hasanuddin dan melalui
proses analisis data menggunakan beberapa literature serta asistensi yang intensif dengan
pembimbing tugas akhir.
Harapan saya hasil penelitian ini dapat memberikan gambaran mengenai proses
angkutan sedimen yang nantinya dapat memberikan arti penting bagi pengembangan dan
manajemen sumber daya air,perencanaan bangunan sungai,pengendalian banjir serta irigasi
pertanian. saya sangat menyadari akan banyaknya kekurangan dalam penelitian ini. Oleh
karena itu dengan segala kerendahan hati saya siap menerima berbagai masukan berupa
saran dan kritik yang konstruktif demi penyempurnaan tugas akhir ini.
Pada kesempatan ini pula kami ingin menyampaikan terima kasih yang setinggi-
tingginya kepada:
1. Dr. Ing Ir. Wahyu H. Piarah, MS, ME sebagai Dekan Fakultas Teknik Universitas
Hasanuddin.
2. Prof. Dr. Ir. H. Lawalenna Samang, MS, M.Eng sebagai Ketua Jurusan Sipil Fakultas
Teknik Universitas Hasanuddin.
3. Ir. H. Halidin Arfan, MSc sebagai dosen Pembimbing Pertama.
4. Miranda R Mallamassam, ME sebagai dosen Pembimbing Kedua.
5. Seluruh Dosen Pengajar Jurusan Sipil Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin.
6. Seluruh Staf Akademik Jurusan Sipil Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin.
ii
7. Para Asisten Laboratorium Hidrolika dan Mekanika Tanah Universitas Hasanuddin.
8. Teman – teman Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin angkatan 2007 yang selalu
ada disaat saya membutuhkan bantuan dimanapun dan kapanpun.
9. Teman – teman Jurusan Sipil Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin.
10. Andi Maeyanti yang selalu memberikan dorongan serta dukungan moril dan materil
sehingga tugas ini dapat terselesaikan.
Dan teristimewa ucapan terima kasih ini saya persembahkan kepada Orang Tua dan
saudara-saudara saya sebagai wujud dari rasa hormat dan cinta sepanjang masa yang telah
banyak memberikan dorongan moril dan materil sampai pada akhir perkuliahan saya,
sekali lagi terima kasih.
Mudah-mudahan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi pembaca dan terutama bagi
saya selaku penyusun. Sebagai penutup saya mengharapkan saran dan kritik dari para
pembaca untuk kesempurnaan tugas akhir ini.
Wassalam.
Makassar, Mei 2013.
Penulis
iii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL
LEMBAR PENGESAHAN……………………………………………….. i
KATA PENGANTAR……………………………………………………… ii
DAFTAR ISI……………………………………………………………….. iii
DAFTAR TABEL…………………………………………………………. iv
DAFTAR GAMBAR……………………………………………………… v
DAFTAR LAMPIRAN…………………………………………………… vi
DAFTAR NOTASI………………………………………………………… vii
BAB I PENDHULUAN
1.1 Latar belakang………………………………………... I - 1
1.2 Maksud dan Tujuan Penelitian………………………. I - 2
1.3 Pokok Bahasan.............................................................. I - 2
1.4 Batasan Masalah…………………………………….. I - 3
1.5 Sistematika Penulisan……………………………….. I - 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Uraian............................................................…………… II - 1
2.2 Konsep Dasar Aliran pada Saluran Terbuka…………… II - 1
2.3 Angkutan Sedimen……………………………………. II – 3
2.3.1 Defenisi……………………………… II – 3
2.3.2 Problem sedimen pada saluran terbuka……… II – 7
2.3.3 Jenis-jenis angkutan sedimen………………. II – 9
2.4 Konsep Dasar Pergerakan Sedimen…………………. II - 11
iii
2.5 Sifat – Sifat Bahan Angkutan Sedimen……….............. II – 14
2.5.1 Ukuran partikel sedimen………………….. II – 14
2.5.2 Bentuk partikel sedimen………………….. II – 16
2.6 Angkutan Sedimen Dasar ( bed load sediment)………… II – 16
2.6.1 Mekanisme pengankutan………………………. II – 16
2.6.2 Persamaan bed load…………………………..... II – 16
2.7 Angkutan Sedimen Layang ( suspended load sediment)…… II – 23
2.7.1 Mekanisme pengankutan………………………. II – 23
2.7.2 Persamaan suspended load………………… II – 23
2.7.3 Teori perubahan dalam kondisi seimbang…… II – 24
2.7.4 Formula suspended load………………… II – 23
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Umum……………………………………………. III - 1
3.2 Persiapan Dan Peralatan Penelitiaan………………………… III – 1
3.2.1 Persiapan penelitiaan…………………………….. III – 1
3.2.2 Peralatan penelitiaan…………………………… III – 1
3.2.3 Bahan penelitiaan……………………………… III – 3
3.3 Pelaksanaan Penelitiaan…………………………………. III – 3
3.3.1 Tempat penelitiaan……………………………… III – 3
3.3.2 Waktu penelitiaan……………………………….. III – 3
3.3.3 Prosedur percobaan……………………………… III – 3
3.3.3.1 Prosedur percobaan pada kondisi saluran normal III – 4
3.3.3.2 Prosedur percobaan setelah penambahan sedimen III – 5
3.3.4 Flowchart percobaan……………………………… III – 6
iii
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Penelitian……………………………………… IV – 1
4.1.1 Data hasil pemeriksaan material sedimen….. IV – 1
4.1.2 Pengukuran debit air (Qw)……………… IV – 2
4.2 Hasil Pembahasan…………………………………... IV – 4
4.2.1 Perhitungan debit air (Qw)…………………… IV – 4
4.2.2 Perhitungan Angka Reynolds (Re)……………...…... IV - 5
4.2.3 Perhitungan debit sedimen (Qs)…………………… IV – 6
4.2.3.1 Perhitungan angkutan sedimen dasar (bed load)…. IV – 6
4.2.3.2 Perhitungan angkutan sedimen layang (suspended load). IV – 9
4.2.3.3 Perbandingan sedimen dasar dan sedimen layang.…. IV – 11
4.2.4 Perhitungan debit sedimen dasar (Qb)dengan rumus empiris …… IV - 13
4.2.4.1 Pendekatan dengan parameter gaya geser....…. IV – 13
4.2.4.2 Pendekatan dengan parameter slope energy....…. IV – 16
4.2.4.3 Pendekatan dengan parameter debit............…. IV – 17
4.2.5 Perhitungan debit sedimen layang (Qs) dengan rumus empiris .… IV - 21
4.2.5.1 Pendekatan dengan parameter Persamaan Rouse........ … IV - 21
4.2.5.2 Pendekatan dengan parameter Pengaruh Suspended
load terhadap Z,K, dan distribusi kecepatan....................IV - 29
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan………………………………………... V – 1
5.2 Saran……………………………………………….. V – 2
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
iv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Kode Tekstur Struktur Tanah……………………. …………………..II – 5
Tabel 2.2 Kode Permeabilitas Tanah…………………………………………….II - 5
Tabel 2.3 Ukuran Partikel Butiran Berbagai Partikel Sedimen……………….....II - 14
Tabel 2.4 Klasifikasi Jenis Tanah ……………………………………………. ...II – 15
Tabel 4.1 Data Analisa Saringan (Sieve Analysis)……………………………….IV- 1
Tabel 4.2 Hasil Pengukuran Debit………………………………………………..IV- 2
Tabel 4.3 Haisl Pengukuran Debit Air dan Sedimen……………………………..IV- 3
Tabel 4.4 Rekapitulasi Perhitungan Debit Air dan Sedimen..................………....IV- 3
Tabel 4.5 Rekapitulasi Nilai Reynolds.........................................................……..IV- 5
Tabel 4.6 Perhitungan Bed Load (2 mm) dengann Pendekatan DuBoys…….......IV- 14
Tabel 4.7 Perhitungan Bed Load (2 mm) dengann Pendekatan Shields……...…..IV- 15
Tabel 4.8 Perhitungan Bed Load (2 mm) dengann Pendekatan meyer-Peter….....IV- 17
Tabel 4.9 Perhitungan Bed Load (2 mm) dengann Pendekatan Scholistch……....IV- 18
Tabel 4.10 Perbandingan Bed Load (2 mm) dengann Penelitian Langsung …......IV- 19
Tabel 4.11 Perhitungan Suspended Load (0,43 mm) dengann Pendekatan Lane...IV- 23
Tabel 4.12 Perhitungan Suspended Load (0,43 mm) dengann Pendekatan Einstein.IV- 26
Tabel 4.13 Perhitungan Suspended Load (0,43 mm) dengann Pendekatan Chang....IV- 29
Tabel 4.14 Perhitungan Suspended Load (0,43 mm) dengann Pendekatan Brooks...IV- 32
iv
Tabel 4.15 Perbandingan Suspended Load( 0,43 mm )dengann Penelitian Langsung..IV-32
v
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Skema Aliran Pada Saluran Terbuka…………….…………………II – 2
Gambar 2.2 Skema Penggolongan Angkutan Sedimen………………………....II – 11
Gambar 2.3 Kriteria Sedimentasi,Transportasi,dan Erosi……………………….II – 13
Gambar 2.4 Sketsa Bed Load Menurut DuBoys…………….…………………...II - 17
Gambar 2.5 Parameter Sedimen dan Gaya Tarik Kritis……….………………....II - 19
Gambar 2.6 Diagram Shields…………………………………….………………II – 21
Gambar 2.7 Koefisien Difusi Momentum Fluida....………………...……………II – 26
Gambar 2.8 Distribusi Sedimen Melayang..............………………...……………II – 27
Gambar 2.9 Hubungan Antara Z dan Z1..................………………...……………II – 28
Gambar 2.10 Pengaruh Beban Melayang Pada Nilai k....…………...……………II – 29
Gambar 2.11 Penampang Kecepatan........................………………...………....…II – 29
Gambar 2.12 Hubungan Antara PL Dengan 𝜔/U*...………………...……………II – 31
Gambar 2.13 Faktor Koreksi Dalam Distribusi Kecepatan..………...……………II – 32
Gambar 2.14 Fungsi I1 Dengan A Untuk Nilai Berbeda Dari Z....…..……………II – 33
Gambar 2.15 Fungsi I2 Dengan A Untuk Nilai Berbeda Dari Z....…..……………II – 33
Gambar 2.16 Fungsi Angkutan Beban Melayang Brook................…..……………II – 35
Gambar 2.17 Fungsi I1 Dengan Ketebalan Batas Material Dasar 𝜉a...……………II – 36
Gambar 2.18 Fungsi I2 Dengan Ketebalan Batas Material Dasar 𝜉a...……………II – 37
v
Gambar 3.1 Prototype Saluran ………………………………………....................III – 2
Gambar 4.1 Grafik Perbandingan Debit Air Pada Kondisi Normal.....………...…IV – 4
Gambar 4.2 Grafik Hubungan Nilai Reynold Dengan Kecepatan ......………...…IV – 5
Gambar 4.3 Grafik Hubungan Qw Dengan Vw(Bed Load).....………..............…IV – 7
Gambar 4.4 Grafik Hubungan Qs Dengan Vw(Bed Load).....………..............…IV – 7
Gambar 4.5 Grafik Hubungan Qw Dengan Qs(Bed Load).....………..............…IV – 8
Gambar 4.6 Grafik Hubungan Qw Dengan Vw(Suspended Load)…............ ..…IV – 9
Gambar 4.7 Grafik Hubungan Qs Dengan Vw(Suspended Load).....…….......…IV – 10
Gambar 4.8 Grafik Hubungan Qw Dengan Qs(Suspended Load).....……........…IV – 10
Gambar 4.9 Grafik Hubungan QB dan QS Dengan Vw...................…............ ..…IV – 11
Gambar 4.10 Grafik Hubungan QB dan QS Dengan Qw...................….............…IV – 12
Gambar 4.11 Grafik Perbandingan QS (Bed Load) Dengan Beberapa Metode..…IV – 20
Gambar 4.12 Grafik Perbandingan QS (Bed Load) Dengan Beberapa Metode..…IV – 20
Gambar 4.13 Grafik Perbandingan QS(Suspended Load)Dengan Beberapa Metode IV – 33
vi
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Analisa saringan material sedimen.
Lampiran 2 Data pengukuran debit air pada kondisi normal
Lampiran 3 Data penelitian pengukuran air dan sedimen
Lampiran 4 Rekapitulasi data debit setelah penambahan material sedimen.
Lampiran 5 Tabel system klasifikasi menurtut Unifed
Lampiran 6 Tabel Kekentalan Kinematik Air Pada Tekanan Atmosfer
Lampiran 7 Tabel Koefisien Manning
Lampiran 8 Dokumentasi Penelitian
vii
DAFTAR NOTASI
A = Luas penampang saluran
b = Lebar saluran
Cf = Koefisien gesek
D = Kedalaman
d50 = Diameter butiran sedimen > 50% tertahan
g = Gaya gravitasi
h = Tinggi saluran
hf = Kehilangan energi
m = Tebal lapisan
L = Panjang karekteristik / panjang saluran
Q = Debit
Qw = Debit air
Qwrata = Debit air rata-rata
Qs = Debit Sedimen
Qsrata = Debit sedimen rata-rata
qb = Debit sedimen dasar (bed load)
qs = Debit sedimen layang (suspended load)
vii
qc = Debit kritis
Re =Angka Reynolds
S = Kemiringan saluran
SW = Simbol untuk kategori pasir bersih menrut USCS
T = Temperatur air
t = waktu
u = karekteristik kecepatan aliran,yang biasanya dari kecepatan rata-rata
V = Volume
v = Kecepatan
y = Tinggi penampang saluran
a = Tinggi dasar saluran
v = Kekentalan kinematic (kinematic viscosity)
𝞬 = Berat jenis air
𝞬s = Berat jenis sedimen
𝞃 = Tegangan
𝞃c = Tegangan kritis
U* = Kecepatan geser
Ca = Konsentrasi Sedimen
𝜔 = Kecepatan jatuh sedimen
vii
n = Koefisien Manning
a2 = Dua kali diameter sedimen
I-1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Sebagai daerah yang beriklim tropis dengan dua musim yang teratur, Indonesia mempunyai
potensi keairan yang besar, baik dilautan maupun di perairan tawar, salah satunya sungai. Sungai
adalah suatu saluran drainase yang terbentuk secara alamiah dan berfungsi untuk mengalirkan air.
Akan tetapi disamping fungsinya tersebut, aliran sungai juga menggerus tanah dasarnya secara
terus menerus sepanjang masa eksistensinya dan terbentuklah lembah-lembah sungai. Sejalan
dengan curah hujan yang tidak merata disepanjang tahun menyebabkan adanya perubahan
kecepatan aliran yang terjadi pada sungai tersebut yang turut mempengaruhi proses sedimentasi.
Permasalahan yang selalu muncul bersamaan dengan adanya aliran air dalam sungai adalah
terjadinya proses angkutan sedimen. Angkutan sedimen yang sering terjadi dan kita jumpai dalam
sungai, baik yang terlarut atau yang tidak terlarut, merupakan produk dari pelapukan batuan induk
yang dipengaruhi oleh faktor lingkungan, terutama oleh faktor perubahan musim yang sangat
mencolok pada daerah tropis.
Laju sedimen sangat dipengaruhi oleh laju erosi lahan di bagian hulu daerah aliran
sungainya, pada daerah hilir keberadaan sedimen akan menimbulkan dampak negatif seperti
penurunan kualitas air, pendangkalan sungai, pengurangan kapasitas waduk dan lain sebagainya.
Sulawesi Selatan merupakan daerah dengan dilingkupi oleh daerah perbukitan yang dialiri
banyak sungai yang membentang dari daerah hulu di bagian perbukitan sampai daerah hilir yang
berada di daerah pantai dengan kemiringan terjal hingga datar. Hal ini menyebabkan aliran yang
deras di hulu dan lambat di hilir. Pengangkutan sedimen terjadi disepanjang sungai teruta ma pada
bagian tengah (middle) sungai, sehingga untuk mengetahui konsentrasi sedimen biasanya
dilakukan pengambilan sampel berupa debit aliran dan konsentrasi sedimen pada bagian tengah
sungai yang juga tidak dipengaruhi oleh pertemuan aliran sungai lainnya. Dari data sampel dapat
diketahui hubungan besarnya aliran dengan konsentrasi sedimen. Dengan latar belakang ini, sangat
I-2
menarik untuk dilakukan penelitian/studi terhadap pengaruh besarnya aliran terhadap konsentrasi
sedimen, sehingga dapat digambarkan hubungan antara besarnya debit aliran dengan total angkutan
sedimen.
Sehubungan dengan hal tersebut, maka dilakukanlah penelitian tentang Studi Eksperimen
Hubungan Besarnya Aliran Air Dengan Total Angkutan Sedimen Pada Saluran Terbuka.
Sebagai langkah awal, maka proses transformasinya dilakukan simulasi melalui penelitian di
Laboratorium Hidrolika Universitas Hasanuddin dengan menggunakan prototype saluran
terbuka(Open Channel).
1.2 Maksud dan Tujuan Penelitian
Maksud dari penelitian ini adalah untuk mengetahui hubungan antara besarnya aliran dengan
total angkutan sedimen. Sehingga dapat mengatasi permasalahan endapan sedimen pada saluran
terbuka secara efektif dan efisien.
Adapun tujuan penelitian ini adalah :
a. Untuk mengetahui hubungan antara besarnya aliran (debit) dengan besarnya kecepatan
aliran.
b. Untuk mengetahui hubungan antara besarnya aliran (debit) dengan total angkutan sedimen.
c. Untuk mengetahui hubungan antara besarnya kecepatan aliran dengan total angkutan
sedimen.
1.3 Pokok Bahasan
Sebagai pokok bahasan dalam penelitian ini adalah menganalisis hubungan besarnya total
angkutan sedimen terhadap variasi besar aliran (Debit) dengan perhitungan secara langsung dan
perhitungan secara tidak langsung atau dengan menggunakan rumus empiris.
I-3
1.4 Batasan Masalah
Batasan masalah yang digunakan dalam penelitian ini adalah :
1. Lokasi pengambambilan data dilakukan di Laboratorim Hidrolika Universitas
Hasanuddin.
2. Permodelan fisik dilakukan dengan menggunakan saluran terbuka (open channel )
dengan kemiringan 1 %.
3. Pengambilan data pada kondisi normal (licin).
4. Pengambilan data dilakukan setelah penambahan sedimen berbutir, dengan diameter
0,43 mm untuk sedimen layang (suspended load) dan diameter 2 mm untuk sedimen
dasar (bed load), sesuai kriteria aliran sedimen: erosi, transportasi dan sedimentasi
untuk butiran seragam ( Hjulstrom 1935 dikutip dari Pallu, M. S., 2012. Teori Dasar
Angkutan Sedimen Di Dalam Saluran Terbuka).
5. Penelitian ini dilakukan dengan membandingkan besar aliaran (debit) air yang keluar
dengan total angkutan sedimen yang terbawa.
6. Data hasil penelitian diolah secara grafis dan dianalisis melalui metode parameter aliran
saluran terbuka dan angkutan sedimen berdasarkan pendekatan para ahli.
1.5 Sistematika Penulisan
Untuk memudahkan pembahasan dalam penelitian ini, maka sistematika penulisan penelitian
disusun dalam lima bab. Adapun sistematika penulisan penelitian adalah sebagai berikut :
BAB I. PENDAHULUAN
Menguraikan tentang latar belakang masalah, maksud dan tujuan penelitian, pokok bahasan
dan batasan masalah serta sistematika penulisan.
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
Menyajikan teori-teori yang digunakan sebagai landasan untuk menganalisis dan membahas
permasalahan penelitian.
I-4
BAB III. METODE PENELITIAN
Menjelaskan mengenai langkah-langkah atau prosedur pengambilan dan pengolahan data
hasil penelitian.
BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
Menyajikan data-data hasil penelitian di laboratorium, analisis data, hasil analisis data dan
pembahasannya.
BAB V. PENUTUP
Berisikan kesimpulan dan saran.
