GERUSAN KASUS BENTUK PILAR JEMBATAN

GERUSAN

KASUS BENTUK

PILAR JEMBATAN

Sanksi pelanggaran pasal 44, Undang-undang No. 7 Tahun 1987 tentang Perubahan atas Undang-undag No.6 Tahun 1982 tentang hak cipta.

1. Barangsiapa dengan sengaja dan tanpa hak mengumumkan atau memperbanyak suatu ciptaan atau memberi izin untuk itu dipidana dengan pidana penjara paling lama 7 tahun dan/atau denda paling banyak Rp. 100.000.000,- (seratus juta rupiah).

2. Barang siapa dengan sengaja menyiarkan, memamerkan, mengedarkan atau menjual kepada umum suatu ciptaan atau barang hasil pelanggaran hak cipta sebagaimana dimaksud dalam ayat 1 (satu), dipidana dengan pidana penjara paling lama 5 tahun dan/atau denda paling banyak Rp. 50.000.000 (lima puluh juta rupiah).

GERUSAN

KASUS BENTUK PILAR JEMBATAN

Muhammad Yunus Ali

Azkiya Publishing 2018

GERUSAN (Kasus Bentuk Pilar Jembatan) Penulis : Muhammad Yunus Ali Editor : Abdul Kodir, M.Pd

: Dr. Munir M.Pd : Dr. Mas’ud, M.Si Cover : Zulhajji

Diterbitkan Pertama Kali Oleh: Azkiya Publishing Prum Bukit Golp Arcadia Housing F6 No 10 Leuwinaggung Gunung Putri Bogor Bekerjasama dengan:

Klinik Bahasa Colli Puji’e FKIP-SASTRA UNIBOS

ISBN : 978-602-5447-45-7

Hak cipta dilindungi undang-undang.

Dilarang memperbanyak buku ini sebagian atau seluruhnya, dalam bentuk dan dengan cara apapun juga, baik secara mekanis maupun elektronik, termasuk foto kopi, scan, rekaman, dan lain-lain tanpa izin tertulis dari penulis.

Cetakan Pertama, Juli 2018 77, 21cm

Didistribusikan Oleh:

Pustaka AQ

Nyutran MG II 14020 Yogyakarta Pustaka.aq@gmail.com FaceBook Pustaka AQ HP : 0995603733059 Mitra Kreasi dan Karya Anda

PRAKATA

Bismillahirrahmanirrahim.

uji Syukur Kehadirat Allah SWT, atas limpahan Rahmat dan Karunia-Nya sehingga penulisan tesis ini dapat di selesaikan.

Tujuan penulisan karya ini adalah mempelajari pola aliran utama dan pola aliran gerusan pada saluran dengan adanya pilar serta untuk mendapatkan topografi dasar saluran setelah adanya bangunan pilar.

Banyak kendala yang di hadapi oleh penulis dalam rangka penyusunan buku ini dapat diselesaikan. Dalam kesempatan ini penulis dengan tulus menyampaikan terima kasih kepada Bapak Dr.

Ir.H.Lawalenna Samang,MS,M.Eng, Bapak Ir. H.

Halidin Arfan, M. Sc. atas bantuan dan bimbingan yang telah diberikan hingga selesainya penulisan buku ini. Begitu pula kepada Bapak Prof. Dr. Ir.

H.M. Saleh Pallu, M.Eng.

P

Terima kasih juga penulis sampaikan kepada Bapak Rektor Universitas Hasanuddin, Bapak Direktur Pascasarjana, Para Asisten Direktur Pascasarjana, Bapak Ketua Program Studi Teknik Sipil, serta seluruh Staf Program Pascasarjana.

Tak lupa pula ucapan terima kasih sampaikan pada rekan–rekan mahasiswa Pascasarjana program studi teknik sipil angkatan 99 (Sauji, Trianti, Oktavianus, Syarif, Ramlan, Nenny, Chiwal, Uceng, Djafar dan Rinal ) dan Bapak Rektor Unismuh Makassar serta dosen dan karyawan dalam lingkungan Unismuh Makassar yang telah membantu penulis selama mengikuti pendidikan sampai pada penulisan tesis ini.

Secara khusus ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada orang tua penulis (Ayahanda Ali dan Ibunda tercinta Rosi) serta saudara-saudara penulis atas doa dan dorongan moril yang telah di berikan selama ini.

Penulis menyadari bahwa karya ini masih jauh dari kesempurnaan, hingga penulis menghargai segala kritik dan saran yang bersifat konstruktif.

Semoga bermanfaat bagi kita semua. Amin !!

Jazakumullahu Khaeran Katsira.

Makassar, November 2004 Muhammad Yunus Ali

Daftar Isi

Prakata ... 5

Daftar Isi ... 8

BAGIAN PERTAMA Jembatan Sebagai Fasilitas Publik dan Penghubung TRansportasi ... 9

BAGIAN KEDUA Konsep dasar Gerusan ... 12

1. Pengertian Gerusan ... 12

2. Mekanisme dan Proses Penggerusan ... 13

3. Faktor-faktor yang Mempengaruhi gerusan ... 17

BAGIAN KETIGA Potensi Gerusan Pilar... 19

1. Sifat Pengaliran ... 19

2. Angkutan Sedimen ... 24

3. Perkiraan Potensi Gerusan ... 33

4. Skema Pelaksanaan dan Penerapan ... 55

5. Lampiran dan Photo ... 56

DAFTAR PUSTAKA ... 75

BAGIAN PERTAMA

JEMBATAN SEBAGAI FASILITAS PUBLIK DAN PENGHUBUNG

TRANSPORTASI

eiring dengan perkembangan peradaban manusia, transportasi sungai tidak saja melalui arus sungai hilir mudik, tetapi juga melintas sungai dari tebing satu ke tebing yang lainnya. Kalau pada jaman dahulu penyeberangan sungai itu menggunakan rakit, perahu atau kapal, tetapii dengan perkembangan ilmu dan teknologi dapat menggunakan jembatan sebagai salah satu fasilitas transportasi.

