EVALUASI KOEFISIEN CHEZY DAN MANNING

I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Fenomena aliran melalui saluran terbuka telah lama diketahui dan dimanfaatkan

oleh manusia. Karakteristik aliran fluida yang keluar melalui saluran terbuka

mempunyai bentuk dan kecepatan yang berbeda untuk setiap perubahan tekanan dan

kecepatan aliran. Kecepatan aliran yang mengalir melalui saluran terbuka dapat

mengalami hambatan yang dipengaruhi oleh kekasaran, kemiringan, dan ukuran

saluran yang dibuat. Besar hambatan yang terjadi dapat ditentukan dengan

mengetahui besarnya koefisien kekasaran pada setiap jenis bahan dasar pembuat

dinding saluran.

Pengaruh besarnya kekasaran pada saluran dapat dinyatakan dalam suatu nilai

yang disebut dengan koefisien kekasaran. Bentuk dan besar kecilnya partikel di

permukaan saluran akan mempengaruhi besarnya kekasaran, semakin besar butiran

penyusun permukaan di saluran maka kekasarannya dan sebaliknya. Kekasaran

permukaan ditandai dengan ukuran dan bentuk butiran bahan yang membentuk luasan

basah yang menimbulkan efek hambatan terhadap aliran. Hal ini sering dianggap

sebagai satu satunya faktor dalam menentukan koefisien kekasaran (Chow 1997).

Penentuan koefisien kekasaran merupakan hal yang sangat penting dalam

menentukan pendistribusian debit aliran yang telah direncanakan pada badan air.

1.2 Tujuan

Tujuan praktikum ini adalah menentukan dan mengevaluasi besarnya nilai

koefisien kekasaran Manning dan Chezy dalam saluran terbuka berbahan dasar fiber

glass.

II. METODOLOGI DAN ANALISIS

Penelitian penentuan koefisien kekasaran Manning dan Chezy saluran terbuka

dilaksanakan di Laboratorium Mekanika Zat Alir dan Hidrolika Institut Pertanian

Bogor (IPB). Metode yang digunakan adalah metode eksperimental laboratorium

dengan menggunakan saluran terbuka (open channel) berbahan dasar fiber glass.

Peralatan yang digunakan adalah sekat ukur segitiga, point gauge, mistar, saluran

terbuka fiber glass, dan alat bantu hitung. Bahan yang digunakan adalah fluida air.

Langkah awal dari praktikum ini yaitu dilakukannya pembacaan kedalaman air

pada saluran sekat ukur segitiga. Selanjutnya, dilakukan pengukuran kedalaman di

dua lokasi berbeda pada saluran terbuka fiber glass dengan bantuan point gauge.

Lebar saluran diukur di dua lokasi berbeda dengan alat bantu mistar. Kedalaman

aliran dan lebar saluran yang diperoleh dari pengukuran kemudian dirata-ratakan.

Bagan alir penentuan evaluasi koefisien kekasaran Manning dan Chezy disajikan

dalam Gambar 1.

Gambar 1. Bagan alir percobaan evaluasi koefisien Manning dan Chezy

Besarnya luas permukaan (A), parameter terbasahi (P), dan jari-jari hidrolik (R)

secara berturut-turut dapat dihitung dengan persamaan (1), persamaan (2), dan

persamaan (3).

A= b rata-rata × y rata-rata …………..(1)

P = ( b rata-rata× 2 (y rata-rata)) …....(2)

R = A/P ……………………...……(3)

Keterangan :

A = luas penampang aliran (m2)

P = parameter terbasahi (m)

R = jari-jari hidrolik (m)

B = lebar saluran (m)

Y= kedalaman saluran (m)

Besarnya debit (Q) sekat ukur segitiga dapat dihitung dengan menggunakan

persamaan (4) berdasarkan nilai H yang diperoleh dari pembacaan.