II-1
BAB ll
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Uraian
Transportasi sedimen merupakan salah satu fenomena alam yang sering dijumpai
pada berbagai macam saluran terbuka, sungai-sungai alam dan reservoar(waduk).
Dalam bidang rekayasa keairan,studi transportasi sedimen dengan segala
fenomenanya merupakan suatu hal yang sangat penting.
Sejak peradaban manusia, proses sedimentasi mempengaruhi persediaan air, irigasi,
pertanian, pengendalian banjir, perpindahan sungai, proyek hidroelektrik, navigasi,
perikanan dan habitat air (Gracia, 1999 dalam iskandar, 2008). Beberapa tahun belakangan
dikemukakan bahwa sedimentasi memiliki peran yang penting dalam transportasi yang
dapat mempengaruhi pertumbuhan ekonomi, untuk itu diperlukannya pengendalian
sedimentasi.
Pengetahuan mengenai angkutan sedimen yang terbawa oleh aliran sungai dalam
kaitanya dengan aliran sungai akan mempunyai arti penting bagi kegiatan pengembangan
dan manajemen sumber daya air, konservasi tanah dan perencanaan bangunan pengaman
sungai. Pengetahuan mengenai sedimen yang melayang terbawa ataupun sedimen yang
bergerak di dasar sungai. Proses sedimentasi meliputi proses erosi, angkutan
(transportation), pengendapan (deposition) dan pemadatan (compaction) dari sedimentasi
itu sendiri. Bentuk, ukuran dan beratnya partikel tanah akan menentukan jumlah besarnya
angkutan sedimen.
2.2 Konsep Dasar Aliran Pada Saluran Terbuka
Secara Prinsip sipil aliran pada saluran terbuka adalah sesuatu jenis aliran
yang memiliki permukaan bebas (free surface), dan cenderung fluktuatif sesuai kondisi
ruang dan waktu, hal inilah yang biasanya menyebabkan kesulitan dalam memperoleh data
II-2
.
,
.
.
.
. .
yang akurat mengenai aliran pada saluran terbuka dapat dibedakan menurut asalnya
menjadi dua macam saluran yaitu: saluran alam (natural channels) dan saluran buatan
(artificial channels). Kondisi aliran dalam saluran terbuka yang rumit berdasarkan
kenyataan bahwa kedudukan permukaan bebas cenderung berubah sesuai dengan ruang
dan waktu, seperti kedalaman aliran, debit dan kemiringan dasar semuanya saling
berhubungan satu sama lain.
Secara skematis, proses pengaliran yang terjadi pada saluran terbuka dapat dilihat
pada gambar 2.1 seperti berikut :
V12/2g
1 2
hf
V2
2/ 2g
y1
V1 y2
V2
Z1
Z2
GARIS PERSAMAAN
Gambar 2.1 Skema aliran pada saluran terbuka (Chow, V.T., 1997)
Pada gambar 2.1 diatas menjelaskan bahwa, tekanan yang ditimbulkan oleh air
pada setiap penampang saluran setinggi y diatas dasar saluran. Jumlah energi dalam aliran
di penampang saluran berdasarkan suatu garis persamaan adalah jumlah tinggi tempat z
diukur dari dasar saluran, tinggi tekanan y dan tinggi kecepatan V2/2g, dengan V adalah
kecepatan rata-rata aliran. Energi ini dinyatakan dalam gambar dengan suatu garis derajat
energi (energy grade line) atau disingkat garis energi (energy line). Energi yang hilang
ketika pengaliran terjadi dari penampang (1) ke penampang (2) dinyatakan dengan hf.
II-3
Secara umum, persamaan dasar yang dipakai untuk menganalisa debit (Q) aliran
pada saluran terbuka, yang berlaku untuk suatu penampang saluran untuk sembarang aliran
dapat dilihat dalam rumus berikut :
Q = V. A……………………………………………………..(1)
Dengan :
Q = Debit (m3/dtk)
V = Kecepatan rata-rata (m/dtk)
A = Luas penampang saluran (m2)
Untuk menghitung luas permukaan saluran, dapat dihitung berdasarkan rumus
sebagai berikut :
A = b.h………………………………………………………..(2)
Dengan :
A = Luas penampang saluran (m2)
b = Lebar saluran (m)
h = Tinggi saluran (m)
untuk menghitung kecepatan rata-rata rumus yang digunakan adalah :
� = Q
………………………………………………………..(3)
b.h 2.3. Angkutan Sedimen
2.3.1 Defenisi
Angkutan sedimen dalam arti umum dapat diartikan sebagai pergerakan butiran atau
material dasar sedimen didalam aliran sungai, baik yang merupakan hasil penggerusan /
erosi pada medan di catchment area maupun pada tepi dan dasar di bagian hulu sungai.
II-4
Pada dasarnya adanya sedimen di sungai disebabkan oleh terjadinya penggerusan /
erosi pada medan di catchment area dan penggerusan pada tepi dan dasar sungai di bagian
upstream dan mengendap pada bagian downstream sungai.
Adapun medan catchment area yang dimaksudkan adalah Daerah Aliran Sungai
(DAS) yang keadaan topografinya memungkinkan terjadinya proses penggerusan terhadap
lapisan permukaan tanah / batuan, yang kemudian hasil pengerusan tersebut diangkut oleh
air ke dalam sungai atau system sungai.
Penggerusan yang terjadi pada medan catchment area ini disebabkan oleh beberapa
faktor, yang mana nantinya juga akan mempengaruhi kapasitas sedimen yang terangkut
oleh sungai. Adapun faktor-faktor tersebut adalah sebagai berikut :
a. Karakteristik hujan
Karekteristik dari hujan yang jatuh di daerah pengaliran antara lain adalah
intensitas, frekuensi serta durasinya, hal ini sangat mempengaruhi penggerusan /
erosi dari pada batuan yang membentuk daerah pengaliran, terlebih pada daerah
pegunungan dimana air hujan yang mengalir diatas permukaan tanah dengan
mudahnya mengikis lapisan atasnya serta menghanyutkanya ke dalam alur sungai.
b. Penutup tanah
Faktor penutup tanah yang dimaksudkan disini adalah tanaman atau vegetasi.
Biasanya tanaman yang menutupi daerah pengaliran sungai akan sangat membantu
pada penurunan erosi pada batuan didaerah pengaliran, karena tanaman atau
vegetasi dapat menaikkan daya tahan tanah terhadap erosi.
c. Daya tahan tanah terhadap erosi (Erodobilitas)
Erodibilitas tanah, atau faktor kepekaan erosi tanah yang merupakan daya tahan
tanah baik terhadap penglepasan dan pengangkutan, terutama tergantung pada sifat-
II-5
sifat tanah, seperti tekstur, stabilitas agregat, kekuatan geser, kapasitas infiltrasi,
kandungan bahan organik dan kimiawi. Di samping itu, juga tergantung pada posisi
topografi, kemiringan lereng, dan gangguan oleh manusia.
Tabel 2.1 Kode tekstur struktur tanah
Kelas Struktur Tanah (Ukuran Diameter) Kode
Granular sangat halus (< 1mm) 1
Granular halus ( 1 - 2 mm ) 2
Granular sedang sampai kasar ( 2 – 10 mm) 3
Berbentuk blok,blocky,plat,massif. 4
Sumber : Wischmeier dan Smith (1978 dalam Nurul Fitria Sari, 2008)
Tabel 2.2 Kode Permeabilitas Tanah
Kelas Permeabilitas Kecepatan (cm/jam) Kode
Sangat lambat < 0.5 1
Lambat 0,5 – 2,0 2
Lambat sampai sedang 2,0 – 6,3 3
Sedang 6,3 – 12,7 4
Sedang sampai cepat 12,7 – 25,4 5
Cepat >25,4 6
Sumber : Wischmeier dan Smith (1978 dalam Sari, 2008)
d. Kemiringan lereng medan
Kemiringan lereng medan juga sangat menentukan besarnya penggerusan , yaitu
jika kemiringan lereng medan semakin tajam, maka penggerusan yang terjadi akan
semakin besar.
II-6
e. Pengaruh kegiatan manusia
Erosi yang disebabkan oleh kegiatan manusia semestinya tidak diabaikan begitu
saja yang diantaranya adalah penggundulan hutan, bercocok tanam pada lereng-
lereng pegunungan yang curam dan pembangunan jaringan jalan didaerah
pegunungan. Pada semua keadaan tersebut ketahanan butiran tanah terhadap titik-
titik air yang menimpanya dan terhadap aliran permukaan sangat menurun,
sehingga keseimbangan mekanis dari lereng-lereng tersebut akan terganggu,
menyebabkan timbulnya erosi lereng, keruntuhan lereng, atau tanah longsor.
Seperti penjelasan diatas bahwa selain penggerusan pada medan catchment area,
sedimen yang di sungai juga dihasilkan dari penggerusan pada tepi dan dasar sungai di
bagian upstream sungai. Kondisi ini terjadi mengingat bahwa pada bagian upstream sungai
atau saluran yang terletak di daerah pegunugan adalah merupakan bagian sungai dimana
secara topografis kemiringanya sangat besar, sehingga kecepatan aliran yang terjadi juga
sangat besar, yang mana dengan kecepatan aliran tersebut menyebabkan mudahnya terjadi
penggerusan.
Mekanisme kerja dari beberapa faktor yang berpengaruh pada terjadinya
penggerusan (erosi) di areal saluran seperti hujan, angin, limpasan permukaan, jenis tanah,
kemiringan lereng, penutupan tanah baik oleh vegetasi atau lainya, serta ada atau tidaknya
tindakan konservasi, sebetulnya tidak dapat dipisah-pisahkan antara satu dengan yang
lainya, karena semuanya saling berhubungan.
Secara garis besar maka faktor-faktor diatas dapat digolongkan kedalam tiga
kelompok, yaitu :
1) Energi
Hal ini merupakan kemampuan potensial hujan, limpasan permukaan dan/atau
angin untuk menyebabkan erosi. Kemampuan ini disebut dengan “ Erosifitas”. Hal lain
II-7
yang turut berpengaruh pada tenaga dari agen-agen erosif ini adalah limpasan permukaan
dan angin berturut – turut melalui pengurangan panjang lereng.
2) Kepekaan Tanah (Erodibilitas)
Faktor erodobilitas ini bergantung pada sifat-sifat fisik-mekanik dan kimia tanah
dalam melakukan proses infiltrasi air kedalam tanah dan mengurangi limpasan permukaan.
Hal ini juga sangat erat kaitanya dengan faktor karekteristik tanah yang bersangkutan,
dimana perbandingan angka pori tanah berbanding lurus dengan proses infiltrasi.
3) Proteksi
Bertitik tolak pada faktor yang berhubungan dengan penutupan tanah disekitar area
sungai, dimana hal ini memungkinkan perlindungan tanah melalui upaya pengintersepsian
hujan dan pengurangan kecepatan limpasan permukaan dan angin.
Untuk mempersempit permasalahan pengankutan sedimen ini, maka pada bab ini
hanya akan menjelaskan masalah pengankutan sedimen pada saluran terbuka dengan
berbagai faktor yang mempengaruhinya.
2.3.2 Problema sedimen pada saluran terbuka
Secara terperinci proses – proses yang berpengaruh pada permodelan saluran
Terbuka adalah:
1. Problema sedimen yang disebabkan proses penggerusan
Penggerusan terjadi apabila kecepatan aliran yang bergerak di atas butiran sedimen
mempunyai harga tertinggi sehingga mampu menggerakan butiran – butiran
sedimen.
Adapun problema-problema tersebut adalah sebagai berikut :
a) Degradasi
Degradasi pada saluran terbuka merupakan perubahan elevasi dasar kearah vertikal
sacara makro. Maksudnya ialah penurunan dasar saluran secara keseluruhan atau
II-8
sebagian akibat terjadinya penggerusan oleh aliran dimana jumlah sedimen yang
tergerus dan hanyut lebih besar dari pada jumlah angkutan sedimen yang datang
dari upstream.
b) Penggerusan setempat (Local Scouring)
Penggerusan setempat terjadi karena adanya pertambahan kecepatan aliran yang
dapat meningkatkan turbulensi aliran. Hal ini menyebabkan penggerusan menjadi
lebih besar dari jumlah sedimen yang terdapat pada area tersebut.
c) Pelapukan (Abration )
Abrasi merupakan proses penggerusan terhadap bangunan air yang diakibatkan
oleh sedimen yang diangkut oleh air, baik yang merupakan angkutan sedimen
layang maupun angkutan sedimen dasar. Sedimen yang diangkut air ini akan
membentuk konstruksi bangunan dan akan merusak konstruksi sedikit demi sedikit.
2. Problem sedimen yang disebabkan proses pengendapan.
Selain dari proses penggerusan, maka proses pengendapan dalam kaitanya
dengan masalah angkutan sedimen juga dapat terjadi pada prototype saluran terbuka.
Problema-problema yang ditimbulkan oleh proses pengendapan antara lain:
a. Agradasi
Proses agradasi dapat di definisikan sebagai kenaikan dasar saluran seluruhnya
atau sebagian akibat terjadinya endapan oleh karena aliran tidak dapat
menghanyutkan lebih banyak sedimen dari tempat agradasi tersebut di
bandingkan dengan jumlah sedimen yang terdapat pada upstream.
b. Sedimentasi (Shoaling)
Sedimentasi dapat didefinisikan sebagai pengendapan yang terjadi pada
bagian-bagian tertentu pada saluran dengan kondisi aliran dan dasar saluran
yang memungkinkan terjadinya pengendapan tersebut. Prinsip dasar proses
II-9
sedimentasi sama dengan proses agradsi, hanya pada proses agradasi sifatnya
menyeluruh pada dasar saluran, sedangkan pada proses sedimentasi bersifat
local. Sedimentasi biasanya terjadi pada bagian downstream.
2.3.3 Jenis-jenis angkutan sedimen
Berdasarkan pergerakan partikel sedimen yang terdapat di sungai, maupun yang
terdapat pada saluran-saluran pengairan, maka angkutan sedimen dapat digolongkan dalam
3 (tiga) bagian yang tergantung pada kecepatan aliran sungai. Ketiga macam angkutan
sedimen tersebut adalah sebagai berikut :
1. Angkutan Sedimen Dasar (Bed Load Transport)
Proses angkutan ini, terjadi pada suatu kondisi kecepatan aliran yang relative
rendah, yang mampu mengerakkan butiran yang semula dalam keadaan diam akan
menggelinding dan meluncur di sepanjang dasar saluran.
2. Angkutan Sedimen Loncat (Saltation Load Transport)
Pada kecepatan aliran yang lebih tinggi, butiran-butiran sedimen akan membuat
loncatan-loncatan pendek meninggalkan dasar sungai, karena gaya dorong yang
bekerja terhadap butiran makin besar. Kemudian butiran tersebut kembali ke dasar
sungai atau melanjutkan gerakanya dengan membuat loncatan-loncatan yang lebih
jauh.
3. Angkutan Sedimen Layang (Suspended Load Transport)
Jika kecepatan aliran ditingkatkan lebih besar lagi, maka gerakan loncatan tersebut
akan sering terjadi, sehingga apabila butiran tersebut oleh arus utama atau oleh
gerakan aliran turbulen kearah permukaan, maka butiran akan tetap bergerak ke
dalam arus aliran air untuk selang waktu tertentu yang dapat diamati.
Pada kenyataanya untuk setiap satu satuan waktu yang dapat diamati, kita hanya
dapat mengamati adanya angkutan sedimen layang saja. Jadi dalam hal ini, pembagian
II-10
angkutan sedimen berdasarkan pergerakan atau mekanisme pengangkutanya, hanya
dibedakan atas angkutan sedimen dasar dan angkutan sedimen layang.
Selain berdasarkan pergerakanya atau mekanisme pengangkutanya, maka angkutan
sedimen dapat juga dibedakan berdasarkan asalnya atau sumbernya, yaitu sebagai berikut :
a. Muatan Material Dasar ( Bed Load Material )
Material-material ini berasal dari saluran sendiri, yaitu terdiri dari muatan
sedimen dasar dan muatan sedimen layang.
b. Muatan Bilas ( Wash Load )
Sumber utama dari muatan bilas ini diperoleh dari hasil pelapukan atas batuan
atau tanah daerah pengaliran sungai, yang terbawa oleh aliran permukaan atau
angin kedalam sungai. Umumnya angkutan wash load ini bergerak sebagai
muatan sedimen layang di dalam aliran sungai tersebut.
Secara skematis dan penggolongan angkutan sedimen yang di dasarkan atas
pergerakan dan sumbernya dapat di gambarkan sebagai berikut :
Muatan Material Dasar
Bergerak Sebagai Muatan Sedimen Dasar
Berdasarkan Sumber Asli
(Origin)
Berdasarkan Mekanisme Angkutan (Transport)
Muatan Bilas
Bergerak Sebagai Muatan Sedimen
Melayang
Gambar 2.2 Skema Penggolongan angkutan Sedimen (Samule,E.A.,1994)
II-11
2.4. Konsep Dasar Pergerakan Sedimen
Air mengalir diatas sedimen dasar, maka ada gaya yang mendorong butiran,
dimana gaya ini cenderung menggerakkan partikel sedimen. Gaya yang menahan akibat
aliran air tergantung dari sifat-sifat material. Untuk sedimen kasar seperti pasir dan kerikil,
gaya tahanan utamanya adalah berhubungan dengan berat sendiri partikel. Ketika gaya-
gaya hidrodinamik bekerja pada partikel-partikel padat bahan dasar saluran tersebut, maka
secara bersamaan juga terjadi peningkatan intensitas aliran. Oleh sebab itu, untuk suatu
dasar saluran tertentu yang pada mulanya dalam keadaan tidak bergerak, suatu kondisi
aliran pada akhirnya akan tercapai manakala partikel-partikel dasar tidak mampu lagi
menahan gaya-gaya hidrodinamis tersebut sehingga tercipta suatu kondisi kritis yang
mengakibatkan terjadinya gerakan pada dasar (bed load) saluran.
Dalam kondisi normal umumnya gerakan partikel-partikel ini tidak terjadi sacara
simultan untuk semua partikel dengan ukuran tertentu yang terletak pada lapisan atas. Pada
kenyataanya, untuk setiap kondisi hidrolis tertentu, sebagian pertikel akan bergerak
sedangkan sebagian yang lain tidak bergerak. Hal ini disebabkan oleh sifat probabilistic
dari pada permasalahn ini, yang secara inplisit memberikan kenyataan bahwa aliran
bersifat turbulen walaupun tidak terjadi secara sempurna.
Pembahasan mengenai teori awal pergerakan sedimen atau yang sering juga disebut
kondisi kritis atau penggerusan awal meliputi analisa gaya yang bekerja pada partikel-
partikel sedimen tersebut. Untuk sedimen berupa pasir dan kerikil, maka gaya yang
menahan pergerakan butiran akibat aliran air ialah gaya berat butiran itu sendiri. Lain
halnya dengan dengan partikel yang lebih halus yang berupa lumpur atau tanah liat maka
selain gaya berat, maka gaya kohesif juga akan sangat berpengaruh dalam menahan
pergerakan butiran sedimen.
II-12
………………
v (
cm
/s)
0,0
01
0,0
02
1000
1000
1000
0,0
2
0,0
3
0,0
5
0,1
0,2
0,3
0
,5 5
2
3
5
10
20
30
50
100
200
300
500
Menurut Jaroki (1963), bahwa kecepatan rata-rata lebih besar dari kecepatan di
dasar yang mengakibatkan gerakan awal seperti pada persamaan di bawah ini :
(u)cr = 1,4 √𝑔 � ln
�
7�
…………………………….(8)
Kecepatan ini bersatuan m/s dan persamaan ini hanya untuk D/d › 60. Kemudian
Hjulstrom (1935) memberikan 3 kriteria aliran : Erosi , Transportasi, dan Sedimentasi
untuk material lepas dengan ukuran butiran homogeny. Alasanya bahwa kecepatan rata-
rata adalah kira-kira 40 persen lebih besar dari kecepatan di dasar untuk kedalaman aliran
lebih dari satu meter. Distribusi dari ketiga kriteria aliran di atas dapat dilihat pada gambar
2.3 berikut:
1000
500
300
200
100
50
30
20
10
Erosion
5
3
2
1
0,5
0,3
0,2
0,1
Transportation
Sedimentation
KETERANGAN:
d (mm)
= Sedimen berbutir kasar (2mm)
= Sedimen berbutir halus (0,84 mm)
= Sedimen berbutir halus (0,43 mm)
Gambar 2.3 Kriteria Sedimentasi, Transportasi dan erosi untuk partikel seragam
( Pallu, M. S., 2012 )
II-13
Setelah melakukan pengambilan data dan mengolah data yang diproleh maka
menurut grafik kriteria Sedimen,Transportasi dan Erosi maka :
Sedimen berbutir kasar (2 mm) masuk dalam kategori Sedimentation, dan
Sedimen berbutir halus (0,43 mm) juga masuk dalam kategori Transportation.
