1

DRAINASE PERKOTAAN TSI-437

10. Bangunan Pada Saluran Drainase

Ir. Bambang Adi Riyanto, M.EngFakultas Teknik Jurusan Sipil UNPAR Bandung

Jalan Ciumbuleuit No. 94 Bandung, Telp. 2033691-92

2

Sistem drainase perkotaan merepresentasikan bagian penting dari infrastruktur perkotaan.

Sistem drainase perkotaan ini dibentuk oleh banyak bangunan yang perlu direncanakan, dibangun dan dipelihara agar dapat berfungsi sesuai yang diinginkan.

Bangunan-bangunan ini antara lain adalah: Selokan atau alur air di tepi jalan (street gutter); Inlet drainase (drainage inlet) : grate, curb-opening,

slotted; Saluran; Lubang pemeriksaan (Manhole); Pertemuan (Junctions); Gorong-gorong (Culvert);

Drainase Perkerasan Jalan

Air hujan yang menggenangi jalan akan mengganggu lalu lintas.

Hal ini juga dapat memicu terjadinya kecelakaan karena akan mengurangi gesekan jalan, percikan dan mengurangi jarak pandang saat terjadi cipratan air.

Oleh karena itu, menyingkirkan air dari permukaan jalan adalah bagian penting dari manajemen drainase perkotaan.

Panduan Umum Tujuan dari perencanaan sistem drainase perkerasan jalan adalah

menjaga genangan air hujan di atas perkerasan jalan di bawah kedalaman yang diijinkan pada suatu periode ulang tertentu.

Periode ulang yang tinggi digunakan pada jalan dengan volume lalu lintas yang tinggi.

Periode ulang yang rendah diterapkan pada jalan dengan volume kendaraan yang rendah.

Contoh kriteria pada tabel berikut diambil dari ketentuan Federal Highway Administration USA.

Geometri jalan memegang peranan penting pada drainase perkerasan jalan.

Kemiringan memanjang jalan > 0,5 % direkomendasikan untuk curb-pavement.

Kemiringan melintang 2 % secara umum direkomendasikan untuk jalan, karena kemiringan ini memungkinkan pembuangan air hujan tanpa mengganggu kenyamanan keselamatan pengemudi kendaraan.

Aliran Air Pada Selokan/Gutter Aliran air pada selokan/gutter perlu dihitung untuk

menentukan kedalaman dan sebaran air pada bahu jalan, lapangan parkir, atau bagian perkerasan jalan pada kondisi debit rencana. Debit rencana umumnya dihitung menggunakan Metode Rasional.

Walaupun aliran pada selokan adalah aliran tidak tetap yang berubah lambat laun (unsteady non uniform flow), secara praktis aliran dianggap sebagai aliran tetap yang berubah lambat laun pada kondisi debit puncak.

Umumnya pendekatan ini memberikan hasil yang konservatif.

Aliran Air Pada Selokan/Gutter Segi Tiga Aliran air pada gutter segi tiga dihitung menggunakan

rumus Manning yang sedikit dimodifikasi untuk menyesuaikan pengaruh radius hidraulik yang kecil.

Rumus Manning yang sudah dimodifikasi ini adalah: 8/3

2/13/5

2/13/53/8 64,2atau;64,2

××==

Lx

Lx

SSnQT

nSSTQ

Keterangan:Q : Debit pada gutter (m3/s)T : Lebar permukaan air (m)N : Koefisien ManningSx : Kemiringan melintangSL : Kemiringan memanjang

Aliran Air Pada Selokan/Gutter

Tentu saja T merepresentasikan penyebaran air

221

2/13/8

;64,2

TSASn

SyQ

TSy

xx

L

x

==

×=

Contoh SoalSuatu selokan/gutter berbentuk segi tiga dengan kemiringan memanjang SL= 0,01, kemiringan melintang Sx = 0,02, dan n = 0,016, Q = 0,05 m3/sHitunglah: Dalam dan lebar sebaran air.Jawab:

my

mSS

nQTLx

054,071,202,0

71,201,002,0

016,005,064,264,28/3

2/13/5

8/3

2/13/5

=×=

=

××=

××=

Gorong-gorong (Culvert) Gorong-gorong adalah bangunan air yang berfungsi untuk

mengalirkan air dari satu sisi ke sisi lain dari jalan raya, jalan kereta api, tanggul dan lain-lain.