Q = 0.014 H 2.5

………...(4)

Keterangan:

Q = debit aliran sekat ukur segitiga (lt/det) (konversi m3/det)

H = kedalaman aliran pada sekat ukur (cm)

Setelah luas penampang aliran dan debit diperoleh maka kecepatan aliran dapat

dihitung dengan persamaan (5). Koefisien kekasaran Manning dan Chezy secar

berturut-turut dapat dihitung dengan persamaan (6) dan persamaan (7).

V = Q / A ...……………...(5)

n = (R2/3

× S1/2

) / V …….(6)

C= R1/6

/ n ……………...(7)

Keterangan:

V = kecepatan aliran (m/det)

R = jari-jari hidrolik (m)

n = koefisien kekasaran Manning

C = koefisien kekasaran Chezy

Q = debit aliran sekat ukur segitiga (lt/det) (konversi ke m3/det)

A = luas penampang aliran (m2)

III. HASIL DAN PEMBAHASAN

Kecepatan aliran pada saluran terbuka dapat ditentukan dengan rumus Chezy dan

rumus Manning. Kedua rumus tersebut hanya dibedakan pada nilai koefisien

kekasarannya. Rumus Chezy menggunakan nilai koefisien kekasaran kekasaran C

yang ditentukan oleh Ganguillet dan Kutter, H. Bazin, dan Powell. Rumus Manning

yang memiliki nilai koefisien kekasaran n dipengaruhi oleh kekasaran permukaan,

tetumbuhan, ketidakteraturan saluran, trase saluran, pengendapan dan penggerusan,

hambatan, ukuran dan bentuk saluran, serta taraf dan debit air (Chow 1997).

Kekasaran permukaan ditandai dengan ukuran dan bentuk butiran bahan yang

membentuk luasan basah dapat menimbulkan efek hambatan terhadap aliran. Secara

umum dikatakan bahwa, butiran halus mengakibatkan nilai N yang relatif rendah dan

butiran kasar memiliki nilai N yang tinggi (Chow 1997). Faktor-faktor yang

mempengaruhi koefisien kekasaran adalah bahan penyusun permukaan basah saluran,

sifat fisik tanah, ketidakteraturan saluran, vegetasi yang tumbuh di dalam saluran, dan

faktor pengendapan serta penggerusan di dalam saluran (Chow 1997).

Hasil pengukuran dan perhitungan koefisien kekasaran Manning dan Chezy dalam

saluran terbuka berbahan dasar fiber glass di setiap kelompok disajikan dalam Tabel

1 dan Tabel 2.

Tabel 1. Hasil pengukuran koefisien kekasarn setiap kelompok Manning dan Chezy pada saluran

terbuka

H

(cm) A (m

2) S0

y (m) b (m)

y1 y2 y rata-

rata b1 b2 b rata-rata

19.2 0.0190 0.01 0.0474 0.0466 0.0470 0.4050 0.4050 0.4050

19.1 0.0184 0.01 0.0459 0.0441 0.0450 0.4120 0.4050 0.4085

19.25 0.0183 0.01 0.0447 0.0455 0.0451 0.4050 0.4050 0.4050

19.1 0.0183 0.01 0.0445 0.0460 0.04525 0.4050 0.4050 0.4050

19.2 0.0189 0.01 0.0473 0.0458 0.04655 0.4050 0.4050 0.4050

Tabel 2. Hasil perhitungan koefisien kekasarn setiap kelompok Manning dan Chezy pada saluran

terbuka

Q (m3/det) V(m/det) P(m) R(m) n C

0.0226 1.1880 0.4990 0.0381 0.0095 60.8278

0.0223 1.2142 0.4985 0.0369 0.0091 63.2320

0.0227 1.2462 0.4952 0.0369 0.0089 64.8855

0.0223 1.2180 0.4955 0.0370 0.0091 63.3320

0.0226 1.1995 0.4981 0.0378 0.0094 61.6563

Berdasarkan hasil penelitian yang disajikan dalam Tabel 2 nilai koefisien

kekasaran Chezy terbesar yaitu 64.8855 saat H sebesar 19.25 cm dengan debit aliran

sebesar 0.0227 m3/det, sedangkan nilai koefisien kekasaran Chezy yang terkecil

sebesar 60.8278 saat H sebesar 19.2 cm dengan debit aliran sebesar 0.0226 m3/det.