Secara detail, penelitian ini tidak akan membahas lebih jauh tentang pergerakan awal
sedimen tetapi penulis hanya memfokuskan percobaan dan analisa studi pengangkutan
sedimen dasar (bed load sedimen).
2.5. Sifat – Sifat Bahan Angkutan Sedimen
Sifat-sifat bahan angkutan sedimen yang perlu diperhatikan dalam hal pergerakan
sedimen adalah sebagai berikut :
2.5.1 Ukuran partikel sedimen
Ukuran partikel merupakan hal yang paling penting dalam mengetahui karekteristik
dan perilaku sedimen dalam melewati proses transportasi, hanya saja begitu beragamnya
ukuran sedimen ini menyebabkan perlunya pengelompokan yang jelas untuk mendapatkan
hasil penelitian yang maksimal.
Pada umumnya ukuran butiran dari berbagai partikel sedimen dapat dikelompokan
seperti yang tertera dalam table 2.3 berikut :
II-14
Tabel 2.3 Pengelompokan ukuran butiran sedimen dari berbagai partikel
Milimiters
Micrometers
Inches Tyler U.S
Standar's Standar's Class
4000-2000 160-80 Very Large boulders
2000-1000 40-20 Large boulders
1000-500 20-10 Medium boulder
500-250 10-5 Small boulders
250-130 5-2.5 Large cabbles
130-64 2.5-1.3 Small cabbles
64-32 1.3-0.6 Very coarse gravel
32-16 0.6-0.3 2-1/2 Coarse gravel
16-8 0.3-0.16 5-5 Medium gravel
8-4 0.16-0.008 9-10 Fine Gravel
4-2 16-18 Very fine gravel
2-1 2.00-1.00 2000-1000 32-35 Very coarse sand
1-1/2 1.00-0.50 1000-500 60-60 Coars Sand
1/2-1/4 0.50-0.25 500-250 115-120 Medium sand
1/4-1/8 0.25-0.125 250-125 250-230 Fine sand
1/8-1/16 0.125-0.062 125-62 Very fine sand
1/16-1/32 0.062-0.031 62-31 Coarse silt
1/32-1/64 0.031-0.016 31-16 Medium silt
1/64-1/128 0.016-0.008 16-8 Very fine silt
1/128-1/256 0.008-0.004 8-4
1/259-1/512 0.004-0.0020 4-2 Coarse clay
1/512-1/1024 0.002-0.001 2-1 Medium clay
1/1024-1/2048 0.001-0.0005 1-0.5 Fine clay
1/2048-1/4096 0.0005-0.00024 0.5-0.24 Very fine clay
Sumber : Lane et al., 1974 dalam diktat, Sediment Transport oleh Pallu, M. S., 2002
Pengukuran ukuran butiran tergantung pada jenis bongkahan, untuk berangkal
pengukuran dilakukan secara langsung, untuk kerikil dan pasir dilakukan dengan analisa
saringan sedangkan untuk lanau dan lempung dilakukan dengan analisa sedimen.
Klasifikasi jenis tanah berdasarkan ukuran butir dapat dilihat pada Tabel 2.4 berikut :
II-15
Tabel 2.4 Klasifikasi jenis tanah berdasarkan ukuran butir
N0
ORGANISASI
Ukuran butir (mm)
Kerikil
(Gravel)
Pasir
(Sand)
Lanau
(Silt)
Lempung
(Clay)
1
MIT, Massachusetts
Institute of technology
>2
0,06 – 2
0,002-0,06
<0,002
2
USDA, United
State Departement of
Agriculture
>2
0,05 – 2
0,002-0,5
<0,002
3
AASHTO, American
Association of State
Highway and
Transportation Officials
2 – 76,2
0,075 – 2
0,002-0,75
<0,002
4
USCS, Unifed Soils
Classification System
4,75 –76,2
0,075 – 4,75
Fines(<0,075)
Sumber : Sistem Klasifikasi AASHTO dan USCS, 1929
2.5.2 Bentuk Partikel Sedimen
Begitu beragamnya ukuran butiran yang lolos maupun yang tertahan pada proses
penyaringan mengharuskan perlunya pengklasifikasikan ukuran butiran baik pada agregat
kasar maupun agregat halus.
II-16
2.6. Angkutan Sedimen Dasar ( bed load sedimen )
2.6.1 Mekanisme pengangkutan
Material sedimen dasar bergerak karena adanya kecepatan dan aliran dengan cara
menggelinding, meluncur dan meloncat di sepanjang dasar saluran disebut muatan dasar
(bed load). Muatan tersebut berhubungan dengan keadaan aliran di dasar sungai yang
berupa tegangan geser dasar ( bed shear stress ). Terjadinya angkutan dasar disebabkan
oleh pergerakan sedimen dan pengaliran di dasar sungai yang dipengaruhi oleh tegangan
dasar yang terdiri dari kekasaran dan formasi dasar.
Fenomena bed load yang dikombinasikan dengan formasi dasar (ripples, dunes
dan antidunes). Parameter yang berpengaruh pada pergerakan sedimen adalah ukuran dan
bentuk sedimen, berat jenis sedimen ( ɣs ), gradasi butiran, sifat kohesi, konfigurasi dasar,
dan posisi sedimen pada penampang saluran. Parameter hidrolik yang berpengaruh adalah
slope dasar (S), debit aliran (Q), kedalaman (h), regim aliran, kecepatan rata-rata dan
distribusi kecepatan.
2.6.2 Persamaan bed load
Secara umum, rumus yang dikembangkan selalu didasarkan pada suatu besaran
yang menentukan keadaan kritis pada saat sebelum terjadi pengangkutan sedimen, yang
merupakan fungsi dari sifat pengaliran dan sifat butiran. Sifat butiran sedimen ini sangat
bervariasi baik tentang ukuran, bentuk, rapat massa, maupun sifat kohesinya. Dengan
demikian rumus angkutan sedimen yang dikembangkan oleh para ahli hidrolika aliran juga
menggunakan parameter besaran yang berlainan, seperti : hubungan Ʈ0 – Ʈc (tegngan
kritis), Q0 – QC ( Debit kritis ), dan U0 – Uc (kecepatan kritis). Adapun perhitungan bed
load transport berdasarkan pendekatan dengan berbagai parameter diuraikan sebagai
berikut :
II-17
. .
1. Pendekatan dengan parameter gaya geser
Menurut DuBoys (1879), dalam hipotesanya tentang besarnya pengangkutan
endapan sedimen, yaitu bahwa dari suatu aliran air dapat dianggap sebagai suatu rangkaian
lapisan-lapisan yang saling menutupi dengan kecepatan yang berbeda secara linear dari nol
di bawah permukaan, sampai dengan nilai maksimum pada pertemuan antara fluida dan
dasar yang padat.
V
D
m th layer
m th layer
(m - 1) th layer
( m - 1 ) vs
( m - 2 ) vs
m e
4 th
3 nd
2 nd
1 st layer
2 vs
vs
3 vs
m e
e
Gambar 2.4 Sketsa model bed load menurut DuBoys ( Pallu, M. S., 2012 )
𝜏 = ɣDS = Cf mɛ( ɣs - ɣ )…………………………………………………………………(9)
Dengan :
𝜏 = tegangan geser ,Cf = koefsien gesek
m = jumlah total lapisan
ɛ = ketebalan lapisan
D = kedalaman air
S = kemiringan saluran
II-18
………………
………
k
Tc(
kg/m
)
2
? s k
[m/(
kg
-s)]
3
ɣs dan ɣ= berat spesifik sedimen dan air
jika variasi kecepatan linear antara lapisan pertama sampai lapisan ke m, total debit
dengan volume per unit kedalaman saluran adalah :
qb = ɛ Vs (� −�1)
2
…………………………………………………10)
dengan Vs = kecepatan lapisan kedua (lihat gambar 2.5). Pada gerak yang baru,
m= 1, persamaan (9) menjadi :
𝜏 c = Cf mɛ( ɣs - ɣ )… …………………………………(11) dan
m =
dimana :
𝜏
𝜏�
…………………………………………….......(12)
𝜏 c = gaya tarik kritis sepanjang dasar.
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,16
KET :
= Sedimen berbutir kasar (2 mm)
= Sedimen berbutir halus (0,84 mm)
= Sedimen berbutir halus (0,43 mm)
? s
T c
10,0
8,0
6,0
4,0
2,0
0,1
0,08
0,06 0,1 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 20 40 60
d (mm)
1,0
0,8 0,6
Gambar 2.5 Parameter Sedimen dan gaya tarik kritis untuk persamaan
bed load menurut DuBoys( Pallu, M. S., 2012 )
II-19
2
t
Pada grafik diatas dapat dilihat bahwa sedimen berbutir kasar (2 mm) memiliki gaya
tarik kritis (𝜏 c) sebesar 0,16 kg/m2, sedangkan sedimen berbutir halus (0,84 mm)
memeiliki gaya tarik kritis sebesar 0,14 kg/m2 dan sedimen berbutir halus (0,43 mm) memiliki gaya tarik tarik kritis sebesar 0,09 kg/m2.
Dari persamaan (10) dan (11) :
qb = ɛ � �
2𝜏 2
𝜏 (𝜏 − 𝜏 � )…………………………………(13)
= K 𝜏 (𝜏 − 𝜏 � )
Koefisien K pada persamaan (13) tergantung pada karekteristik partikel sedimen. Straub (1935) menemukan bahwa nilai K pada persamaan (13) tergantung pada ukuran
partikel d.
K = 0.173
= ( ft3 /s ) / f …………………………………………………(14) � 3/4
Nilai k dalam persamaan (14) dalam satuan inggris, kecuali nilai d dalam mm. jadi
persamaan DuBoys menjadi :
qb = 0.173
� 3/4
𝜏 (𝜏 − 𝜏 � ) = ( ft3 /s ) / ft…………………………… (15)
Hubungan antara 𝜏 c , K dan d diperlihatkan pada gambar 2.8. nilai 𝜏 c dapat
ditentukan dari diagram Shields.
Persamaan DuBoys adalah persamaan klasik yang telah diteliti oleh para ahli yang
berbeda dan menghasilkan kesimpulan bahwa rumus DuBoys dihasilkan dari percobaan
yang dilakukan pada flume yang kecil dengan range yang kecil, sehingga aplikasinya
sangat cocok untuk penelitian dengan studi prototype.
………
Lignite 1.27 Granite 2.7 Barite 4.25 Quartz (Casey) 2.65
𝞃c (k
g/m
2)
Selain pendekatan DuBoys, rumus yang sering dipakai pada parameter gaya geser
ini adalah pendekatan Shields. Shields (1936) dalam penelitianya mengenai pergerakan
awal dari sedimen dengan mengukur kondisi aliran dengan sedimen transport yang lebih
besar dari nol dan kemudian memberikan hubungan terhadap penentuan kondisi aliran
yang berhubungan pada gerak yang baru mulai.
Kemudian dari penelitian ini Shields membuat pendekatan empirik untuk bed load,
yaitu :
𝑞� � �
𝑞� �
=10 𝜏 − 𝜏�
( � � − ɣ)� 50
………………………………….(16)
Dengan :
qb dan ɣs = debit bed load dan air perunit lebar saluran
𝜏 = ɣDS
d = diameter partikel sedimen
ɣ, � � = berat spesifik sedimen air
Persamaan (16) homogen dalam dimensi, dan dapat digunakan untuk setiap satuan. Tegangan geser kritis 𝜏c dapat ditentukan dari diagram Shields yang diperlihatkan pada
gambar berikut.
1,0 Amber
SS =1.06
Melayang
Meloncat
0,1 Riak Ruji panjang
Gelombang dangkal
Aliran laminer dari dasar
Aliran turbulen dari dasar
Garis geser kritis
0,01 1 10 100 1000
Gambar 2.6. Diagram Shields ( Dake, M. K Jones., 1985 )
Re
II-20
II-21
�
2. Pendekatan dengan parameter slope energi
Ahli yang pertama kali menemukan pendektan dengan parameter slope energi ini
adalah Mayer-Peter dkk (1934). Mayaer – peter melakukan studi laboratorium secara
intensif mengenai sediment transport, yang kemudian menemukan rumus bed load dengan
menggunakan system metrik sebagai berikut :
0,4𝑞2/3
= �
𝑠 𝑞2/3
�
- 17 ………………………………………(17)
Dengan :
qb = debit bed load (kg/s) /m
q = debit air, dalam (kg/s)/m
S = kemiringan, dan
d = ukuran partikel (dalam meter)
Bilangan konstan 17 dan 0,4 hanya valid untuk pasir dengan berat jenis 2,65 dan
persamaan ini dapat pula dipakai pada sedimen yang berdiameter besar.
3. Pendekatan dengan parameter debit
Schoklitsch adalah ilmuan yang pertama kali menggunakan parameter debit
(discharge) air untuk menetukan bed load. Ada dua formula rumus yang dibuat oleh
Schoklitsch, rumus pertama dipublikasikan pada tahun 1934 dan tahun 1943. Tahun 1943
formula Schoklitsch dalam satuan metrik yaitu :
qb = 7000
dengan :
𝑠3/2
� 1/2
(q – qc)……………………………………..(18)
qb = debit bed load (kg/s)/m
d = ukuran partikel (dalam meter)
II-22
…………………
…………
q dan qc = debit air dan debit kritis pada saat mulai bergerak (m3/s)/m
Debit air kritis pada persamaan (18) untuk sedimen dengan Specifik Gravity = 2,65
dapat diketahui sbb :
qc = 0.00001944�
𝑠4/3
……………………………………………(19)
Persamaan (19) ditentukan dengan plotting untuk aliran dan diameter butiran, sebuah
lengkung angkutan dasar sebagai ordinat terhadap kemiringan sebagai absis. Pada tahun
1934 Schoklitsch membuat rumus dalam satuan metrik
qb = 2500S3/2 (q – qc)…………………………………………….(20)
Untuk sedimen dengan Specifik Gravity = 2,65 debit kritis dalam persamaan (20)
menjadi :
qc = 0,6� 3/2
…………………..……………………………………(21) 𝑠 7/6
Dengan d = ukuran partikel sedimen (m).
2.7. Angkutan Sedimen Layang ( Suspended load sedimen )
2.7.1 Mekanisme pengangkutan
Suspended load adalah sedimen yang didukung oleh komponen yang cenderung ke
atas dari suatu aliran turbulen dan tetap dalam keadaan melayang selama waktu tertentu.
Pada sungai – sungai alam, sedimen terangkut sebagai sedimen melayang (suspended load)
bab ini memperkenalkan beberapa konsep formula dasar untuk angkutan sedimen
melayang (suspended load transport).
2.7.2 Persamaan suspended load
Besarnya suspended load dapat didefinisikan secara matematis sebagai berikut :
�
qsv = ∫� ū c dy ..............................................................................(22)
�
qsw = γs ∫�
ū c dy
..........................................................................(23)
II-23
Dimana :
qsv dan qsw = debit angkutan sedimen melayang dalam volume dan berat
ū dan � = kecepatan dan konsentrasi sedimen rata-rata dalam volume pada
jarak y di atas dasar
α = ketebalan angkutan sedimen dasar
D = kedalaman air
γs = berat jenis sedimen
Adapun beberapa teori persamaan yang digunakan dalam perhitungan suspended
load transport berdasarkan pendekatan dengan berbagai parameter diuraikan sebagai
berikut :
2.7.3 Teori perubahan dalam kondisi seimbang
1. Persamaan Rouse
Di dalam kondisi seimbang tetap, gerakan ke bawah sedimen akibat kecepatan jatuh
harus diseimbangkan oleh gerakan ke atas sedimen yang diakibatkan fluktuasi turbulen,
yakni
𝜔� + εs � �
= 0 .............................................................................(24) � �
Dimana :
εs = koefisien difusi momentum untuk sedimen, yang fungsi dari y
ω = kecepatan jatuh partikel sedimen
untuk aliran turbulen, tegangan geser turbulen dapat diketahui sebagai berikut
τy = εm ρ � �
� �
.............................................................................(25)
Dimana :
εm = viskositas kinematik air atau koefisien difusi momen untuk air
ρ = density air
II-24
α ∫
Koefisien difusi dapat diasumsikan secara umum sebagai berikut
εs = β εm .............................................................................(26)
Dimana : β = suatu faktor proporsional
Untuk sedimen halus dalam keadaan suspense, nilai itu dapat diasumsikan sebagai β
= 1, tanpa menimbulkan kesalahan yang berarti. Persamaan 24 dapat juga ditulis sebagai
berikut
� � +
𝜔� � = 0 .............................................................................(27)
� 휀
Integrasi persamaan 27 menghasilkan
C = C exp (−𝜔 � � �
) ..........................................................(28)
� εs
Dimana C dan Cα = masing-masing knsentrasi sedimen oleh berat pada jarak y dan a
diatas dasar.
Tegangan geser pada jarak y di atas dasar adalah
τy = γ S (D-y) = τ (1 − �
) ...........................................................(29) �
Dimana :
τ dan τy = tegangan geser pada dasar saluran dan pada jarak y di atas dasar
saluran
S = kemiringan saluran
Asumsikan bahwa distribusi kecepatan dari Prandtl-von Karman adalah benar, maka
� �
= � ∗
...............................................(30) � � 𝑘�
Dimana :
u = kecepatan local pada jarak y di atas dasar saluran
U* = kecepatan geser
K = koefisien Prandtl-von Karman ( = 0.4 untuk ir jernih)
Dari persamaan (25),(29) dan (30),
II-25
�
�
�
εm = kU* �
(D-y) .........................................................................(31) �
dan
εs = β kU* �
(D – y) .........................................................................(32) �
persamaan 31 menunjukkan bahwa εm = 0 pada y=0 dan y = D. nilai maximum εm
terjadi pada y=1
D. Hasil experiment untuk variasi dari εm dan εs 2
diperlihatkan pada gambar 2.7 dibawah ini :
Gambar 2.7 Nilai percobaan sedimen dan koefisien difusi momentum fluida (Vanoni)
Dalam mensubtitusi persamaan (32) ke persamaan (27) dan mengintegral dari α ke y,
maka menghasilkan persamaan sebagai berikut,
�
�
∫� � �
= − ∫ 𝜔� � .........................................................(33)
� � � � 𝑘� ∗ (𝐷
)(� −� )
Jika Z = w/kU dan asumsikan β = 1, maka persamaan (33) menjadi
In �
� 𝛼
� � � = − ∫� � (� −� ) � 𝑦
= ln ( � −� �
) � � − �
Atau
�
� 𝛼
= ( � −� �
) � � − �
..............................................................................(34)
II-26
� 1
Persamaan (34) dikenal sebagai persamaan rouse (1973). Suatu perbandingan antara
distribusi sedimen vertical dan persamaan Rouse yang diukur oleh Vanoni (1946) yang
diperlihatkan pada gambar 2.8.
Gambar 2.8 Distribusi sedimen malayang: Perbandingan data percobaan dengan
Persamaan Rouse (Vanoni, 1946)
2. Pengaruh suspended load terhadap Z, k, dan distribusi kecepatan
Pada suatu turunan dari persamaan (34) bahwa β = 1. Hasilnya diperlihatkan pada
gambar 2.9 yang mengindikasikan bahwa untuk partikel yang halus, nilai εm ≈ εs dan β = 1.