Sekarang ini, transportasi persilangan sungai menggunakan fasilitas jembatan yang merupakan suatu standar yang berfungsi memberikan fasilitas lalu lintas bagi pejalan kaki, kendaraan bermotor dan kereta api. Sebagai sarana

S

transportasi yang sangat penting, maka keamanan jembatan harus diperhatikan. Salah satu penyebab runtuhnya jembatan adalah akibat berkurangnya daya dukung fondasi pada pilar jembatan yang mengalamii penggerusan.

Sungai-sungai di Indonesia terutama di daerah hulu, sangat sensitif terhadap terjadinya degradasi. Selain itu akibat kehadiran pilar-pilar jembatan di dalam tubuh sungai akan mempengaruhi pola aliran, sehingga terjadi kontraksi aliran pada bagian penampang dan peningkatan turbulensi aliran di sekitar pilar.

Dalam bidang Teknik Sipil digunakan metode eksperimental untuk mengkaji berbagai macam fenomena, baik fenomena fisik saluran, fenomena pengaliran maupun fenomena akibat adanya bangunan pilar di saluran. Dengan metode eksperimental tersebut beberapa akibat yang akan terjadi dapat dianalisa dengan baik, yang ditunjang dengan hasil pengamatan dan kajian secara fisik yang akan di kembangkan berdasarkan metode analsis.

Berdasarkan uraian di atas, maka perlu diadakan penelitian terhadap saluran terbuka dari tanah yang diatasnya dibangun pilar, melalui kajian tes model fisik di laboratorium.[]

BAGIAN KEDUA

KONSEP DASAR GERUSAN

1. Pengertian Gerusan

Dalam pembahasan ini tidak dibahas tentang teori-teori jembatan, namun dalam teknik sungai yang penting adalah pengaruh pengaliran yang dapat berakibat buruk karena dibangunnya suatu bangunan silangan pada sungai berupa jembatan dan cara menanggulanginya. Akibat buruk tersebut terutama terjadinya penggerusan (scouring) di sekeliling tiang jembatan dan tembok pangkal jembatan.

Penggerusan (Scouring) adalah adanya sistem pusaran (Vortex system) yang terjadi di sekitar jembatan atau pada pangkal jembatan.

Pengaruh penggerusan itu akan membawa butiran-butiran tanah ke arah hilir. Apabila penggerusan mencapai pondasi, daya dukun tanah pondasi semakin berkurang, tiang jembatan maupun

pangkal jembatan akan turun dan akan mengakibatkan jembatan ambruk. Oleh karena itu bahaya penggerusan bagi terancamnya tiang dan pangkal jembatan harus diperhitungkan.

Ilustrasi gerusan pada pilar ditunjukkan pada gambar di bawah ini:

Gambar Gerusan akibat adanya bangunan pilar.

2. Mekanisme dan Proses Penggerusan

Gerusan yang terjadi disekitar pilar jembatan merupakan akibat dari adanya sistem pusaran (vortex system) yang terjadi disekitar pilar. Sistem- sistem pusaran ini merupakan mekanisme dasar dari penggerusan setempat. Ada beberapa pendapat yang dikemukan oleh para ahli antara lain :

Roper, Schneider dan Shen (1967) mengemukakan bahwa sistem ini tergantung pada bentuk pilar dan aliran bebas. Struktur-struktur pusaran air terdiri dari sebagian atau seluruhnya dari tiga sistem dasar, yaitu :

a. Sistem pusaran sepatu kuda (Horseshoe-Vortex Sistem).

b. Sistem pusaran baling-baling (Wake-Vortex sistem).

c. Sistem pusaran menggulung (Trailin-Vortex Sistem).

Sistem-sistem pusaran ini merupakan bagian integral dari struktur aliran dengan pengaruh yang besar pada komponen yang vertikal dari kecepatan aliran disekitar pilar. Dengan adanya ujung tumpul pilar maka timbul daerah tekanan di mana di daerah tersebut terjadi pemusatan aliran. Jika daerah tekanan ini cukup kuat, maka akan menyebabkan pemisahan-pemisahan tiga dimensi dari lapisan- lapisan batas yang berputar, bergulung di depan pilar, membentuk sistem saluran sepatu kuda. Suatu ujung tumpul dari pilar menyebabakan pemusatan

tekanan yang cukup besar untuk menimbulkan sistem di atas. Pilar-pilar yang berujung tajam tidak menimbulkan pusaran sepatu kuda, meskipun kenyataannya pusaran-pusaran tersebut lambat laun akan terjadi juga disekitar pilar walaupun relatif kecil.

Posey (1949), Moore dan Masch (1963) menyelidiki sistem pusaran baling-baling. Dimana lubang-lubang penggerusan yang besar mungkin dihasilkan dihilir pilar waktu sistem pusaran sepatu kuda tidak terbentuk atau pada percobaan yang tidak terkontrol secara memadai. Sistem pusaran baling- baling berlaku seolah-olah seperti sebuah “Vacuum cleaner” dalam memindahkan material-material pada lapisan dasar yang kemudian dibawa ke hilir oleh pusaran-pusaran air yang mengalir dari pilar.

Jika penggerusan diakibatkan dari kecepatan aliran (energi kinetik) berarti kecepatan tersebut cukup kuat untuk menggerakkan partikel-partikel sedimen, penggerusan akan dimulai pada inti pusaran. Partikel-partikel sedimen akan dibawa bebas sepanjang bagian depan pilar dan diangkat

keluar dari lubang penggerusan dengan sistem pusaran sepatu kuda atau dengan sistem pusaran baling-baling seperti sebuah “vacuum cleaner”.

