EVALUASI DAMPAK GROUNDSILL DALAM MENGURANGI …digilib.unila.ac.id/54841/3/TESIS TANPA BAB...

EVALUASI DAMPAK GROUNDSILL DALAM MENGURANGI GERUSAN

PADA PILAR JEMBATAN MENGGUNAKAN SOFTWARE HEC-RAS

(Tesis)

oleh

MIRNANDA CAMBODIA

PROGRAM PASCASARJANA MAGISTER TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

2018

ABSTRAK



Oleh

Mirnanda Cambodia

Penelitian ini dilakukan untuk memprediksi kedalaman maksimum gerusan yang

terjadi pada pilar jembatan dan memberikan evaluasi mengenai dampak bangunan

groundsill dalam mengurangi gerusan tersebut serta memberikan gambaran

mengenai proses perubahan profil dasar sungai akibat degradasi dan agradasi.

Data yang digunakan adalah data topografi, data geoteknik dan data curah hujan

harian stasiun Cikao-Plered dengan panjang data tahun 2007-2016 yang berada di

Kabupaten Purwakarta.

Analisis terhadap gerusan maksimum pada pilar jembatan dilakukan

menggunakan software HEC-RAS pada menu bridge scour antara kondisi

groundsill Eksisting dan groundsill alternatif. Dalam analisis perubahan dasar

sungai akibat degradasi dan agradasi dilakukan dengan melakukan simulasi

transpor sedimen pada menu analysis sediment transport yang disediakan oleh

software HEC-RAS.

Berdasarkan hasil penelitian ini diperoleh kedalaman maksimum gerusan

groundsill eksisting pada debit banjir kala ulang 2 tahun, 5 tahun, 10 tahun, 20

tahun, 25 tahun, 50 tahun, dan 100 tahun berturut-turut adalah 3,03 m, 3,28 m,

3,37 m, 3,43 m, 3,46 m, 3,52 m, dan 3,57 m, sedangkan pada groundsill alternatif

kedalaman gerusan maksimum berkurang menjadi 2,91 m, 2,08 m, 3,16 m, 3,23

m, 3,25 m, 3,30 m, dan 3,35 m sehingga dapat disimpulkan bahwa keberadaan

groundsill di sebelah hilir jembatan berfungsi sebagai salah satu alternatif dalam

mengurangi gerusan pada pilar jembatan.

Kata kunci: gerusan maksimum, groundsill, HEC-RAS

ABSTRACT

EVALUATION OF EFFECT OF GROUNDSILL ON REDUCING

SCOURING ON BRIDGE PILE USING HEC-RAS

By

Mirnanda Cambodia

This research is performed to predict the maximum depth of the scouring which

occurs to bridge pile and to present the effect of groundsill on reducing the

scouring and to provide the illustration of transformation process of riverbed

profile due to degradation and aggradation. The required data is topography

data, geotechnical data and rainfall data of Cikao-Plered station in Purwakarta

from 2007-2016.

The analysis of maximum scouring on bridge pile by using bridge scour menu in

HEC-RAS between existing and alternative groundsill condition. The analysis of

riverbed transformation due to degradation and aggradation is performed by

using analysis sediment transport option which is provided in HEC-RAS.

Based on the result of the research, the maximum scouring in existing groundsill

for return period of 2 years, 5 years, 10 years, 20 years, 25 years, 50 years, 100

years is 3.03 m, 3.28 m, 3.37 m, 3.43 m, 3.46 m, 3.52 m, and 3.57 m, respectively

and for the alternative groundsill, the maximum scouring depth decreases to 2.91

m, 2.08 m, 3.16 m, 3.23 m, 3.25 m, 3.30 m, and 3.35 m respectively. To conclude,

the existence of groundsill in the downstream of the bridge will be one of the

alternatives to reduce the scouring on the bridge pile.

Keywords: maximum scouring, groundsill, HEC-RAS



Oleh

MIRNANDA CAMBODIA

Tesis

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar

MAGISTER TEKNIK

Pada

Program Pascasarjana Magister Teknik Sipil

Fakultas Teknik Universitas Lampung

PROGRAM PASCASARJANA MAGISTER TEKNIK SIPIL

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

2018

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Sidoarjo pada tanggal 4 Januari 1993.

Penulis merupakan putri dari pasangan Bapak Peltu Idris dan Ibu

Ulil Hidayati, anak kedua dari empat bersaudara.

Dengan rahmat Allah SWT penulis menyelesaikan pendidikan di Taman Kanak-

kanak Kartika II/13 Prabumulih pada tahun 2004, pendidikan Sekolah Dasar

Negeri 50 Prabumulih pada tahun 2005, Sekolah Menengah Pertama Negeri 1

Tegineneng pada tahun 2008, dan Sekolah Menengah Atas Negeri 1 Natar tahun

2011. Pendidikan Sarjana (S1) pada Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Sipil

Universitas Lampung melalui Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri

(SNMPTN) Jalur Undangan pada tahun 2011 dan lulus pada tahun 2015. Pada

tahun 2015 Penulis tercatat sebagai Mahasiswa Program Pascasarjana Magister

Teknik di Perguruan Tinggi Negeri Universitas Lampung.

HALAMAN PERSEMBAHAN

Sebuah karya kecil ini aku persembahkan untuk :

Orang tua dan keluargaku yang selalu ada disampingku,

mendukungku dan mendoakanku.

Suamiku “Muhammad Imam Riady” dan buah hatiku tercinta “Adiba Khanza

Rinanda Basyar” yang tak henti-hentinya memberikan motivasi untuk selalu

semangat dan pantang menyerah.

Orang yang ku sayang, sahabat, teman – teman yang selalu memberi semangat,

dukungan dan masukan selama ini.

Dan,

Almamater Tercinta.

MOTTO

Perkecillah dirimu maka kau akan tumbuh lebih besar dari dunia. Tiadakan dirimu, maka jati

dirimu akan terungkap tanpa kata-kata

(Rumi)

Aku tidak ingin kaya. Aku hanya ingin hidup. Aku ingin melihat banyak tempat. Aku

ingin mendengar banyak suara. Aku ingin menghirup seribu satu bau kehidupan.

Alangkah mengerikannya terpenjara di satu tempat. Alangkah menjemukannya. Alangkah

memuakkan. Aku mesti pindah tempat setiap saat, meski cuma selangkah

(Seno Gumira Ajidarma)

Kamu tidak akan memperoleh apa yang kamu cintai, kecuali meninggalkan apa yang kamu

cintai tersebut. Kamu tidak akan dapat meraih apa yang kamu cita-citakan, kecuali dengan

bersabar menghadapi apa yang tidak kamu sukai

(Hasan Al-Bashri)

Seseorang yang melakukan kesalahan dan tidak membetulkannya

telah melakukan satu kesalahan lagi

(Confucius)

Hatiku tenang karena mengetahui bahwa apa yang melewatkanku tidak akan pernah menjadi

takdirku, dan apa yang ditakdirkan untukku tidak akan pernah melewatkanku

(Umar bin Khattab)

SANWACANA

Alhamdulillahirobbil alamin, segala Puji bagi Allah SWT yang telah

melimpahkan Rahmat dan Hidayah-Nya, sehingga Tesis ini dapat terselesaikan

dengan baik. Tesis dengan judul “EVALUASI DAMPAK GROUNDSILL

DALAM MENGURANGI GERUSAN PADA PILAR JEMBATAN

MENGGUNAKAN SOFTWARE HEC-RAS” merupakan salah satu syarat untuk

memperoleh gelar Magister Teknik pada Program Pascasarjana Magister Teknik

Sipil Universitas Lampung.

Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak Prof. Dr. Suharno, M.sc., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas

Lampung.

2. Ibu Dr. Dyah Indriana K., S.T., M.Sc., selaku ketua Program Magister Teknik

Sipil Universitas Lampung sekaligus sebagai dosen pembimbing 2 yang telah

memberikan bantuan, saran, ide dan motivasi dalam penyempurnaan

penyusunan tesis ini.

3. Bapak Ir. Ahmad Zakaria, M.T. Ph.D., selaku dosen pembimbing 1 yang

telah memberikan sumbangan ide, motivasi dan telah meluangkan waktu

dalam penyusunan tesis. Terima kasih untuk ilmu, saran, nasehat dan

masukan yang bersifat membangun bagi penulis.

4. Gatot Eko Susilo, S.T., M.Sc.,Ph.D, selaku Dosen penguji I atas masukan,

saran dan motivasi dalam penyusunan tesis ini.

5. Bapak Dr. Endro P. Wahono, S.T., M.Sc., selaku Dosen penguji II atas

masukan, saran dan motivasi dalam penyusunan tesis ini.

6. Bapak dan Ibu Dosen Magister Teknik Sipil Universitas Lampung atas ilmu

yang telah diberikan selama perkuliahan.

7. Keluargaku terutama orangtuaku tercinta, Papa Idris dan Mama Ulil Hidayati,

terima kasih atas doa dan motivasinya selama ini dan semoga papa dan mama

selalu sehat dan bahagia, saudara kandungku, Mbakku Riska Dahliyati

beserta Kakak Iparku Agus Didi Darmaji dan keponakan cantik Izzati Suci

Rahmania, Adikku Ghanang Idris Saputra dan Salsabila Aulia Zahra, terima

kasih untuk doa, kasih sayang dan kebersamaannya selama ini, mbak selalu

merindukan kalian.

8. Suamiku tercinta Muhammad Imam Riady, terima kasih untuk kesabaran,

pengertian, kasih sayang, motivasi dan doanya selama ini, terima kasih untuk

semuanya.

9. Buah hatiku tercinta Adiba Khanza Rinanda Basyar, terima kasih karena

sudah hadir di dalam kehidupan ummi, terima kasih karena sudah menjadi

penyemangat tersendiri untuk ummi, pengisi hari-hari ummi, pemberi

senyuman, dan penghilang rasa lelah.

10. Bapak dan mamak mertua, terima kasih atas doa dan motivasinya selama ini,

terima kasih karena telah menganggapku seperti anak sendiri, semoga bapak

dan mamak selalu diberi kesehatan dan kebahagiaan.

11. Mbak-mbak dan kakak iparku, Mbak mie, Mbak Sari, Teteh, kak ipul serta

dua keponakanku atin alifiandra dan kakak davin, terima kasih untuk doa,

motivasi dan kasih sayangnya selama ini, semoga kita selalu menjadi hamba-

Nya yang bersyukur.

12. Teman-teman Magister Teknik Sipil Angkatan 2015 atas bantuan, dukungan,

motivasi dan kebersamaannya selama ini, Yuk Aca, Kak Anta, Kak Ijal, Kak

Nia, Mbak Nawang, Mbak Diana, Pak Muchlis, Pak Widodo, Pak Yudi, Kak

Chepi Penulis ucapkan terima kasih banyak semoga kita bertemu di Gedung

Serba Guna itu dan semoga sukses selalu mengiringi kita semua.

13. Mas Andi, Aini, Indah atas bantuan informasi akademis, saran dan pemberi

semangat selama menyelesaikan tugas akhir.

14. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa tesis ini masih banyak kekurangan dan keterbatasan,

oleh karena itu saran dan kritik yang bersifat membangun sangat diharapkan.

Akhir kata, semoga Allah SWT membalas semua kebaikan pihak-pihak yang telah

membantu dalam penyelesaian tugas akhir ini dan semoga tesis ini dapat

bermanfaat bagi penulis dan pembaca.

Bandar Lampung, 28 November 2018

Penulis,

Mirnanda Cambodia, S.T.

i

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR ISI ………………………………………………..………….

DAFTAR TABEL ………………………………………………........…

DAFTAR GAMBAR ………………………………………………...…

I. PENDAHULUAN………………………………………………….

1.1. Latar Belakang …………………………………………………..

1.2. Rumusan Masalah …………………………………………...….

1.3. Batasan Masalah ……………………………………………...…

1.4. Tujuan Penelitian ………………………………………………..

1.5. Manfaat Penelitian ……………………………………………....

II. TINJAUAN PUSTAKA ………………………………..…………

2.1. Sungai………………………………….........……………….....

2.1.1. Alur Sungai......................................................................

2.1.2. Perilaku Sungai................................................................

2.2. Analisis Hidrologi.............................………………………...…

2.2.1. Data Hidrologi.................................................................

2.2.2. Curah Hujan Kawasan (Areal Rainfall)...........................

2.2.3. Perhitungan Hujan Rencana.............................................

2.2.4. Parameter Statistik Analisis Data Hidrologi....................

2.2.5. Analisis Frekuensi............................................................

2.2.6. Uji Kesesuaian Distribusi Frekuensi................................

2.2.7. Perhitungan Debit Rancangan...............................

2.3. Aliran pada Saluran Terbuka…………………………….……..

2.3.1. Unsur Geometrik ……………………………….……....

2.3.2. Kemiringan Saluran..........................................................

2.3.3. Kecepatan Maksimum yang diinginkan...........................

2.3.4. Energi Spesifik.................................................................

i

iii

iv

1

1

3

3

3

4

5

5

6

7

9

10

11

12

12

14

16

18

22

26

27

28

28

ii

2.4. Gerusan.. ………………..………….………………..................

2.4.1. Tipe-tipe Gerusan.............................................................

2.4.2. Gerusan dengan Perbedaan Kondisi Angkutan................

2.4.3. Mekanisme Gerusan...................................................

2.4.4. Pola Gerusan Lokal di Sekitar Pilar.............................

2.4.5. Faktor yang mempengaruhi Kedalaman Gerusan………

2.4.6. Persamaan untuk Kedalaman Gerusan………………….

2.4.7. Pengendalian Gerusan Lokal……………………………

2.5.Degradasi Dasar Sungai…………………………..........…….....

2.6. Sedimentasi..................................................................................

2.6.1. Mekanisme Pengangkutan Sedimen.................................

2.6.2. Mekanisme Transportasi Sedimen...................................

2.6.3. Kapasitas Transpor Sedimen............................................

2.6.4. Sifat-sifat Material yang Terangkut.................................

2.7. Analisis Bedload Sediment.........................................................

2.8.Software HEC-RAS ....................................................................

2.8.1. Memulai Pekerjaan Baru..................................................

2.8.2. Memasukkan Data Geometri............................................

2.8.3. Memasukkan Data Aliran Steady Flow............................

2.8.4. Melakukan Perhitungan....................................................

2.8.5. Menampilkan Hasil..........................................................

2.9. Penelitian Terkait....................................................................

III. METODOLOGI PENELITIAN………………………………….

3.1. Lokasi Penelitian..……………………………………………...

3.2. Data yang digunakan………………………………….……......

3.3. Prosedur Penelitian………..…………………………………....

3.4. Diagram Alir Penelitian…………………………………….......

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN…………………...……………….