Sedangkan, untuk partikel kasar, nilai εs < εm dan β < 1. Jadi persamaan (34) harus
dimodifikasi untuk kasus yang lebih umum, seperti
�
� 𝛼 = (
� −� � )
� � − �
.................................................................................(35)
Dimana : Z1 = Z/β.
Chien (1954) mempelajari hubungan antara Z dan Z1, dan hasilnya diperlihatkan pada
gambar 2.9, sebagai
𝑍1 = �
1 (
2 )1/2
𝐿𝑍
............................................(36) � −𝐿
2 𝑍2/𝜋 + (
2 )2 𝐿� ∫ 𝜋 � −�
2 /2 � � 𝜋 0
II-27
Dimana :
X = ln y dan L = 1 + Rk
Kurva yang paling tepat pada Gambar 2.9 adalah untuk Rk =0.3
Gambar 2.9 hubungan antara Z dan Z1 ( Pallu, M. S., 2012 )
Pada aliran saluran terbuka tanpa sedimen, koefisien von Kerman, k = 0.4. aliran
dengan adanya sedimen, umumnya nilai k berkurang dengan meningkatnya angkutan
sedimen melayang. Nilai k dapat ditentukan dari distribusi kecepatan semi logaritma
dengan k = 2.3 U*J, dimana J adalah kemiringan profil kecepatan semi logaritma d(log y) /
du.
Einstein dan Chien (1954) menjelaskan pengurangan ini dengan memperhatikan
besarnya energy akibat gesekan yang terjadi untuk mendukung sedimen melayang per
satuan berat air dan persatuan waktu.
∑ � 𝜔 𝜌𝑠− 𝜌
....................................................................................(37) � 𝑆 𝜌
Dimana :
� = konsentrasi rata-rata oleh berat dari ukuran butir
II-28
𝜔 = kecepatan jatuh sedimen
II-29
V = kecepatan aliran rata-rata
S = kemiringan energy
𝜌� dan ρ = density sedimen dan air. Gambar 2.4 memperlihatkan pengaruh sedimen
melayang terhadap nilai k.
Gambar 2.10 pengaruh beban melayang pada nilai k ( Einstein dan Chien, 1954)
Pengaruh perubahan k terhadap distribusi kecepatan vertical diperlihatkan pada
gambar 2.11. Ringkasan pengaruh beban melayang terhadap nilai k dan distribusi
kecepatan dijelaskan oleh Graf (1971).
Gambar 2.11 Penampang kecepatan untuk; (a) aliran air jernih dan (b) sedimen
II-30
0
∗
� � � 𝐿
�
2.7.4 Formula suspended load
1. Pendekatan Lane dan Kalinske
Lane dan Kalinske mengasumsikan bahwa εs dan εm dan β = 1, maka persamaan (32)
menjadi
� � = �
� ∗
� (� − 𝑦) .............................................................................. (38)
�
Nilai rata-rata εs sepanjang vertical adalah
𝐷
∫ 휀𝑠 � � 𝑘� ∗ �
� = 0
�
= � 2 ∫� (𝑦� − 𝑦 2)� 𝑦.......................................................(39)
Untuk k = 0.4
� � =
1 � � .......................................................................................... (40)
15
Dengan memasukkan persamaan (40) ke dalam persamaan (28), maka menghasilkan
C = � � exp [− 15𝜔
� ∗
(� − �
)]........................................................................(41) �
Dimana :
C dan Cα = konsentrasi sedimen melayang pada jarak y dan α di atas dasar
𝜔 = kecepatan jatuh sedimen untuk d50
Persamaan (41) dapat di integrasikan melalui kedalaman aliran untuk menentukan konsentrasi suspended load rata-rata pada y = α
Dijelaskan PL adalah
PL = � /Cα .................................................................. (42) Dimana � = konsentrasi sedimen rata-rata pada kedalaman terintegrasi. Maka debit
suspended load oleh berat dapat dihitung sebagai berikut:
𝑞 = 𝑞� 𝑃 exp (15𝜔�
) .................................................................. (43) � ∗ �
Hubungan antara PL dan kecepatan jatuh relative ω/U dalam satuan (Inggris)
diperlihatkan pada Gambar 2.12
II-31
�
�
= 0.0010
15
11
8
Gambar 2.12 Hubungan antara PL dengan ω/U*( Pallu, M. S., 2012 )
Pada persamaan (43), Cα adalah konsentrasi sedimen yang didapatkan dari volume
sedimen dibagi dengan volume total (volume air + volume sedimen) dikalikan 100%.
2. Pendekatan Einstein
Einstein (1950) mengasumsikan bahwa β = 1 dan k = 0.4. dengan menggantikan U*
dengan U’*, kecepatan geser diakibatkan kekasaran butir, memberikan persamaan;
Z1 = Z = 𝜔
0.4� ′ ∗
.............................................................................. (44)
Kecepatan dapat dinyatakan sebagai berikut
� � ...................................................................(45)
� ′ ∗ = 5.75𝐿� 𝑔 (30.2
∆)
Dengan mensubtitusikan persamaan (34) dan (45) ke dalam persamaan dan
menyatakan Cα konsentrasi oleh berat dan menghasilkan;
� 𝑞� � = ∫� � (
� −� � )
� � − � 5.75 � ′ ∗� � 𝑔
(
30.2�) � 𝑦 .................................... (46)
∆
Dimana Δ = ks / x = d65 / x dan x = α, suatu faktor koreksi dari Einstein (grafik ks/�
vs x pada gambar 2.13).
II-32
𝑞� � = ∫�� 𝑢� � � 𝑦1
( � � �
Gambar 2.13 Faktor koreksi dalam distribusi kecepatan ( Pallu, M. S., 2012 )
Dengan mengganti αdengan E = α / D dan y dengan y’ = y/D, maka
1
�
� � 1
1−� �
30.2
= � ′ ∗� � ( ) 1−�
� 5.75 ∫� (
� ) log ( ∆/� ) � 𝑦
= 5.75 � � �′ ∗� ( ) [� � 𝑔
30.2�
1 ) ∫� ( 1−� ) � 𝑦 +
1−� ∆ � �
1 1−� �
0.434 ∫�
( �
) � � 𝑦� 𝑦]...(47)
Karena hal ini tidak mungkin mengintegrasikan persamaan (47), Einstein (1950)
menulis kembali sebagai
𝑞� � = 11.6 � ′ ∗� � 𝑢 [2.303� � 𝑔
(
30.2�
∆ ) 𝐼1 + 𝐼2] ...................................... (48)
Dan mengintegrasikan secara numeric I1 dan I2 untuk variasi nilai E dan Z, dimana
� � −1 1 1−� �
𝐼1 = 0.216 (1−� )� ∫�
( �
) ln 𝑦� 𝑦
� 𝑍−1 1 1−� �
𝐼2 = 0.216 (1−� )𝑍 ∫�
( �
) ln 𝑦� 𝑦 ................................................ (49)
II-33
Nilai I1 dan I2 dalam A untuk nilai Z dapat diperoleh dari gambar 2.14 dan 2.15.
II-34
Gambar 2.14 Fungsi I1 dengan A untuk nilai berbeda dari Z
Gambar 2.15 Fungsi I2 dengan A untuk nilai berbeda dari Z
Einstein (1950) mengasumsikan bahwa α = 2d, dimana d adalah menggambarkan
ukuran butir material dasar dan konsentrasi pada y = α adalah
� � =
� 5 𝑖� � 𝑞� �
� � 𝐵
....................................................................... (50)
II-35
�
∆
Dimana;
ibw,qbw= debit angkutan sedimen dasar oleh berat ukuran ibw.
UB = kecepatan rata-rata sedimen dasar yang diasumsikan oleh Einstein menjadi
proporsional U’*
A5 = faktor koreksi (=1/11.6)
Dengan mengasumsi persamaan (50) menjadi
� = 1
11.6
𝑖� � 𝑞� �
� � ′ ∗
......................................................................... (51)
Persamaan untuk debit suspended load untuk setiap fraksi iswqbw dapat diturunkan
dari persamaan (48) dan (51), seperti
30.2�
� � � 𝑞� � = � � � 𝑞� � [2.303� � 𝑔
(
) 𝐼1 + 𝐼2]
= � � � 𝑞� � (𝑃� 𝐼1 + 𝐼2) ............................................................. (52)
Atau
𝑞� � = 11.6� ′ ∗� � �
{[2.303� � 𝑔
30.2�
∆ ] 𝐼1 + 𝐼2} ........................... (53)
Dimana
𝑃� =
2.303� � 𝑔
30.2� ............................................................... (54)
∆
Dimana Cα = konsentrasi dengan berat kering pada y = α
Persamaan (52) menghubungkan angkutan bed-load ke angkutan suspended load
untuk semua fraksi ukuran yang mana fungsi sedimen dasar ada.
Persamaan (54) adalah homogeny dimensi dan dapat diselesaikan dengan
menggunakan suatu system satuan secara konsisten. Satuan qsw adalah berat per satuan
waktu dan lebar.
3. Pendekatan Brooks
II-36
∫
� �
� ∗
Brooks (1963) berpendapat bahwa distribusi kecepatan secara logaritma adalah dapat
dipakai dan konsentrasi sedimen vertical mengikuti persamaan (35), memberikan
hubungan menyerupai dengan persamaan Einstein (1950).
� ∗ 1
1−� � 1 � ∗ 1
1−� � 1
𝑞� � = � � � 𝑞 [1 + 𝑘� ∫�
( �
) � 𝑦 + ( ) 𝑘� � �
� � 𝑦� 𝑦] ................(55)
Dimana;
q = debit air per satuan lebar
� = konsentrasi sedimen pada y = 1 �
2
Persamaan 55 juga dapat dinyatakan sebagai fungsi angkutan TB:
𝑞𝑠� = �
(� �
, 𝑍 , � ) ........................................................... (56)
� 𝑚� � � ∗
1
Ambillah sebuah batas integral yang rendah pada u = 0, dan
𝑘�
� = �−(
)−1
........................................................................ (57)
Persamaan (56) dikurangi menjadi
𝑞𝑠�
𝑞� 𝑚� = � (�
� , 𝑍 ) ............................................................ (58) � � ∗
1
Dimana qsw = berat sedimen persatuan waktu dan lebar
Aplikasi dari hubungan ini diilustrasikan pada gambar 2.16
Gambar 2.16 Fungsi angkutan beban melayang sedimen dari Brook
4. Pendekatan Chang, Simons, dan Richardson
II-35
𝜉
𝛼 ∗
2
Chang, Simons, dan Richardson (1965) berpendapat bahwa persamaan (38) adalah
benar dan menulis kembali persamaan sebagai :
� � = � � � 𝜉� ∗(1 − 𝜉)1/2 ........................................................... (59)
Dimana
𝜉 = y/D dan
� ∗ = (gDS)½
Masukkan persamaan (59) ke dalam persamaan (28). dan menghasilkan
�
� 𝛼 = 𝐴1
1/2 � 2
[ 𝛼 ] 1−(1−𝜉𝛼 )1/2
............................................................ (60)
Dengan
1−(1−𝜉𝛼 )1/2 1/2
2𝜔 �
𝐴1 = [ (𝜉 )1/2 ] , 𝑍2 =
� � 𝑘′ 𝜉� =
�
Kemudian debit sedimen melayang menjadi
� 𝑞� � = ∫� � 𝑢 � 𝑦
= � � � (� 𝐼1 − 2� ∗ 𝐼 ) .............................................................. (61) 𝑘
Dimana I1 dan I2 = pengintegralan yang masing-masing dapat diperoleh dari gambar
2.17 dan 2.18. debit angkutan qsw dalam persamaan (61) diukur dalam berat persatuan isi
dari campuran air sedimen.
Gambar 2.17 Fungsi I1 dengan ketebalan batas material dasar 𝜉� untuk nilai exp. Z2
II-36
2
� 1 2
Gambar 2.18 Fungsi I2 dengan ketebalan batas material dasar 𝜉� untuk nilai exp. Z1
Jika qsw dinyatakan dalam berat per detik per satuan lebar saluran dan � � adalah
konsentrasi dari berat
𝑞� � = � � � � (� 𝐼1
−
2� ∗ 𝐼 ) ......................................................... (62) 𝑘
Sama dengan pendekatan Einstein, maka persamaan (61) dapat disederhanakan
Qsw = Rs qbw ..................................................................... (63)
Dengan mengasumsi bahwa kecepatan sedimen dasar Ub = 0.8V, dimana
𝑅 = �
(� 𝐼 − 0.8� �
2� ∗ 𝐼 ) ......................................................... (64) 𝑘
dan tebal lapisan dasar adalah berdasarkan asumsi DuBoys’ (1879), sebagai berikut:
� = � 𝜏−𝜏�
(1−𝜆)(� 𝑠−� )� � � 𝜑
....................................................... (62)
Dimana :
𝜏� = tegangan geser di atas dasar dan tegangan geser kritis
� = nilai konstan dari eksperimen (=10)
𝜆 =porositas material dasar
𝜑 = sudut gesek material dasar di dalam air
III-1
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Umum
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode experimental
laboratorium melalui bantuan prototype saluran yang dilengkapi dengan sedimen. Metode
ini dianggap sebagai perihal yang sangat urgen dan efektif untuk mengkaji dan
menganalisa pengaruh besar aliran terhadap total angkutan sedimen.
3.2 Persiapan dan peralatan penelitian
3.2.1 Persiapan penelitian
Sebagai langkah awal dari proses penelitian ini adalah mempersiapakan model
saluran yang berfungsi sebagai prototype saluran berupa saluran pendek (tilting flume)
untuk digunakan sebagai model saluran. Langkah selanjutnya ialah menyiapkan material
yang akan digunakan sebagai model sedimen berupa material berbutir halus.
3.2.2 Peralatan penelitian
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah :
1. Prototype saluran
Saluran ini berbentuk persegi panjang yang berdimensi panjang :300 cm, lebar :10
cm, dan tinggi :30 cm sebagai prototype saluran, dengan gambaran bahwa prototype ini
dilengkapai dengan bak penampungan air, bak pengaliran air, serta pompa dengan katup
pengatur debit (valve) yang digunakan untuk menentukan jumlah debit yang keluar dalam
berbagai kondisi.
III-2
Gambar 3.1 Prototype Saluran (Dokumentasi penelitian S1 2012 )
2. Stopwatch
Alat ini digunakan untuk mengukur waktu yang digunakan pada setiap variasi
percobaan yang dilakukan.
3. Point Gauge atau mistar ukur
Point gauge ini berfungsi untuk mengukur tinggi permukaan air secara detail pada
saluran untuk setiap variasi debit yang diteliti.
4. Gelas Ukur
Gelas ukur yang digunakan berdaya tampung 1000 ml, alat ini digunakan untuk
menentukan jumlah debit air dan sedimen yang keluar pada downstream saluran untuk
setiap variasi debit yang seding diteliti.
III-3
5. Ember
Alat ini berfungsi untuk menampung debit air dan sedimen yang keluar sebelum
diukur dengan mengunakan gelas ukur.
3.2.3 Bahan penelitian
1. Material Sedimen
Untuk mengetahui pengaruh besar aliran terhadap total angkutan sedimen yang
meliputi sedimen dasar (bed load) dan sedimen layang (suspended load) pada saluran,
maka bahan yang digunakan sebagai model sedimen dasar dalam penelitian ini adalah
material berbutir kasar dan halus (Pasir).
2. Plastisin
Digunakan sabagai bahan perekat dan sebagai bahan peredam sehingga aliran air
yang di hasilkan tidak bergelombang.
3.3 Pelaksanaan Penelitian
3.3.1 Tempat penelitian
Penelitian ini dilaksanakn di Laboratorium Hidrolika Jurusan Sipil Fakultas Teknik
Universitas Hasanuddin.
3.3.2 Waktu Penelitian
Waktu penelitian ini dimulai sejak dari persiapan alat yaitu September 2012 sampai
pengambilan data pada bulan Desember 2012.
3.3.3 Prosedur percobaan
Percobaan ini dilakukan dalam dua segmen yaitu :
1. Pengambilan data debit air pada kondisi saluran licin.
III-4
2. Pengambilan data debit air dan sedimen.
3.3.3.1 Prosedur percobaan pada kondisi saluran licin
1) Mengukur kedalaman saluran (h) dari dasar sampai ke permukaan setinggi 2 cm
yang sudah ditentukan sebelumnya sebelum mesin pompa flume di hidupkan.
2) Menyalakan mesin pompa flume dalam kondisi valve (katup pengatur debit) yang
masih terkunci.
3) Mengatur bukaan valve untuk variasi debit dan mengalirkan sampai aliran pada
prototype saluran tersebut dalam kondisi yang stabil pada ketinggian 2 cm.
4) Mengukur ketinggian muka air pada aliran dengan alat point gauge atau mistar
dimana variasi ketinggian (h) pertama dalam penelitiaan ini setinggi 2 cm dari
dasar saluran .
5) Menampung air dalam wadah berupa ember sebanyak tiga kali, dimana pada item
percobaan ini waktu yang ditentukan adalah ±3 detik.
6) Mengukur volume air yang tertampung pada prosedur point (5) diatas dengan
menggunakan gelas ukur 100 ml dan 1000 ml.
7) Mengukur kedalaman saluran (h) dari dasar setinggi 3 cm.
8) Mengulangi prosedur percobaan point (2) sampai (6)
9) Mengukur kedalaman saluran (h) dari dasar setinggi 4 cm.
10) Mengulangi prosedur percobaan point (2) sampai (6)
11) Mengukur kedalaman saluran (h) dari dasar setinggi 5 cm.
12) Mengulangi prosedur percobaan point (2) sampai (6)
13) Mengukur kedalaman saluran (h) dari dasar setinggi 6 cm.
14) Mengulangi prosedur percobaan point (2) sampai (6)
15) Mengukur kedalaman saluran (h) dari dasar setinggi 7 cm.
16) Mengulangi prosedur percobaan point (2) sampai (6)
III-5
3.3.3.2 Prosedur percobaan setelah penambahan material sedimen
1) Mengukur kedalaman saluran (h) dari dasar sampai ke permukaan sebelum mesin
pompa flume dihidupkan.
2) Menyalakan mesin pompa flume dalam kondisi valve (katup pengatur debit) yang
masih terkunci.
3) Mengatur bukaan valve untuk variasi debit 1 dan mengalirkan air sampai aliran
pada prototype saluran tersebut dalam kondisi yang stabil.
4) Setelah aliran stabil dan bukaan valve sudah di atur kemudian matikan mesin
pompa.
5) Kemudian menghampar material sedimen dasar (badload) pada bagian downstream
saluran setinggi 7 cm.
6) Mengukur dan meratakan ketinggian hamparan sedimen di sepanjang saluran.
7) Kemudian menyalakan kembali mesin pompa dengan bukaan valve yang sudah di
atur sebelumnya.
8) Menampung air yang bercampur dengan sedimen dalam wadah berupa ember
sebanyak tiga kali secara kontinyu, dengan t (waktu) berkisar ±3 detik.
9) Mengukur perubahan muka tampang sedimen sebagai akibat penggerusan.
10) Mengukur volume air dan sedimen yang tertampung pada prosedur point (9) diatas
secara terpisah, dengan menggunakan gelas ukur 100 ml dan 1000 ml yang
disesuaikan dengan kondisi volume untuk mendapatkan hasil pengukuran yang
optimal.
11) Mengulangi prosedur point (3) sampai (10) sebanyak variasi debit yang telah
ditentukan.
12) Mengulangi prosedur point (3) sampai (12) untuk variasi sedimen layang
(suspended load).
III-6
3.3.4 Flowchart percobaan
MULAI
Mempersiapkan alat seperti, prototype saluaran,alat ukur voleme,alat ukut tinggi muka air
dan mempersiapkan bahan seperti sedimen kasar ,sedimen halus dan plastisin.
Mengukur kedalaman saluran (h) dari dasar sampai ke permukaan sebelum mesin pompa
flume dihidupkan
Menyalakan mesin pompa flume dalam kondisi valve (katup pengatur debit) yang masih terkunci.