Bentuk gorong-gorong berbagai macam, antara lain: lingkaran, kotak (box), lengkung (arch) (lihat gambar di slide berikut).

Material dari gorong-gorong: beton, metal bergelombang. Tujuan utama perencanaan gorong-gorong adalah

menentukan dimensi gorong-gorong yang paling ekonomis yang mampu melewatkan debit rencana dengan aman tanpa mengakibatkan tinggi pembendungan yang besar.

Gorong-gorong (Culvert) Komponen utama dari gorong-gorong adalah:

Inlet : melindungi tebing dari erosi dan memperbaiki karakteristik hidraulik dari gorong-gorong.

Pipa gorong-gorong (pipe barrel) Outlet : melindungi gorong-gorong dari bahaya gerusan. Penghancur energi di hilir outlet (jika diperlukan).

Walaupun nampaknya gorong-gorong merupakan bangunan sederhana, secara hidraulik aliran melalui gorong-gorong adalah rumit/kompleks, meliputi prinsip aliran melalui pipa tertekan, aliran melalui lubang, dan aliran melalui saluran terbuka.

Operasi gorong-gorong secara hidraulik dapat dikelompokkan menjadi 4 klasifikasi aliran yang merepresentasikan kondisi perencanaan umumnya.

Gorong-gorong (Culvert) Klasifikasi hidraulik dari gorong-gorong adalah;

a. Inlet dan outlet tenggelam sehingga aliran dalam gorong-gorong adalah tertekan,

b. Inlet tenggelam, aliran dalam gorong-gorong penuh, akan tetapi outlet tidak tenggelam (aliran bebas),

c. Inlet tenggelam dengan aliran dalam gorong-gorong tidak penuh, dan

d. Inlet maupun outlet tidak tenggelam sehingga aliran dalam gorong-gorong adalah aliran melalui saluran terbuka.

Inlet dan Outlet tenggelam Kondisi ini terjadi akibat kapasitas saluran hilir tidak cukup

besar atau terjadi banjir pada saluran hilir. Pada kasus ini, debit gorong-gorong terutama dipengaruhi

oleh elevasi muka air hilir (Tail Water, TW) dan kehilangan energi aliran melalui gorong-gorong, tanpa dipengaruhi kemiringan dasar gorong-gorong.

Aliran dalam gorong-gorong diperhitungkan sebagai aliran tertekan dalam pipa, kehilangan energi total (hL) merupakan penjumlahan dari kehilangan energi pada pemasukan (he), kehilangan energi karena gesekan (hf), dan kehilangan energi pada pengeluaran (hd):

dfeL hhhh ++=

Dari rumus aliran Manning

gV

RLVn

gVkh

RLVnhmaka

Lh

SdanSRn

V

eL

ff

22

,1

2

3/4

2222

3/4

2222/13/2

++

=

===

Nilai ke = 0,5 untuk bangunan masuk bersudut tajam dan ke = 0,2 untuk bangunan dengan sudut dibulatkan.

Nilai n = 0,013 untuk bahan beton dan n = 0,024 untuk pipa dari metal bergelombang.

Elevasi muka air hulu (Head Water, HW) dapat diperoleh dengan rumus berikut:

fhTWHW +=

Pada perencanaan yang sesungguhnya, gorong-gorong harus direncanakan berdasarkan desain debit aliran tertentu tanpa terjadi pembendungan yang besar. Dengan demikian persamaan di atas dapat disajikan sehingga terlihat hubungan antara debit dan dimensi gorong-gorong untuk hLtertentu sebagai berikut:

42

2

3/4

2 812Dg

QgR

Lnkh eL π

+

+=

Dimana:Q : Debit aliran melalui gorong-gorong [m3/s]D : Diameter gorong-gorong [m]R : Radius hidraulik gorong-gorong [m]

Jika debit aliran melalui gorong-gorong mempunyai kedalaman normal > tinggi barrel, maka aliran dalam gorong-gorong akan penuh walaupun elevasi hilir berada di bawah puncak gorong-gorong (Gambar 8.16 b). Debit dikontrol oleh kehilangan energi dan elevasi HW. Prinsip perhitungan hidraulik sama seperti di atas, bedanya adalah untuk menghitung HW = TL + Elevasi puncak gorong-gorong pada bagian outlet.

