Free fall )
7. BANGUNAN LINDUNG
7.2 Saluran pelimpah
Bangunan pelimpah ini dapat dengan relatif mudah dibuat ada dua jenis di tepi saluran dan selanjutnya disebut pelimpah samping. Bila bangunan ini dibuat di tengah saluran, kemudian dikombinasi dengan bangunan pembuang silang, maka bangunan ini disebut pelimpah corong/morning glory spillway (Gambar 7.1).
Saluran pelimpah akan menguntungkan sekali jika jumlah air yang ada dilimpahkan tidak diketahui dengan pasti, karena pertambahan tinggi energi yang kecil saja di atas mercu panjang saluran pelimpah akan sangat memperbesar kapasitas debit.
G am b ar 7 .1 . P el im p ah c or o n g d an p em b u an g
7.2.1 Perencanaan panjang Pelimpah saluran
Debit di saluran pelimpah samping tidak seragam dan, oleh karena itu, persamaan kontinyuitas untuk aliran mantap yang kontinyu (terus menerus) tidak berlaku. Jenis aliran demikian disebut "aliran tak tetap berubah berangsur" (gradually varied flow). Pada dasarnya aliran dengan debit yang menurun dapat dianggap sebagai cabang aliran di mana air yang dibelokkan tidak mempengaruhi tinggi energi. Hal ini telah dibuktikan kebenarannya baik dengan teori maupun eksperimen.
Bergantung kepada kondisi aliran di atau dekat lubang/pintu masuk pelimpah, ada empat jenis aliran (Schmidt, 1954) seperti yang diperlihatkan pada Gambar 7.2.
Ada dua metode perencanaan pelimpah samping yang umum digunakan, yaitu : metode bilangan dan metode grafik. Keduanya akan dijelaskan di bawah ini.
Gambar 7.2 Profil-profil aliran disep
7.2.2 Metode bilangan
Metode ini didasarkan pada pemecahan masalah secara analitis yang diberikan oleh De Marchi diberikan oleh De Marchi (lihat gambar 7.3).
Dengan mengandaikan bahwa aliran adalah subkritis, panjang bangunan pelimpah d dihitung sebagai berikut :
(1) Di dekat ujung bangunan pelimpah, kedalaman aliran h
kedalaman dan debit potongan saluran di belakang pelimpah. Dengan H tinggi energi di ujung pelimpah dapat dihitung.
profil aliran disepanjang pelimpah samping
Metode ini didasarkan pada pemecahan masalah secara analitis yang diberikan oleh De Marchi diberikan oleh De Marchi (lihat gambar 7.3).
Dengan mengandaikan bahwa aliran adalah subkritis, panjang bangunan pelimpah d
Di dekat ujung bangunan pelimpah, kedalaman aliran ho dan debit Qo sama dengan kedalaman dan debit potongan saluran di belakang pelimpah. Dengan Ho = h
tinggi energi di ujung pelimpah dapat dihitung.
Metode ini didasarkan pada pemecahan masalah secara analitis yang diberikan oleh De
Dengan mengandaikan bahwa aliran adalah subkritis, panjang bangunan pelimpah dapat
sama dengan = ho + vo2/2g
(2) Pada jarak ∆x di ujung hulu dan hilir bangunan pelimpah tinggi energi juga Ho, karena sudah diandaikan bahwa tinggi energi di sepanjang pelimpah adalah konstan.
Hx = hx + VX2/2g ...(7.1) = hx + QX2/2g Ax2,
di mana Ox adalah debit Qo potongan hilir ditambah debit qx, yang mengalir pada potongan pelimpah dengan panjang ∆x.
2 c) (h c) (h g 2 ∆x µ q 3/2 x o x − + − = ...(7.2) Andaikan, ho = hx menghasilkan 3/2 o c) (h g 2 ∆x µ qx= − ...(7.3) dan Qx = Qo + q ...(7.4)
Dengan Qx ini kedalaman hx dapat dihitung dari
Hx = Hx – Qx2/2g Ax2 ...(7.5)
Koefisien debit µ untuk mercu pelimpah harus diambil 5% lebih kecil daripada koefisien serupa untuk mercu yang tegak lurus terhadap aliran.
(3) Setelah hx dan Qx ditentukan, kedalaman air h2x dan debit Q2x akan dihitung untuk suatu potongan pada jarak 2∆x di depan ujung pelimpah dengan cara yang sama seperti yang dijelaskan pada no (2). Qo dan ho harus digantikan dengan Qx dan hx ; dalam langkah kedua ini Qx dan hx menjadi Q2x, q2x dan h2x.
(4) Perhitungan-perhitungan ini harus diteruskan sampai Qnx sama dengan debit banjir rencana potongan saluran dibagian hulu bangunan pelimpah samping. Panjang pelimpah adalah n∆x dan jumlah air lebih yang akan dilimpahkan adalah Qnx – Qo.
(1) Perhitungan yang diuraikan di atas hanya berlaku untuk kondisi aliran subkritis sepanjang pelimpah samping. Untuk kondisi aliran superkritis, perhitungan harus dimulai dari ujung hulu pelimpah, menurun ke arah hilir.