4.1. Analisis Hidrologi.……………………………………………...

4.1.1. Data Curah Hujan……………………………………….

4.1.2. Curah Hujan Maksimum………………………………..

4.1.3. Penentuan Hujan Rancangan……………………………

4.1.4. Perhitungan Debit Banjir Rancangan…………………...

4.2. Analisis Hidrolika….………………………………….……......

4.2.1. Analisis Data Menggunakan Software HEC-RAS……..

4.2.2. Analisis Kedalaman Gerusan…………………………...

4.2.3. Analisis Analitik Gerusan……………………………....

4.2.4. Pola Gerusan pada Pilar akibat Groundsill.…………....

30

31

32

32

35

37

39

42

43

44

45

46

48

49

50

54

55

56

60

63

64

64

68

68

69

69

71

72

72

72

72

74

80

85

85

98

106

108

iii

4.2.5. Analisis Gradasi Butir Sedimen……………………....

4.2.6. Proses Degradasi dan Agradasi Dasar Sungai……….

V. KESIMPULAN DAN SARAN…………………...……………….

5.1. Kesimpulan..………………………….………………………...

5.2. Saran……………………………………………………………

LAMPIRAN

DAFTAR PUSTAKA

108

111

121

121

122

iv

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

2.1. Parameter Statistik untuk Menentukan Jenis Distribusi......………...

2.2. Kemiringan Saluran Berdasarkan Bahan.............................................

2.3. Kecepatan Maksimum Menurut Fortier dan Scobey...........................

2.4. Transpor Sedimen pada tampang memanjang saluran.........................

2.5. Faktor Koreksi K1................................................................................

2.6. Faktor Koreksi K2................................................................................

2.7. Faktor Koreksi K3................................................................................

2.8. Transpor Sedimen pada Tampang Memanjang Saluran…..………...

2.9. Ukuran Sedimen..................................................................................

4.1. Data Curah Hujan Maksimum Sta. Cisomang-Plered.........................

4.2. Parameter Statistik Curah Hujan..........................................................

4.3. Ketentuan dalam Pemilihan Distribusi................................................

4.4. Perhitungan Uji Chi-Kuadrat...............................................................

4.5. Perhitungan Uji Smirnov-Kolmogorov................................................

4.6. Perhitungan Metode Log Pearson III...................................................

4.7. Perhitungan Curah Hujan Rencana......................................................

4.8. Intensitas Hujan Jam-jaman dengan Rumus Mononobe DAS Cikao

4.9. Perhitungan Debit Rancangan dengan Metode Rasional.....................

4.10. . HSS Nakayasu DAS Cikao.................................................................

4.11. . Rekapitulasi Hasil Perhitungan Debit Banjir Rancangan...................

4.12. . Rekap Debit Banjir Rancangan untuk setiap Metode.........................

4.13. . Kedalaman Total Scouring Groundsill Eksisting..............................

4.14. . Kedalaman Total Scouring Groundsill Alternatif………………….

4.15. . Hasil Perhitungan Gerusan dengan Analitik………………………..

4.16. . Hasil Perbandingan Kondisi Groundsill Eksiting dan Alternatif…...

13

27

28

38

41

41

41

49

50

73

74

75

77

77

78

79

80

81

82

83

84

105

105

107

119

.

v

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

2.1. Proses Terjadinya Meander Sungai ……………….........………......

2.2. Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu...................................................

2.3. Bagian Saluran Sepanjang ∆x.............................................................

2.4. Kurva Lengkung Energi Spesifik pada Saluran Terbuka...................

2.5. Mekanisme Gerusan Akibat Pola Aliran di Sekitar Pilar…………...

2.6. Hubungan antara Kedalaman Gerusan dengan Waktu……………

2.7. Hubungan antara Kedalaman Gerusan dengan Kecepatan Geser…

2.8. Pola Kedalaman Gerusan Lokal pada Pilar Jajar Genjang………..

2.9. Pola Kedalaman Gerusan Lokal pada Pilar Bulat………………….

2.10. . Pola Kedalaman Gerusan Lokal pada Pilar Bujur Sangkar…………

2.11. . Perlindungan dengan Groundsill……………………………………

2.12. . Ragam Gerakan Sedimen dalam Media Cair……………………….

2.13. . Ilustrasi Transpor Sedimen pada Tampang Memanjang Saluran….

2.14. . Main Window Program HEC-RAS...................................................

2.15. . Tampilan New Project Program HEC-RAS.....................................

2.16. . Jendela Geometri Data......................................................................

2.17. Jendela Editor Data Cross Section....................................................

2.18. Jendela Editor Data Aliran Steady Flow............................................

2.19. Tampilan Steady Flow Analysis.......................................................

3.1. Foto Satelit Lokasi Titik Acuan Jembatan BH. 337 Km. 105+392...

3.2. Foto Udara Titik Acuan Jembatan BH. 337 Km. 105+392...............

3.3. Diagram Alir Penelitian.....................................................................

4.1. Grafik Curah Hujan Harian Maksimum DAS Cikao……………….

4.2. Grafik HSS Nakayasu DAS Cikao………………………………….

4.3. HSS Nakayasu dengan Berbagai Periode Kala Ulang……………..

4.4. Tampilan Awal Nama Direktori File……………………………….

4.5. Skema Geometri Sungai Cikao……………………………………..

4.6. Penampang Sungai Cikao Sta. Hilir 7………………………………

4.7. Tampilan Data Editor Jembatan....………………………………….

4.8. Tampilan Data Editor Pilar…………………………………………

4.9. Tampilan Cross Section Jembatan dan Pilar………………………..

4.10. Tampilan Data Editor Groundsill.……………...…………………..

4.11. Tampilan Cross Section…………………………………………….

4.12. Tampilan Masukan Data Aliran Tetap (Steady Flow)….………….

4.13. Tampilan Masukan Data Aliran Tidak Tetap (Unsteady Flow)…...

4.14. Tampilan Masukan Data Quasy-Unsteady Flow…….……………..

4.15. Tampilan Input Data Flow Series…………………………………..

4.16. Tampilan Hasil Input Data Sedimen……………….……………….

9

21

24

29

33

34

34

36

36

36

42

47

49

55

56

57

58

60

63

68

69

71

73

82

84

86

86

87

88

88

89

89

90

91

92

93

93

94

vi

4.17. Tampilan Running Analisis Transpor Sedimen…………..………...

4.18. Tampilan Penampang Melintang Sungai Sta.18…….……………...

4.19. Tampilan Profil Memanjang Sunga………………………………...

4.20. Tampilan Perspektif Sungai Cikao.………………………………...

4.21. Hasil Running dalam Bentuk Tabel………..……………………….

4.22. Total Scouring groundsill eksisting dengan Kala Ulang 2 tahun …..

4.23. Total Scouring groundsill eksisting dengan Kala Ulang 5 tahun ….

4.24. Total Scouring groundsill eksisting dengan Kala Ulang 10 tahun...

4.25. Total Scouring groundsill eksisting dengan Kala Ulang 20 tahun ....

4.26. Total Scouring groundsill eksisting dengan Kala Ulang 25 tahun….

4.27. Total Scouring groundsill eksisting dengan Kala Ulang 50 tahun..

4.28. Total Scouring groundsill eksisting dengan Kala Ulang 100 tahun

4.29. Total Scouring groundsill alternatif dengan Kala Ulang 2 tahun...

4.30. Total Scouring groundsill alternatif dengan Kala Ulang 5 tahun…

4.31. Total Scouring groundsill alternatif dengan Kala Ulang 10 tahun..





4.36. Pola Gerusan pada Pilar Sharp Nose Groundsill Eksisting………..

4.37. Pola Gerusan pada Pilar Sharp Nose Groundsill Alternatif ………..

4.38. Grafik gradasi butir sedimen bagian hulu ……………………...…..

4.39. Degradasi dan Agradasi pada Alur Sungai Cikao ………..…….…..

4.40. Kerusakan pada dinding pengaman tebing ……………….………..

4.41. Agradasi di Bagian Hilir Pilar ……………..………………...……..

4.42 Groundsill pada bagian hilir sungai……………………...……..…..

4.43. Identifikasi Kerusakan Groundsill Eksisting ……………………..

4.44. Tampilan Kondisi Groundsill Eksisting ……………...…..…….…..

4.45. Hasil Simulasi Akhir Kondisi Groundsill Eksisting …………….....

4.46. Grafik Perbandingan Tampang Memanjang Sungai Cikao ………..

4.47 Tampilan Kondisi Groundsill Alternatif.…………………….....…..

4.48. Hasil Simulasi Akhir Groundsill Alternatif Cikao ………………...

4.49. Grafik Perbandingan Tampang Memanjang Sungai Cikao ………..

95

95

96

97

98

99

100

100

100

101

101

101

102

102

103

103

103

104

104

108

109

110

111

112

113

113

115

116

116

117

117

118

118

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Jalur Kereta Api antara Padalarang – Purwakarta merupakan jalur penting

dan jalur utama yang menghubungkan antara Jakarta – Bandung. Kawasan studi

masuk ke dalam wilayah pengembangan Purwasuka yang meliputi daerah

Kabupaten Subang, Kabupaten Purwakarta dan Kabupaten Karawang. Wilayah

ini memiliki potensi pengembangan pada sektor pertanian, perkebunan,

kehutanan, peternakan, perikanan, industri pengolahan, pariwisata, dan

pertambangan.

Hal ini menjadi perhatian terutama pada kondisi prasarana Kereta Api, yaitu

jalan dan jembatan dimana pada lintas ini terdapat sungai dengan pola aliran

deras, curam dan dalam. Dengan kondisi topografi pegunungan dan berbukit,

aliran air akan sulit dikendalikan dan akan menimbulkan bahaya terhadap

konstruksi pilar jembatan yang berada di lokasi yang dilintasi oleh sungai

tersebut.

Pilar merupakan struktur bawah jembatan yang berfungsi untuk menopang

jembatan. Keberadaan pilar pada aliran sungai dapat menyebabkan perubahan

pola aliran sungai. Perubahan pola aliran tersebut menyebabkan terbentuknya

2

down flow (aliran ke bawah) dan horseshoe (pusaran tapal kuda) yang

menyebabkan dasar sungai di sekitar pilar terangkut aliran air sehingga

mengakibatkan terjadinya gerusan lokal di sekitar pilar.

Gerusan pada pilar jembatan sangat berbahaya karena dampak yang

ditimbulkan akan menurunkan stabilitas keamanan struktur jembatan. Dalam

usaha mencegah atau mengurangi gerusan pada pilar jembatan maka di lokasi

tersebut dibangun bangunan melintang sungai yaitu groundsill di sebelah hilir

jembatan. Groundsill merupakan bangunan melintang sungai yang berfungsi

untuk mengurangi kecepatan arus dan meningkatkan laju pengendapan sedimen di

bagian hulu groundsill sehingga bangunan yang berada di bagian hulu sungai

seperti pilar jembatan aman terhadap gerusan. Salah satu software yang dapat

digunakan untuk memprediksi kedalaman penggerusan pada pilar jembatan adalah

HEC-RAS.

HEC-RAS merupakan software aplikasi untuk memodelkan aliran satu

dimensi pada sungai untuk dianalisis seberapa besar gerusan yang terjadi pada

pilar jembatan. Selain itu, dengan menggunakan HEC-RAS dapat dilihat dampak

adanya bangunan groundsill terhadap gerusan yang terjadi pada pilar jembatan.

Berdasarkan hal tersebut, maka perlu dilakukan penelitian untuk

memprediksi kedalaman maksimum penggerusan pada pilar jembatan dan

melakukan evaluasi mengenai dampak groundsill dalam mengurangi terjadinya

gerusan pada pilar jembatan. Sehingga diharapkan dapat meminimalisir dampak

buruk yang mungkin akan terjadi dan sebagai referensi dalam mengatasi

permasalahan serupa.

3

1.2. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan sebelumnya, maka rumusan

masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Bagaimana menganalisis kedalaman gerusan yang terjadi pada pilar jembatan

menggunakan software HEC-RAS ?

2. Bagaimana dampak groundsill dalam mengurangi gerusan pada pilar jembatan

menggunakan software HEC-RAS ?

1.3. Batasan Masalah

Adapun batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Panjang sungai yang ditinjau m ke arah hulu dan m ke arah hilir

dengan titik acuannya pada Jembatan BH. 337 Km 105+392.

2. Sedimen yang dikaji hanya sedimen dasar (bed load).

3. Analisis dilakukan pada groundsill eksisting yang telah mengalami kerusakan

dan groundsill alternatif.

4. Aplikasi yang digunakan adalah Software HEC-RAS dengan analisis 1 (satu)

dimensi

1.4. Tujuan Penelitian

Tujuan dilakukannya penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Menganalisis kedalaman gerusan yang terjadi pada pilar jembatan

menggunakan software HEC-RAS

2. Menganalisis dampak groundsill dalam mengurangi gerusan pada pilar

jembatan menggunakan software HEC-RAS.

4

1.5. Manfaat Penelitian

Hasil penelitian ini diharapkan dapat memiliki manfaat sebagai berikut :

1. Memperkirakan seberapa besar gerusan yang terjadi pada pilar jembatan.

2. Memberikan informasi mengenai dampak groundsill dalam mengurangi

gerusan pada pilar jembatan.

3. Memberikan gambaran mengenai proses perubahan profil dasar sungai akibat

agradasi dan degradasi.

4. Memberikan data dan informasi awal bagi para peneliti untuk melaksanakan

penelitian lanjutan.

5. Sebagai panduan untuk melakukan simulasi analisa terhadap gerusan dan

dampak groundsill pada pilar jembatan menggunakan software HEC-RAS.

5

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Sungai

Sungai atau saluran terbuka merupakan saluran dimana air mengalir dengan

muka air bebas. Pada saluran terbuka, misalnya sungai (saluran alam), variabel

aliran sangat tidak teratur terhadap ruang dan waktu. Variabel tersebut adalah

tampang lintang saluran, kekasaran, kemiringan dasar, belokan debit aliran dan

sebagainya (Triatmodjo, 2008).

Sebagian besar air hujan yang turun ke permukaan tanah mengalir ke

tempat-tempat yang lebih rendah. Kemudian setelah mengalami bermacam-

macam perlawanan akibat adanya gaya berat, akhirnya melimpah ke danau atau

ke laut. Suatu alur panjang di atas permukaan bumi tempat mengalirnya air yang

berasal dari hujan disebut alur sungai. Sedangkan perpaduan antara alur sungai

dan aliran air yang ada di dalamnya disebut sungai (Sosrodarsono, 1985).

Mulai dari mata airnya di bagian yang paling hulu di daerah pegunungan

dalam perjalanannya ke hilir di daerah dataran, air sungai secara berangsur-angsur

berpadu dengan banyak sungai lainnya, sehingga lambat laun tubuh sungai

menjadi semakin besar. Terkadang sebelum aliran sungai berakhir di sebuah

danau atau di pantai laut, sungai membentuk beberapa cabang yang disebut

cabang sungai (enffluent).

6

Kerumitan sistem sungai dapat dilihat dari berbagai komponen penyusun

sungai, misalnya bentuk alur dan percabangan sungai, formasi dasar sungai (river

bed form), morfologi sungai (river morphology), dan ekosistem sungai (river

ecosystem). Percabangan sungai akan menyerupai pohon sungai mulai dari sungai

orde pertama sampai orde ke-n. Formasi dasar sungai jika diperiksa sekilas sangat

sulit untuk diadakan identifikasi dan karakteristik. Bentuk alur meander

dipengaruhi oleh kemiringan memanjang bentang alam, jenis material dasar

sungai, dan vegetasi di daerah bersangkutan (Maryono, 2003).