Jika kedalaman norma alilran < tinggi barrel, dengan inlet tenggelam dan aliran bebas pada bagian outlet, maka aliran dalam gorong-gorong tidak penuh (Gambar 8.16.c). Debit gorong-gorong dikendalikan oleh kondisi bagian pemasukan (HW, luas barrel, dan sudut bangunan (edge conditions). Debit dapat dihitung dengan rumus aliran melalui lubang:

hgACQ d 2××=

Dimana:Q : Debit aliran melalui gorong-gorong [m3/s]Cd : Koefisien debit melalui lubang, Cd = 0,6 untuk lubang bersegi,

Cd = 0,95 untuk lubang dibulatkan.A : Luas penampang gorong-gorong [m2]h : Tinggi air di atas titik pusat lubang [m]

Jika dalam air pada bagian pemasukan < 1,2 D, udara akan masuk ke dalam gorong-gorong dan aliran dalam gorong-gorong adalah aliran dengan permukaan air bebas. Pada kondisi ini kemiringan memanjang gorong-gorong dan gesekan sepanjang gorong-gorong akan mengendalikan aliran seperti pada aliran pada saluran terbuka (Gambar 8.16.d). Walaupun beberapa kondisi aliran mungkin terjadi, 2 kondisi yang paling sering terjadi, yaitu: jika kemiringan gorong-gorong curam, aliran akan memotong kedalaman kritis pada bagian pemasukan dan terjadi kedalaman normal aliran superkritis di dalam gorong-gorong.

Jika kemiringan gorong-gorong landai, maka aliran dalam gorong-gorong akan mendekati dalam normal dan turun ke kedalalman kritis di bagian keluaran jika TW rendah. Jika TW > kedalaman kritis, kedalaman aliran dapat dihitung dengan profil aliran berubah lambat laun (metode tahapan langsung atau metode tahapan standar).

Contoh SoalDebit rencana dari gorong-gorong dari metal bergelombang adalah 5,25 m3/s. Dalam air maksimum di hulu (H) adalah 3,2 m di atas dasar gorong-gorong seperti terlihat pada gambar pada slide berikut. Panjang gorong-gorong 40 m, dengan bagian pemasukan bersudut tajam (square edge) dan kemiringan memanjang gorong-gorong 0,003. Bagian keluaran tidak tenggelam. Tentukanlah diameter gorong-gorong yang diperlukan.

Jawab:Jenis aliran a). tak mungkin terjadi karena bagian keluaran tidak tenggelam. Jenis aliran d) juga tak mungkin terjadi karena bagian pemasukan kemungkinan tidak tenggelam. Oleh karena itu gorong-gorong akan direncanakan berdasarkan kondisi b) dan c).

Bila diasumsikan aliran dalam gorong-gorong penuh seperti kondisi b), persamaan energi pada gorong-gorong dapat dituliskan sebagai berikut:

42

2

3/4

2

42

2

3/4

2

8,925,5818,92

)4/(40024,05,0

812

DDh

DgQg

RLnkh

L

eL

π

π

×

+×+=

++=

DDhDLSHhhDLSH

L

L

L

−=−×+=−+=+=+

32,340003,02,30

0

kedalaman TW diasumsikan = D, diameter gorong-gorong. HL juga dapat dihitung dengan rumus berikut:

Dari 2 persamaan di atas dihasilkan persamaan berikut:

mDDD

hgDChgACQ

DhDh

dd

25,12/2,3(8,92)4/(6,025,5

2)4/(22

2,32,32

2

2

=

−××=

==

−=⇒=+

π

π

mDDD

D

41,1

:diperoleherror aldengan tri ,32,328,287,25,1 43/4

=

=

++

Perhitungan kedua dengan menganggap aliran tidak penuh seperti kondisi c), debit dikendalikan oleh bagian pemasukan. Pada kondisi ini tinggi tekan h diukur dari pusat pipa gorong-gorong, sehingga

Dari kedua hasil perhitungan di atas, dipilih diameter yang lebih besar, yaitu D = 1,41 m.