Mengatur bukaan valve untuk variasi debit 1 dan mengalirkan air sampai aliran pada
prototype saluran tersebut dalam kondisi yang stabil,setelah stabil matikan mesin pompa.
Kemudian menghampar material sedimen dasar (badload) pada bagian downstream saluran
setinggi 7 cm yang kemudian diratakan disepanjang saluaran.
Kemudian menyalakan kembali mesin pompa dengan bukaan valve yang sudah di atur sebelumnya.
Menampung air yang bercampur dengan sedimen dalam wadah berupa ember sebanyak
tiga kali secara kontinyu, dengan t (waktu) berkisar ±3 detik.
Mengukur volume air dan sedimen yang tertampung pada prosedur diatas secara terpisah,
dengan menggunakan gelas ukur 100 ml dan 1000 ml yang disesuaikan dengan kondisi
volume untuk mendapatkan hasil pengukuran yang optimal.
Mengukur volume air dan sedimen yang tertampung pada prosedur diatas secara terpisah,
dengan menggunakan gelas ukur 100 ml dan 1000 ml yang disesuaikan dengan kondisi
volume untuk mendapatkan hasil pengukuran yang optimal.
Ulangi prosedur diatas untuk variasi debit untuk bukaan valve 8, 11 dan 15
SELESAI
IV-1
Grain Size Distribution
Percent (%)
Retained Passing
Lolos # No. 4 (4,75 mm) 0.00 100.00
Lolos # No. 10 (2,00 mm) 3.85 96.15
Lolos # No. 18 (0,84 mm) 12.49 87.51
Lolos # No. 40 (0,43 mm) 58.69 41.31
Lolos # No. 60 (0,25 mm) 85.79 14.21
Lolos # No. 100 (0,15 mm) 91.84 8.16
Lolos # No. 200 (0,08 mm) 96.44 3.56
Pan 100.00 -
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Penelitian
4.1.1 Data hasil pemeriksaan material sedimen
Pemeriksaan material yang akan digunakan sebagai bahan sedimen pada penelitian
ini, dilakukan dengan menggunakan metode analisa saringan (Sieve Analysis ), data-data
hasil penelitian tersebut disajikan pada Tabel 4.1 sebagai berikut.
Tabel 4.1 Hasil pemeriksaan material sedimen
Sumber : Penelitian analisa saringan (Laboratorim Mekanika Tanah Universitas
Hasanuddin, 2012)
Dari hasil material di atas diperoleh spesifikasi yang akan digunakan sebagai
sedimen dasar (bad load) maupun sedimen melayang (suspended load). Pada pengujian ini
diambil 500 gram material sebagai sampel. Untuk material berbutir kasar diperoleh dari
data hasil analisa saringan lolos # No.4 tertahan pada # No.10, hasil yang diperoleh
memperlihatkan bahwa 100% sampel material lolos pada # No.4, sementara 3.85%
tertahan pada # No.10. untuk material memenuhi agregat halus diperoleh dari data hasil
analisa saringan lolos # No.40 tertahan pada # No.60, dimana hasil yang diperoleh
IV-2
memperlihatkan bahwa 14.21% lolos pada # No.40,sementara 85.79% tertahan pada #
No.60. Pada pemeriksaan ini juga diperoleh diameter homogeny yakni untuk agregat halus
memiliki diameter butiran 2 mm, sedangkan untuk agregat kasar memiliki diameter butiran
sebesar 4.75 mm.
Pada bab II tabel 2.1, dapat dilihat bahwa spesifikasi ukuran butiran dari partikel
sedimen dikelompokkan dalam sediment grade size (Lane et al., 1974), dimana dari hasil
analisa saringan (sieve analysis) ini didapatkan bahwa material sedimen halus masuk
dalam spesifikasi Very Coarse Sand, sementara sedimen kasar masuk dalam category Fine
Gravel. Bila kita lihat dari tinjauan klasifikasi Unified pada table 2.2, ,maka material
sedimen masuk dalam kategori pasir bersih dengan symbol SW, dimana pasir bergradasi
baik,pasir berkerikil, sedikit atau sama sekali tidak mengandung butiran halus. Hasil dari
pengujian ini akan di jelaskan secara grafis pada lampiran 1.
4.1.2 Pengukuran debit air (Qw)
Pengambilan data debit air dilakukan pada kondisi normal dimana saluran belum
diisi dengan sedimen dalam tiga variasi bukaan debit. Hasil percobaan ini dapat dilihat
pada table 4.2 berikut.
Tabel 4.2 Hasil pengukuran debit pada saluran normal.
Variasi debit WAKTU(dt) VOLUME (m3) DEBIT (m3/dtk) DEBIR RATA-RATA (m3/dtk) h (m) KECEPATAN (m/dtk) KEC, RATA-RATA (m/dtk) SUHU (ᴼC )
8
3,04 0,00681 0,00224
0,00237
0,04
0,0560
0,0592
28 3,10 0,00740 0,00239 0,0597
3,19 0,00790 0,00248 0,0619
11
2,97 0,00950 0,00320
0,00324
0,05
0,0640
0,0648
28 3,01 0,00980 0,00326 0,0651
3,10 0,01010 0,00326 0,0652
15
3,06 0,01510 0,00493
0,00498
0,07
0,0705
0,0711
28 3,10 0,01540 0,00497 0,0710
3,15 0,01585 0,00503 0,0719
Sumber : Penelitian S1 (Laboratorium Hidrolika Universitas Hasanuddin,2012)
IV-3
Variasi
Debit (Valve)
Debit (m3/dtk) Kecepatan (m/dtk)
Qw Qw rata-rata Qs Qs rata-rata Vw Vw rata-rata Vs Vs rata-rata
8
0,002239
0,002395
0,000062
0,000068
0,055984
0,059882
0,001557377
0,001692107 0,002432 0,000068 0,060806 0,001693548
0,002514 0,000073 0,062857 0,001825397
11
0,003052
0,003194
0,000101
0,000113
0,061039
0,063879
0,002012987
0,002268262 0,003264 0,000111 0,065287 0,002229299
0,003266 0,000128 0,065313 0,0025625
15
0,004810
0,004823
0,000194
0,000199
0,068707
0,068895
0,00276644
0,002841339 0,004825 0,000200 0,068929 0,002857143
0,004833 0,000203 0,069048 0,002900433
Tabel 4.3 Hasil pengukuran debit air dan sedimen.
Agregat tertahan saringan No # 10 ( 2 mm ).
Bukaan
waktu (dt) Volume (m3) Vtotal Debit (m3/dtk)
Vw Vs m3 Qw Qs
8 3,05 0,006830 0,000190 0,007020 0,002239 0,000062 3,10 0,007540 0,000210 0,007750 0,002432 0,000068 3,15 0,007920 0,000230 0,008150 0,002514 0,000073
11 3,08 0,009400 0,000310 0,009710 0,003052 0,000101 3,14 0,010250 0,000350 0,010600 0,003264 0,000111 3,20 0,010450 0,000410 0,010860 0,003266 0,000128
15 3,15 0,015150 0,000610 0,015760 0,004810 0,000194 3,20 0,015440 0,000640 0,016080 0,004825 0,000200 3,30 0,015950 0,000670 0,016620 0,004833 0,000203
Agregat tertahan saringan No # 40 ( 0,43 mm )
Bukaan
Waktu (dt) Volume (m3) V Total Debit (m3/dtk)
Vw Vs m3 Qw Qs
8 3,08 0,006000 0,000270 0,006270 0,001948 0,000088 3,14 0,007330 0,000300 0,007630 0,002334 0,000096 3,20 0,007810 0,000380 0,008190 0,002441 0,000119
11 3,06 0,009580 0,000515 0,010095 0,003131 0,000168 3,19 0,010290 0,000540 0,010830 0,003226 0,000169 3,25 0,010780 0,000580 0,011360 0,003317 0,000178
15 3,20 0,015140 0,000810 0,015950 0,004731 0,000253 3,25 0,015820 0,000840 0,016660 0,004868 0,000258 3,28 0,016760 0,000880 0,017640 0,005110 0,000268
Sumber : Penelitian S1 (Laboratorium Hidrolika Universitas Hasanuddin,2012)
Tabel 4.4 Rekapitulasi perhitungan data dari pengukuran.
Agregat tertahan saringan No # 10 ( 2 mm ).
IV-4
Variasi
Debit (Valve)
Debit (m3/dtk) Kecepatan (m/dtk)
Qw Qw rata-rata Qs Qs rata-rata Vw Vw rata-rata Vs Vs rata-rata
8
0,001948
0,002241
0,000088
0,000101
0,048701
0,056026
0,002191558
0,002516281 0,002334 0,000096 0,058360 0,002388535
0,002441 0,000119 0,061016 0,00296875
11
0,003131
0,003224
0,000168
0,000172
0,062614
0,064489
0,003366013
0,003440275 0,003226 0,000169 0,064514 0,00338558
0,003317 0,000178 0,066338 0,003569231
15
0,004731
0,004903
0,000253
0,000260
0,067589
0,070041
0,003616071
0,003713711 0,004868 0,000258 0,069538 0,003692308
0,005110 0,000268 0,072997 0,003832753
De
bit
Air
(m
3/d
eti
k)
Agregat tertahan saringan No # 40 ( 0,43 mm )
Sumber : Penelitian S1 (Laboratorium Hidrolika Universitas Hasanuddin, 2012)
4.2 Pembahasan
4.2.1 Perhitungan debit air (Qw)
Rekapitulasi nilai debit air keluar (Qw) outflow pada kondisi saluran normal dapat
dilihat pada table 4.2. sedangkan perhitungan waktu (t), (volume), dan ketinggian muka air
(h), kecepatan (v) serta debit awal dapat dilihat pada lampiran (3).
Perbandingan antara debit air dan kecepatan pada kondisi normal dapat dianalisa
secara grafis pada gambar 4.1 berikut:
0,00600
0,00500
0,00400
0,00300
0,00200
0,00100
0,00000
Hubungan besar aliaran dengan kecepatan aliran
Debit air
Kecepatan Aliran (m/detik)
Gambar 4.1 Grafik perbandingan debit air pada kondisi normal.
IV-5
Variasi Kec. Rata-rata Panjang Karekteristik Suhu Kinematic Viscosity
Nilai Reynolds Debit (Valve) u (m/det) h (m) T (ᴼ C ) v ( x / s )
5 0,0361 0,02 28 0,836 863,636 6 0,0382 0,03 28 0,836 1370,813 8 0,0592 0,04 28 0,836 2832,536
11 0,0648 0,05 28 0,836 3875,598 13 0,0678 0,06 28 0,836 4866,029 15 0,0711 0,07 28 0,836 5953,349
Gambar 4.1 di atas merupakan grafik yang menggambarkan hubungan antara
kecepatan dengan debit pada kondisi saluran normal. Pada grafik di atas memperlihatkan
bahwa, dengan bertambahnya kecepatan air pada saluran maka debit (out flow) yang keluar
pada down stream juga semakin besar.
4.2.2 Perhitungan angka Reynolds (Re)
Rekapitulasi nilai Reynolds dan variabel pendukung yang digunakan pada
perhitungan angka Reynolds dapat di lihat pada tabel 4.5 berikut :
Tabel 4.5 Rekapitulasi nilai reynolds
Sumber : Penelitian S1 (Laboratorium Hidrolika Universitas Hasanuddin, 2012)
Perbandingan nilai reynolds dengan kecepatan pada kondisi normal dapat dianalisa
secara grafis pada gambar 4.2 berikut:
Gambar 4.2 Grafik hubungan angka Reynolds dengan kecepatan pada kondisi normal.
IV-6
Gambar 4.2 di atas merupakan grafik hubungan antara angka Reynolds dengan
kecepatan dalam kondisi normal, hasil penelitian menunjukan bahwa dengan adanya
peningkatan nilai kecepatan (v) maka angka Reynolds (Re) juga cenderung mengalami
kenaikan.
Data ini kemudian dijadikan acuan untuk melanjutkan penelitian pada segmen
berikutnya yaitu perhitungan debit sedimen, dengan membandingkan jumlah sedimen yang
terbawa antara sedimen dasar (bad load) dengan sedimen melayang (suspended load).
4.2.3 Perhitungan debit sedimen (Qs)
Hal ini merupakan bagian terpenting dari penelitian ini, dimana dengan
memperhatikan kondisi aliran yang telah dijelaskan pada point sebelumnya, maka fokus
penelitian diarahkan pada proses pengangkutan sedimen dalam hal ini debit sedimen yang
diperoleh pada berbagai kondisi, selanjutnya untuk menganalisa proses pengankutan ini di
bagi dalam dua kategori sebagai bahan perbandingan yakni material tertahan saringan NO
10, dan material sedimen yang tertahan saringan No 40, yang selanjutnya akan di bahas
pada point berikut dan datanya dapat di lihat pada lampiran.
4.2.3.1 Perhitungan debit sedimen dasar (bad load)
Proses perhitungan debit sedimen berbutir kasar ini dilakukan dengan
menggunakan rumus (1), (2) dan (3), rekapitulasi hasil perhitungan sedimen kasar ini
diperlihatkan pada tabel 4.3.
Analisis secara grafis nilai debit untuk tiap variasi debit dapat dilihat pada gambar 4.3, 4.4,
dan 4.5 berikut:
IV-7
Qs
(m3
/dtk
)
Qw
(m
3/d
tk)
Hubungan besar aliran dengan kecepatan aliran
0,006000
0,005000
0,004000
0,003000
0,002000
0,001000
0,000000
Kecepatan
Vw (m/dtk)
Gambar 4.3 Hubungan antara besar aliran (Qw) dan kecepatan aliran (Vw).
Gambar 4.3 di atas memperlihatkan hubungan antara debit (Qw) dengan kecepatan
aliaran (Vw) yang telah dikalibrasi dengan debit sedimen berbutir kasar dengan kemiringan
1%. Hal ini menunjukkan bahwa dengan bertambahnya kecepatan air pada saluran maka
debit (out flow) yang keluar pada down stream juga semakin besar.
Hubungan kecepatan aliran dengan total angkutan dasar
0,000250
0,000200
0,000150
0,000100
0,000050
Kecepatan
0,000000
Vw (m/dtk)
Gambar 4.4 Hubungan kecepatan aliran (Vw) dan debit sedimen (Qs).
Sama dengan gambar yang di atas sebelumnya, gambar 4.4 diatas memperlihatkan
hubungan antara debit sedimen (Qs) dengan kecepatan aliran (Vw) dengan kemiringan yang
IV-8
Qw
(m
3/d
tk)
sama , memperlihatkan bahwa dengan meningkatnya kecepatan aliran maka debit sedimen
yang keluar pada down stream saluran juga semakin besar.
Hubungan besar aliran dengan total angkutan dasar
0,006000
0,005000
0,004000
0,003000
0,002000 Qs
0,001000
0,000000
Qs (m3/dtk)
Gambar 4.5 Hubungan besar aliran (Qw) dan debit sedimen (Qs).
Gambar 4.5 di atas memperlihatkan hubungan antara besar aliran (Qw) dengan debit
sedimen (Qs) berbutir kasar (tertahan saringan No 10). Sabagai bahan perbandingan dapat
dilihat bahwa pada besar aliran yang pertama sebesar = 0,002239 m3/det diperoleh total
angkutan dasar sebesar = 0,000062 m3/det, besar aliran yang keempat sebesar = 0,003052
m3/det diperoleh total angkutan dasar sebesar = 0,000101 m3/det dan pada besar aliran
yang ketujuh sebesar = 0,004810 m3/det diperoleh total angkutan dasar sebesar = 0,000194 m3/det. Ini menunjukan bahwa dengan meningkatnya besar aliran atau debit air yang
dikeluarkan maka debit sedimen yang keluar pada down stream saluran akan semakin
besar.
Dari ketiga gambar grafik hubungan diatas dapat disimpulkan bahwa total angkutan
dasar dipengaruhi oleh besar aliran dan kecepatan aliran sehingga dengan bertambahnya
besar aliran dan kecepatan aliran maka nilai sedimen dasar (bad load) yang di hasilkan
pada down stream saluran juga akan semakin besar pula.
IV-9
Qw
(m
3/d
tk)
4.2.3.2 Perhitungan debit sedimen berbutir halus (Agregat tertahan saringan No # 40 )
Proses perhitungan debit sedimen halus ini sama dengan perhitungan pada sedimen
berbutir kasar yaitu dengan menggunakan aplikasi rumus (1), rekapitulasi hasil
perhitungan sedimen halus ini diperlihatkan pada table 4.3. Analisis secara grafis nilai
debit untuk tiap variasi debit dapat dilihat pada gambar 4.6, 4.7, dan 4.8 berikut:
Hubungan besar aliran dengan kecepatan aliran
0,006000
0,005000
0,004000
0,003000
0,002000
0,001000
0,000000
Kecepatan
Vw (m/dtk)
Gambar 4.6 Grafik hubungan antara besar aliran (Qw) dan kecepatan aliran (Vw).
Gambar 4.6 di atas memperlihatkan hubungan antara debit (Qw) dengan kecepatan
aliaran (Vw) yang telah dikalibrasi dengan debit sedimen berbutir kasar dengan kemiringan
1%. Hal ini menunjukkan bahwa dengan bertambahnya kecepatan air pada saluran maka
debit (out flow) yang keluar pada down stream juga semakin besar.
IV-10
Qw
(m
3/d
tk)
Qs
(m3
/dtk
)
Hubungan kecepatan aliran dengan total angkutan layang
0,000300
0,000250
0,000200
0,000150
0,000100
0,000050
0,000000
Kecepatan
Vw (m/dtk)
Gambar 4.7 Grafik hubungan antara debit sedimen (Qs) dan kecepatan aliran (Vw).
Sama dengan gambar yang di atas sebelumnya, gambar 4.7 diatas memperlihatkan
hubungan antara debit sedimen (Qs) dengan kecepatan aliran (Vw) dengan kemiringan yang
sama , memperlihatkan bahwa dengan meningkatnya kecepatan aliran maka debit sedimen
yang keluar pada down stream saluran juga semakin besar.
0,006000
0,005000
0,004000
0,003000
0,002000
0,001000
0,000000
Hubungan besar aliran dengan total angkutan layang
Qs
Qs (m3/dtk)
Gambar 4.8 Grafik hubungan besar aliran (Qw) dan debit sedimen (Qs).
Gambar 4.8 di atas memperlihatkan hubungan antara besar aliran (Qw) dengan debit
sedimen (Qs) berbutir halus (tertahan saringan No 40). Sabagai bahan perbandingan dapat
dilihat bahwa pada besar aliran yang pertama sebesar = 0,001948 m3/det diperoleh total
IV-11
De
bit
se
dim
en
(m
3/d
tk)
angkutan layang sebesar = 0,000088 m3/det, besar aliran yang keempat sebesar = 0,003131
m3/det diperoleh total angkutan layang sebesar = 0,000168 m3/det dan pada besar aliran
yang ketujuh sebesar = 0,004731 m3/det diperoleh total angkutan layang sebesar =
0,000253 m3/det. Ini menunjukan bahwa dengan meningkatnya besar aliran atau debit air
yang dikeluarkan maka debit sedimen yang keluar pada down stream saluran akan semakin
besar.
Dari ketiga gambar grafik hubungan diatas dapat disimpulkan bahwa total angkutan
layang dipengaruhi oleh besar aliran dan kecepatan aliran sehingga dengan bertambahnya
besar aliran dan kecepatan aliran maka nilai sedimen layang (suspended load) yang di
hasilkan pada down stream saluran juga akan semakin besar pula.
4.2.3.3 Perbandingan total angkutan dasar (bed load) dengan total angkutan melayang
(suspended load).