2.1.1. Alur Sungai

Menurut Sandy (1985), selain melarutkan sesuatu, dalam pergerakannya air

juga dapat mengikis bumi, sehingga pada akhirmya akan terbentuk cekungan

dimana air tertampung melalui saluran kecil dan atau besar yang disebut dengan

istilah alur sungai (badan sungai). Suatu alur sungai dapat dikategorikan menjadi

tiga bagian, yaitu bagian hulu, bagian tengah, dan bagian hilir.

a. Bagian Hulu

Bagian hulu sungai biasanya merupakan daerah konservasi dan juga daerah

sumber erosi. Alur di bagian hulu ini memiliki arus yang cukup deras dengan

kecepatan yang lebih besar daripada bagian hilir, hal ini dikarenakan daerah hulu

memiliki kemiringan lereng yang besar (lebih besar dari 15%). Selain itu,

alirannya memiliki daya erosi yang besar, arah erosinya (terutama bagian dasar

sungai) vertikal. Palung sungai berbentuk V dan lerengnya cembung (convecs),

kadang-kadang terdapat air terjun atau jeram dan tidak terjadi pengendapan.

7

b. Bagian Tengah

Bagian tengah merupakan daerah peralihan dari bagian hulu dan hilir.

Kemiringan dasar sungai lebih landai sehingga arusnya tidak begitu deras dan

kecepatannya relatif lebih kecil dari bagian hulu. Bagian ini merupakan daerah

keseimbangan antara proses erosi dan sedimentasi yang sangat bervariasi dari

musim ke musim. Selain itu, daya erosinya mulai berkurang, arah erosi ke bagian

dasar dan samping (vertikal dan horizontal), palung sungai berbentuk U (konkaf),

mulai terjadi pengendapan (sedimentasi) dan sering terjadi meander yaitu kelokan

sungai yang mencapai 180° atau lebih.

c. Bagian Hilir

Alur sungai di bagian hilir biasanya memiliki kecepatan aliran yang lambat.

Hal ini dikarenakan alirannya mengalir melalui dataran dengan kemiringan dasar

sungai yang relatif landai. Keadaan ini menyebabkan beberapa tempat menjadi

daerah banjir (genangan) dan memudahkan terbentuknya pengendapan atau

sedimen. Endapan yang terbentuk biasanya berupa endapan pasir halus, lumpur,

endapan organik, dan jenis endapan lain yang sangat stabil.

2.1.2. Perilaku Sungai

Menurut Sosrodarsono (1985), Sungai terbentuk secara alamiah berupa

saluran drainase yang mengalirkan air di dalamnya. Akan tetapi, sungai secara

terus-menerus menggerus tanah dasarnya sepanjang masa eksistensinya dan

terbentuklah lembah-lembah sungai. Besarnya volume sedimen yang dihasilkan

dari keruntuhan tebing-tebing sungai di daerah pegunungan dan tertimbun di dasar

sungai tersebut, terangkut ke hilir oleh aliran sungai. Dikarenakan kemiringan

8

sungai di daerah pegunungan yang curam, maka gaya tarik aliran airnya cukup

besar. Sedangkan setelah aliran sungai mencapai dataran, maka gaya tarik aliran

airnya menjadi sangat menurun. Dengan demikian beban yang terdapat dalam

arus sungai berangsur-angsur diendapkan. Oleh karena itu, ukuran butiran

sedimen yang mengendap di bagian hulu sungai lebih besar daripada sedimen di

bagian hilirnya.

Dari hasil penelitian Sternberg di sungai Rhein diperoleh hubungan sebagai

berikut:

..................................................................................................... (1)

Dan ukuran butiran d adalah :

..................................................................................................... (2)

Dimana, Berat partikel

Jarak

Berat partikel di tempat asal

Diameter partikel di tempat asal

Rumus ini disebut dengan hukum Sternberg yang dapat digunakan untuk

memperkirakan perubahan dasar dari hulu ke hilir.

Dengan terjadinya perubahan kemiringan yang mendadak pada saat alur

sungai ke luar dari daerah pegunungan yang curam dan memasuki dataran yang

lebih landai, maka pada lokasi ini terjadi proses pengendapan yang sangat intensif

menyebabkan mudah berpindahnya alur sungai. Pada lokasi tersebut sungai

bertambah lebar dan dangkal. Dasar sungai secara terus-menerus mengalami

kenaikan bersama dengan luapan air banjir yang tersebar dan mengendap secara

9

luas membentuk dataran aluvial. Pada daerah dataran yang rata alur sungainya

tidak stabil dan apabila sungai mulai membelok, maka akan terjadi proses erosi

pada tebing di tikungan luar sungai yang berlangsung sangat intensif, sehingga

terbentuk meander seperti yang terlihat pada gambar 2.1 di bawah ini.

Gambar 2.1 Proses terjadinya meander sungai

(Sumber : Djauhari Noor. 2009. Pengantar Geologi)

Meander semacam ini pada umumnya terjadi di ruas-ruas sungai di dataran

rendah dan apabila proses meander berlangsung terus-menerus, maka akan

terbentuk sudetan alam pada kedua belokan luar yang terletak sudah sangat dekat

dan terbentuklah sebuah danau berbentuk tanduk sapi (Sosrodarsono, 1985).

2.2. Analisis Hidrologi

Analisis Hidrologi merupakan kumpulan keterangan atau fakta mengenai

fenomena hidrologi yang terjadi. Fenomena hidrologi seperti besarnya curah

hujan, temperatur, penguapan, lama penyinaran matahari, kecepatan angin, debit

sungai dan tinggi muka air akan selalu berubah menurut waktu. Untuk tujuan

10

tertentu data-data hidrologi dapat dikumpulkan, dihitung, disajikan dan ditafsirkan

dengan menggunakan prosedur tertentu (Yuliana, 2002).

Tujuan dari analisis hidrologi dimaksudkan untuk memperkirakan debit

banjir yang akan terjadi dalam kala ulang tertentu pada daerah yang diobservasi.

Debit semacam ini dikenal dengan sebutan debit rancangan. Debit rancangan

biasanya dihitung dengan mengolah data debit harian. Tetapi karena data debit

harian suatu sungai sulit didapat maka perhitungan debit rancangan dilakukan

dengan mentransfer hujan rancangan menjadi debit rancangan.

Untuk keperluan perencanaan bangunan air, biasanya perhitungan debit

rancangan dilakukan untuk mengetahui debit puncak banjir guna mengukur

dimensi bangunan air. Tetapi untuk keperluan pengendalian banjir, perhitungan

debit rancangan dilakukan untuk mengetahui perilaku debit berdasarkan waktu.

Pada akhirnya analisis hidrologi akan diikuti dengan analisis hidrolika untuk

membandingkan besaran debit dengan kapasitas alir sungai.

2.2.1. Data Hidrologi

Data curah hujan dan data debit sangat dibutuhkan dalam setiap analisis

hidrologi, terutama untuk menghitung debit banjir rancangan (design flood) yang

terdapat di suatu daerah studi. Data curah hujan dan klimatologi untuk analisa

hidrologi dapat diperoleh dari “Publikasi Data Hidrologi dan Klimatologi” yang

diterbitkan oleh balai besar wilayah sungai setempat atau instansi terkait. Jumlah

seri data yang digunakan minimal 10 tahun data terbaru. Adapun Data hujan

diambil dari stasiun terdekat yang setelah dianalisa memberi pengaruh terhadap

DAS tersebut.

11

2.2.2. Curah Hujan Kawasan (Areal Rainfall)

Stasiun penakar hujan hanya memberikan data kedalaman hujan di titik

dimana stasiun tersebut berada, sehingga hujan pada suatu luasan harus

diperkirakan dari titik pengukuran tersebut. Dalam analisis hidrologi suatu DAS

pada umumnya menggunakan lebih dari satu stasiun penakar curah hujan

sehingga perlu dilakukan perhitungan curah hujan kawasan.

Curah Hujan kawasan (Areal Rainfall) merupakan hujan rerata yang

terjadi dalam daerah tangkapan hujan yang terdapat di suatu Daerah Aliran Sungai

(DAS). Hujan rata-rata kawasan dihitung berdasarkan hujan yang tercatat pada

masing-masing stasiun penakar hujan (point rainfall) yang terdapat di dalam

suatu kawasan DAS (Suripin, 2004).

Metode yang umum digunakan dalam menghitung hujan rata-rata suatu

kawasan adalah Metode Rata-rata Aljabar (Mean Aritmatic Method), Metode

Isohyet dan Metode Poligon Thiessen.

Dalam penelitian ini digunakan Metode Poligon Thiessen dengan

persamaan sebagai berikut :

..................................................................................................... (3)

................................................................. (4)

Keterangan :

, , : Koefisien Thiessen

An : Luas Poligon (Km2)

: Luas Poligon Total (Km2)

12

: Hujan Rata-rata Kawasan (mm)

R1, R2, …, Rn : Hujan pada stasiun 1, 2 ………, n (mm)

2.2.3. Perhitungan Hujan Rencana

Perhitungan curah hujan rencana akan dilakukan terhadap data curah hujan

harian maksimum tahunan dan akan dihitung dengan kala ulang 2, 5, 10, 20, 25,

50 dan 100 tahun dengan menggunakan analisis frekuensi.

Tujuan dari analisis frekuensi data hidrologi adalah untuk mencari

hubungan antara besarnya kejadian ekstrim terhadap frekuensi kejadian dengan

menggunakan distribusi probabilitas. Analisis frekuensi dapat diterapkan untuk

data debit sungai atau data hujan. Data yang digunakan adalah data debit atau

data hujan maksimum tahunan, yakni data terbesar yang terjadi selama satu tahun

yang terukur selama beberapa tahun (Triatmodjo, 2008).

2.2.4. Parameter Statistik Analisis Data Hidrologi

Pengukuran parameter statistik yang sering digunakan dalam analisis data

hidrologi meliputi pengukuran tendensi sentral dan dispersi.

a. Tendensi Sentral

Nilai rerata merupakan nilai yang cukup representatif dalam suatu distribusi.

Nilai rerata dapat digunakan untuk pengukuran suatu distribusi dan mempunyai

bentuk sebagai berikut (Triatmodjo, 2008):

∑

........................................................................................ (5)

13

b. Dispersi

Tidak semua variat dari variabel hidrologi sama dengan nilai reratanya, namun

ada yang lebih besar atau lebih kecil. Penyebaran data dapat diukur dengan

deviasi standar dan varian.

Varian dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :

√

∑

................................................................. (6)

Koefisien varian adalah nilai perbandingan antara deviasi standar dan nilai

rerata yang mempunyai bentuk :

..................................................................................................... (7)

Kemencengan (skewness) dapat digunakan untuk mengetahui derajat

ketidaksimetrisan dari suatu bentuk distribusi dengan rumus sebagai berikut :

∑

........................................................................................ (8)

Koefisien kurtosis dirumuskan dalam persamaan sebagai berikut :

∑

............................................................................ (9)

Tabel 2.1. Parameter Statistik untuk Menentukan Jenis Distribusi

Jenis Distribusi Syarat

Metode Normal Cs 0

Ck 3

Metode Log Normal Cs (log X) = 0

Ck (log X) = 3

Metode Gumbel Cs 1,14

Ck 5,4

Metode Log Pearson III Cs 0

(Sumber : Triatmodjo, 2008)

14

2.2.5. Analisis Frekuensi

Menurut Triatmodjo (2008), Analisis frekuensi dalam hidrologi digunakan

untuk memperkirakan curah hujan atau debit rancangan dengan kala ulang

tertentu. Analisis frekuensi dalam hidrologi sendiri didefinisikan sebagai

perhitungan atau peramalan suatu peristiwa hujan atau debit yang menggunakan

data historis dan frekuensi kejadiannya. Jenis distribusi yang banyak digunakan

untuk analisis frekuensi dalam hidrologi, antara lain sebagai berikut :

a. Distribusi Normal

Distribusi normal adalah simetris terhadap sumbu vertikal dan berbentuk

lonceng yang juga disebut distribusi gauss. Fungsi distribusi normal memiliki

bentuk :

√

........................................................................... (10)

Keterangan :

P(X) : Fungsi densitas peluang normal

X : Variabel acak kontinyu

: Rata-rata nilai X

= Simpangan baku dari X

b. Distribusi Log Normal

Jika variabel acak Y = Log x terdistribusi secara normal, maka x dikatakan

mengikuti distribusi Log Normal. Ini dapat dinyatakan dengan model matematik

dengan persamaan :

....................................................................................... (11)

15

Keterangan :

: Besarnya nilai perkiraan yang diharapkan terjadi dengan periode T

: Nilai rata-rata hitung sampel

: Faktor frekuensi

: Standar deviasi nilai sampel

c. Distribusi Gumbel

Menurut Triatmodjo (2008), analisis frekuensi dengan menggunakan metode

Gumbel juga sering dilakukan dengan persamaan sebagai berikut :

....................................................................................... (12)

Dengan K adalah frekuensi faktor yang bisa dihitung dengan persamaan

sebagai berikut :

....................................................................................... (13)

Keterangan :

: Besarnya curah hujan dengan periode ulang t

: Curah hujan harian maksimum rata-rata

: Faktor frekuensi

: Standar deviasi

: Nilai rerata

: Deviasi standar dari variat gumbel

d. Distribusi Log Pearson Tipe III

Bentuk Kumulatif dari distribusi log pearson III dengan nilai variat X apabila

digambarkan dalam kertas probabilitas logaritmik akan membentuk persamaan

garis lurus. Persamaan tersebut mempunyai bentuk sebagai berikut :

16

...................................................................................... (14)

Keterangan :

: Nilai logaritmik dari x dengan periode ulang T

: Nilai rerata dari

: Deviasi standar dari

\ : Faktor frekuensi

Dalam pemakaian sebaran log pearson III harus dikonversikan rangkaian data

menjadi bentuk logaritma sebagai berikut :

............................................................... (15)

∑

....................................................................................... (16)

√∑

........................................................................... (17)

∑

........................................................................... (18)

Keterangan :

: Besarnya curah hujan dengan periode ulang t (mm)

: Curah hujan maksimum rata-rata dalam harga logaritmik

: Standar deviasi dari rangkaian data dalam harga logaritmik

: Koefisien skewness

: Jumlah tahun pengamatan

: Curah hujan pada tahun pengamatan ke-i

2.2.6. Uji Kesesuaian Distribusi Frekuensi

Pemeriksaan uji kesesuaian ini bertujuan untuk mengetahui apakah

distribusi frekuensi yang telah dipilih bisa digunakan atau tidak untuk serangkaian

17

data yang tersedia. Uji kesesuaian ini terdiri dari dua macam yaitu uji chi kuadrat

dan smirnov kolmogorov (Sri Harto, 1991).

a. Uji Chi Kuadrat

Uji chi kuadrat digunakan untuk menguji simpangan secara vertikal yang

dirumuskan sebagai berikut :

∑

....................................................................................... (19)

Keterangan :

: Parameter chi kuadrat terhitung

: Frekuensi teoritis kelas K

: Frekuensi pengamatan kelas K

Jumlah kelas distribusi dan batas kelas dihitung dengan rumus :

....................................................................................... (20)

Keterangan :

: Jumlah kelas distribusi

: Banyaknya data

Besarnya nilai derajat kebebasan (DK) dihitung dengan rumus :

....................................................................................... (21)

Keterangan :

= Derajat kebebasan

= Jumlah kelas distribusi

= Banyaknya keterkaitan untuk sebaran chi kuadrat = 2

Nilai yang diperoleh harus lebih kecil dari nilai (Chi Kuadrat Kritik)

untuk suatu derajat nyata tertentu yang biasanya sering diambil 5%.