Hal ini menunjukkan bahwa peningkatan nilai H pada sekat ukur segitiga

mempengaruhi besarnya jumlah debit yang dialirkan. Nilai koefisien kekasaran

Chezy mengalami peningkatan seiring bertambahnya debit aliran. Hasil ini

menggambarkan nilai koefisien kekasaran Chezy memiliki hubungan yang

berbanding lurus dengan debit aliran.

Berdasarakan hasil penelitian yang disajikan dalam Tabel 2 nilai koefisien

kekasaran Manning terkecil sebesar 0.0089 saat H sebesar 19.25 cm dengan debit

aliran sebesar 0.0227 m3/det, sedangkan nilai koefisien Manning terbesar sebesar

0.0095 saat H sebesar 19.2 cm dengan debit aliran sebesar 0.0226 m3/det. Hal ini

menunjukkan bahwa peningkatan nilai H pada sekat ukur segitiga mempengaruhi

besarnya jumlah debit yang dialirkan. Nilai koefisien kekasaran Manning mengalami

penurunan seiring bertambahnya debit aliran. Hasil ini menggambarkan nilai

koefisien kekasaran Manning memiliki hubungan yang berbanding terbalik dengan

debit aliran. Tabel 2 juga menggambarkan bahwa besarnya koefisien kekasaran

Manning memiliki hubungan yang berbanding terbalik dengan koefisien kekasaran

Chezy, semakin besar koefisien kekasaran Manning maka semakin kecil koefisien

kekasaran Chezy yang dialami oleh suatu aliran dalam kemiringan saluran konstan

sebesar 1%. Nilai koefisien kekasaran Manning menurut literatur disajikan dalam

Tabel 3.

Tabel 3. Koefisien kekasaran Manning menurut literatur

Bahan Koefisien Manning (n)

Besi tulangan dilapis 0.014

Kaca 0.01

Saluran beton 0.013

Bata dilapis mortir 0.015

Pasangan batu disemen 0.025

Saluran tanah bersih 0.022

Saluran tanah 0.03

Saluran dengan dasar batu dan tebing rumput 0.04

Saluran pada batu padas 0.04

Sumber : Bambang Triatmojo, Hidraulika II

Berdasarkan literatur yang disajikan dalam Tabel 3 nilai koefisien kekasaran

Manning berbahan dasar kaca sebesar 0.01. Nilai koefisien kekasaran yang diperoleh

dari hasil penelitian sebesar 0.0095, apabila dibandingkan oleh nilai koefisien

kekasaran yang terdapat pada literatur dengan hasil percobaan memiliki perbedaan

yang sangat kecil dengan selisih sebesar 0.0005. Perbedaan nilai koefisien kekasaran

Manning yang dihasilkan dapat disebabkan oleh keterbatasan dalam penentuan

kedalaman aliran menggunakan point gauge, sehingga dapat mempengaruhi besarnya

debit aliran dalam perhitungan. Debit aliran yang dihasilkan dalam perhitungan

mempengaruhi besarnya nilai koefisien kekasaran Manning yang dihasilkan.

Nilai koefisien kekasaran Manning yang diperoleh oleh setiap kelompok apabila

dibandingkan dengan nilai koefisien kekasaran Manning yang berasal dari literatur

maka hasil dengan perbedaan terbesar terdapat pada koefisien kekasaran Manning

sebesar 0.0089 dengan selisih sebesar 0.0011 dan nilai koefisien kekasaran yang

paling mendekati dengan literatur terdapat pada koefisien kekasaran Manning sebesar

0.0095 dengan selisih sebesar 0.0005.

Aplikasi penggunaan koefisien Manning dan Chezy suatu aliran yaitu untuk

dijadikan tahanan aliran yang mengatur besarnya kecepatan aliran dalam perencanaan

pembangunan badan air. Disamping itu, penentuan koefisien kekasaran Manning dan

Chezy banyak digunakan untuk mengatur distribusi kecepatan dalam irigasi lahan

pertanian agar dalam perencanaan bangunan drainase. Hal ini dilakukan agar

penyaluran air pengairan ke suatu areal lahan pertanaman dapat diatur dengan sebaik-

baiknya dalam arti tidak berlebihan atau agar dapat dimanfaatkan seefisien mungkin

(Hasugian et al. 2014).