(2) Kondisi aliran superkritis tidak diizinkan dalam saluran pembawa dan pembuang yang rawan erosi. Kemiringan dasar saluran sebaiknya sedang-sedang saja dan lebih kecil dari kemiringan kritis. Kemiringan yang lebih besar daripada kemiringan kritis akan menimbulkan aliran yang lebih cepat dari superkritis. Bahkan pada kemiringan yang lebih kecil dari kemiringan kritis, aliran superkritis pun dapat terjadi di sepanjang pelimpah samping, yaitu apabila air yang diambil dari saluran terlalu banyak, atau apabila mercu pelimpahnya rendah (c ≤ 2/3 H).
(3) Metode di atas dapat diterapkan hanya apabila perbedaan antara tinggi energi pada pangkal dan ujung pelimpah tidak terlalu besar. Kalau tidak, maka pengandaian tinggi energi konstan di sepanjang pelimpah tidak sahih/valid.
7.2.4 Metode Grafik
Metode ini sudah diuraikan dalam 'De Ingenieur in Ned. lndie' (1937, 12) untuk potongan – potongan melintang saluran segi empat dan prisma. Metode ini bisa dipakai baik untuk kondisi aliran subkritis maupun superkritis (lihat Gambar 7.4 dan 75) dan didasarkan pada rumus de Marchi.
Untuk aliran subkritis dan tinggi mercu pelimpah di atas 2/3 dari tinggi energi di saluran, metode grafik ini juga mulai dari ujung hilir bangunan pelimpah.
garis energi muka air pelimpah samping Q2 2 0 2g.A Q12 2 1 2g.A Q22 2 2 2g.A H h Q L c H - H h - h Q 0 0 2 1 1 h
Ada dua grafik yang harus dibuat dan diplot (lihat Gambar 7.5). (1) Q=ψ(h)=A 2g(H3−h)
dimana :
H3 = tinggi energi di ujung pelimpah (potongan melintang II diandaikan konstan di sepanjang pelimpah
A = luas potongan melintang basah saluran untuk kedalaman air h.
(2)
Q=f(h)=AC RI atau
yaitu lengkung debit saluran dan dimana : C = koefisien Chezy = k R
K = koefisien kekasaran Strickl R = jari-jari hidrolis, m
I = kemiringan saluran
Gambar 7.5 Dimensi pelimpah samping dengan metode grafik
Titik potong/interseksi kedua grafik memberikan kedalaman air di ujung pelimpah samping (Bagian II - II).
Grafik ketiga yang harus diplot pada Gambar 7.5 adalah persamaan debit untuk aliran pada pelimpah samping : 2g c) h ( q=
µ
− 3/2 Dimana :q = debit persatuan panjang, m
Ada dua grafik yang harus dibuat dan diplot (lihat Gambar 7.5).
... (7.6)
tinggi energi di ujung pelimpah (potongan melintang II – II); tinggi diandaikan konstan di sepanjang pelimpah
luas potongan melintang basah saluran untuk kedalaman air h.
1/2 2/3
I
R
A
k
... (7.7)yaitu lengkung debit saluran dan dimana : koefisien Chezy = k R1/6
koefisien kekasaran Strickler, m1/3/dt jari hidrolis, m
kemiringan saluran
Dimensi pelimpah samping dengan metode grafik
Titik potong/interseksi kedua grafik memberikan kedalaman air di ujung pelimpah samping
plot pada Gambar 7.5 adalah persamaan debit untuk aliran pada
... (7.8)
debit persatuan panjang, m3/dt.m
II); tinggi energi
Titik potong/interseksi kedua grafik memberikan kedalaman air di ujung pelimpah samping
c = tinggi mercu diatas dasar saluran, m h = kedalaman air disaluran, m
g = percepatan gravitasi, m/dt2 ( ≈ 9,8)
Urutan grafiknya adalah sebagai berikut :
(1) Untuk kedalaman air h2 dibagian ujung, debit q’ dapat dibaca pada grafik untuk (h2 – c). Gambar ini menyajikan debit hingga meter terakhir pada pelimpah.
(2) Debit Q', pada potongan 1 m didepan pelimpah, adalah Q’+ q’. Dalam grafik tersebut Q = ψ (h),untuk Q’ harga h’ dapat dibaca.
(3) Untuk kedalaman air h’ ini debit q” bisa di cari pada grafik untuk q, dengan (h' – c). Pada grafik itu q” adalah aliran dua meter pada ujung pelimpah.
(4) Dengan q" ini, Q” dapat dicari, dst.
Panjang pelimpah dapat ditemukan bila titik N pada grafik Q = ψ(h) bisa dicapai (lihat gambar 7.5). Titik N berhubungan dengan titik Q1 dan merupakan debit banjir di saluran di hulu pelimpah (lihat gambar 7.4).
Bila air mengalir dibawah kondisi superkritis disepanjang pelimpah samping, maka metode ini dapat dipakai dengan memulainya dari ujung hulu pelimpah.