18

b. Uji Smirnov Kolmogorov

Pengujian ini dilakukan dengan menggambarkan probabilitas untuk tiap data

yakni dari perbedaan distribusi empiris dan distribusi teoritis yang disebut dengan

. Dalam bentuk persamaan ditulis sebagai berikut :

[ ] ....................................... (22)

Keterangan :

: Selisih antara peluang teoritis dan empiris

: Simpangan kritis

: Peluang teoritis

: Peluang empiris

Perhitungan peluang empiris dan teoritis dengan persamaan Weibull

(Soemarto 1986) :

....................................................................................... (23)

....................................................................................... (24)

Keterangan :

: Nomor urut data

n : Jumlah data

2.2.7. Perhitungan Debit Rancangan

Debit merupakan volume aliran yang mengalir melalui sungai per satuan

waktu. Besar debit biasanya dinyatakan dalam satuan meter kubik per detik

(m3/detik) (Soewarno 1995). Data debit aliran sungai berfungsi dalam

memberikan informasi mengenai jumlah air yang mengalir pada waktu tertentu,

sehingga data debit berguna untuk mengetahui cukup tidaknya penyediaan air

19

dalam berbagai keperluan misalnya seperti domestik, irigasi, pelayaran, tenaga

listrik, industri, pengelolaan DAS, pengendalian sedimen, prediksi kekeringan dan

penilaian kondisi pencemaran air.

Adapun analisis perhitungan debit rancangan pada Daerah Aliran Sungai

Cikao menggunakan 2 metode yaitu Metode Rasional dan Metode Nakayasu. Di

bawah ini keterangan mengenai masing-masing metode perhitungan debit

rancangan :

a. Metode Rasional

Chow (1964) menyatakan bahwa salah satu metode yang digunakan dalam

menentukan nilai debit berdasarkan pada faktor-faktor fisik lahan dikenal dengan

metode rasional. Variabel-variabel dalam metode rasional adalah koefisien aliran,

intensitas hujan dan luas.

....................................................................................... (25)

Keterangan :

Q : Debit rancangan (m3/detik)

C : Koefisien aliran

I : Intensitas hujan (mm/jam)

A : Luas DAS (Km2)

Intensitas hujan dapat dihitung menggunakan rumus Mononobe :

....................................................................................... (26)

Keterangan :

R : Hujan maksimum (mm)

20

Tc : Waktu konsentrasi (jam)

Waktu konsentrasi dihitung menggunakan rumus yang dikembangkan oleh

Kirpich (1940), yang dapat ditulis sebagai berikut :

........................................................................... (27)

Keterangan :

: Waktu konsentrasi (jam)

L : Panjang sungai (Km)

i : Kemiringan sungai

b. Metode HSS Nakayasu

Hidrograf satuan sintetis Nakayasu dikembangkan berdasarkan beberapa

sungai yang terdapat di jepang (Soemarto, 1987). Hidrograf Satuan Sintetik

(HSS) Nakayasu merupakan suatu cara untuk mendapatkan hidrograf banjir

rancangan dalam suatu DAS. Untuk menghasilkan suatu hidrograf banjir pada

sungai, perlu diketahui karakteristik atau parameter daerah pengaliran tersebut.

Persamaan Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu adalah sebagai berikut :

....................................................................................... (32)

Keterangan :

: Debit puncak banjir (M3/detik)

: Hujan satuan (mm)

: Tenggang waktu (time log) dari permulaan hujan sampai puncak

banjir (jam)

: Waktu yang diperlukan oleh penurunan debit, dari debit puncak sampai

21

menjadi 30% dari debit puncak (jam)

Gambar 2.2 Hidrograf Satuan Sintetik Nakayasu

Untuk menentukan Tp dan T0,3 digunakan pendekatan rumus sebagai berikut :

....................................................................................... (33)

....................................................................................... (34)

Tg dihitung berdasarkan rumus berikut ini :

Untuk L < 15 Km .................................................... (35)

Untuk L > 15 Km ................................................... (36)

Lama hujan efektif yang besarnya 0,5 1 tg

Persamaan kurva hidrograf satuan sintetisnya adalah sebagai berikut :

a. Bagian lengkung naik untuk ,

[

]

....................................................................................... (37)

b. Bagian lengkung turun :

- Untuk Untuk ....................................... (38)

(

) ........................................................................... (39)

- Untuk Untuk ............... (40)

https://i2.wp.com/www.belajarsipil.com/wp-content/uploads/2014/03/2.jpg

22

(

) ............................................................... (41)

- Untuk Untuk ........................... (42)

(

) ............................................................... (43)

Hubungan antara bentuk daerah pengaliran dengan dapat dinyatakan :

........................................................................... (44)

Dengan :

....................................................................................... (45)

Maka :

....................................................................................... (46)

Keterangan :

: Limpasan sebelum mencapai debit puncak (m3/detik)

: Limpasan setelah mencapai debit puncak (m3/detik)

t : Waktu (jam)

L : Panjang alur sungai (Km)

tg : Waktu konsentrasi (jam)

: Konstanta

2.3. Aliran pada Saluran Terbuka

Aliran air dapat terjadi pada saluran terbuka, yaitu aliran dengan permukaan

bebas yang dipengaruhi oleh kecepatan, kekentalan, gradien dan geometri saluran.

Menurut asalnya saluran dapat digolongkan menjadi saluran alam (natural) dan

saluran buatan (artificial). Saluran alam meliputi semua alur air yang terdapat

23

secara alamiah di bumi, mulai dari anak selokan kecil di pegunungan, selokan

kecil, sungai kecil dan sungai besar sampai ke muara sungai (Chow, 1988).

Pada kasus sungai alam, tipe aliran yang ada adalah aliran tidak seragam

(non-uniform flow). Aliran sungai alam bisa dianggap sebagai aliran mantap

(steady flow) maupun aliran tak mantap (unsteady flow).

Profil muka air dihitung dengan cara membagi saluran menjadi bagian-

bagian saluran pendek, lalu menghitung secara bertahap dari satu ujung ke ujung

saluran lainnya. Cara atau metode ini biasa disebut sebagai Metode Tahapan

Langsung (Direct Step Methods).

Gambar 2.3 melukiskan bagian saluran sepanjang ∆x, tinggi energi total di

kedua ujung penampang 1 dan penampang 2 dapat disamakan sebagai berikut:

........................................................................... (51)

..................................................................................... (52)

Dengan E energi spesifik, dan dianggap

................................................................................................... (53)

Dimana : y : Kedalaman aliran (m)

V : Kecepatan rata-rata (m/dt)

α : Koefisien energi

: Kemiringan dasar

: Kemiringan geser

24

Gambar 2.3. Bagian Saluran Sepanjang ∆x (Sumber : Ven Te Chow, 1988)

Bila dipakai rumus Manning, kemiringan geser dinyatakan sebagai berikut:

................................................................................................... (54)

Dimana R adalah jari-jari hidrolis.

Besarnya nilai V pada kedua penampang dihitung dengan persamaan berikut :

............................................................................................. (55)

Dimana : : Kecepatan aliran pada penampang 1 (m/dt)

: Kecepatan aliran pada penampang 2 (m/dt)

Q : Debit aliran (m3/dt)

: Luas basah penampang 1 (m2)

: Luas basah penampang 2 (m2)

25

Tipe aliran saluran terbuka, karena kecepatan aliran dan kekasaran dinding

relatif besar. Aliran melalui saluran terbuka akan turbulen apabila angka

Reynolds Re > 1.000, transisi apabila 500 < Re < 1000 dan laminer apabila Re <

500 (Triatmodjo, 2008). Aliran melalui saluran terbuka dianggap seragam

(uniform) apabila berbagai variabel aliran seperti kedalaman, tampang basah,

kecepatan, dan debit pada setiap tampang saluran terbuka adalah konstan. Aliran

melalui saluran terbuka disebut tidak seragam atau berubah (non-uniform flow

atau varied flow), apabila variabel aliran seperti kedalaman, tampang basah,

kecepatan di sepanjang saluran tidak konstan.

Adapun Persamaan untuk menghitung bilangan Reynolds yaitu sebagai

berikut:

.................................................................................................. (56)

Dimana : Bilangan Reynolds

Kecepatan aliran (m/dtk)

Panjang karakteristik (m)

Viskositas kinematik (m2/dtk)

Apabila perubahan aliran terjadi pada jarak yang pendek maka disebut

aliran berubah cepat, sedang apabila terjadi pada jarak yang panjang disebut aliran

berubah tidak beraturan. Aliran disebut mantap apabila variabel aliran di suatu

titik seperti kedalaman dan kecepatan tidak berubah terhadap waktu, dan apabila

berubah terhadap waktu disebut aliran tidak mantap. Selain itu aliran melalui

saluran terbuka juga dapat dibedakan menjadi aliran sub kritis (mengalir) jika Fr

26

<1, dan super kritis (meluncur) jika Fr >1. Di antara kedua tipe tersebut aliran

adalah kritis (Fr =1).

Persamaan untuk menghitung bilangan Frouds yaitu sebagai berikut:

√ ...................................................................................................... (57)

Dimana : Bilangan Froude

Kecepatan aliran (m/dtk)

Percepatan gravitasi (m/dtk2)

Kedalaman aliran (m)

Nilai U diperoleh dengan rumus :

............................................................................................................ (58)

Dimana : Debit aliran (m3/dtk)

Luas saluran (m2)

Nilai A diperoleh dengan rumus :

........................................................................................... (59)

Dimana : Tinggi saluran (m)

Lebar atas saluran (m)

Lebar saluran (m)

2.3.1. Unsur Geometrik

Unsur-unsur geometrik pada saluran terbuka antara lain :

a. Kedalaman aliran (y) adalah jarak vertikal titik terendah pada suatu penampang

saluran sampai ke permukaan bebas.

27

b. Lebar puncak (T atau b) adalah lebar penampang saluran pada permukaan

bebas.

c. Luas basah (A) adalah luas penampang melintang aliran yang tegak lurus

dengan arah aliran.

d. Keliling basah (P) adalah panjang garis perpotongan dari permukaan basah

saluran dengan bidang penampang melintang yang tegak lurus arah aliran.

e. Jari-jari hidraulik (R) adalah rasio luas basah dengan keliling basah.

............................................................................................................ (60)

f. Kedalaman hidraulik (D) adalah rasio luas basah dengan lebar puncak.

(

) ..................................................................................................... (61)

2.3.2. Kemiringan Saluran

Kemiringan memanjang pada dasar saluran biasanya ditentukan oleh

keadaan topografi yang diperlukan untuk mengalirkan air. Kemiringan dinding

saluran tergantung jenis bahan seperti yang terlihat pada tabel 2.2 di bawah ini.

Table 2.2 Kemiringan Saluran Berdasarkan Bahan

No. Bahan Kemiringan Dinding Saluran

1 Batu Hampir tegak lurus

2 Tanah Gambut ¼ : 4

3 Lempung Teguh ½ : 4 atau 1 : 1

4 Tanah berpasir batu 1 : 1

5 Lempung kaku 1,5 : 1

6 Tanah berpasir lepas 2 : 1

7 Lempung berpasir 3 : 1

28

2.3.3. Kecepatan Maksimum yang diinginkan

Kecepatan Maksimum yang diinginkan adalah kecepatan rata-rata terbesar

yang tidak menimbulkan erosi pada tubuh saluran. Kecepatan ini sangat tidak

menentu dan bervariasi. Saluran lama biasanya mengalami banyak pergantian

musim mampu akan menerima kecepatan yang lebih besar dibanding saluran baru.

Karena saluran lama biasanya lebih stabil terutama adanya pengendapan bahan-

bahan koloida. Tabel kecepatan maksimum yang diijinkan dipilih pada air jernih,

berdasarkan bahan yang digunakan menurut Fortier dan Scobey, dapat dilihat

pada tabel 2.3 dibawah ini:

Tabel 2.3 Kecepatan Maksimum Menurut Fortier dan Scobey

No. Bahan Nilai n V

1 Pasir Halus 0.02 1.5

2 Debu Vulkanis 0.02 2.5

3 Kerikil Halus 0.02 2.5

4 Bebatuan 0.035 5

2.3.4. Energi Spesifik

Prinsip energi yang diturunkan untuk aliran melalui pipa dapat juga

digunakan untuk aliran melalui saluran terbuka. Energi yang terkandung di dalam

satuan berat air yang mengalir di dalam saluran terbuka terdiri dari tiga bentuk

yaitu energi kinetik, energi tekanan dan energi elevasi di atas garis referensi.

29

Gambar 2.4 Kurva Lengkung Energi Spesifik pada Saluran Terbuka

Untuk saluran dengan kemiringan dasar kecil dan α = 1 (Koefisien energi =

1), Energi spesifik adalah jumlah kedalaman aliran ditambah tinggi kecepatan.

Dapat dilihat pada persamaan berikut :

atau

.................................................................. (62)

Kurva energi spesifik untuk nilai E tertentu mempunyai 2 kemungkinan

kedalaman yaitu y1 dan y2. Jika persamaan (14) diturunkan terhadap y

(dideferensialkan) dengan Q konstan, maka :

............................................................................................ (63)

Mengingat bahwa dA = Ady atau Da/dy = T dan kedalaman hidrolik D =

A/T maka persamaan di atas menjadi :

................................................................................................ (64)

Pada keadaan kritis energi spesifik saluran adalah minimum atau dE/dy = 0

sehingga persamaan di atas menjadi :

........................................................................................... (65)

30

Dengan demikian dapat ditulis

atau

maka :

........................................................................................................... (66)

Ini berarti pada kondisi aliran kritis, tinggi sama dengan setengah dari

kedalaman hidrauliknya. Persamaan di atas juga dapat diubah menjadi :

√ ........................................................................................................... (67)

Bilangan Froude

√ pada kondisi kritis, nilai F = 1. Dimana kriteria

ini dapat dipakai dengan memenuhi persyaratan sebagai berikut

e. Aliran sejajar atau berubah lambat laun

f. Kemiringan saluran kecil

g. Koefisien energi dianggap sama dengan 1

2.4. Gerusan

Gerusan merupakan penurunan dasar sungai yang diakibatkan karena

terjadinya erosi di bawah permukaan alami atau datum yang diasumsikan.

Gerusan adalah proses semakin dalamnya dasar sungai akibat interaksi antara

aliran dengan material dasar sungai (Legono, 1990).

Gerusan didefinisikan sebagai proses pembesaran dari suatu aliran yang

disertai pemindahan material melalui aksi gerakan fluida. Gerusan lokal (local

scouring) terjadi pada suatu kecepatan aliran dimana sedimen ditranspor lebih

besar daripada sedimen yang disuplai. Transpor sedimen bertambah dengan

meningkatnya tegangan geser sedimen, dan gerusan terjadi ketika perubahan

kondisi aliran menyebabkan peningkatan tegangan geser dasar Hanwar, 1999).