Shen Schneider dan Karaki (1966) setelah percobaannya menyimpulkan bahwa untuk pilar berujung tajam tidak terjadi sistem pusaran sepatu kuda yang kuat melainkan terjadi sistem baling- baling yang menghasilkan lubang-lubang penggerusan yang luas dan berkembang ke arah hilir.

Melville (1975) berpendapat bahwa pusaran sepatu kuda mulanya kecil dan lemah kemudian pusaran itu bertambah besar baik ukuran maupun kekuatannya sewaktu aliran ekstra mencapai komponen kecepatan aliran vertical ke bawah.

Sehingga kekuatan aliran ke bawah akan meningkat dan terbentuklah lubang penggerusan. Aliran ke bawah itu berlaku seperti pancaran air vertikal yang menggerus dasar saluran. Setelah lubang penggerusan terbentuk diagram tegangan geser dan intesitas turbulensinya pada lapisan dasar dari lubang penggerusan tetap sama selama

perkembangan selanjutnya membentuk ruang penggerusan. Besarnya berkurang sewaktu kedalaman lubang bertambah, jadi tingkat penggerusan berkurang.

3. Faktor-faktor yang mempengaruhi Penggerusan

Berdasarkan mekanisme penggerusan yang telah diuraikan di atas, maka didapatkan factor- faktor yang mempengaruhi proses-proses penggerusan sebagai berikut :

a. Sifat-sifat fluida

1) Percepatan gravitasi (g) 2) Kerapatan fluida (ρ) 3) Kekentalan kinematik (v) b. Sifat-sifat aliran

1) Kecepatan rata-rata (ū)

2) Kedalaman aliran mula-mula (d_o) 3) Kekasaran saluran (k)

c. Sifat-sifat dasar saluran 1) Kerapatan sedimen (ρs)

2) Kohesitas bahan 3) Distribusi butir 4) Bentuk butir d. Sifat-sifat pilar jembatan

1) Bentuk pilar 2) Dimensi pilar

3) Kondisi permukaan pilar

Jumlah parameter-parameter ini sangat banyak dan sulit untuk disatukan misalnya : distribusi butir, bentuk butir, dan kohesivitas bahan-bahan dasar saluran. Sehingga dalamnya penggerusan (ds) bergantung pada.

ds = f ( ρ, v, g, D, ρs, do, ū, b, sf, α ) (1)

BAGIAN KETIGA

POTENSI GERUSAN PILAR

1. Sifat Pengaliran

Aliran yang lewat diantara pilar jembatan dapat dianalisis dengan menggunakan persamaan kontinuitas, persamaan energi, dan momentum.

Gambar 2. menunjukkan aliran sub kritis yang lewat diantara pilar jembatan.

Gambar Aliran subkritis antara pilar jembatan (K.G.Raju 1986 : 270)

Aliran yang melalui halangan dapat berupa aliran sub kritis atau superkritis.Apabila yang dipertimbangkan adalah besarnya perbandingan antara gaya-gaya kelembaban dan gaya gravitasi maka aliran dapat dibagi menjadi aliran subkritis, aliran kritis dan aliran superkritis.

Parameter tidak berdemensi yang membedakan tipe aliran tersebut adalah angka Froude (Fr) yaitu angka perbandingan antara gaya kelembaban dengan gaya gravitasi :

Fr = D g

u

. (2)

Dimana :

u = Kecepatan rata-rata penampang (m/dt)

D = Kedalaman maksimum aliran (m) g = Gravitasi (m/dt²)

Jika Fr < 1 aliran subkritis Fr > 1 aliran superkritis Fr = 1 aliran kritis

Dalam semua kasus dinyatakan bahwa kecepatan rata-rata u berbanding lurus dengan kecepatan geser u* . Jika dihubungkan dengan  dan u maka diperoleh :

u = 



_b

= u C

g

2

2 (3) Selanjutnya rumus tahanan dinyatakan dengan :

C = 18 log

















 

5 . 3

1 12 k

R , dalam (m ^1/2/dt^-2) (4)

Hubungan antara koefisien Chezy ( C ) dan kekasaran Nikuradse dirumuskan oleh Strickler :

C = 25

6 / 1



 



 ks

R (6)

Nilai k_s yang dinyatakan oleh Van Rijn : - Dasar saluran pasir k_s = 3 . d₉₀ - Dasar kerikil k_s = d₉₀

- Dasar beton ks = 0.001 –

0.01 m

Untuk aliran yang mengalir diatas jalur jembatan beberapa peneliti telah melakukan percobaan maupun penyajian namun secara umum tidak ada rumus yang dengan baik dapat di terapkan untuk aliran – aliran kecepaan tinggi.

Naglar mengemukakan rumus sebagai berikut:

Q = KNb2 )

( 2 2

2 3

3 g

y V

g  ₃ ^{1 2}

2g

h  V (7)

Dimana :

KN = Koefisien yang tergantung pada tingkat penyempitan saluran dan karakteristik halangan.

Θ = Faktor pengatur untuk memperkecil kedalaman y3 menjadi y2. Nilai θ tergantung pada pengaruh penyempitan, biasanya diambil θ = 0.3 β = Koefisien koreksi untuk kecepatan

pendekatan (gambar 4)

y3 = Tinggi muka air setelah melewati pilar (m) V1& V3 = Kecepatan air sebelum dan sesudah

melewati pilar (m/dt)

h2 = Beda tinggi muka air sebelum dan pada waktu melewati pilar

g = Gravitasi (m/dt)

Notasi yang digunakan rumus Nagler di tunjukkan gambar 3.