Setelah melakukan proses perhitungan debit sedimen dasar (bed load) dan sedimen
melayang (suspended load) yaitu dengan menggunakan aplikasi rumus (1),perbandingan
hasil perhitungan sedimen ini diperlihatkan secara grafis dengan nilai debit untuk tiap
variasi debit dapat dilihat pada gambar 4.9, dan 4.10 berikut:
Hubungan kecepatan aliran dengan Total angkutan
sedimen
0,000300
0,000250
0,000200
0,000150
0,000100
0,000050
0,000000
Badload
Suspendedload
Kecepatan aliran (m/dtk)
Gambar 4.9 Grafik perbandingan QB dan QS dengan kecepatan aliran (Vw).
IV-12
Qs
(De
bit
se
dim
en
(m
3/d
tk)
Gambar 4.9 diatas memperlihatkan dengan kecepatan aliran yang sama total
angkutan sedimen layang (suspended load) lebih besar dibandingkan dengan total angkutan
dasar (bed load),namun hubungan antara debit sedimen (Qs) dengan kecepatan aliran (Vw)
dengan kemiringan yang sama , memperlihatkan bahwa dengan meningkatnya kecepatan
aliran maka debit sedimen yang keluar pada down stream saluran juga semakin besar.
Hubungan besar aliran dengan total angkutan sedimen
0,000300
0,000250
0,000200
0,000150
0,000100
0,000050
0,000000
Badload
Suspendedload
Qw (Debit air(m3/dtk))
Gambar 4.10 Grafik perbandingan QB dan QS dengan besar aliran (Qw).
Gambar 4.10 diatas memperlihatkan dengan besar aliran yang sama total angkutan
sedimen layang (suspended load) lebih besar dibandingkan dengan total angkutan dasar
(bed load),namun hubungan antara debit sedimen (Qs) dengan besar aliran (Qw) dengan
kemiringan yang sama , memperlihatkan bahwa dengan meningkatnya besar aliran maka
debit sedimen yang keluar pada down stream saluran juga semakin besar.
Dari kedua gambar grafik hubungan diatas dapat disimpulkan bahwa total angkutan
dasar dan total angkutan melayang selain dipengaruhi oleh besar aliran dan kecepatan
aliran juga dipengaruhi oleh ukuran partikel dimana untuk sedimen dengan ukuran partikel
yang lebih kecil mempunyai nilai lebih besar dibandingkan sedimen dengan ukuran
partikel yang lebih besar.
IV-13
4.2.4 Perhitungan angkutan sedimen dasar (bed load)
4.2.4.1 Pendektan dengan parameter gaya geser.
a. Pendekatan DuBoys
Besarnya debit bed load berdasarkan tegangan geser yang terjadi 𝜏 = ɣDS melampaui
tegangan kritis 𝜏 c (nilai 𝜏 c diperoleh dari diagram Shields.)
Rumus pendekatan DuBoys adalah:
qb = 0.173
𝜏 (𝜏 − 𝜏 � ) =(m3 /dtk ) / m � 3/4
Aplikasi rumus pada variasi debit 8, dengan kedalaman D=0,04 m.
d50 = 0,002 m (untuk sedimen berbutir kasar)
𝜏 = ɣDS = (1000)(0,04)(0,01) = 0,40 kg/m2
Dari diagram Shields, d50 = 0,002 m diperoleh 𝞃c = 0,1587 kg/m2
0.173
qb= (0.002)0.75 = (0,40) (0,40-0,1587)
= 1,766 (m3/det)/m
Aplikasi rumus pada variasi debit 11, dengan kedalaman D=0,05 m.
d50 = 0,002 m (untuk sedimen berbutir kasar)
𝜏 = ɣDS = (1000)(0,05)(0,01) = 0,50 kg/m2
Dari diagram Shields, d50 = 0,002 m diperoleh 𝞃c = 0,1587 kg/m2
0,173
qb= (0,002)0,75
= (0,50)(0,50-0,1587)
= 3,122 (m3/det)/m
Aplikasi rumus pada variasi debit 15, dengan kedalaman D=0,07 m.
d50 = 0,002 m (untuk sedimen berbutir kasar)
𝜏 = ɣDS = (1000)(0,07)(0,01) = 0,70 kg/m2
Dari diagram Shields, d50 = 0,002 m diperoleh 𝞃c = 0,1587 kg/m2
0,173
qb= (0,002)0,75 = (0,70)(0,70-0,1587)
= 6,931 (m3/det)/m
IV-14
Variasi Debit
ɣ D S d50
c q b
kg/m3 (m) (%) (m) kg/m
2 kg/m
2 (m
3/det)/det
8 1000 0,04 1 0,002 0,40 0,1587 1,766
11 1000 0,05 1 0,002 0,50 0,1587 3,122
15 1000 0,07 1 0,002 0,70 0,1587 6,931
Selanjutnya perhitungan besar bed load dan debit kritis dapat dilihat pada tabel
berikut :
Tabel 4.6 Perhitungan debit bed load sedimen kasar ( 2 mm ) dengan pendekatan DuBoys
Sumber : Penelitian S1 (Studi experimen hubungan besarnya aliran dengan total angkutan
sedimen pada saluran terbuka, 2013)
b. Pendekatan Shields
Rumus yang digunakan :
𝑞�
� �
𝑞�
= 10
𝜏 − 𝜏�
(� − � )�
� � 50 Aplikasi rumus pada variasi debit 8, dengan kedalaman D=0,04 m.
d50 = 0,002 m (untuk sedimen berbutir kasar)
𝜏 = ɣDS = (1000)(0,04)(0,01) = 0,40 kg/m2
U* = (gDS)0,5 = [(9,81)(0,04)(0,01)]0,5 = 0,062641839 m/det
q = debit persatuan lebar = Q/B = 0,0023953 / 0,1 = 0,023953 (m3/det)/m
dari diagram Shields didapat tegangan geser
𝞃c (𝞬s – 𝞬)d = 0,040 (d50 = 2 mm = 0,002 m, sedimen berbutir kasar )
𝞃c = 0,040 [(2700) – 1000)](0,002) = 0,136306 (kg/m2)
q =
10 (0,4 − 0,136306)(0,01)(1000) (0,02395) b
[(2700) − 1000]0,002𝑥2700
= 0,0027695 (m3 /det)/m
Aplikasi rumus pada variasi debit 11, dengan kedalaman D=0,05 m.
d50 = 0,002 m (untuk sedimen berbutir kasar)
IV-15
𝜏 = ɣDS = (1000)(0,05)(0,01) = 0,50 kg/m2
U* = (gDS)0,5 = [(9,81)(0,05)(0,01)]0,5 = 0,0700357 m/det
IV-16
Re U*
c q b
(m/det) kg/m2 (m
3/det)/m
149,860859 0,062641839 0,136 0,0027695
167,549534 0,070035705 0,1428 0,0046385
198,247282 0,082867364 0,1632 0,0082232
q = debit persatuan lebar = Q/B = 0,031939(m3/det)/m
dari diagram Shields didapat tegangan geser
𝞃c (𝞬s – 𝞬)d = 0,042 (d50 = 2 mm = 0,002 m, sedimen berbutir kasar )
𝞃c = 0,042 [(2700) – 1000)](0,002) = 0,1428(kg/m2)
10 (0,5 − 0,1428)(0,01)(1000)
qb = [(2700 − 1000) − 1000]0,002𝑥2700 (0,031939)
= 0,0046385 (m3 /det)/m
Aplikasi rumus pada variasi debit 15, dengan kedalaman D=0,07 m.
d50 = 0,002 m (untuk sedimen berbutir kasar)
𝜏 = ɣDS = (1000)(0,07)(0,01) = 0,70 kg/m2
U* = (gDS)0,5 = [(9,81)(0,07)(0,01)]0,5 = 0,082867364 m/det
q = debit persatuan lebar = Q/B = 0,048226 (m3/det)/m.
dari diagram Shields didapat tegangan geser
𝞃c (𝞬s – 𝞬)d = 0,048 (d50 = 2 mm = 0,002 m, sedimen berbutir kasar )
𝞃c = 0,048 [(2700) – 1000)](0,002) = 0,1632(kg/m2)
q =
10 (0,7 − 0,1632)(0,01)(1000) (0,048226) b
[(2700 − 1000) − 1000]0,002𝑥2700
= 0,0082108 (m3 /det)/m
Tabel 4.7 Perhitungan debit bed load sedimen kasar (2 mm) dengan pendekatan Shields
Variasi Debit ɣ ɣs D S g d50 q
Re (kg/m
3) (kg/m
3) m (%) (kg/m2) (m) (m
3/det)/m
8 1000 2700 0,04 1 9,81 0,002 0,02395296 149,8609 11 1000 2700 0,05 1 9,81 0,002 0,03193968 167,5495 15 1000 2700 0,07 1 9,81 0,002 0,04822619 198,2473
Sumber : Penelitian S1 (Studi experimen hubungan besarnya aliran dengan total angkutan
sedimen pada saluran terbuka, 2013)
IV-17
]
]
]
�
�
�
4.2.4.2 Pendekatan dengan parameter slope energy.
a Pendekatan Mayer – Peter
Variasi debit 8.
d50 = 2 mm = 0,002 m (untuk sedimen kasar)
q = 0,02395530 (m3/det)/m
0,4𝑞2/3
=
𝑠𝑞 2/3
– 17
� �
(23,955)2/3(0,01) qb
2/3 =[ – 0,17][ 0,002
qb = 0,01018 ( m3/det )/m
Variasi debit 11.
0,002 0,4
d50 = 2 mm = 0,002 m (untuk sedimen kasar)
q = 0,0319397 (m3/det)/m
0,4𝑞2/3
=
𝑠𝑞 2/3
– 17
� �
(31,939)2/3(0,01) qb
2/3 =[ – 0,17][ 0,002
qb = 0,024416 ( m3/det )/m
Variasi debit 15.
0,002 0,4
d50 = 2 mm = 0,002 m (untuk sedimen kasar)
q = 0,04823 (m3/det)/m
0,4𝑞2/3
=
𝑠𝑞 2/3
– 17
� �
(48,226)2/3(0,01) qb
2/3 =[ – 0,17][ 0,002
qb = 0,08477 ( m3/det )/m
0,002 0,4
Hasil rekapitulasi dari perhitungan debit bed load dengan pendekatan Mayer – Peter dapat
dilihat pada tabel berikut :
IV-18
Tabel 4.8 Perhitungan bed load sedimen kasar (2 mm) dengan pendekatan Mayer – Peter
Variasi Debit d50 q q b
(m) (m3/det)/m (m
3/det)/m
8 0,002 0,0239530 0,01017701
11 0,002 0,0319397 0,024415946
15 0,002 0,0482262 0,084764445
Sumber : Penelitian S1 (Studi experimen hubungan besarnya aliran dengan total angkutan
sedimen pada saluran terbuka, 2013)
4.2.4.3 Pendektan dengan parameter debit
a Pendekatan Schoklitsch
Variasi debit 8.
d50 = 2 mm = 0,002 m (untuk sedimen kasar)
q = 0,02395296 (m3/det)/m
qb = 7000 𝑠3/2
( q – qc) � 1/2
qc = 0,00001944�
𝑠4/3
= 0,000018 (m3/det)/m
qb = 7000 (0,001) 3/2 (0,02395296 – 0,000018)
(0,002)1/2
qb = 3,746413853 (m3/det) / m
Variasi debit 11.
d50 = 2 mm = 0,002 m (untuk sedimen kasar)
q = 0,031939681 (m3/det)/m
qb = 7000 𝑠3/2
( q – qc) � 1/2
qc = 0,00001944�
IV-19
𝑠
4
/
3
IV-20
VARIASI DEBIT D d50 q qc q b
(m) (m) (m3/det)/m (m
3/det)/m (m
3/det)/m
8 0,04 0,002 0,02395296 0,00001800 3,746413853
11 0,05 0,002 0,031939681 0,00001800 4,996533387
15 0,07 0,002 0,04822619 0,00001800 7,545775368
= 0,000018 (m3/det)/m
qb = 7000 (0,001) 3/2
(0,031939681 – 0,000018)
(0,002)1/2
qb = 4,996533387 (m3/det) / m
Variasi debit 15.
d50 = 2 mm = 0,002 m (untuk sedimen kasar)
q = 0,04822619 (m3/det)/m
qb = 7000 𝑠3/2
( q – qc) � 1/2
qc = 0,00001944�
𝑠4/3
= 0,000018 (m3/det)/m
qb = 7000 (0,001) 3/2 (0,04822619– 0,000018)
(0,002)1/2
qb = 7,545775368 (m3/det) / m
Hasil rekapitulasi dari hasil perhitungan bed load dengan pendekatan Scholistsch
dapat dilihat sebagai berikut:
Tabel perhitungan 4.9 Perhitungan bed load sedimen kasar (2 mm) dengan pendekatan
Scholistsch.
Sumber : Penelitian S1 (Studi experimen hubungan besarnya aliran dengan total angkutan
sedimen pada saluran terbuka, 2013)
IV-21
Variasi Debit DuBoys Shield Meyer-Peter Schoklistsch Penelitian
(m3/det)/m (m
3/det)/m (m
3/det)/m (m
3/det)/m (m
3/det)/m
8 1,765594306 0,00276953 0,01017701 3,74641385 0,0000677 11 3,121619026 0,00463854 0,024415946 4,99653339 0,0001134 15 6,931219836 0,00822319 0,084764445 7,54577537 0,0001989
Sebagai bahan perbandingan , maka perhitungan debit bed load (qb) sedimen dari
tiap metode yang dipakai, disajikan pada tabel 4.10.
Tabel 4.10 Perbandingan hasil perhitungan bed load sedimen berbutir kasar (2 mm) dari
beberapa metode pendekatan dengan penelitian langsung.
Sumber : Penelitian S1 (Studi experimen hubungan besarnya aliran dengan total angkutan
sedimen pada saluran terbuka, 2013)
Berdasarkan hasil perhitungan pada tabel di atas, maka besar total angkutan sedimen
dasar (bed load) yang terbawa lebih besar pada variasi debit dengan bukaan yang lebih
besar dibandingkan dengan total angkutan dasar (bed load) yang terbawa pada variasi debit
dengan bukaan yang lebih kecil yang dibuktikan oleh beberapa pendekatan yang dipakai.
Hal ini dikarnakan semakin besar aliran yang dikeluarkan semakin besar pula kecepatan
aliran yang mempengaruhi kecepatan jatuh sedimen yang berpengaruh pada kecepatan
geser sedimen dan akibat daya tahan tanah terhadap erosi atau faktor Erodobilitas tanah
dimana daya pengankutan terutama dipengaruhi oleh sifat-sifat tanah seperti
tekstur,stabilitas agregat, kekuatan geser dan kemiringan.
Secara grafis dapat dilihat perbandingan antara nilai debit bed load pada setiap
variasi debit , dengan beberapa metode, seperti pada gambar 4.11, dan 4.12 berikut:
IV-22
De
bit
Bad
load
(m
3/d
et)
/m
De
bit
Bad
load
(m
3/d
et)
/m
Perbandingan debit sedimen dasar (bed load) dengan beberapa metode
8
7
6
5 DuBoys
4 Shield
3 Meyer-Peter
2 Schoklistsch
1 Penelitian
0
8 11 15
Variasi Bukaan
Gambar 4.11 Grafik perbandingan debit sedimen dasar (bed load) dengan beberapa metode.
Perbandingan debit sedimen dasar (bed load) dengan beberapa metode
0,0900000
0,0800000
0,0700000
0,0600000
0,0500000
0,0400000
0,0300000
0,0200000
0,0100000
0,0000000
8 11 15
Variasi Bukaan
Penelitian
Meyer-Peter
Shield
Gambar 4.12 Grafik perbandingan debit sedimen dasar (bed load) dengan beberapa metode.
Dari gambar 4.11 dan 4.12 di atas dapat dilihat bahwa nilai total angkutan sedimen
dasar (bed load) mengalami kenaikan pada tiap penambahan variasi debit, dimana setiap
peningkatan variasi debit berbanding lurus dengan peningkatan besar aliran (debit) dan
kecepatan aliran. Dan berdasarkan hasil penelitian dan perhitungan, besarnya total
angkutan sedimen dasar (bed load) dengan rumus aplikasi Shields paling mendekati hasil
penelitian langsung di laboratorium, karena metode ini menggunakan parameter gaya geser
dan berat jenis air dan sedimen dimana variabel yang berpengaruh mendekati kondisi
penelitian.
IV-23
� � � 𝐿
∗
4.2.5 Perhitungan angkutan sedimen layang (suspended load)
4.2.5.1 Pendektan dengan parameter persamaan Rouse
a. Pendekatan Lane dan Kalinske
Rumus yang digunakan adalah:
𝑞 = 𝑞� 𝑃 exp (15𝜔�
) � ∗ �
Aplikasi rumus pada variasi debit 8, dengan kedalaman D=0,04 m.
d50 = 0,00043 m (untuk sedimen berbutir halus)
U* = (gDS)0,5 = [(9,81)(0,04)(0,01)]0,5 = 0,062641839 m/det
Ca = � � � � 𝑖� � �
x 100% = 0,000101
x 100% = 0,04298258 � � � � � � 0.000101+0,002241
𝜔 = ( 2 𝐹�
)0,5 dimana FD sama dengan WS sehingga rumus yang digunakan adalah : � � � 𝜌
WS = 1 𝞹d3 (ɣs - ɣ) =
1 (3,14)(0,00043)3(2500-1000) = 6,2413 x 10-9 Kg.
6 6
CD = 24/RE = 24/ 0,001573631 = 15251,35135
A = 𝞹r2 = 3,14 x 0,0002152 = 1,45 x 10-7 sehingga :
𝜔 = ( 2 𝐹�
)0,5 = 𝜔 = ( 2(6,24 � 10-9) )0,5 = 0,007438 m/det.
� � � 𝜌 (15251,4)(1,45 � 10-7)(1,02)
Menentukan koefisien PL
� =
0,010 = 0,017099759 �
= 0,00743
= 0,118731257 � 1/6 (0,04)1/6 � ∗ 0,063
Dari grafik hubungan PL dengan w/U* diperoleh nilai PL = 2,80
15𝜔�
15(0,0074)(0,02)
𝑞� � = 𝑞� � 𝑃𝐿 exp ( � �
) = (0,022410)(0,0429)(2,80)exp ( ) (0,063)(0,04)
= 0,006532693 (m3/det)/m
Aplikasi rumus pada variasi debit 11, dengan kedalaman D=0,05 m.
d50 = 0,00043 m (untuk sedimen berbutir halus)
U* = (gDS)0,5 = [(9,81)(0,05)(0,01)]0,5 = 0,070036 m/det
Ca = � � � � 𝑖� � �
x 100% = 0,000172
x 100% = 0,05064496 � � � � � �
0.000172+0,003224
IV-24
∗
𝜔 = ( 2 𝐹�
)0,5 dimana FD sama dengan WS sehingga rumus yang digunakan adalah : � � � 𝜌
WS = 1 𝞹d3 (ɣs - ɣ) =
1 (3,14)(0,00043)3(2500-1000) = 6,2413 x 10-9 Kg.
6 6
CD = 24/RE = 24/ 0,001937799 = 112385,18519
A = 𝞹r2 = 3,14 x 0,0002152 = 1,45 x 10-7 sehingga :
𝜔 = ( 2 𝐹�
)0,5 = 𝜔 = ( 2(6,24 � 10-9) )0,5 = 0,007382 m/det.
� � � 𝜌 (112385,2)(1,45 � 10-7)(1,27)
Menentukan koefisien PL
� =
0,010 = 0,016475 �
= 0,007382
= 0,105404212 � 1/6 (0,05)1/6 � ∗ 0,070
Dari grafik hubungan PL dengan w/U* diperoleh nilai PL = 3,50
15𝜔�
15(0,0073)(0,02)
𝑞� � = 𝑞� � 𝑃𝐿 exp ( � �
) = (0,0322445)(0,05064)(3,50)exp ( ) (0,070)(0,05)
= 0,0098319 (m3/det)/m
Aplikasi rumus pada variasi debit 15, dengan kedalaman D=0,07 m.
d50 = 0,00043 m (untuk sedimen berbutir halus)
U* = (gDS)0,5 = [(9,81)(0,07)(0,01)]0,5 = 0,08286 m/det
Ca = � � � � 𝑖� � �
x 100% = 0,000260
x 100% = 0,05035189 � � � � � � 0.000260+0,004903
𝜔 = ( 2 𝐹�
)0,5 dimana FD sama dengan WS sehingga rumus yang digunakan adalah : � � � 𝜌
WS = 1 𝞹d3 (ɣs - ɣ) =
1 (3,14)(0,00043)3(2500-1000) = 6,2413 x 10-9 Kg.