31

Sifat alami gerusan mempunyai fenomena sebagai berikut :

c. Besar gerusan akan sama selisihnya antara jumlah material yang diangkut

keluar daerah gerusan dengan jumlah material yang diangkut masuk ke dalam

daerah gerusan.

d. Besar gerusan akan berkurang apabila penampang basah di daerah gerusan

bertambah. Untuk kondisi aliran bergerak akan terjadi suatu keadaan gerusan

yang disebut gerusan batas yang besarnya akan asimtotik terhadap waktu.

2.4.1. Tipe-tipe Gerusan

Tipe gerusan menurut Rudkivi dan Ettema (1983) adalah sebagai berikut :

a. Gerusan umum di alur sungai, tidak berkaitan sama sekali dengan ada tidaknya

bangunan sungai.

b. Gerusan di lokalisir di alur sungai, terjadi karena penyempitan aliran sungai

menjadi terpusat.

c. Gerusan lokal di sekitar bangunan, terjadi karena pola aliran lokal di sekitar

bangunan sungai.

Gerusan dari jenis (2) dan (3) selanjutnya dapat dibedakan menjadi gerusan

dengan air bersih (clear water scour) maupun gerusan dengan air bersedimen (live

bed scour). Gerusan dengan air bersih berkaitan dengan suatu keadaan dimana

dasar sungai di sebelah hulu bangunan dalam keadaan diam (tidak ada material

yang terangkut) atau secara teoritik t0 < tc. Sedangkan gerusan dengan air

bersedimen terjadi ketika kondisi aliran dalam saluran menyebabkan material

dasar bergerak. Peristiwa ini menunjukkan bahwa tegangan geser pada saluran

lebih besar dari nilai kritiknya atau secara teoritik t0 > tc.

32

2.4.2. Gerusan dengan Perbedaan Kondisi Angkutan

Berdasarkan perbedaan kondisi angkutan pada gerusan, terdapat 2 kondisi

yakni sebagai berikut :

a. Kondisi clear water scour dimana gerusan dengan air bersih terjadi jika

material dasar sungai di sebelah hulu gerusan dalam keadaan diam atau tidak

terangkut.

Untuk

gerusan lokal tidak terjadi dan proses transportasi sedimen

tidak terjadi.

Apabila

gerusan lokal terjadi secara terus menerus dan proses

transportasi sedimen tidak terjadi.

b. Kondisi live bed scour dimana gerusan yang disertai dengan terangkutnya

sedimen material dasar saluran, jika :

................................................................................................... (68)

Dimana : : Kecepatan aliran rata-rata (m/dtk)

: Kecepatan aliran kritis (m/dtk)

2.4.3. Mekanisme Gerusan

Struktur yang diletakkan pada suatu arus sungai mampu merubah aliran air

dan gradien kecepatan vertikal (vertical velocity gradient) pada permukaan ujung

struktur tersebut (Miller, 2003). Aliran bawah yang terjadi pada dasar struktur ini

membentuk pusaran yang akhirnya menyapu sekeliling dan bagian bawah

struktur. Kejadian ini dinamakan pusaran tapal kuda (horseshoe vortex)

dikareakan apabila dilihat dari atas maka bentuk pusaran ini mirip tapal kuda.

33

Interaksi aliran dan struktur pada permukaan air membentuk busur imbak

(bow wave) yang disebut dengan gulungan permukaan (surface roller). Saat

terjadi pemisahan aliran pada struktur bagian dalam akan mengalami wake

vortices.

Gambar 2.5. Mekanisme Gerusan Akibat Pola Aliran di Sekitar Pilar

(Sumber : Miller, 2003)

Tegangan geser (shear stress) umumnya meningkat pada dasar saluran di

bagian depan struktur. Apabila dasar saluran mudah tergerus maka lubang

gerusan akan terbentuk di sekitar struktur. Hal inilah yang disebut dengan

gerusan lokal (local or structure induced sediment scour).

Proses gerusan dimulai pada saat bergeraknya partikel yang terbawa

mengikuti pola aliran dari hulu ke bagian hilir saluran. Pada saat kecepatan

tinggi, partikel yang terbawa akan semakin banyak dan membuat ukuran dan

kedalaman lubang gerusan menjadi semakin besar. Apabila kecepatan aliran

mencapai kecepatan kritik maka kedalaman gerusan akan menjadi maksimum.

Hubungan antara kedalaman gerusan terhadap waktu dapat dilihat pada Gambar

2.6. dan hubungan antara kedalaman gerusan dengan kecepatan geser pada

Gambar 2.7. di bawah ini (Breusers dan Raudkivi, 1991).

34

Gambar 2.6. Hubungan antara kedalaman gerusan dengan waktu

(Sumber : Breusers dan Raudkivi, 1991)

Gambar 2.7. Hubungan antara kedalaman gerusan dengan kecepatan geser

(Sumber : Breusers dan Raudkivi, 1991)

Pada grafik di atas menunjukkan bahwa kedalaman gerusan untuk clear

water scour dan live-bed scour merupakan fungsi dari kecepatan geser.

Terjadinya kesetimbangan gerusan tergantung pada kondisi yang ditinjau yaitu

gerusan dengan air tanpa sedimen (clear- water scour) atau gerusan dengan air

bersedimen ( live-bed scour). Gerakan dasar sungai pada clear- water scour)

diasumsikan terjadi pada sekitar pilar, sedangkan pada live-bed scour gerakan

dasar sungai hamper terjadi di sepanjang dasar sungai.

35

Proses awal terjadinya gerusan ditandai dengan berpindahnya sedimen

yang menutupi pilar jembatan serta degradasi dasar sungai yang mengikuti pola

alira. Seiring bertambahnya waktu maka lubang gerusan akan semakin besar dan

mencapai kedalaman maksimum.

Adapun tahap-tahap terjadinya gerusan antara lain sebagai berikut (Miller,

2003) :

a. Peningkatan aliran pada saat perubahan garis aliran di sekeliling pilar.

b. Pemisahan aliran dan peningkatan pusaran tapal kuda secara intensif sehingga

menyebabkan lubang gerusan semakin membesar.

c. Longsor atau turunnya material di sekitar lubang gerusan setelah terkena

pusaran tapal kuda.

2.4.4. Pola Gerusan Lokal di Sekitar Pilar

Pilar merupakan suatu bangunan bawah yang letaknya berada di tengah

bentang antara dua buah abutment dan memiliki fungsi sebagai pemikul beban-

beban bangunan atas dan bangunan lainnya yang selanjutnya diteruskan ke

pondasi serta disebarkan ke tanah dasar yang keras (Mukti, 2016).

Rahmadani (2014) menjelaskan penggerusan lokal pada pilar terjadi akibat

terganggunya aliran baik besar maupun arahnya yang menimbulkan turbulensi air

sehingga menyebabkan hanyutnya material-material dasar atau tebing sungai. Hal

ini dapat terjadi secara langsung oleh kecepatan aliran sedemikian rupa sehingga

daya tahan material terlampaui.

36

Menurut Ariyanto (2010), gerusan lokal yang terjadi di sekitar pilar akan

membentuk suatu pola gerusan yang dapat diamati setelah proses gerusan terjadi.

Gambar 2.8. Pola Kedalaman Gerusan Lokal pada Pilar Jajar Genjang

Debit 848 cm3/dtk (Sumber : Ariyanto, 2010)

Gambar 2.9. Pola Kedalaman Gerusan Lokal pada Pilar Bulat


Gambar 2.10. Pola Kedalaman Gerusan Lokal pada Pilar Bujur Sangkar


37

Dilihat dari ketiga gambar di atas bahwa pola kedalaman gerusan lokal di

sekitar pilar adalah sama untuk posisi pilar yang sejajar dengan arah aliran datang

yaitu terjadi proses gerusan di depan dan belakang pilar yangmana di bagian

depan pilar terjadi gerusan maksimum. Namun pada Gambar 2.8 pilar jajar

genjang memiliki karakter yang berbeda dengan bentuk pilar bulat dan bujur

sangkar. Hal ini dikarenakan pada pilar jajar genjang membentuk sudut terhadap

arah aliran yang datang sehinga proses kedalaman maksimum terjadi pada sisi

pilar. Semakin besar bentuk sudut terhadap aliran, maka akan semakin besar pula

kedalaman gerusan pada sisi pilar (Ariyanto, 2010).

2.4.5. Faktor yang Mempengaruhi Kedalaman Gerusan

Kedalaman gerusan yang terjadi di sekitar di sekitar bangunan air,

jembatan dan penyempitan air dipengaruhi beberapa faktor antara lain sebagai

berikut :

a. Kecepatan Aliran pada Alur Sungai

Kedalaman maksimum rata-rata gerusan lokal yang terjadi di sekitar pilar

sangat tergantung pada nilai relative kecepatan alur sungai (perbandingan antara

kecepatan geser dengan kecepatan rerata aliran), nilai diameter butiran (Seragam/

tidak seragam) dan lebar pilar.

b. Gradasi Sedimen dan Ukuran Butir Material Dasar

Gradasi sedimen pada sedimen transpor merupakan salah satu factor yang

mempengaruhi kedalaman gerusan pada kondisi air bersih (Clear Water Scour).

Kedalaman gerusan maksimum pada media alir clear water scour juga

dipengaruhi oleh ukuran butiran material dasar.

38

c. Ukuran dan Bentuk Pilar

Ukuran dan bentuk pilar berpengaruh pada kedalaman gerusan lokal. Ukuran pilar

mempengaruhi waktu yang diperlukan gerusan lokal pada kondisi clear water

sampai dengan kedalaman terakhir sedangkan bentuk pilar yang tidak bulat akan

memberikan sudut yang lebih tajam terhadap aliran datang yang diharapkan dapat

mengurangi gaya pusaran tapal kuda sehingga kedalaman gerusan menjadi

berkurang.

Menurut Wibowo (2007), kedalaman gerusan lokal tergantung pada

kedudukan atau posisi pilar terhadap sudut arah aliran serta panjang dan lebarnya

pilar. Hal ini dikarenakan bahwa gerusan merupakan rasio dari panjang, lebar dan

sudut dari tinjauan terhadap arah aliran. Masing-masing bentuk pilar mempunyai

faktor koefisien bentuk Ks menurut Breuser dan Raudkivi (1991) yang

dilampirkan dalam Tabel 2.4 berikut :

Tabel 2.4. Koefisien Faktor Bentuk Pilar

Bentuk Pilar b/l B’/l’ Ks Gambar Bentuk Pilar

Silinder 1.0

Persegi (Rectangular) 1:1

1:5

1.22

0.99

Persegi dengan ujung setengah

lingkaran (Rectangle with semi

circular nose)

1:3 0.90

Ujung setengah lingkaran

dengan bentuk belakang lancip

(Semi circular nose with

1:5 0.86

39

wedge shape tail)

Persegi dengan sisi depan

miring (Rectangle with wedge

shape nose)

1:3 1:2

1:4

0,76

0,65

Elips (Elliptic)

1:2

1:3

1:5

0,83

0,80

0,61

Lenticular 1:2

1:3

0,80

0,70

Aerofoil 1:3,5 0,80

(Sumber : Breuser dan Raudkivi, 1991)

2.4.6. Persamaan untuk Kedalaman Gerusan

Ada beberapa persamaan yang dipakai untuk menghitung besar kedalaman

gerusan yang terjadi pada dasar sungai di sekitar pilar.

Laursen dan Toch (1956) mempresentasikan persamaan untuk menghitung

kedalaman gerusan berdasarkan pada data hasil studi kasus angkutan sedimen.

Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi kedalaman gerusan lokal maksimum

seperti bentuk pilar, gradasi sedimen dan sudut datang aliran. Persamaannya yaitu

sebagai berikut :

ds = 1,35 b0,7

y 0,3

Breuser dan Raudkivi (1991) menyebutkan bahwa kedalaman gerusan

merupakan fungsi dari angka Reynolds. Berdasarkan data laboratorium

persamaannya adalah sebagai berikut :

ds = 1,05 b0,75

Simon dan Senturk (1992) mengembangkan persamaan berikut ini :

40

ds = K y (b/y)0,65

Fr0,43

Dengan :

K = 2,0 (Pilar berujung kotak)

K = 1,5 (Pilar berujung bulat)

K = 1,2 (Pilar berujung runcing)

Persamaan yang dikembangkan oleh Dr. David Froehlich (1987)

menyatakan bahwa kedalaman gerusan sebagai fungsi dari bilangan Froude, lebar

pilar, sudut aliran, jenis pilar dan ukuran butiran. Adapun bentuk persamaannya

yaitu seperti di bawah ini :

ds = 0,32 b K (b’/b)0,02

(y/b)0,46

Fr0,2

(b/d50)0,08

+ 1,0

b’ = b cos β + 1 sin β

Dengan :

K = 1,3 (Pilar persegi)

K = 1,0 (Pilar Lingkaran)

K = 0,7 (Pilar Segitiga)

Persamaan Colorado State University (CSU) dipresentasikan oleh

Richardson (1990) merupakan persamaan yang paling banyak digunakan di

Amerika. Adapun bentuk persamaannya adalah seperti di bawah ini :

ds = 2,0 y K1 K2 K3 Fr0,43

(b/y)0,65

Dimana :

ds : Kedalaman gerusan (m)

b : Lebar pilar (m)

y : Kedalaman aliran (m)

Fr : Bilangan Froude

41

d50 : Ukuran butiran lolos saringan 50 %

Tabel 2.5 Faktor Koreksi K1

Bentuk dari Ujung Pilar K1

Persegi 1,1

Lingkaran 1,0

Silinder Lingkaran 1,0

Kumpulan Silinder 1,0

Segitiga 0,9

Sumber : Richardson (1990)


Sudut Aliran l/b = 4 l/b = 8 l/b = 12

0 1,0 1,0 1,0

15 1,0 2,0 2,5

30 2,0 2,5 3,5

45 2,3 3,3 4,3

90 3,9 3,9 5,0



Kondisi Saluran Ukuran (m) K3

Clear Water Scour n.a 1,1

Pane bed/anti dunes n.a 1,1

Small dunes 0,6 – 3,0 1,1

Medium dunes 3,0 – 9,1 1,1 – 1,2

Large dunes > 9,1 1,3


42

2.4.7. Pengendalian Gerusan Lokal

Dalam Suyono Sosrodarsono (1993), Salah satu alternatif perlindungan

terhadap gerusan adalah dengan membuat ambang (Groundsill). Ambang

merupakan suatu bangunan pengendali sedimen yang bertujuan untuk menjaga

supaya dasar sungai tidak turun secara berlebihan dan diharapkan dengan adanya

ambang tersebut maka gerusan lokal pada bangunan sungai dapat di reduksi.

Ambang dibangun pada posisi porosnya tegak lurus arah aliran.

Menurut Adiputra (2012), Tipe ambang terdiri dari 2 jenis yaitu sebagai

berikut :

1. Ambang datar (Bed gindle work) yaitu ambang yang hamper tidak mempunyai

terjunan dan elevasi mercunya hampir sama dengan permukaan dasar sungai dan

memiliki fungsi untuk menjaga agar permukaan dasar sungai tidak turun lagi.