IV. SIMPULAN

Koefisien kekasaran Manning memiliki hubungan yang berbanding terbalik

dengan debit aliran sedangkan koefisien kekasaran Chezy memiliki hubungan yang

berbanding lurus dengan debit aliran. Semakin besar debit aliran maka koefisien

kekasaran Manning yang dialami aliran semakin menurun sedangkan koefisien

kekasaran Chezy yang dialami semakin meningkat. Koefisien Manning dan koefisien

kekasaran Chezy memiliki hubungan yang berbanding terbalik. Nilai koefisien

kekasaran Chezy terbesar yang diperoleh dari hasil percobaan pada saluran terbuka

berbahan dasar fiber glass yaitu sebesar 64.8855 dan yang terkecil sebesar 60.8278.

Nilai koefisien kekasaran Manning terbesar yang diperoleh dari hasil percobaan pada

saluran terbuka berbahan dasar fiber glass yaitu sebesar 0.0095 dan yang terkecil

sebesar 0.0089.

V. SARAN

Alangkah baiknya dalam praktikum ini pengambilan data dilakukan dalam kondisi

aliran benar-benar stabil. Percobaan selanjutnya sebaiknya menggunakan kedalaman

aliran yang lebih besar dan kemiringan yang lebih bervariasi agar benar-benar

mengetahui besarnya pengaruh kemiringan terhadap koefisien kekasaran saluran.

IV. Daftar Pustaka

Chow VT, Rosalina EVN. 1997. Hidrolika Saluran Terbuka. Jakarta (ID): Erlangga.

Triatmodjo B. 2003. Hidraulika II. Yogyakarta (ID): Beta Offset.

Lampiran 1. Contoh perhitungan penentuan koefisien kekasaran Manning dan Chezy

Diketahui : H= 19.2 cm B1 = 0.0405 m

S = 0.01 B2 = 0.0405 m

Y1= 0.0474 m

Y2= 0.0466 m

Ditanya : Koefisien Manning (n) dan Chezy (C)

Jawab : Menentukan debit aliran sekat ukur segitiga (Q)

Q = 0.014 H2.5

Q = 0.014 (19.2)

2.5

Q = 22.61 lt/det

Q = 0.0226 m3/det

Menentukan kedalaman aliran rata-rata (y rata-rata)

Y rata-rata = (y1+y2)/2

Y rata-rata = (0.0474+0.0466)/2

Y rata-rata = 0.0470 m

Menentukan lebar saluran rata-rata (B rata-rata)

B rata-rata = (b1+b2)/2

B rata-rata = (0.4050 + 0.4050)/2

B rata-rata = 0.4050 m

Menentukan Luas penampang aliran (A)

A = b rata-rata x y rata-rata

A = 0.4050 x 0.047

A = 0.0190 m2

Menentukan kecepatan aliran (V)

V = Q / A

V = 0.0226 / 0.0190

V = 1.1880 m/det

Menentukan parameter terbasahkan (P)

P = b + 2 (y rata-rata)

P = 0.4050 + 2 (0.0470)

P = 0.4999 m

Menentukan jari-jari hidrolis

R = A / P

R = 0.0190 / 0.4999

R = 0.0381 m

Menentukan koefisien kekasaran Manning (n)

n = (R2/3

x S1/2

) / V

n = (0.0381 2/3 x 0.01 ½) / 1.1880

n= 0.0095

Menentukan koefisien kekasaran Chezy (C)

C = R1/6 /n

C = 0.0381 1/6

/ 0.0095

C = 60.8278

Lampiran 2. Peralatan yang digunakan dalam percobaan evaluasi koefisien

kekasaran Manning dan Chezy

Keterangan: Open channel berbahan dasar fiber glass