6 6
CD = 24/RE = 24/ 0,0024805 = 9675,22
A = 𝞹r2 = 3,14 x 0,0002152 = 1,45 x 10-7 sehingga :
𝜔 = ( 2 𝐹�
)0,5 = 𝜔 = ( 2(6,24 � 10-9) )0,5 = 0,007059 m/det.
� � � 𝜌
(9675,22)(1,45 � 10-7)(1,78)
IV-25
U* g n
n/D1/6
PL
q s
(m/det) (Kg/m2) (m
3/det)/m
0,062642 9,81 0,010 0,017099759 0,11873126 2,80 0,006532693
0,070036 9,81 0,010 0,01647549 0,10540421 3,50 0,009831911
0,082867 9,81 0,010 0,015576994 0,08518255 4,70 0,01152151
∗
Menentukan koefisien PL
� =
0,010 = 0,0155769 �
= 0,007059
= 0,08518254 � 1/6 (0,07)1/6 � ∗ 0,082
Dari grafik hubungan PL dengan w/U* diperoleh nilai PL = 4,70
15𝜔�
15(0,0070)(0,02)
𝑞� � = 𝑞� � 𝑃𝐿 exp ( � �
) = (0,049029)(0,050351)(4,70)exp ( ) (0,082)(0,07)
= 0,01152151 (m3/det)/m
Selanjutnya perhitungan suspended load dapat dilihat pada tabel berikut :
Tabel 4.11 Perhitungan debit bed load sedimen kasar ( 0,00043 m ) dengan pendekatan
Lane & Kalinske
Variasi Debit q D S Ca a 𝜔
(m3/det)/det (m) (%) (%) (m) (m/det)
8 0,02241024 0,04 1 0,04298258 0,02 0,007437544
11 0,032244491 0,05 1 0,05064496 0,02 0,007382058
15 0,049028995 0,07 1 0,05035189 0,02 0,007058853
Sumber : Penelitian S1 (Studi experimen hubungan besarnya aliran dengan total angkutan
sedimen pada saluran terbuka, 2013)
b. Pendekatan Einstein
Rumus yang digunakan adalah:
𝑞� � = 11.6� ′ ∗� � � 2
{[2.303� 𝑜𝑔
30.2�
∆ ] 𝐼1 + 𝐼2 }
Aplikasi rumus pada variasi debit 8, dengan kedalaman D=0,04 m.
d50 = 0,00043 m (untuk sedimen berbutir halus)
U* = (gDS)0,5 = [(9,81)(0,04)(0,01)]0,5 = 0,062641839 m/det
Ca = � � � � 𝑖� � �
x 100% = 0,000101
x 100% = 0,04298258
IV-26
� � � � � �
0.000101+0,002241
IV-27
a2 = 2(d43) = 2(0,00043) = 0,00086 m
� � =
� ∗(� 43) =
0,0624(0,00043) = 2,778
𝛿 11,6(𝜐) 11,6(0,836)
Dari grafik Einstein k/� vs x diperoleh nilai x = 1,30
△ = � �
= � 43
= 0,00043
= 0,000331 m 𝛿� � 1,30
Dengan mengasumsikan d = d50, maka
A = 2�
= 0,00086
= 0,022
� 0,04
Menentukan nilai Z
Z = 𝜔
0,4(� ∗)
= 0,00743
0,4(0,063)
= 0,2968281
Dari grafik fungsi I1 dengan A untuk nilai berbeda dari Z diperoleh I1 = 8,1
Dari grafik fungsi I2 dengan A untuk nilai berbeda dari Z diperoleh I2 = 10,8
𝑞� � = 11.6� ′ ∗� � � 2
{[2.303� 𝑜𝑔
30.2�
∆ ] 𝐼1 + 𝐼2}
= 11.6(0,062)(0,04299)(0,00086)
{[2.303� 𝑜𝑔
30.2(0,04)
0,00033 ] 8,1 + 10,8}
= 0,0041651 (m3/det)/m
Aplikasi rumus pada variasi debit 11, dengan kedalaman D=0,05 m.
d50 = 0,00043 m (untuk sedimen berbutir halus)
U* = (gDS)0,5 = [(9,81)(0,05)(0,01)]0,5 = 0,070036 m/det
Ca = � � � � 𝑖� � �
x 100% = 0,000172
x 100% = 0,05064496 � � � � � � 0.000172+0,003224
a2 = 2(d43) = 2(0,00043) = 0,00086 m
� � =
� ∗(� 43) =
0,07004(0,00043) = 3,105
𝛿 11,6(𝜐) 11,6(0,836)
IV-28
Dari grafik Einstein k/� vs x diperoleh nilai x = 1,19
IV-29
△ = � �
= � 43
= 0,00043
= 0,000361 m 𝛿� � 1,19
Dengan mengasumsikan d = d50, maka
A = 2�
= 0,00086
= 0,017
� 0,05
Menentukan nilai Z
Z = 𝜔
0,4(� ∗)
= 0,007382
0,4(0,07004)
= 0,2635105
Dari grafik fungsi I1 dengan A untuk nilai berbeda dari Z diperoleh I1 = 9,9
Dari grafik fungsi I2 dengan A untuk nilai berbeda dari Z diperoleh I2 = 11,5
𝑞� � = 11.6� ′ ∗� � � 2
{[2.303� 𝑜𝑔
30.2�
∆ ] 𝐼1 + 𝐼2}
= 11.6(0,070)(0,050645)(0,00086)
{[2.303� 𝑜𝑔
30.2(0,05)
0,00036 ] 9,9 + 11,5}
= 0,0063147 (m3/det)/m
Aplikasi rumus pada variasi debit 15, dengan kedalaman D=0,07 m.
d50 = 0,00043 m (untuk sedimen berbutir halus)
U* = (gDS)0,5 = [(9,81)(0,07)(0,01)]0,5 = 0,08286 m/det
Ca = � � � � 𝑖� � �
x 100% = 0,000260
x 100% = 0,05035189 � � � � � � 0.000260+0,004903
a2 = 2(d43) = 2(0,00043) = 0,00086 m
� � =
� ∗(� 43) =
0,08286(0,00043) = 3,674
𝛿 11,6(𝜐) 11,6(0,836)
Dari grafik Einstein k/� vs x diperoleh nilai x = 1,14
△ = � �
= � 43
= 0,00043
= 0,000377 m 𝛿� � 1,14
Dengan mengasumsikan d = d50, maka
A = 2�
= 0,00086
= 0,012
IV-30
� 0,07
Menentukan nilai Z
IV-31
△
A
𝜔
Z
I
I Ca q s
(m/det) (%) (m3/det)/m
0,000330769 0,022 0,007437544 0,296828143 8,1 10,8 0,0429826 0,004165136
0,000361345 0,017 0,007382058 0,263510529 9,9 11,5 0,050645 0,006314734
0,000377193 0,012 0,007058853 0,212956367 11 12,3 0,0503519 0,008372747
Z = 𝜔
0,4(� ∗)
= 0,007059
0,4(0,0829)
= 0,212957
Dari grafik fungsi I1 dengan A untuk nilai berbeda dari Z diperoleh I1 = 11
Dari grafik fungsi I2 dengan A untuk nilai berbeda dari Z diperoleh I2 = 12,3
𝑞� � = 11.6� ′ ∗� � � 2
{[2.303� 𝑜𝑔
30.2�
∆ ] 𝐼1 + 𝐼2}
= 11.6(0,083)(0,050352)(0,00086)
{[2.303� 𝑜𝑔
30.2(0,07)
0,00037 ] 11 + 12,3}
= 0,008373 (m3/det)/m
Selanjutnya perhitungan suspended load dapat dilihat pada tabel berikut :
Tabel 4.12 Perhitungan debit bed load sedimen kasar ( 0,00043 m ) dengan pendekatan
Einstein
Variasi Debit d a 2 U* v D
x (m) (m) (m/det) v ( x / s ) (m)
8 0,00043 0,00086 0,06264 0,836 0,04 2,778 1,30
11 0,00043 0,00086 0,07004 0,836 0,05 3,105 1,19
15 0,00043 0,00086 0,08287 0,836 0,07 3,674 1,14
1 2
Sumber : Penelitian S1 (Studi experimen hubungan besarnya aliran dengan total angkutan
sedimen pada saluran terbuka, 2013)
c. Pendekatan Chang, Simons, dan Ricardson
Rumus yang digunakan adalah:
𝑞� � = � � � � (� 𝐼1 −
IV-32
2
2� ∗ 𝐼 ) �
Aplikasi rumus pada variasi debit 8, dengan kedalaman D=0,04 m.
d50 = 0,00043 m (untuk sedimen berbutir halus)
IV-33
2
U* = (gDS)0,5 = [(9,81)(0,04)(0,01)]0,5 = 0,062641839 m/det
Ca = � � � � 𝑖� � �
x 100% = 0,000101
x 100% = 0,04298258 �
� � � � �
𝜉a= �
= 0,02
= 0,50
0.000101+0,002241
� 0,04
Menentukan nilai Z, Z1, Z2 dan �
Z = 𝜔
� � ∗
= 0,00744
0,4(0,063)
= 0,29683
Dari grafik hubungan Z dan Z1 diperoleh Z1 = 0,26
Z1 = �
�
sehingga � = �
� 1
= 0,297
= 1,141647 0,26
Menentukan nilai Z2
Z2 = 2𝜔
� � ∗�
= 2(0,00744)
(1,142)(0,063)(0,4)
= 0,52
Dari grafik fungsi I1 dengan ketebalan batas material dasar 𝜉a untuk nilai exp. Z2 diperoleh
I1 = 6,9
Dari grafik fungsi I2 dengan ketebalan batas material dasar 𝜉a untuk nilai exp. Z1 diperoleh
I2 = -0,051
𝑞� � = � � � � (� 𝐼1
−
2� ∗ 𝐼 ) = (1)(0,04)(0,0430) ((0,056)(6,9) − �
2(0,063) (−0,051))
(0,4)
= 0,0006921 (m/det)/m.
Aplikasi rumus pada variasi debit 11, dengan kedalaman D=0,05 m.
d50 = 0,00043 m (untuk sedimen berbutir halus)
U* = (gDS)0,5 = [(9,81)(0,05)(0,01)]0,5 = 0,070036 m/det
Ca = � � � � 𝑖� � �
x 100% = 0,000172
x 100% = 0,05064496 � � � � � � 0.000172+0,003224
𝜉a= �
= 0,02
= 0,40 � 0,05
Menentukan nilai Z, Z1, Z2 dan �
IV-34
Z = 𝜔
� � ∗
= 0,007382
= 0,263510 0,4(0,070)
IV-35
2
Dari grafik hubungan Z dan Z1 diperoleh Z1 = 0,23
Z1 = �
�
sehingga � = �
� 1
= 0,26351
= 1,145698 0,23
Menentukan nilai Z2
Z2 = 2𝜔
� � ∗�
= 2(0,007382)
(1,146)(0,070)(0,4)
= 0,46
Dari grafik fungsi I1 dengan ketebalan batas material dasar 𝜉a untuk nilai exp. Z2 diperoleh
I1 = 7,4
Dari grafik fungsi I2 dengan ketebalan batas material dasar 𝜉a untuk nilai exp. Z1 diperoleh
I2 = -0,047
𝑞� � = � � � � (� 𝐼1
−
2� ∗ 𝐼 ) = (1)(0,05)(0,0506) ((0,0644)(7,4) − �
2(0,070) (−0,047))
(0,4)
= 0,0012501 (m/det)/m.
Aplikasi rumus pada variasi debit 15, dengan kedalaman D=0,07 m.
d50 = 0,00043 m (untuk sedimen berbutir halus)
U* = (gDS)0,5 = [(9,81)(0,07)(0,01)]0,5 = 0,08286 m/det
Ca = � � � � 𝑖� � �
x 100% = 0,000260
x 100% = 0,05035189 � � � � � � 0.000260+0,004903
𝜉a= �
= 0,02
= 0,29 � 0,07
Menentukan nilai Z, Z1, Z2 dan �
Z = 𝜔
� � ∗
= 0,007058
0,4(0,0829)
= 0,2129564
Dari grafik hubungan Z dan Z1 diperoleh Z1 = 0,18
Z1 = �
�
sehingga � = �
� 1
= 0,212956
= 1,18309 0,18
Menentukan nilai Z2
Z2 = 2𝜔
� � ∗�
= 2(0,007058)
(1,183)(0,083)(0,4)
= 0,36
IV-36
D a
Z
I 1
I 2 V q s
(m) (m) (m/det) (m3/det)/m
0,04 0,020 0,52 6,9 -0,051 0,056026 0,0006921
0,05 0,020 0,46 7,4 -0,047 0,064489 0,0012501
0,07 0,020 0,36 7,1 -0,036 0,070041 0,0018054
2
Dari grafik fungsi I1 dengan ketebalan batas material dasar 𝜉a untuk nilai exp. Z2 diperoleh
I1 = 7,1
Dari grafik fungsi I2 dengan ketebalan batas material dasar 𝜉a untuk nilai exp. Z1 diperoleh
I2 = -0,036
𝑞� � = � � � � (� 𝐼1
−
2� ∗ 𝐼 ) = (1)(0,07)(0,0504) ((0,0700)(7,1) − �
2(0,083) (−0,036))
(0,4)
= 0,00180534 (m/det)/m.
Selanjutnya perhitungan suspended load dapat dilihat pada tabel berikut :
Tabel 4.13 Perhitungan debit bed load sedimen kasar ( 0,00043 m ) dengan pendekatan
Chang, Simons, dan Ricardson
Variasi Debit 𝜔 U*
k ɣ
𝜉a
B Ca
(m/det) (m/det) (Ton/m3) (%)
8 0,00744 0,062642 0,4 1 0,50 1,14165 0,042983
11 0,00738 0,070036 0,4 1 0,40 1,1457 0,050645
15 0,00706 0,082867 0,4 1 0,29 1,18309 0,050352
2
Sumber : Penelitian S1 (Studi experimen hubungan besarnya aliran dengan total angkutan
sedimen pada saluran terbuka, 2013)
4.2.5.2 Pendektan dengan parameter pengaruh suspended load terhadap Z, K, dan distribusi
kecepatan
a. Pendekatan Brooks
Rumus yang digunakan adalah:
𝑞𝑠𝑤
𝑞� 𝑚𝑑
= � (� �
, 𝑍 ) � � ∗ 1
Aplikasi rumus pada variasi debit 8, dengan kedalaman D=0,04 m.
d50 = 0,00043 m (untuk sedimen berbutir halus)
IV-37
U* = (gDS)0,5 = [(9,81)(0,04)(0,01)]0,5 = 0,062641839 m/det
Ca = � � � � 𝑖� � �
x 100% = 0,000101
x 100% = 0,04298258 � � � � � � 0.000101+0,002241
k= � =
𝑞/� =
0,0224/0,04 = 3,578
� ∗ � ∗ 0,063
Menentukan nilai Z, Z1, dan �
Z = 𝜔
� � ∗
= 0,00744
0,4(0,063)
= 0,29683
Dari grafik hubungan Z dan Z1 diperoleh Z1 = 0,26
Z1 = �
�
sehingga � = �
� 1
= 0,297
= 1,141647 0,26
� � �
= { � }Z1
� � (� −� )
Cmd = Ca { �
(� −� ) }Z1 = 0,04299{ 0,02
(0,04−0,02)
}0,26 = 0,042983
Dari grafik fungsi angkutan beban melayang sedimen dari brook dengan nilai Z1 = 0,26
diperoleh nilai 𝑞𝑠𝑤
𝑞� 𝑚𝑑
= 1,19
Sehingga persamaan 𝑞𝑠𝑤
= � (� �
, 𝑍 ) menjadi 𝑞𝑠𝑤
= 1,19
𝑞� 𝑚𝑑 � � ∗
1 𝑞� 𝑚𝑑
qsw = 1,19(q)(Cmd) = 1,19(0,022410)(0,042983) = 0,00114627 (m3/det)/m.
Aplikasi rumus pada variasi debit 11, dengan kedalaman D=0,05 m.
d50 = 0,00043 m (untuk sedimen berbutir halus)
U* = (gDS)0,5 = [(9,81)(0,05)(0,01)]0,5 = 0,070036 m/det
Ca = � � � � 𝑖� � �
x 100% = 0,000172
x 100% = 0,05064496 � � � � � � 0.000172+0,003224
k= � =
𝑞/� =
0,03224/0,05 = 3,683206
� ∗ � ∗ 0,070
Menentukan nilai Z, Z1, dan �
Z = 𝜔
� � ∗
= 0,007382
= 0,263511 0,4(0,070)
Dari grafik hubungan Z dan Z1 diperoleh Z1 = 0,23
IV-38
Z1 = �
�
sehingga � = �
� 1
= 0,264
= 1,145698 0,23
� � �
= { � }Z1
� � (� −� )
Cmd = Ca { �
(� −� ) }Z1 = 0,050645{ 0,02
(0,05−0,02)
}0,23 = 0,0461355
Dari grafik fungsi angkutan beban melayang sedimen dari brook dengan nilai Z1 = 0,23
diperoleh nilai 𝑞𝑠𝑤
𝑞� 𝑚𝑑
= 1,16
Sehingga persamaan 𝑞𝑠𝑤
= � (� �
, 𝑍 ) menjadi 𝑞𝑠𝑤
= 1,16
𝑞� 𝑚𝑑 � � ∗
1 𝑞� 𝑚𝑑
qsw = 1,16(q)(Cmd) = 1,16(0,032244)(0,046134) = 0,001725634 (m3/det)/m.
Aplikasi rumus pada variasi debit 15, dengan kedalaman D=0,07 m.
d50 = 0,00043 m (untuk sedimen berbutir halus)
U* = (gDS)0,5 = [(9,81)(0,07)(0,01)]0,5 = 0,08286 m/det
Ca = � � � � 𝑖� � �
x 100% = 0,000260
x 100% = 0,05035189 � � � � � � 0.000260+0,004903
k= � =
𝑞/� =
0,04903/0,07 = 3,380893
� ∗ � ∗ 0,083
Menentukan nilai Z, Z1, dan �
Z = 𝜔
� � ∗
= 0,007059
= 0,212956 0,4(0,083)
Dari grafik hubungan Z dan Z1 diperoleh Z1 = 0,18
Z1 = �
�
sehingga � = �
� 1
= 0,2130
= 1,183091 0,18
� � �
= { � }Z1
� � (� −� )
Cmd = Ca { �
(� −� ) }Z1 = 0,0503518{ 0,02
(0,07−0,02)
}0,18 = 0,042695943
Dari grafik fungsi angkutan beban melayang sedimen dari brook dengan nilai Z1 = 0,18
diperoleh nilai 𝑞𝑠𝑤
𝑞� 𝑚𝑑
= 1,13
IV-39
Variasi Debit 𝜔 U*
k
Z
Z
B Ca
(m/det) (m/det) (%)
8 0,007437544 0,062642 0,4 0,2968 0,26 1,14165 0,042983
11 0,007382058 0,070036 0,4 0,2635 0,23 1,1457 0,050645
15 0,007058853 0,082867 0,4 0,213 0,18 1,18309 0,050352
D a
C q
k
q s
(m) (m) (m3/det)/det (m
3/det)/m
0,04 0,020 0,042983 0,02241024 3,5775 1,19 0,001146267
0,05 0,020 0,046136 0,032244491 3,6832 1,16 0,001725634
0,07 0,020 0,042696 0,049028995 3,3809 1,13 0,002365473
Variasi Debit Lane&Kalinske Einstein Brooks Chang&Simon Penelitian
(m3/det)/m (m
3/det)/m (m
3/det)/m (m
3/det)/m (m
3/det)/m
8 0,006532693 0,004165136 0,001146267 0,00069211 0,0001007
11 0,009831911 0,006314734 0,001725634 0,00125011 0,0001720
15 0,01152151 0,008372747 0,002365473 0,00180535 0,0002600
Sehingga persamaan 𝑞𝑠𝑤
= � (� �
, 𝑍 ) menjadi 𝑞𝑠𝑤
= 1,13
𝑞� 𝑚𝑑 � � ∗
1 𝑞� 𝑚𝑑
qsw = 1,13(q)(Cmd) = 1,13(0,04903)(0,042696) = 0,002365473 (m3/det)/m.