2. Ambang pelimpah (Head work) yaitu ambang yang memiliki terjunan dimana

elevasi bagian hulu lebih besar daripada elevasi hilir dan berfungsi untuk

melandaikan kemiringan dasar saluran.

Gambar 2.11 Perlindungan dengan Groundsill

(Sumber: Adiputra, 2012)

43

Sebuah groundsill ditempatkan di hilir jembatan untuk menstabilkan dasar

sungai dengan cara mencegah degradasi dasar sungai dan mempertahankan posisi

dasar sungai sejajar dengan mercu groundsill.

2.5. Degradasi Dasar Sungai

Degradasi dasar sungai umumnya merupakan akibat adanya erosi dan

sebagai perantara utama adalah air yang dipengaruhi oleh kecepatan aliran.

Sungai adalah suatu aliran drainase yang terbentuk secara alamiah, akan tetapi

disamping fungsinya tersebut dengan adanya air yang mengalir didalamnya,

sungai menggerus tanah dasarnya secara terus menerus (degradasi) sepanjang

waktu.

Volume sedimen yang sangat besar yang dihasilkan di daerah pegunungan

dari dasar sungai tersebut terangkat ke hilir oleh aliran sungai. Karena di daerah

pegunungan atau pada daerah dengan kemiringan dasar sungai yang curam, maka

dengan kecepatan aliran cukup besar, gaya tarik aliran airnya cukup besar, tetapi

setelah aliran sungai mencapai daerah dataran, maka gaya tariknya menurun,

karena itu ukuran butir sedimen yang terangkut dan mengendap di bagian hulu

sungai lebih besar daripada di bagian hilirnya.

Tindak pengatasan terjadinya penurunan dasar sungai (degradasi) dapat

dibangun bendung/ambang (groundsill), dan usahakan penempatannya di sebelah

hilir dari ruas sungai. Apabila ruas sungai tersebut cukup panjang, maka

diperlukan beberapa buah groundsill yang dibangun secara berurutan membentuk

terap-terap, sehingga bendung yang lebih hulu tertimbun oleh tumpukan sedimen

yang tertahan oleh bendung di hilirnya. Tujuan pembangunan groundsill ini

44

adalah pelandaian dasar sungai yang semula curam dengan kecepatan aliran cukup

besar menjadi kecepatan yang lebih kecil (aliran super kritik menjadi aliran sub

kritik).

2.6. Sedimentasi

Tanah atau bagian-bagian tanah yang terangkut oleh air dari suatu tempat

yang mengalami erosi pada suatu daerah aliran sungai (DAS) dan masuk kedalam

suatu badan air secara umum disebut sedimen. Sedimen yang dihasilkan oleh

proses erosi dan terbawa oleh aliran air akan diendapkan pada suatu tempat yang

kecepatan alirannya melambat atau terhenti. Peristiwa pengendapan ini dikenal

dengan peristiwa atau proses sedimentasi (Arsyad, 2010).

Proses sedimentasi berjalan sangat komplek, disebabkan dimulai dari

jatuhnya hujan yang menghasilkan energi kinetik yang merupakan permulaan dari

proses erosi. Begitu tanah menjadi partikel halus, lalu menggelinding bersama

aliran, sebagian akan tertinggal di atas tanah sedangkan bagian lainnya masuk ke

sungai terbawa aliran menjadi angkutan sedimen.

Adapun proses sedimentasi dibedakan menjadi dua bagian yaitu :

a. Proses sedimentasi secara geologis

Secara geologis sedimentasi merupakan suatu proses erosi tanah yang

berjalan secara normal, artinya proses pengendapan yang berlangsung masih

dalam batas-batas yang diperkenankan atau dalam keseimbangan alam dari proses

degradasi dan agradasi pada perataan kulit bumi akibat adanya pelapukan.

45

b. Proses sedimentasi yang dipercepat

Sedimentasi yang dipercepat merupakan suatu proses terjadinya sedimentasi

yang menyimpang dari proses secara geologi dan berlangsung dalam waktu yang

cepat, bersifat merusak atau merugikan dan dapat mengganggu keseimbangan

alam atau kelestarian lingkungan hidup. Kejadian tersebut biasanya disebabkan

oleh kegiatan manusia dalam mengolah tanah yang salah sehingga menyebabkan

erosi tanah dan sedimentasi yang tinggi.

2.6.1. Mekanisme Pengangkutan Sedimen

Proses pengangkutan sedimen (sediment transport) dapat diuraikan

menjadi tiga proses sebagai berikut :

a. Pukulan air hujan (rainfall detachment)

Pukulan air hujan terhadap bahan sedimen yang terdapat di permukaan tanah

sebagai hasil dari erosi percikan (splash erosion) yang dapat menggerakkan

partikel-partikel tanah tersebut dan akan terangkut bersamaan dengan limpasan

permukaan (overland flow)

b. Limpasan permukaan (overland flow)

Limpasan permukaan mengangkut bahan sedimen yang terdapat di atas

permukaan tanah yang selanjutnya dihanyutkan ke dalam alur-alur (rills), dan

seterusnya masuk ke dalam selokan yang pada akhirnya menuju ke sungai.

46

c. Pengendapan sedimen

Terjadi pada saat kecepatan aliran yang dapat mengangkat (pick up velocity)

dan mengangkut bahan sedimen mencapai kecepatan pengendapan (setting

velocity) yang dipengaruhi oleh besarnya partikel-partikel sedimen dan kecepatan

aliran.

Konsentrasi sedimen yang terkandung pada pengangkutan sedimen

merupakan hasil dari erosi total (gross erosion) yang merupakan jumlah dari erosi

permukaan (interillerosion) dengan erosi alur (rill erosion) (Foster, Meyer, dan

Onstad, 1977).

2.6.2. Mekanisme Transportasi Sedimen

Dalam pengangkutan sedimen dari batuan induk ke tempat

pengendapannya, ada dua kelompok cara yaitu suspensi (suspendedload) dan

muatan sedimen dasar (bedload transport). Berikut ini penjelasan mengenai

keduanya :

a. Suspensi

Dalam teori segala ukuran butir sedimen dapat dibawa dalam suspensi apabila

arus cukup kuat. Akan tetapi di alam, kenyataannya hanya material halus saja

yang dapat diangkut suspensi. Sifat sedimen hasil pengendapan suspensi ini

mengandung persentase masa dasar yang tinggi sehingga butiran tampak

mengambang dalam masa dasar dan umumnya disertai pemilahan butir yang

buruk. Ciri lain dari jenis ini adalah butir sedimen yang diangkut tidak pernah

menyentuh dasar aliran.

47

b. Bedload Transport

Partikel-partikel kasar yang bergerak sepanjang dasar sungai secara

keseluruhan disebut dengan muatan sedimen dasar (bed load). Adanya muatan

sedimen dasar ditunjukan oleh gerakan partikel-partikel dasar sungai. Gerakan itu

dapat bergeser, menggelinding, atau meloncat-loncat, akan tetapi tidak pernah

lepas dari dasar sungai. Gerakan ini kadang-kadang dapat sampai jarak tertentu

dengan ditandai bercampurnya butiran partikel tersebut bergerak ke arah hilir.

(Soewarno, 1995).

Berdasarkan tipe gerakan media pembawanya, sedimen dapat dibagi menjadi:

1. Endapan arus traksi

2. Endapan arus pekat (density current) dan

3. Endapan suspensi

Pada dasarnya butir-butir sedimen bergerak di dalam media pembawa, baik

berupa cairan maupun udara, dalam 3 cara yang berbeda: menggelundung

(rolling), menggeser (bouncing) dan larutan (suspension) seperti Gambar 2.12.

Gambar 2.12 Ragam Gerakan Sedimen dalam Media Cair

48

Keterangan :

A : Suspension umumnya terjadi pada sedimen-sedimen yang sangat kecil

ukurannya (seperti lempung) sehingga mampu diangkut oleh aliran air atau

angin.

B : Saltation yang dalam bahasa latin artinya meloncat umumnya terjadi

pada sedimen berukuran pasir dimana aliran fluida mampu menghisap dan

mengangkut sedimen pasir sampai akhirnya karena gaya gravitasi yang

ada mampu mengembalikan sedimen pasir tersebut ke dasar.

C : Bed load ini terjadi pada sedimen yang relatif lebih besar (seperti pasir,

kerikil, dan bongkah) sehingga gaya pada aliran yang bergerak dapat

berfungsi memindahkan pertikel-partikel yang besar di dasar. Pergerakan

dari butiran pasir dimulai pada saat kekuatan gaya aliran melebihi

kekuatan inersia butiran pasir tersebut pada saat diam. Gerakan-gerakan

sedimen tersebut bisa menggelundung, menggeser, atau bahkan bisa

mendorong sedimen yang satu dengan lainnya.

2.6.3. Kapasitas Transpor Sedimen

Kapasitas transpor sedimen adalah kapasitas dari sungai untuk melewatkan

sejumlah sedimen sehubungan dengan karakter pengaliran dan karakter sedimen

pada suatu penggal sungai yang ditinjau (Kinori, 1984). Tujuan pokok dari

pengetahuan transpor sedimen adalah untuk mengetahui apakah pada keadaan

tertentu tampang suatu sungai mengalami keadaan seimbang, erosi atau

pengendapan dan untuk mengetahui kuantitas proses tersebut (Mardjikoen, 1987).

49

Gambar 2.13. Ilustrasi Transpor Sedimen pada tampang memanjang saluran

Tabel 2.8. Transpor Sedimen pada tampang memanjang saluran

Perbandingan T Proses

Sedimen Dasar

T1 = T2 Seimbang Stabil

T1 < T2 Erosi Degradasi

T1 > T2 Pengendapan Agradasi

2.6.4. Sifat-sifat Material yang Terangkut

Proses pengangkutan dan pengendapan sedimen tidak hanya tergantung

pada sifat-sifat arus tetapi juga pada sifat-sifat sedimen itu sendiri. Sifat-sifat di

dalam proses sedimentasi terdiri dari sifat partikelnya dan sifat sedimen secara

menyeluruh. Namun sifat yang paling penting adalah ukuran partikel, Krumbein

(1934) mengembangkan Skala Wentworth dengan menggunakan unit phi

tujuannya untuk mempermudah dalam pengklasifikasian apabila suatu sampel

sedimen mengandung partikel yang berukuran kecil dalam jumlah yang besar.

Untuk mengkonversi unit phi menjadi milimeter digunakan persamaan

(USACE,200):

................................................................................................... (69)

........................................................................... (70)

Keterangan :

50

: Diameter partikel (mm)

: Skala Wentworth

Tabel 2.9. Ukuran Sedimen

No. Tipe D (mm) Keterangan

1 Lempung < 0,002 > 9 Selalu terlarut

2 Lumpur 0,002 0,0625 4 9 Sebagian terlarut

3 Pasir 0,0625 2 -1 4 Tidak terlarut

4 Kerikil 2 64 -6 -1 Tidak terlarut

5 Pecahan Batu 64 256 -8 -6 Tidak terlarut

6 Batu 256 < -8 Tidak terlarut

(Sumber : Gerry Parker, ID Sediment Transport Morphodynamics with

Applications to Rivers and Turbidity Currents, 2004)

2.7. Analisis Bedload Sediment

Sedimentasi merupakan suatu gabungan dari berbagai proses seperti erosi,

pemuatan (pengangkutan), pengendapan dan pemadatan bahan sedimen. Proses

ini diawali dengan erosi (splash erotion, sheet erotion, gully erotion dan

sebagainya) yang diartikan sebagai pemecahan dan pemindahan partikel sedimen

akibat tenaga air atau angin (Rochdyanto, 1995). Sedimen yang termuati dalam

air yang diakibatkan oleh erosi tersebut kemudian mengalami suatu proses

pemindahan melalui media air sebagai pengangkut bahan sedimen.

Dalam perhitungan bedload sediment perlu dilakukan uji dan analisis

saringan. Analisis ini dimaksudkan untuk mengetahui prosentase ukuran butiran

tanah dan susunan butiran tanah (gradasi) dari suatu jenis tanah yang tertahan di

atas dsaringan No.200. Analisis saringan ini digunakan untuk partikel-partikel

berdiameter lebih dari 0,075 mm.

51

Nilai koefisien keseragaman ( ) dapat dihitung dengan menggunakan

rumus :

................................................................................................... (71)

Keterangan :

: Koefisien keseragaman

: Diameter yang bersesuaian dengan 60 % lolos saringan yang ditentukan

dari kurva distribusi ukuran butiran



Nilai koefisien gradasi dapat dihitung dengan menggunakan rumus :

.................................................................................................. (72)

Keterangan :

: Koefisien gradasi







Untuk menghitung laju bedload sediment pada dasar sungai yang berupa

pasir kasar sampai kerikil dilakukan dengan menggunakan persamaan Meyer-

Peter-Muller (1948) dengan rumus:

52

[(

)

]

√ ......................................... (73)

.................................................................................................. (74)

Keterangan :

s : Laju sedimen per satuan lebar (m3/dt/m)

h : Tinggi air sungai dari dasar (m)

i : Kemiringan dasar sungai

g : Percepatan gravitasi (9,81 m/dt2)

: Massa jenis sedimen

: Massa jenis air

: Diameter sedimen 50 % gradasi butiran dasar sungai

Sedangkan untuk perhitungan laju sedimen bedload pada dasar sungai yang

berupa pasir halus sampai pasir kasar dilakukan dengan menggunakan persamaan

Engelund Hansen (1967) :

(

)

√ .............................................................. (75)

(

)

.......................................................................... (76)

.................................................................................................. (77)

Keterangan :

s : Laju sedimen per satuan lebar (m3/dt/m)

h : Tinggi air sungai dari dasar (m)

i : Kemiringan dasar sungai

g : Percepatan gravitasi (9,81 m/dt2)

: Massa jenis sedimen

53

: Massa jenis air

: Diameter sedimen 50 % gradasi butiran dasar sungai

Langkah pertama adalah menghitung besaran kecepatan aliran dan

kedalaman aliran sungai pada berbagai debit. Hal ini mengingat pada prinsipnya

metode ini adalah menghitung gaya geser yang diakibatkan oleh aliran air dan

membandingkannya dengan gaya gesek kritis akibat besaran material dasar

sungai. Apabila gaya geser aliran lebih besar maka akan terjadi angkutan sedimen

dari dasar, namun jika aliran lebih kecil maka materia tidak akan bergerak.

Untuk menghitung besaran laju sedimen digunakan koefisien Chezy (C)

dengan rumus sebagai berikut :

√ .................................................................................................. (78)

(

) ...................................................................................... (79)

Keterangan :

: Koefisien Chezy

: Kecepatan aliran

: Kedalaman aliran

: Gradien memanjang sungai

: Koefisien Chezy akibat besaran

Berdasarkan besaran kedua koefisien tersebut kemudian dihitung ripple

factor dan variabel lainnya dengan rumus masing-masing sebagai berikut :

(

)

.................................................................................................. (80)

54

...................................................................................... (81)

.......................................................................... (82)

Dengan besaran ini kemudian nilai laju sedimen per satuan lebar dapat

dihitung dengan rumus sebagai berikut :

[ ] .............................................................. (83)

Jika dikalikan dengan besaran lebar rerata alur utama (B) maka akan didapat

besaran laju sedimen S (m3/dt). Sedangkan untuk mendapatkan volume sedimen

yang diakibatkan oleh besaran debit banjir tertentu maka besaran laju sedimen

yang didapat (S) dikalikan dengan durasi kejadian debit yang dirubah dalam

satuan detik.