Gambar .3. Sketsa alran yang melalui halangan (Ven. Te Chow : 1989 : 494)

Besarnya β bervariasi terhadap harga perebandingan saluran seperti pada gambar di bawah ini:

Gambar 4. Harga β pada rumus pilar jembatan Nagler. (Ven.T.Chow : 1989 : 496)

2. Angkutan Sedimen

Jika harga kecepatan geser aliran mempunyai harga lebih besar dari nilai kritis untuk menggerakkan partikel, maka material partikel dasar akan bergulung atau bergeser dan terus bergerak pada dasar. Jika nilai kecepatan geser meningkat maka partikel akan bergerak sepanjang dasar dengan cara melompat, yang biasa disebut dengan saltations. Apabila kecepatan geser dasar menjadi lebih besar dari kecepatan jatuh partikel, partikel sedimen dapat terangkat sampai gaya turbulen sebanding atau lebih besar dari berat basah partikel,

dan partikel akan berada pada keadaan melayang (suspension).

Pada umumnya partikel yang terangkut dengan cara bergulung, bergeser dan melompat disebut angkutan muatan dasar (bed load transport).

Dan jika partikel terangkut dengan cara melayang disebut angkuatan muatan layang suspensi (suspended load transport).

a. Sedimen Non Kohesif

Beberapa parameter karakteristik sedimen yang digunakan adalah :

- Partikel parameter, D*

- Parameter moblitas partikel, θ - Parameter tegangan geser dasar, T - Angka transport, ø

1) Partikel Parameter (D_*)

Partikel parameter (D_*) menyatakan pengaruh gravitasi, kepadatan, dan viskositas yang dinyatakan sebagai :

D* = ₅₀

3 /

) 1

1

( d

v g s 

 

(8)

Dimana :

d₅₀ = median diameter dari material dasar s = berat jenis (ρs /ρ)

v = viskositas kinematik g = percepatan grafitasi 2) Parameter mobilitas partikel (θ )

Parameter mobilitas partikel, adalah perbandingan antara gaya hidrodinamik fluida (gaya geser dan gaya angkat) dengan berat partikel tenggelam. Gaya fluida adalah ρd² (u*)² dan berat partikel tenggelam adalah (ρs – ρ)gd³, hasil perbandinganadalah :

θ =

50 2

*

) 1 (

) (

gd s

u

 =

) 50

( _s gd

b







 (9)

dimana :

b= tegangan geser dasar rata-rata yang disebabkan oleh aliran

u* = kecepatan geser dasar (_b= ρu*2

) s = berat jenis ρs/ρ

3) Parameter tegangan geser dasar ( T )

Parameter tegangan geser dasar T didefinisikan sebagai :

T =

cr b

cr b b

, ,





  atau

T = ₂

* 2

* 2

*

) (

) ( ) (

c U

c U

U 

(10)

4) Angka transport ()

angka transport  tanpa dimensi biasanya ditulskan sebagai :

 = d50

w q

s

s (11)

dimana :

qs = volume sedimen tranport g = percepatan grafitasi d₅₀ = diameter rata-rata (m) w_s = kecepatan jatuh (m/s) s = berat jenis (ρs/ρ)

b. Gerak awal Sedimen Akibat Aliran

Suatu masalah yang perlu dicari solusinya dalam persoalan angkutan sedimen adalah kapan

partikel sedimen mulai bergerak. Hal ini penting untuk diketahui guna berbagai keperluan antaralain perencanaan saluran yang stabil terhadap pengikisan dan pengendapan, masalah gerusan lokal, stabilitas lereng dan sebagainya. Partikel akan bergerak apabila gaya-gaya fluida yang bekerja pada partikel lebih besar daripada gaya yang menyebabkan partikel diam. Gaya yang menyebabkan partikel diam adalah berat partikel tenggelam dan gaya geser. Kondisi hidraulik dekat dasar dapat dinyatakan dengan bilangan Re_* =

v d u_*

, maka θcr = f (Re_*). Banyak percobaan yang telah dilakukan untuk menentukan θcr sebagai fungsi Re_*. Hasil pecobaan yang dilakukan Shields (1936) untuk permukaan dasar rata paling banyak digunakan dalam menentukan kondisi kritis partikel mulai bergerak.

Gambar Grafik Shield

Dalam kaitannya dengan penelitian ini, hal yang perlu di ketahui adalah hubungan antara kecepatan rata-rata aliran dan status gerakan partikel sedimen.

Berdasarkan grafik Shields dapat ditulis sebagai berikut :

Θcr = 0.24D*-1

untuk 1<D* 4 (12) Θcr = 0.14D*-0,64

untuk 4<D* 10 (13) Θ_cr = 0.04D_*^-0,1 untuk 10<D_* 20 (14) Θ_cr = 0.13D_*^0,29 untuk 20<D_*  150 (15) Θcr = 0.055 untuk D* 150 (16)

Secara teoritis maupun pengamatan langsung di lapangan, gerak awal partikel sedimen sulit ditentukan secara pasti karena peristiwanya sendiri bersifat acak dalam ruang dan waktu. Pada kenyataannya tidak ada kondisi criteria gerak awal sedimen yang tegas dimana partikel sedimen tiba- tiba bergerak apabila nilai tegangan kritisnya terlampaui. Definisi yang dihasilkan para peneliti berdasarkan observasi, menggambarkan hubungan tegangan kritis dan diameter partikel memperlihatkan interpretasi yang berbeda terhadap fenomena yang sama.