Selanjutnya perhitungan suspended load dapat dilihat pada tabel berikut :
Tabel 4.14 Perhitungan debit bed load sedimen kasar ( 0,00043 m ) dengan pendekatan
Brooks
1
md
Sumber : Penelitian S1 (Studi experimen hubungan besarnya aliran dengan total angkutan
sedimen pada saluran terbuka, 2013)
Sebagai bahan perbandingan , maka perhitungan debit suspended load (qs) sedimen
dari tiap metode yang dipakai, disajikan pada tabel 4.15.
Tabel 4.15 Perbandingan hasil perhitungan suspended load sedimen berbutir halus
(0,00043 m) dari beberapa metode pendekatan dengan penelitian langsung.
Sumber : Penelitian S1 (Studi experimen hubungan besarnya aliran dengan total angkutan
sedimen pada saluran terbuka, 2013)
Berdasarkan hasil perhitungan pada tabel di atas, maka besar total angkutan
sedimen layang (suspended load) yang terbawa lebih besar pada variasi debit dengan
IV-40
De
bit
su
spe
nd
ed
load
(m3
/de
t)
bukaan yang lebih besar dibandingkan dengan total angkutan dasar (suspended load) yang
terbawa pada variasi debit dengan bukaan yang lebih kecil yang dibuktikan oleh beberapa
pendekatan yang dipakai. Hal ini dikarnakan semakin besar aliran yang dikeluarkan
semakin besar pula kecepatan aliran yang mempengaruhi kecepatan jatuh sedimen yang
berpengaruh pada kecepatan geser sedimen dan akibat daya tahan tanah terhadap erosi atau
faktor Erodobilitas tanah dimana daya pengankutan terutama dipengaruhi oleh sifat-sifat
tanah seperti tekstur,stabilitas agregat, kekuatan geser dan kemiringan.
Secara grafis dapat dilihat perbandingan antara nilai debit suspended loat pada
setiap variasi debit , dengan beberapa metode, seperti pada gambar 4.11 berikut:
Perbandingan debit sedimen melayang (suspended) dengan beberapa metode
0,014
0,012
0,01
0,008
0,006
0,004
0,002
0
8 11 15
Variasi Bukaan
Lane&Kalinske
Einstein
Brooks
Chang&Simon
Penelitian
Gambar 4.13 Grafik perbandingan debit sedimen melayang (suspended load) dengan beberapa metode.
Dari gambar 4.13 di atas dapat dilihat bahwa nilai total angkutan sedimen layang
(suspended load) mengalami kenaikan pada tiap penambahan variasi debit, dimana setiap
peningkatan variasi debit berbanding lurus dengan peningkatan besar aliran (debit) dan
kecepatan aliran. Dan berdasarkan hasil penelitian dan perhitungan, besarnya total
angkutan sedimen melayang (suspended load) dengan rumus aplikasi Chang, Simons, dan
Ricardson paling mendekati hasil penelitian langsung di laboratorium, karena metode ini
menggunakan banyak parameter yang menyerupai kondisi pada penelitian yang dilakukan
IV-41
seperti berat jenis air, kedalaman saluran, konsentrasi sedimen dan kecepatan geser
sedimen dimana variabel yang berpengaruh mendekati kondisi penelitian.
Berdasarkan hasil analisa parameter-parameter di atas, baik pada perhitungan total
angkutan dasar(bad load) maupun total angkutan sedimen layang (suspended load)
memperlihatkan bahwa, total angkutan sedimen yang terbawa dipengaruhi oleh besar
aliaranyang berbanding lurus dengan kecepatan aliran. Hal ini di karenakan faktor
karekteristik sedimen (tanah) berpengaruh di mana perbandingan angka pori berbanding
lurus dengan proses infltrasi yang berdampak pada proses angkutan sedimen. Disamping
juga dipengaruhi oleh dimensi butiran sedimen dan kondisi saluran.
Berdasarkan hasil penelitian dan perhitungan, terdapat beberapa persamaan empiris
dimana besar total angkutan sedimen yang dihasilkan sangat jauh berbeda seperti
persamaan Schoklistsch dan Duboys pada perhitungan sedimen dasar dan persamaan
Einstein dan Lane & Kalinske pada perhitungan sedimen layang ini disebabkan adanya
beberapa variabel yang terdapat pada saluran terbuka yang tidak menyerupai kondisi
penelitian seperti variabel gradasi sedimen, konsentrasi sedimen,suhu,panjang saluran dan
distribusi kecepatan aliran.
Berdasarkan hasil penelitian dan perhitungan, ukuran partikel sedimen juga
berpengaruh terhadap total angkutan sedimen yang terbawa karena semakin kecil ukuran
partikel sedimen juga semakin besar ini bisa dilihat dari perbandingan antara besarnya total
angkutan sedimen bed load dengan suspended load pada bukaan 15 total angkutan bed load
sebesar = 0,000199 m3/det sedangkan total angkutan sedimen suspended load sebesar =
0,000260 m3/det.
V-1
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Dari hasil penelitian dapat di simpulkan bahwa :
1. Berdasarkan hasil penelitian dan perhitungan, kecepatan aliran sangat berpengaruh
terhadap total angkutan sedimen yang terbawa karena semakin besar kecepatan
aliran menyebabkan besarnya total angkutan sedimen yang terbawa baik bed load
maupun suspended load juga semakin besar.
2. Berdasarkan hasil penelitian dan perhitungan, semakin besar debit yang
dikeluarkan menyebabkan besarnya total angkutan sedimen yang terbawa baik bed
load maupun suspended load juga semakin besar.
3. Berdasarkan hasil penelitian dan perhitungan, semakin besar debit yang
dikeluarkan, menyebabkan kecepatan aliran pada saluran juga semakin besar.
5.2 Saran
1. Dalam penentuan klasifikasi butiran sedimen, selain dengan menggunakan system
Sieve Analysis (analisa saringan) sebaiknya dilakukan pula analisa Hydrometer,
khususnya material sedimen yang sangat halus seperti lumpur.
2. Pada penelitian selanjutnya diharapkan untuk melakukan penelitain dengan
menggunakan saluaran terbuka ( Open Channel ) yang lebih panjang agar dapat
mewakili kondisi lapangan.
3. Pada penelitian selanjutnya diharapkan menggunakan variasi kemiringan yang
lebih banyak untuk mendapatkan hasil yang akurat dan lebih baik.
4. Pada saat melakukan penelitian dengan menggunakan saluran terbuka ( Open
Channel ) sebaiknya menggunakan plastisin yang ditempelkan pada bagian hulu (
V-2
Upstream ) untuk meredam gelombang sehingga aliran air yang dihasilkan tidak
bergelombang dan mudah mencapai kondisi stabil.
5. Pada penelitian selanjutnya diharapkan menambahkan lebih banyak faktor dan
variabel pendukung sehingga penelitian yang dilakukan di laboratoium dapan
menyerupai kondisi sebenarnya sehingga hasil yang didapatkan menjadi lebih
akurat.
6. Perlunya penyediaan alat pengukur tampungan debit yang lebih baik sehingga hasil
penelitian yang diperoleh lebih akurat.
DAFTAR PUSTAKA
Bambang Triatmojo., 1991, Hidrolika I, Beta offset, Yogyakarta
Bambang Triatmojo., 1993, Hidrolika II, Beta offset, Yogyakarta
Braja M.Das., 1995, Mekanika Tanah Jilid I, Erlangga, Surabaya.
Jurnal., Bab II Tinjauan Pustaka, Jurusan Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara,
Sumatera.
Laboratorium Hidrolika Jurusan Sipil Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin., 2008.
Penuntun Praktikum Mekanika Hidrolika, Makassar.
Laboratorium Mekanika Tanah Jurusan Sipil Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin.,
2008. Penuntun Praktikum Mekanika Tanah, Makassar.
Pallu, M. S., 2011. Diktat Sediment Transport, Jurusan Sipil Fakultas Teknik Universitas
Hasanuddin, Makassar.
Pallu, M. S., 2012. Teori Dasar Angkutan Sedimen Di Dalam Saluran Terbuka, CV. Telaga
Zamzam, Makassar.
Rahmatullah dan Entin Kurnianingsih., 2004. Studi Pengaruh Turbulensi Terhadap
Angkutan Sedimen Dasar Pada Saluran Terbuka. Skripsi, Jurusan Sipil Fakultas Teknik
Universitas Hasanuddin, Makassar.
Sunngono kh, Ir., 1995, Buku Teknik Sipil, Nova, Bandung.
Hjulstrom, 1935. Dikutip Dari Pallu, M. S.,2012. Teori Dasar Angkutan Sedimen Di Dalam
Saluran Terbuka, CV.Telaga Zamzam, Makassar.
Persen
Lolo
s (
%)
LAMPIRAN 1
ANALISA SARINGAN (Sieve Analysis)
Project : Penelitian Mahasiswa S1
Laboratorium Mekanika Tanah
Location :
Description of sand :
Universitas Hasanuddin
Pasir berbutir kasar dan pasir
berbutir halus
Tested by : Hasbullah Anas
Date : Agustus 2012
Weight of Dry Sample = 500 gram
Saringan
No.
Diamete
r
Berat Tertahan
(gram)
Berat Kumulatif
(gram)
Persen (%)
Tertahan Lolos
4 4,75 0 0 0 100
10 2 27,5 27,5 5,5 94,5
18 0,84 35 62,5 12,5 87,5
40 0,425 231 293,5 58,7 41,3
60 0,25 135,5 429 85,8 14,2
100 0,15 30 459 91,8 8,2
200 0,075 23 482 96,4 3,6
Pan - 18 500 100 0
110
100
2 mm (Very Fine Gravel)
Diameter Sedimen
4,74 mm (Fine Grafel)
90
0,84 mm (Coars Sand)
80
70
60
50 0,425 mm (Medium Sand)
40
30
20 0,25 mm (Fine Sand)
10 0,15 mm (Very Fine Sand)
0,075 mm (Coarse Silt)
0
No. 4 No. 10 No. 18 No. 40 No. 60 No. 100 No. 200
Nomor Saringan
LAMPIARAN 2 Data pengukuran debit air pada kondisi normal 26 September 2012
Variasi debit WAKTU(dt) VOLUME (m3) DEBIT (m3/dtk) DEBIR RATA-RATA (m3/dtk) h (m) KECEPATAN (m/dtk) KEC, RATA-RATA (m/dtk) SUHU (ᴼC )
5
3,06 0,00219 0,00072 0,00072
0,02
0,0358 0,0361
28 3,10 0,00223 0,00072 0,0360
3,17 0,00231 0,00073 0,0364
6
3,06 0,00330 0,00108 0,00115
0,03
0,0359 0,0382
28 3,10 0,00351 0,00113 0,0377
3,15 0,00388 0,00123 0,0411
8 3,04 0,00681 0,00224
0,00237
0,04 0,0560
0,0592
28 3,10 0,00740 0,00239 0,0597 3,19 0,00790 0,00248 0,0619
11
2,97 0,00950 0,00320 0,00324
0,05
0,0640 0,0648
28 3,01 0,00980 0,00326 0,0651
3,10 0,01010 0,00326 0,0652
13
3,06 0,01220 0,00399 0,00407
0,06
0,0664 0,0678
28 3,08 0,01250 0,00406 0,0676
3,10 0,01287 0,00415 0,0692
15
3,06 0,01510 0,00493 0,00498
0,07
0,0705 0,0711
28 3,10 0,01540 0,00497 0,0710
3,15 0,01585 0,00503 0,0719
Sumber : Penelitian S1 (Laboratorium Hidrolika Universitas Hasanuddin, 2012)
Bukaan
Waktu (dt) Volume (m3) V Total Debit (m3/dtk)
Vw Vs m3 Qw Qs
8
3,08 0,006000 0,000270 0,006270 0,001948 0,000088
3,14 0,007330 0,000300 0,007630 0,002334 0,000096
3,20 0,007810 0,000380 0,008190 0,002441 0,000119
11
3,06 0,009580 0,000515 0,010095 0,003131 0,000168
3,19 0,010290 0,000540 0,010830 0,003226 0,000169
3,25 0,010780 0,000580 0,011360 0,003317 0,000178
15
3,20 0,015140 0,000810 0,015950 0,004731 0,000253
3,25 0,015820 0,000840 0,016660 0,004868 0,000258
3,28 0,016760 0,000880 0,017640 0,005110 0,000268
LAMPIARN 3
Data penelitian pengukuran air dan sedimen
Jenis Agregat Badload: Tertahan Saringan # No. 10 ( 2 mm)
Bukaan
waktu (dt) Volume (m3) Vtotal Debit (m3/dtk)
Vw Vs m3 Qw Qs
8
3,05 0,006830 0,000190 0,007020 0,002239 0,000062
3,10 0,007540 0,000210 0,007750 0,002432 0,000068
3,15 0,007920 0,000230 0,008150 0,002514 0,000073
11
3,08 0,009400 0,000310 0,009710 0,003052 0,000101
3,14 0,010250 0,000350 0,010600 0,003264 0,000111
3,20 0,010450 0,000410 0,010860 0,003266 0,000128
15
3,15 0,015150 0,000610 0,015760 0,004810 0,000194
3,20 0,015440 0,000640 0,016080 0,004825 0,000200
3,30 0,015950 0,000670 0,016620 0,004833 0,000203
Jenis Agregat Suspendedload: Tertahan Saringan # No.40 ( 0.43 mm )
Sumber : Penelitian S1 (Laboratorium Hidrolika Universitas Hasanuddin, 2012)
Variasi
Debit (Valve) Debit (m
3/dtk) Kecepatan (m/dtk)
Qw Qw rata-rata Qs Qs rata-rata Vw Vw rata-rata Vs Vs rata-rata
8 0,002239
0,002395 0,000062
0,000068 0,055984
0,059882 0,001557377
0,001692107 0,002432 0,000068 0,060806 0,001693548 0,002514 0,000073 0,062857 0,001825397
11
0,003052 0,003194
0,000101 0,000113
0,061039 0,063879
0,002012987 0,002268262 0,003264 0,000111 0,065287 0,002229299
0,003266 0,000128 0,065313 0,0025625
15 0,004810
0,004823 0,000194
0,000199 0,068707
0,068895 0,00276644
0,002841339 0,004825 0,000200 0,068929 0,002857143 0,004833 0,000203 0,069048 0,002900433
Variasi
Debit (Valve) Debit (m
3/dtk) Kecepatan (m/dtk)
Qw Qw rata-rata Qs Qs rata-rata Vw Vw rata-rata Vs Vs rata-rata
8 0,001948
0,002241 0,000088
0,000101 0,048701
0,056026 0,002191558
0,002516281 0,002334 0,000096 0,058360 0,002388535 0,002441 0,000119 0,061016 0,00296875
11
0,003131 0,003224
0,000168 0,000172
0,062614 0,064489
0,003366013 0,003440275 0,003226 0,000169 0,064514 0,00338558
0,003317 0,000178 0,066338 0,003569231
15 0,004731
0,004903 0,000253
0,000260 0,067589
0,070041 0,003616071
0,003713711 0,004868 0,000258 0,069538 0,003692308 0,005110 0,000268 0,072997 0,003832753
LAMPIRAN 4
Rekapitulasi data debit setelah penambahan material sedimen
REKAPITULASI DATA DEBIT UNTUK SEDIMEN
Jenis Agregat tertahan saringan No #10 (2 mm )
Jenis Agregat tertahan saringan No # 40 (0.43 mm)
Sumber : Penelitian S1 (Laboratorium Hidrolika Universitas Hasanuddin, 2012)
LAMPIRAN 5
Tabel 3. Sistem Klasifikasi Unified*
Divisi utama
Simbol
kelompok
Nama umum
T
anah
Ber
bu
tir
Kas
ar
Leb
ih d
ari
50
% b
uti
ran
ter
tah
an p
ada
ayak
an N
o. 20
0
K
erik
il 5
0%
ata
u l
ebih
dar
i
frak
si k
asar
ter
tah
an p
ada
ayak
an N
o.
4
K
erik
il b
ersi
h
(han
ya
ker
ikil
)
GW Kerikil bergradasi-baik dan campuran
kerikil-pasir, sedikit atau sama sekali
tidak mengandung butiran halus.
GP
Kerikil bergradasi-buruk dan campuran kerikil-pasir, sedikit atau
sama sekali tidak mengandung butiran halus.
Ker
ikil
den
gan
bu
tira
n
hal
us
GM Kerikil berlanau, campuran kerikil- pasir-lanau.
GC Kerikil berlempung, campuran
kerikil-pasir-lempung.
P
asir
leb
ih d
ari
50
% f
rak
si
kas
ar l
olo
s ay
akan
No
. 4
P
asir
ber
sih
(han
ya
pas
ir)
SW Pasir bergradasi-baik, pasir
berkerikil, sedikit atau sama sekali tidak mengandung butiran halus.
SP Pasir bergradasi-buruk dan pasir
berkerikil, sedikit taua sama sekali
tidak mengandung butiran halus.
Pas
ir
den
gan
bu
tira
n
hal
us
SM
Pasir berlanau, campuran pasir-lanau.
SC Pasir berlempung, campuran pasir- lempung.
Tan
ah B
erb
uti
r H
alu
s
50
% a
tau
leb
ih l
olo
s ay
akan
No
.20
0
Lan
au d
an L
emp
ung
Bat
as
cair
50
% a
tau
ku
rang
ML Lanau anorganik, pasir halus sekali, serbuk batuan, pasir halus berlanau
atau berlempung
CL
Lempung anorganik dengan
plastisitas rendah sampai dengan
sedang lempung berkerikil, lempung
berpasir, lempung berlanau, lempung
“kurus” (lean clays).
OL Lanau-organik dan lempung berlanau organik dengan plastisitas rendah.
Lan
au d
an L
emp
ung
Bat
as c
air
leb
ih d
ari
50
%
MH Lanau anorganik atau pasir halus
diatomae, atau lanau diatomae, lanau yang elastis.
CH Lempung anorganik dengan
plastisitas tinggi, lempung “gemuk”
(fat clays).
OH Lempung anorganik dengan
plastisitas sedang sampai dengan
tinggi.
Tanah-tanah dengan kandungan organik
sangat tinggi
PT
Peat (gambut), muck, dan tanah-tanah
lain dengan kandungan organik
tinggi. *Menurut ASTM (1982)
Berdasarkan tanah yang lolos ayakan 75 mm (3 in)
(Sumber: Braja M.Das (1995), Mekanika Tanah, Jilid I. Hal 71, Erlangga, Surabaya)
LAMPIRAN 6 Tabel Kekentalan Viskositas Kinematik Air Pada Tekanan Atmosfir
Sumber : Ray K.Linsey, dkk,Teknik Sumber Daya Air, 1991, hal 314
Eg. At 20 0C Kinematik Viscosity of Water is 1.002 x 10-6 (m2/ s)
LAMPIRAN 7 Tabel Koefisien Manning
BAHAN KOEFISIEN MANNING
n
Besi tuang dilapis 0,014
Kaca 0,01
Saluran Beton 0,013
Bata dilapisi mortar 0,015
Pasangan batu dari semen 0,025
Saluran tanah bersih 0,022
Saluran tanah 0,03
Saluran dengan dasar batu dan tebing rumput 0,04
Saluran pada galian batu cadas 0,04
Sumber : Prof. Dr. Ir. Bambang Triadmodjo, CES., DEA, Hidraulika II, Hal 113
LAMPIRAN 8
DOKUMENTASI PENELITIAN