2.8. Software HEC-RAS

Untuk mengetahui karakteristik aliran sungai dan sedimentasi, maka

diperlukan suatu model pendekatan yang dapat mewakili permasalahan yang

sedang dihadapi semirip mungkin. Model pendekatan ini dapat berupa model

numerik/matematik atau model fisik.

Pada pekerjaan ini digunakan model matematik untuk menyelesaikan

permasalahan hidrolik. Meski hasil outputnya tidak seakurat jika digunakan model

fisik tetapi model matematik memiliki keunggulan dalam hal penghematan waktu,

biaya dan tenaga.

Paket program yang umum digunakan dalam pemodelan matematik sungai

adalah Paket program HEC-RAS yang dibuat dan dikembangkan oleh Hydraulic

55

Engineering Center, salah satu divisi dari the Institute for Water Resources (IWR),

U.S. Army Corps of Engineer. Program ini merupakan salah satu bagian dari

pengembangan Next Generation (NextGen) dari software Hydrologic

Engineering.

Gambar 2.14. Main Window Program HEC-RAS

(Sumber : User’s Manual HEC-RAS)

Terdapat lima langkah penting dalam membuat model hidrolika dengan

menggunakan HEC-RAS yaitu sebagai berikut :

a. Memulai proyek baru

b. Memasukkan data geometri

c. Memasukkan data aliran dan kondisi batas

d. Melakukan perhitungan hidrolika

e. Menampilkan dan mencetak hasil

2.8.1. Memulai Pekerjaan Baru

Langkah pertama dalam mengembangkan model hidrolika dengan HEC-

RAS adalah menetapkan direktori yang diinginkan untuk memasukkan judul dan

menyimpan pekerjaan atau proyek baru. Untuk mengawali proyek baru, buka file

menu pada jendela utama HEC-RAS dan pilih New Project. Akan muncul

tampilan New Project seperti berikut :

56

Gambar 2.15. Tampilan New Project Program HEC-RAS


Seperti ditunjukkan pada gambar 2.8 langkah pertama dipilih drive dan path

tempat pekerjaan akan disimpan (untuk memilih, double click directory yang

diinginkan pada kotak directories), kemudian masukkan judul proyek dan nama

file. Nama file harus dengan ekstensi “.prj”. kemudian tekan “OK”. Setelah

tombol “OK” ditekan, muncul message box yang menampilkan judul dan

directory tempat pekerjaan disimpan. Jika informasi dalam message box benar,

tekan “OK”. Jika sebaliknya tekan “cancel” untuk kembali ke tampilan New

Project.

2.8.2. Memasukkan Data Geometri

Sebelum data geometri dan data aliran dimasukkan, harus ditentukan

terlebih dahulu Sistem Satuan (English atau Metric) yang akan dipakai. Langkah

ini dilakukan dengan memilih Unit System dari menu Option pada jendela utama

HEC-RAS.

Langkah selanjutnya adalah memasukkan data geometri yang diperlukan,

yang terdiri dari skema sistem sungai, data cross section, dan data bangunan

57

hidrolika jembatan, gorong-gorong, dsb.) Data geometri dimasukan dengan

memilih Geometric Data pada menu Edit pada jendela utama. Setelah opsi ini

terpilih, jendela geometri data akan muncul seperti ditunjukan pada Gambar 2.16.

(ketika anda membuka pekerjaan baru, layar akan kosong).

Gambar 2.16. Jendela Geometri Data


a. Menggambar Skema Alur Sungai

Langkah pertama dalam memasukkan data geometri adalah menggambar

skema sistem sungai. Ini dilakukan garis demi garis, dengan menekan tombol

River Reach dan kemudian menggambar alur dari hulu ke hilir (dalam arah

positif). Setelah alur digambar, masukkan nama sungai dan ruas (reach). Jika

terdapat pertemuan antara ruas sungai, masukan pula nama titik pertemuan

(junction) tersebut.

b. Memasukkan Data Cross Section

Setelah skema sistem sungai tergambar, selanjutnya memasukkan data

cross-section dan data bangunan hidrolika. Tekan tombol Cross Section akan

58

memunculkan editor cross section. Editor ini seperti ditampilkan pada Gambar

2.10. Seperti pada tampilan, setiap cross-section memiliki nama sungai (River),

ruas (Reach), River Station, dan Description, yang berfungsi untuk

mengambarkan letak cross section tersebut pada sistem sungai. “River Station”

tidak secara aktual menunjukan letak cross-section pada sistem sungai (miles atau

Kilometer keberapa), tetapi hanya berupa angka (1,2,3,...dst.). Cross section

diurutkan dari nomor river station terbesar ke nomor River station terkecil. Pada

sistem sungai, cross section dengan nomor river station terbesar akan terletak di

hulu sungai.

Gambar 2.17. Jendela Editor Data Cross Section


Data masukan yang dibutuhkan untuk setiap cross-section ditunjukkan pada

editor data cross-section seperti pada Gambar 2.10. Langkah-langkah dalam

memasukkan data Cross Section adalah sebagai berikut:

1. Pilih sungai dan ruas sungai yang akan di-entry data cross section-nya, dengan

cara menekan panah pada kotak River dan Reach.

59

2. Pada menu Options pilih Add a New Cross Section. Kotak input muncul,

masukan nomor river station untuk cross section yang baru kemudian tekan

OK.

3. Masukkan semua data yang diperlukan. Data-data yang diperlukan data yang

terdapat pada layar editor cross section.

4. Masukan informasi tambahan yang diperlukan (misal: bendungan, penghalang

aliran, dsb), melalui menu Options.

5. Tekan tombol Aplly Data. Setelah semua data geometri dimasukkan,

simpanlah melalui Save Geometric Data As pada menu File yang terletak pada

tampilan utama editor Geometric Data.

Data-data yang diperlukan adalah:

1. Nama sungai (River) dan ruas sungai (Reach), dengan tanda panah yang

terletak pada kotak, pilih sungai (River) dan ruas sungai (Reach) yang hendak

dimasukkan data cross section-nya.

2. Gambaran (Description), diisi dengan informasi tambahan tentang lokasi cross

section pada sistem sungai.

3. Cross Section X-Y Coordinates. Tabel ini digunakan untuk memasukkan

informasi stasiun dan elevasi dari cross section. Stasiun cross section

(koordinat x) dimasukan dari kiri ke kanan, dengan pandang ke arah hilir.

4. Jarak cross section dengan cross section di bawahnya (Downstreams Reach

Lengths). Jarak ini terbagi atas jarak tepi bantaran kiri (LOB), saluran uatama

(Channel), dan tepi bantaran kanan (ROB).

5. Koefisien kekasaran Manning (Manning’s n Values), terdiri dari koefisien

untuk bantaran sebelah kiri, saluran utama, dan bantaran sebelah kanan.

60

6. Stasiun tepi saluran utama (Main Channel Bank Station), merupakan titik

terluar dari saluran utama.

7. Koefisien kontraksi dan ekspansi (Contraction and Expansion Coefficients).

2.8.3. Memasukkan Data Aliran Steady Flow

Setelah semua data geometri dimasukkan, langkah selanjutnya adalah

memasukkan data aliran steady flow yang dibutuhkan. Pilih Steady Flow Data

dari menu Edit pada tampilan utama HEC-RAS. Editor data steady flow akan

muncul seperti ditunjukan pada Gambar 2.18.

Gambar 2.18. Jendela Editor Data Aliran Steady Flow


a. Data Aliran

Informasi yang diperlukan adalah:

Jumlah profil yang akan dihitung;

Data aliran maksimum;

Data yang diperlukan untuk kondisi batas.

61

Langkah pertama adalah memasukkan jumlah profil yang akan dihitung,

dan kemudian data alirannya. Data aliran dimasukkan langsung ke dalam tabel.

Data aliran dimasukkan dari hulu ke hilir. Setelah data aliran dimasukkan,

besarnya aliran dianggap tetap sampai menemui lokasi yang memiliki nilai aliran

berbeda.

Untuk menambahkan lokasi perubahan aliran pada tabel, pilih sungai dan

ruas sungai dimana pada tempat tersebut diinginkan ada perubahan besar aliran.

Setelah itu pilihlah stasiun yang diinginkan dan tekan Add Flow Change

Location lokasi perubahan aliran akan ditambahkan pada tabel.

Setiap profil secara otomatis akan diberi nama berdasarkan nomor profil

(PF1,PF2, dst). Nama profil ini bisa diubah melalui menu Options, Edit Profiles

Names Nama profil ini umumnya diganti dengan lamanya periode ulang

banjir/aliran yang ada dibawahnya, misal: 10 tahun, 50 tahun, dsb.

b. Kondisi Batas

Setelah semua data aliran dimasukan kedalam tabel, langkah selanjutnya

adalah kondisi atas yang mungkin dibutuhkan. Untuk memasukkan data kondisi

batas, tekan tombol Boundary Conditions.

Kondisi batas diperlukan untuk menentukan permukaan air mula-mula di

ujung-ujung sistem sungai (hulu dan hilir). Muka air awal dibutuhkan oleh

program untuk memulai perhitungan. Pada resim aliran subkritik, kondisi batas

hanya diperlukan di ujung sistem sungai bagian hilir. Jika resim aliran superkritik

yang hendak dihitung, kondisi batas hanya diperlukan pada ujung hulu dari sistem

62

sungai. Jika perhitungan resim aliran campuran yang akan dibuat, kondisi batas

harus dimasukan pada kedua ujung sistem sungai.

Editor kondisi batas berisi daftar tabel untuk setiap ruas. Tiap ruas

memiliki kondisi batas hulu dan hilir. Kondisi batas internal secara otomatis

terdaftar pada tabel, didasarkan pada bagaimana sistem sungai ditetapkan pada

editor data geometri. Pengguna hanya diminta untuk memasukkan kondisi batas

eksternal yang diperlukan.

Untuk memasukkan kondisi batas, gunakan pointer mouse untuk memilih

lokasi pada tabel yang diinginkan. Kemudian pilih kondisi batas dari empat tipe

yang tersedia.

Known Water Surface Elevations. Untuk kondisi ini pengguna harus

memasukkan muka air yang diketahui pada setiap profil.

Critical Depth. Ketika kondisi batas ini yang dipilih, pengguna tidak diminta

untuk memasukkan informasi lebih lanjut. Program akan menghitung

kedalaman kritis untuk setiap profil dan menggunakannya sebagai kondisi

batas.

Normal Depth. Pada tipe ini, pengguna diminta untuk memasukkan

kemiringan energi yang ingin dipergunakan dalam perhitungan kedalaman

normal (persamaan Manning) pada lokasi tersebut. Kedalaman normal akan

dihitung untuk tiap profil didasarkan pada kemiringan yang telah dimasukkan.

Jika kemiringan energi tidak diketahui, pengguna harus memperkirakannya

dengan memasukkan salah satu dari kemiringan muka air dan kemiringan

dasar saluran.

63

Rating Curve. Ketika tipe ini dipilih, pengguna diminta untuk memasukkan

kurva elevasi-debit. Untuk setiap profil, elevasi ditambahkan dari kurva.

Fitur tambahan editor kondisi batas memungkinkan pengguna dapat

menentukan tipe kondisi batas yang berbeda untuk tiap profil pada satu lokasi.

c. Menyimpan Data Steady Flow

Langkah terakhir dalam mengembangkan data steady flow adalah

menyimpan informasi yang sudah dibuat. Untuk menyimpan data, pilih Safe Flow

Data As dari menu File pada editor data steady flow.

2.8.4. Melakukan Perhitungan

Setelah semua data geometri dan data aliran dimasukkan, pengguna dapat

memulai perhitungan profil muka air. Untuk melakukan simulasi, pilih Steady

Flow Analysis dari menu Run pada tampilan utama HEC-RAS. Tampilan Steady

Flow Analysis akan muncul seperti pada Gambar 2.19.

Gambar 2.19. Tampilan Steady Flow Analysis


64

Sebelum perhitungan dilakukan, pertama kali tentukan terlebih dahulu data

geometri dan aliran (plan) mana yang akan dihitung. Kemudian pilih resim aliran

yang diinginkan. Perhitungan dilakukan dengan menekan tombol compute pada

jendela Steady Flow Analysisis. Ketika tombol ini ditekan, HEC-RAS mengemas

semua data untuk plan yang dipilih dan menuliskannya pada run file.

2.8.5. Menampilkan Hasil

Setelah perhitungan model diselesaikan, anda dapat memulai

menampilkan hasil. Beberapa fitur untuk menampilkan hasil tersedia pada menu

View dari jendela utama. Menu ini terdiri dari:

Plot Cross Section;

Plot profil;

Plot rating curve;

Plot perspektif X-Y-Z;

Plot hidrograf (jika dilakukan perhitungan unsteady flow);

Keluaran dalam bentuk tabel untuk lokasi tertentu (tabel keluaran detail);

Keluaran dalam bentuk tabel untuk banyak lokasi (tabel rekapitulasi profil);

dan

Rekapitulasi kesalahan, peringatan dan catatan.

2.9. Penelitian Terkait

Pudyono, Sunik (2013) melakukan penelitian mengenai Penentuan

Kedalaman dan Pola Gerusan Akibat Aliran Superkritik di Hilir Pintu Air

Menggunakan End Sill dan Buffle Block dengan Simulasi Model Integrasi

Numerik. Penelitian ini menggunakan 3 jenis model yaitu model apron kosong di

65

hilir pintu, model apron-end sill dan model apron-buffle block dengan variasi

bukaan pintu. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kedalaman gerusan

menggunakan apron-end sill berada dalam range 26 mm – 82 mm (Gerusan

berkurang 10 % - 15 %) sedangkan menggunakan apron-buffle block berada

dalam range 21 mm – 64 mm (Gerusan berkurang 20 % - 30 %).

Hapsari, Mulat Widhi (2016) melakukan Kajian Kedalaman Gerusan pada

Pilar Jembatan Tipe Tiang Pancang Bersusun. Penelitian ini dilakukan di

laboratorium dengan menggunakan beberapa factor pengaruh seperti bilangan

Reynolds (turbulensi aliran), bilangan Froude dengan variasi parameter aliran

antara lain variasi kemiringan dasar saluran dan debit aliran. Berdasarkan hasil

penelitian dari 3 (tiga) variasi slope yang diamati, gerusan seimbang pada waktu

yang berbeda-beda. Pada slope 0,006 gerusan stabil pada menit 180, slope 0,0125

stabil pada menit ke-270, sedangkan slope 0,020 gerusan stabil pada menit ke-270

sampai menit ke-300.

Peliang, Arafat Marbawie (2014) melakukan penelitian mengenai Tinjauan

Ulang Perencanaan Pembangunan Groundsill Sungai Batang Agam Kota

Payakumbuh. Groundsill yang direncanakan pada penelitian ini adalah mercu tipe

Ogee dengan debit banjir kala ulang 25 tahun. Dari hasil perhitungan didapat

lebar efektif groundsill 48 m dan tinggi groundsill diambil 1 m.