Gambar Tegangan Geser Kritis sebagai Fungsi Diameter

Pendekatan Van Rijn (1982) untuk butiran yang tidak homogen dalam menentukan tegangan geser kritis berdasarkan diagram Shield, terdapat dua parameter yang penting.

a. Parameter butiran D = d50

3 1

2

1

  v

gs (17)

b. Parameter angkutan sedimen

T = ₂

* 2

* 2

*

) (

) ( ) (

c U

c U

U 

(18)

Jika kecepatan geser kritis dihubungkan dengan parameter mobilitas kritis, maka persamaan dapat dinyatakan sebagai

Θc =

 

50 2

*

. 1 gd

c U

s 

 



 



 (19)

Shield (1936) menentukan gerak awl sedimen untuk butiran yang homogen dengan menggunakan parameter Shield,

Θ =

s s

c

D ) ( 



 (20)

Faktor yang penting dalam menentukan gerak awal sedimen adalah

- Tegangan Geser

- Selisih rapat massa sedimen fluida (ρ_s – ρ) - Diameter butiran (D)

- Viskositas kinematik (v) - Gravitasi (g)

Lima besaran diatas dalam dua parameter.

d

5 ,

/ 0



 v

c f

 =

v dU_*

atau

g s d

c

) ( 



 =



^{( /)1}





 s d

c (21)

Dimana :

Ρs = Rapat massa sedimen ρ = Rapat massa fluida U* = Kecepatan geser

c =Tegangan geser krisis pada awal gerak

3. Perkiraan Potensi Gerusan

Besaran yang diperhatikan oleh perancang konstruksi dalam menetapkan kedalaman pondasi

pilar jembatan adalah kedalaman maksimum yang dapat di capai oleh proses penggerusan. Kedalaman maksimum ds ini diukur pada lubang penggerusan di sekitar pilar setelah suatu keseimbangan tercapai.

a. Pengaruh Kecepatan Aliran

Hincu (1965) atau Hanco (1971) mengatakan bahwa besarnya kedalaman penggerusan adalah konstan (ds = dsm) untuk kecepatan diatas kecepatan tertentu (



U c ). Untuk kecepatan yang lebih rendah di dapat :

ds = (ū)/dsm = 2 (ū / ū c) – 1 (22) Nicolet (1971, 1975) memberikan perhatian khusus kepada kecepatan di mana penggerusan mulai berlangsung. Perbandingan kecepatan terhadap Ū c adalah 0.42 sampai dengan 0.53 untuk pilar bundar dan 0.50 sampai dengan 0,65 untuk plar berujung bulat. Di dalam percobaannya dengan menggunakan bahan kohesif (D₅₀ = 2.20 μm) dan kecepatan aliran 0.70 – 0.80 m/dt mendapatkan bahwa permulaan penggerusan terjadi pada saat

kecepatan kritis mencapai 67 % dari kecepatan awal gerak.

b. Pengaruh Kedalaman Air

Inglis (1984) berdasarkan percobaannya mendapatkan hubungan kedalaman penggerusan pada pilar persegi empat yang berujung bulat dengan sudut dating aliran 0⁰.

(do + ds)/b = 1.7 (q^2/3 /b)^0,78 (feet) (23) Koefisien = 2.32 (meter)

Persamaan ini terbatas penggunaannya menurut : 1. Neil (1960, 1965) :

- b mendekati 0

- Penambahan Ū pada d_o yang konstan

2. Thomas (1967) 2 < q^2/3 /b < 10

c. Pengaruh Sudut Datang Aliran

Tison (1940 dan 1961) dalam penelitiannya diperoleh hubungan antara sudut datang aliran dan

meningkatnya kedalaman penggerusan sebagai berikut :

Tabel Hubungan Antara Sudut Datang Aliran Dan Kedalaman Penggerusan

α = 0^o 60^o 14, 5^o

ds = 5. 45 cm 6. 95 cm > 10. 0

Vaezeliotis (1960) melakukan percobaan beberapa variasi dari sudut datang aliran pada sebuah berujung bulat dengan 1/b = 6 memberikan hasil sebagai berikut :

Tabel 2. Sudut Datang Aliran Dan Kedalaman Penggerusan Berujung Bulat

α = 0^o

7, 5^o 15^o 30^o 45^o Derajat ds = 0.

035

0. 041 0.

048

0. 083 0. 132 Meter

Basek, dkk menyimpulkan bahwa dengan adanya sudut datang aliran, maka lebar pilar b harus di ambil lebar proyeksinya.

Untuk pilar segi empat :

d_s = 0. 558 b^{o. 586} (meter) (24) a. Pengaruh Diameter Butir

Hincu (1965) atau Hanco (1971) mendapatkan bahwa dsm meningkat sebanding dengan ukuran butir :

d_sm/b = 2. 42 (Ū c/gb)^1/3 (25)

Untuk (



U c /gb = 0. 05 sampai 0. 06) Dimana :



U c = 1.2 {gd(p_s – p)/ p}^1/2 (d_o/D)

= 1.54 D^o,3 d_o^o,2 g^o,5 (26) Untuk pasir alam :

dsm/b =3.3 (D/b)^o,12 (27)

Nicollet (1971) mendapatkan bahwa kedalaman penggerusan bertambah dengan ukuran butir sampai D = 2 mm untuk kedalaman air yang tetap.

e. Pengaruh Bentuk Pilar

Durand Claye (1873) membandingkan kedalaman penggerusan dari pilar persegi empat dengan ujung pilar berbentuk persegi, bundar, segitiga. Penggerusan terbesar terjadi pada ujung persegi sedangkan ujung segitiga memberikan hasil penggerusan terkecil.

Laursen dan toch (1956, 1953) menyelidiki pengaruh dari bentuk pilar dan sudut dating aliran dengan hasl sebagai berikut:

Tabel Pengaruh Dari Bentuk Pilar dan Sudut Datang Aliran.

Varzeliotis (1960) dalam percobaannya mempelajari pengaruh dari bentuk pilar terhadap

kedalaman penggerusan dengan hasil sebagai berikut:

Tabel 4. Pengaruh Bentuk Pilar Dengan kedalaman Penggerusan.

Ujung persegi empat Ujung bulat Ujung “bevel”

Ujung lensa

0.067 meter 0.38 meter 0.041 meter 0.030 meter

Panjang dari pilar berujung bulat tidak berpengaruh untuk :

- Sudut datang aliran = 0^o - 1  1/b  20

Larres (1960, 1967) menyelidiki beberapa bentuk pilar dengan pilar bundar sebagai pembanding di dapatkan hasil sebagai berikut : Tabel Bentuk Pilar Bundar Terhadap Penggerusan Relatif

Bentuk Kedalaman Penggerusan Relatif Terhadap Pilar

Bundar Pilar lensa

Pilar Ellips Pilar bulat Pilar persegi empat

0.75 0.85 1.00 1.10 – 1.40

Dietz (1972) menyelidiki beberapa bentuk pilar dengan pilar selinder sebagai pembanding didapatkan hasil sebagai berikut :

Tabel Bentuk Pilar Dengan Kedalaman Relatif

f. Pengaruh Lebar Pilar

Varzeliotis (1960) dalam percobaannya memperkrakan kedalaman penggerusan terhadap faktor pengaruh dari lebar pilar sebagai berikut : Tabel 7. Pengaruh Lebar Pilar Dengan Penggerusan.

b

= ds

=

0.025 0.038

0. 5 0.079

0.075 0.114

0.10 0.127

meter meter

Breusers (1965) mendapatkan d_s = 1.4 b untuk pilar bundar. Shen (1966) berdasarkan percobaannya mendapatkan hubungan sebagai berikut :

1966 ds = 0.00059 Rco,512

meter (28) 1969 ds = 0.00022 Rco,619

meter (29) Dimana : R_c = (



U . b)/v

Masa Alvares dan Sachea Bribiesca (1966, 1967, 1968) mendapatkan bahwa kedalaman penggerusan maksimum adalah sebesar 1.5 kali diameter untuk pilar bundar dari dua kali lebih lebar pilar persegi empat dengan sudut datang aliran sama dengan nol.

Dietz (1972) menyimpulkan bahwa pwnggerusan bertambah secara linier terhadap lebar pilar b dan pilar persegi empat adalah :

ds = 0.558 b^0,568 (29)

g. Pengaruh Jarak Bentang Antara Pilar

Tison (1940, 1961) mengatakan bahwa kedalaman penggerusan tidak di pengaruhi oleh jarak bentang untuk perbandingan jarak bentang /lebar pilar  4,3.

Basak, dkk (1975) dalam percobaannya mempertimbangkan factor deretan pilar pesegi empat sebagai berikut :

1) Deretan pilar searah aliran, kedalaman penggerusan maksimum terjadi bagian depan

hulu pilar yang pertama, sehingga tidak ada pengaruh dari “space” banyak pilar.

2) Deretan pilar tegak lurus arah aliran, kedalaman penggerusan berkurang sesuai dengan bertambah jauhnya jarak pilar sampai dengan perbandingan jarak bentang / lebar pilar =5.

Berdasarkan penelitian terhadap potensi gerusan yang telah di kemukakan sebelumnya, maka :

a. Persamaan kedalaman dari Breusers, Nicollet, dan Shen (1977) adalah :

d_s /b = f₁ (U Uc





/ ){2 tanh (d_o /b)} f₂, f₃ (α 1/b0) (30)

Faktor pengaruh menurut Breusers, dkk adalah sebagai berikut :

1) Pengaruh kecepatan aliran

f₁ (Ū / Ū_c ) = 0 untuk Ū/Ūc  0.5

= 2 (Ū/Ūc) – 1 untuk 0.5  Ū/Ūc < 1

= 1 untuk Ū/Ūc  1

2) Pengaruh do/b

ds /b = 2 tanh (do/b) (31)

(Konstanta yang diambil adalah 2, hanya sebagai angka keamanan saja).

3) Pengaruh bentuk (Shape)

f2 (Shae) = 1.0 untuk pilar bulat

= 0.75 untul pilar yang berbentuk garis lurus (stream line)

= 1.3 untuk pilar persegi empat

4) Pengaruh sudut datang aliran

f₃ (α, 1/b) adalah seperi yang di kemukakan oleh Lauren dan Toch.

b. Perbaikan oleh Keith R. Elliott dan Christoper James Baker (1985)

Elliot dan Baker menyelidiki efek dari variasi jarak bentang antara plar (per spacing) terhadap kedalaman suatu factor yaitu : f₄ (X/b), di mana X ada;ah jarak bentang antara plar dari as ke as.

Sehingga persamaan Breusers, dkk yang terdahulu di perbaiki menjadi :

ds/b = f1 (U Uc





/ ) {2 tanh (do/b) f2 (shape) f3 (α, 1/b) f4 (X/b) (32)

Adapun :

(ds/b) / (ds/b) i = f4 (X/b) (33) Di mana indeks i menunjukkan keadan pilar tumpul.

c. Rumus Lacey (Regime Aquation)

Rumus empiris menurut “Lacey” yang lazim di kenal dengan persamaan resim (regme equation) sebagai berikut :

D = 0.473 (Q/f)^1/3. R (34)

Di mana :

D = Dalam penggerusan (m)

Q = Debit pengaliran banjir (m³ / det) f = Faktor lumpur Lacey

R = Nilai yang angka sebagai berikut :

= 1.27 untuk sungai lurus

= 1.50 untuk sungai dengan radius belokan sedang

= 1.75 untuk sungai dengan radius belokan tajam

= 2.00 untuk sungai dengan radius belokan siku

= 2.00 untuk ujung-ujung plar jembatan Nilai faktor Lumpur Lacey di perhitumgkan berdasarkan rumus empiris :

f = 1.7 m (35)

Di mana m adalah diameter rata-rata dari partikel endapan sungai

Berdasarkan hasil percobaan laboratorium nilai f terlihat sebagai berikut :

Tabel Percobaan Penentuan Nilai f.

Pada sungai yang lebar di daerah alluvial di mana tebing-tebingnya sudah mantap, tetapi dasar sungai mudah tererosi maka penggerusan normal dapat di tentukan dengan rumus empris sebagai berikut :

D = Q/W . V (35)

D = 1.1/N . W . D^5/3 . S (36) D = 1.2 Q^0,63/f^0,33 . W^o,60 (37) Di mana :

W = Lebar sungai V = Kecepatan aliran N = koefisien manning

S = Kemiringan sungai f = Faktor Lumpur Lacey

Untuk arus normal kedalaman penggerusan maksimum adalah tidak seragam.