Putra, Ichwan Rachmat (2015) melakukan penelitian mengenai Perencanaan

Groundsill di Sungai Senjoyo Kabupaten Semarang. Dalam penelitian ini

diperoleh hasil bahwa kemiringan dasar sungai mencapai kondisi stabil pada slope

sebesar 0,00024 dengan tinggi groundsill sebesar 2 m, sehingga dengan

66

dibangunnya groundsill dapat mengamankan pondasi jembatan dan dapat

mengembalikan elevasi dasar sungai seperti semula.

Sucipto dan Tugiono (2009) melakukan penelitian mengenai Analisis

Penempatan Groundsill sebagai Perlindungan Abutment Jembatan Terhadap

Gerusan Lokal. Pada penelitian ini menggunakan material pasir dengan dimensi

butiran yang berbeda-beda, ada bahan A dan bahan B dengan d50 = 0,51 mm dan

0,36 mm, dan berat jenisnya 2,99 gram/cm3 yang ditaburkan di sepanjang saluran

tersebut. Kecepatan pada percobaan ini bervariasi yaitu V1 = 0,22 m / s dan V2 =

0,19 m/s. Hasil penelitian menunjukkan bahwa material dasar dan parameter

lainnya dapat mempengaruhi kedalaman gerusan dan pola gerusan. Sedangkan

penempatan grounsill sebagai pelindung dari gerusan. Untuk debit yang sama,

semakin jauh penempatan groundsill maka menyebakan semakin dangkal

kedalaman gerusan.

Persamaan penelitian ini dengan penelitian terkait Pudyono, Sunik (2013),

Hapsari, Mulat Widhi (2016), Peliang, Arafat Marbawie (2014), Putra, Ichwan

Rachmat (2015) dan Sucipto dan Tugiono (2009) terletak pada objek penelitian

yakni mengenai prediksi kedalaman gerusan yang terjadi pada pilar jembatan.

Selain itu, menganalisis bangunan air yang digunakan dalam usaha mengamankan

bangunan air di sebelah hulu Groundsill. Sedangkan perbedaan penelitian ini

dengan penelitian terdahulu adalah dalam hal pemilihan metode analisis. Dalam

penelitian ini, penulis melakukan analisis menggunakan Software HEC-RAS

sehingga nantinya akan dapat menganalisis kedalaman gerusan yang terjadi pada

67

pilar jembatan dan memberikan evaluasi mengenai fungsi dari bangunan

groundsill dalam mengurangi gerusan pilar.

68

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Lokasi Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan pada Sungai Cikao yang berada di Desa

Sindangkasih, Kabupaten Purwakarta. Panjang sungai yang ditinjau yaitu sejauh

500 m ke arah hulu dan 200 m ke arah hilir dengan jembatan BH. 337 Km.

105+392 sebagai titik acuannya.

Gambar 3.1. Foto Satelit Lokasi Titik Acuan Jembatan BH. 337 Km. 105+392

(Sumber : Google Earth)

69

Gambar 3.2. Foto Udara Titik Acuan Jembatan BH. 337 Km. 105+392

3.2. Data yang Digunakan

Data yang digunakan dalam penelitian ini adalah data sekunder yang berupa

data topografi sungai, data geoteknik, data sedimen, data sungai, dan data curah

hujan. Sub DAS yang berada pada lokasi penelitian yakni, sub DAS Cikao. Data

curah hujan didapat dari Balai Besar Wilayah Sungai Citarum.

3.3. Prosedur Penelitian

Analisis yang dilakukan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut.

a. Studi kepustakaan dilakukan untuk mendapatkan data yang bersifat teoritis,

landasan teori serta berbagai literatur yang mendukung penelitian mengenai

kedalaman gerusan maksimum pada pilar jembatan dan kemungkinan

dampak yang terjadi dengan adanya groundsill pada lokasi penelitian.

70

b. Mengumpulkan data primer atau sekunder yang terdiri dari data topografi

sungai, data geoteknik, peta geologi, data sedimen, data sungai dan data curah

hujan.

c. Melakukan analisa hidrologi yaitu melakukan perhitungan data curah hujan

dan debit rancangan.

d. Melakukan analisa hidrolika menggunakan software HEC-RAS mengenai

pola aliran sungai, pemodelan hidrolika sungai dan perhitungan kedalaman

gerusan pada pilar jembatan.

e. Melakukan pemodelan menggunakan HEC-RAS mengenai dampak yang

terjadi akibat groundsill eksisting yang mengalami kerusakan dan groundsill

alternatif di sebelah hilir jembatan.

f. Menentukan kesimpulan dari hasil penelitian yang dilakukan.

71

3.4. Diagram Alir Penelitian

Untuk menyederhanakan kegiatan penelitian, maka dibentuklah suatu bagan alir

penelitian sebagai berikut.

Gambar 3.3. Diagram Alir Penelitian

Kondisi

Groundsill

Eksisting

Kondisi

Groundsill

Alternatif

Analisa Hasil dan

Pembahasan

Perhitungan CH Rancangan

Analisa Hasil Kedalaman

Gerusan pada Pilar Jembatan

Pemodelan Menggunakan

Software HEC-RAS

Input Data Debit dan Sedimen

Kesimpulan

CH Jam-jam an &

Intensitas Hujan

Uji Kesesuaian Distribusi Tidak

Ya

Analisa Hidrolika

Mulai

Analisa Hidrologi

Pengumpulan

Data Penelitian

Diterima

Selesai

Perhitungan Debit

Banjir Rancangan

121

V. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Dari uraian hasil analisis dan pembahasan dapat ditarik beberapa kesimpulan

sebagai berikut :

1. Besar debit banjir rancangan di sungai Cikao untuk kala ulang 2 tahun 5

tahun, 10 tahun, 20 tahun, 25 tahun, 50 tahun, dan 100 tahun secara berturut-

turut adalah 114,8112 m3/dt, 139,6104 m

3/dt, 153,1125 m

3/dt, 162,7134

m3/dt, 167,7373 m

3/dt, 177,2401 m

3/dt, 185,7622 m

3/dt.

2. Berdasarkan hasil running HEC-RAS pada penelitian ini, terlihat adanya

perubahan dasar sungai akibat degradasi dan agradasi.

3. Berdasarkan hasil analisis menggunakan software HEC-RAS, dapat diketahui

jika keberadaan jembatan memberikan pengaruh terhadap degradasi dan

agradasi di penampang sungai di sekitarnya. Pada penelitian ini terdapat

jembatan BH.337 di sungai cikao yang memberikan pengaruh di penampang

sungainya.

4. Dari hasil analisis dapat diketahui bahwa pilar jembatan menyebabkan

terjadinya gerusan. Kedalaman gerusan maksimum yang terjadi pada kondisi

groundsill eksisting untuk debit banjir kala ulang 2 tahun, 5 tahun, 10 tahun,

20 tahun, 25 tahun, 50 tahun, dan 100 tahun berturut-turut adalah 3,03 m,

3,28 m, 3,37 m, 3,43 m, 3,46 m, 3,52 m, dan 3,57 m. Sedangkan pada

122

groundsill alternatif, kedalaman gerusan maksimum berkurang menjadi 2,91

m, 2,08 m, 3,16 m, 3,23 m, 3,25 m, 3,30 m, dan 3,35 m.

5. Berdasarkan hasil analisis maka keberadaan groundsill di sebelah hilir

jembatan berfungsi sebagai salah satu alternatif dalam mengurangi gerusan

pada pilar jembatan.

5.2. Saran

Perlu penelitian lebih lanjut mengenai perlindungan pilar jembatan dengan

menggunakan cara yang lain, sehingga didapat hasil upaya yang efektif dan

diharapkan dapat menjadi referensi dalam mengatasi permasalahan serupa.

DAFTAR PUSTAKA

Adiputra M.W, Daniel. 2012. Pengaruh Groundsill terhadap perubahan profil

aliran sungai porong. Skripsi. Fakultas Teknik. Universitas Jember.

Ariyanto, Anton. Analisis Bentuk Pilar Jembatan Terhadap Potensi Gerusan

Lokal. 2010. Jurnal APTEK Vol. 2 No. 1 Juli 2010.

Arsyad Sitanala, (2010). Konservasi Tanah dan Air. Edisi Kedua, IPB Press.

Bogor

Breuser. H.N.C. and Raudkivi. A.J. 1991. Scouring IAHR Hydraulic Structure

Design Manual. Rotterdam : AA Balkema

Chow, V.T., Maidment D.R., Mays L.W. 1988. Applied Hydrology. Mc. Graw-

Hill Book Company. Singapore.

England, F., and Hansen, E. 1967. A Monograph on Sediment Transport Alluvial

Streams. Copenhagen : Teknik Vorlag.

Foster, G.R., Meyer, L.D., and Onstad, C. A. 1977. A Run off erosivity factor and

variable slope length exponent for soil loss estimates. Transactions of the

ASAE, Vol. 20. Pp. 683-687.

Froehlich, David C. 1989. Abutment Scour Prediction. Paper presented at the 68

TRB Annual meeling. Washington O. C.

Hanwar, S. 1999. Gerusan Lokal Disekitar Abutmen Jembatan. TESIS. Jogjakarta

: PPS UGM.

Hapsari, Mulat Widhi. 2016. Kajian Kedalaman Gerusan pada Pilar Jembatan

Tipe Tiang Pancang Bersusun. Publikasi Ilmiah. Universitas

Muhammadiyah Surakarta.

Kinori, B. Z. 1984. Manual of Surface Drainage Engineering. Elsevier Science

Publishing Company. Amsterdam. Netherland.

Kirpich, T.P. 1940. Time of concentration of small agricultural watersheds. Civil

Engineering, 10(6), 362.

Krumbein, W.C. 1934. Size frequency distributions of sediments. Journal of

Sedimentary Petrology, 4: 65–77.

Laursen, E.M. and Toch, A. Scour around bridge piers and abutments, Bulletin

No.4, Iowa Highways Research Board, Ames, Iowa, U.S.A, 1956.

Legono, D. 1990. Gerusan pada Bangunan Sungai. PAU Ilmu-Ilmu Teknik UGM,

Yogyakarta.

Mardjikoen, P. 1987. Angkutan Sedimen. Diktat. Pusat Antar Universitas (PAU).

Ilmu Teknik. UGM. Yogyakarta.

Maryono, Agus. 2003. Pembangunan Sungai Dampak dan Restorasi Sungai.

Magister Sistem Teknik Program Pasca Sarjana. Universitas Gajah Mada.

Meyer‐Peter and Muller. 1948. International Course In Hydraulic Engineering,

Belanda.

Miller Jr, W. 2003. Model For The Time Rate Of Local Sediment Scour At A

Cylindrical Structure. Disertasi. Florida : PPS Universitas Florida.

Mukti, Aditya Wibawa. 2016. Pengaruh Bentuk Pilar Jembatan Terhadap Gerusan

Lokal Menggunakan Software iRIC: Nays2DH 1.0. Teknik Sipil Universitas

Muhammadiyah Yogyakarta.

Noor, Djauhari. 2009. Pengantar Geologi 1. CV Graha Ilmu : Bogor.

Parker, G. (2004), Review of 1‐D open channel hydraulics, in 1D Sediment

Transport Morphodynamics With Applications to Rivers and Turbidity

Currents .chap. 5, Univ. of Ill. at Urbana‐Champaign, Urbana.

Peliang, Arafat Marbawie. 2014. Tinjauan Ulang Perencanaan Pembangunan

Groundsill Sungai Batang Agam Kota Payakumbuh. Skripsi. Universitas

Bung Hatta : Padang.

Pudyono, Sunik. 2013. Penentuan Kedalaman dan Pola Gerusan Akibat Aliran

Superkritik di Hilir Pintu Air Menggunakan End Sill. Skripsi. Universitas

Brawijaya : Malang.

Putra, Ichwan Rachmat. 2015. Perencanaan Groundsill di Sungai Senjoyo

Kabupaten Semarang. Skripsi. Universitas Diponegoro.

Rahmadani, Sarra. 2014. Mekanisme Gerusan Lokal dengan Variasi Bentuk Pilar

(Eksperimen). Skripsi. Fakultas Teknik. Universitas Sumatera Utara

Raudviki A.J and Ettema R.. 1983. Clear Water Scour at Cylindrical Piers.

Journal Hydraulic Engineering Volume 103.

Richardson, E.V. and Abed, L. 1990. Estimating Scour at Bridges. Transportation

Research Record 1290. Resource Consultants Inc., FL. Collins CO, 80522.

Rochdyanto, Saiful. 1995. Pengukuran Kecepatan Aliran Bermuatan Sedimen di

Saluran Irigasi. Agritech Vol. 14, No. 2, halaman 14-20.

Sandy, IM. 1985. DAS-Ekosistem Penggunaan Tanah. Publikasi Direktorat

Taguna Tanah Departemen Dalam Negeri (Publikasi 437).

Simon, D. dan Senturk F., 1992, Sediment Transport Technology: Water and

Sediment Dynamic. Water Resources Pubns., New-York.

Soemarto, C.D. 1987. Hidrologi Teknik. Penerbit Usaha Nasional. Surabaya.

Soewarno. 1995. Hidrologi, Aplikasi Metode Statistik untuk Analisa Data.

Penerbit Nova : Bandung.

Sosrodarsono, Suyono. 1985. Perbaikan dan Pengaturan Sungai. PT. Pradnya

Paramita: Jakarta.

Sosrodarsono, Suyono. 1993. Bendungan Type Urugan. PT. Pradnya Paramita.

Jakarta.

Sri Harto, Br. 1981. Mengenal Dasar Hidrologi Terapan. Keluarga Mahasiswa

Teknik Sipil. Yogyakarta.

Sucipto dan Tugiono. 2009. Analisis Penempatan Groundsill sebagai

perlindungan Abutment Jembatan Terhadap Gerusan Lokal. Skripsi.

Fakultas Teknik. Universitas Negeri Semarang.

Suripin. 2004 Sistem Drainase Perkotaan yang Berkelanjutan. Andi Offset :

Yogyakarta.

Triatmodjo, Bambang. 2008. Hidraulika II. Beta Offset: Yogyakarta.

U.S. Army Corps of Engineers – Hydrologic Engineering Center (HEC). 2001.

Hydraulic Reference Manual HEC-RAS 5.01. California : U.S. Army Corps

of Engineers.

Wibowo, Okky Martanto. Pengaruh Arah Aliran Terhadap Gerusan Lokal Di

Sekitar Pilar Jembatan. Teknik Sipil S1. Jurusan : Teknik Sipil.

Yuliana, Ade. 2002. Perencanaan Sistem Drainase dengan Sumur Resapan dan

Kolam Retensi dalam Rangka Konservasi Air di Perumahan Katumiri

Cihanjun. Laporan Tugas Akhir. Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan.

Institut Teknologi Bandung.

EVALUASI DAMPAK GROUNDSILL DALAM MENGURANGI …digilib.unila.ac.id/54841/3/TESIS TANPA BAB...

Documents

Transcript of EVALUASI DAMPAK GROUNDSILL DALAM MENGURANGI …digilib.unila.ac.id/54841/3/TESIS TANPA BAB...