Tabel Kedalaman Penggeusan Maksimum Berdasarkan Pengaliran Yang Berbeda–

beda.

Kadang–kadang untuk menentukan Nilai R dari formula :

D = 0. 473 (Q/F)^1/3 x R (38) Di gunakan rumus empiris :

R = (W/L)^0,61 (39)

Di mana :

W = Lebar regim Lacey dari sungai

L = Lebar sungai di bawah jembatan C. Penelitian Yang Pernah Dilakukan

1. Aleks Oli’i (1995), Program Pascasarjana UGM dengan studi gerusan sekitar pilar jembatan akibat aliran sungai (A Study of Scouring Around The Bridge piers As A Result of River Flow).

Pelaksanaan penelitian dilakukan pada Laboratorium PAU UGM dengan :

- Flume yang terbuat dari kaca dengan panjang 17.50 m, lebar 0.60 m, dan tinggi 0.45 m.

- Pompa air dengan kapasitas maksimum 2500/menit.

- Material dasar D50 = 0.005 meter.

- Pilar bundar diameter 5 cm sampai 10 cm.

Hasil pengamatan kedalaman penggerusan maksimum untuk persegi ujung lebar lebih besar di bandingkan pilar bundar, yaitu 1.50b > 1.3b.

hal ini sesuai dengan penelitian terdahulu yaitu Shen 1.7b > 1.6b; Chabert 1.6b > 1.5b; Breusers dkk 2.0b = 2.0b.

Kedalaman gerusan pada kecepatan merata aliran dengan kecepatan kritik butiran mencapai



U / U6 = 0.375 sampai dengan



U / U6 = 0.415, di mana waktu untuk mencapai kedalaman gerusan maksimum 120 menit.

2. Indratmo Soekarno, Sri Legowo, Soebagio Soelkarnaen, dan Edy Anto Soentoro 919960 PIT XIII HATHI, Medan dengan Penggerusan Lokal Dii sekitar Pilar Jembatan dan Sistem Proteksinya (Local Scouring Around Bridge Piers and Its Protection Systems).

Penelitian dilakukan di Laboratorium Uji Model Hidraulika dan Laboratorium Fluida Jurusan Teknik Sipil ITB. Saluran kaca dengan lebar 50 cm dan panjang 10 cm. Sedangkan saluran dibuat dengan ukuran panjang 12 m dan lebar 2.20 m. kapasitas pompa mencapai 200 1/dt.

Diameter pasir (d₅₀) = 0.75 – 1.0 mm. Debit antara 0.014 – 0.043 m³/dt/m. kedalaman antara 6.75 – 9.8 cm. Berat jenis pasir yang digunakan 2.686 gr/cm², dan material non kohesif.

Pilar berbentuk silinder berdiameter 2.5 cm dan 5.0 cm, sedangkan berbentuk empat persegi panjang dengan perbandingan panjang terhadap lebar 2, 4, 6, 8 dan 10 dan ujung pilar berbentuk setengah lingkaran.

Dengan hasil sebagai berikut : a. Pilar silinder diameter 5 cm

Tabel Hasil Penggerusan Dengan Pilar Silinder.

q = 0.014 m³ /dt Q = 0.043 m³ /dt do = 6.75 cm do = 9.80 cm

3.4 cm 6.4 cm

b. Pilar empat persegi panjang (1 buah)

Tabel 11. Persatuan Lebar (L/B) , Sudut Datang Aliran Dan Penggerusan.

q = 0,014 m³/dt, d_o = 6,75

c. Pilar empat persegi L/b = 6 dengan jarak antar pilar 16 x tebal pilar sebagai berikut : Tabel Persatuan Lebar (L/B), Sudut Datang Aliran Dan Penggerusan.

q = 0,043 m³/dt d_o = 9,80 m

b. Pilar empat persegi L/b = 6 dengan jarak antar pilar 16 x tebal pilar sebagai berikut :

Tabel Sudut Datang Aliran Dan Kedalaman Penggerusan

q = 0,014 m³/dt, d_o = 6,75 m

3. Heri Suprijanto, Dwi Priyantoro, dan Adrianto Eka Nugraha, 2001. PPIT XVIII HATHI Malang dengan judul : Uji model Fisik Dasar Bergerak Dengan Skala Distorsi Pada Bangunan Pilar dan Pangkal Jembatan di Belokan Sungai.

Penelitian ini merupakan model fisik skala distorsi dengan dasar bergerak (movable bed).

Data yang di gunakan adalah semi hipotetik dengan karakteristik fisik sungai sebagai berikut :

- Penampang = segi empat, lebar sungai = 40 m.

- debit drainase = 55 m³/dt dengan kedalaman = 1.2 m.

- Debit banjir = 100 m³/dt dengan kedalaman = 1.7 m.

- Material dasar = pasir, d⁵⁰ = 2 mm, d90 = 5.5 mm, ρs = 1800 kg/m³.

-

Kedalaman dan luas gerusan pada belokan R = 10B (Prototype).

Tabel Perlakuan Dengan Kedalaman Dan Luas Gerusan

Kedalaman gerusan lokal teoritis pilar dari Abutment.

Tabel Kedalaman Gerusan Maksimun Dengan Pendekatan Rumus Empiris

Skema penerapan dan pelaksan

Lampiran-lampiran

HASIL PEMERIKSAAN GRADASI PASIR PADA LABORATORIUM MEKANIKA TANAH

JURUSAN SIPIL UNHAS

GRAFIK PEMBAGIAN BUTIR

1. Pilar Persegi Panjang

2. Pilar Persegi Panjang Yang Ujungnya Bulat

3. Pilar Persegi Panjang Yang Ujungnya Segitiga

Topografi Dasar Saluran Sebelum Ada Pilar Segi Empat Tunggal Q1

0 20 40 60 80 100 120 140 160

0 10 20 30 40 50

47.2 47.6 47.0 47.4 47.4 48.2 47.6 46.2 48.2

47.2 47.1 47.1 46.8 47.1 48.0 47.6 48.9 48.4

47.4 46.3 46.8 48.7 46.9 47.8 47.1 49.6 49.8

Topografi Dasar Saluran Sesudah Ada Pilar Segi Empat Tunggal Q1

0 20 40 60 80 100 120 140 160

0 10 20 30 40 50

47.8 48.6 48.4 48.0 48.5 49.4 49.1 49.6 49.2

48.1 47.8 47.4 51.0 49.4 47.6 47.9 49.2 49.3

48.5 45.4 46.4 47.2 47.6 48.8 49.6 50.0 48.8

Topografi Dasar Saluran Sebelum Ada Pilar Ujung Bulat Tunggal Q1

0 20 40 60 80 100 120 140 160

0 10 20 30 40 50

48.2 48.3 49.1 48.7 48.6 48.9 48.8 49.5 48.9

48.1 47.6 48.2 48.6 48.7 48.9 49.1 49.4 48.4

48.7 47.3 47.6 47.6 48.4 49.1 50.7 50.2 48.6

Topografi Dasar Saluran Sesudah Ada Pilar Ujung Bulat Tunggal Q1

0 20 40 60 80 100 120 140 160

0 10 20 30 40 50

48.8 46.3 47.1 47.7 48 49.4 50.1 51.4 50.4

47.8 47 47.9 51.9 48.1 48.2 49.2 49.9 49

42.3 48.2 48.7 49.2 48.7 49.1 47.5 48.7 48.2

Topografi Dasar Saluran Sebelum Ada Pilar Segi Tiga Tunggal Q1

0 20 40 60 80 100 120 140 160

0 10 20 30 40 50

48.8 48.5 49.3 48.6 48.7 49 48.9 49.7 49.1

48.1 47.7 48.3 48.7 48.6 48.9 49.3 49.6 48.5

48.8 47.4 47.8 47.9 48.5 49.3 50.8 50.3 48.7

Topografi Dasar Saluran Sesudah Ada Pilar Segi Tiga Tunggal Q1

0 20 40 60 80 100 120 140 160

0 10 20 30 40 50

48.4 48.9 49.2 49.2 49.1 49.2 48.4 49.1 48.1

47.7 48.3 47 50.6 47.8 48.4 48.9 49.5 48.7

48.6 47.8 48.2 47.4 47.6 49.6 49.8 50.8 50.8

0 20 40 60 80 100 120 140 160 0

10 20 30 40 50

47.3 47.8 46.9 47.6 47.4 48.2 47.6 46.5 48.3

47.3 47.5 47.5 46.8 47.3 48.1 47.3 48.7 48.5

47.6 46.5 46.6 48.9 46.7 47.9 47.2 49.8 50

Topografi Dasar Saluran Sebelum Ada Pilar Segi Empat Tunggal Q2

Topografi Dasar Saluran Sesudah Ada Pilar Segi Empat Tunggal Q2

0 20 40 60 80 100 120 140 160

0 10 20 30 40 50

47.6 48.3 48.1 48 48.7 49.1 48.5 49 48.9

47.9 47.6 47.2 50.8 49.5 47.3 47.5 48.6 49

48.2 45.1 46.1 46.9 47.4 48.5 49.1 49.2 48.3

Topografi Dasar Saluran Sebelum Ada Pilar Ujung Bulat Tunggal Q2

0 20 40 60 80 100 120 140 160

0 10 20 30 40 50

48.1 48 49.5 48.6 48.7 48.9 48.7 49.7 48.5

48.3 47.5 48.5 48.8 48.6 48.9 49.5 49.7 48.2

48.8 47.5 47.5 47.9 48.4 49 50.5 50.4 48.7

Topografi Dasar Saluran Sesudah Ada Pilar Ujung Bulat Tunggal Q2

0 20 40 60 80 100 120 140 160

0 10 20 30 40 50

48.7 46 46.8 47.5 47.7 49.2 50 57.3 50.2

47.6 46.7 47.5 51.4 48 48.3 49 49.1 48.9

42.1 48 48.3 48.7 48.5 48.8 47.2 48.6 48

Topografi dasar saluran sebelum ada pilar segi tiga bulat tunggal Q2

0 20 40 60 80 100 120 140 160

0 10 20 30 40 50

48.3 48.5 49.3 46.5 48.6 49 48.7 49.6 49

48 47.5 48 48.5 48.7 48.6 49.1 49.7 48.5

48.6 47.2 47.6 47.8 48.5 49.2 50.8 50.2 48.8

Topografi Dasar Saluran Sesudah Ada Pilar Segi Tiga Bulat Tunggal Q2

0 20 40 60 80 100 120 140 160

0 10 20 30 40 50

48.2 48.7 49 48.9 48.9 49 48.3 48.9 48.6

47.3 48 46.8 50.1 47.5 48.1 48.8 49.2 48.5

48.3 47.5 47.9 47.2 47.4 49.3 49.6 50.5 50.6

Pilar Segi Empat Setelah Pengaliran

Pilar Segi Tiga Setelah Pengaliran

Pilar Segi Empat Dalam Aliran

Pilar Ujung Bulat Dalam Aliran

Bentuk Saluran Dalam Laboratorium

Alat Ukur Kecepatan Air (Current Meter)

Pilar Ujung Segi Tiga Dalam Aliran

Pilar Ujung Bulat Setelah Pengaliran

DAFTAR PUSTAKA

Angraeni, (1997), Hidrolika saluran terbuka, Citra Media, Surabaya.

Breusers H.N.C.,Nicollet.G. and Shen .H.W, 1977, Local Scour Around Cylindrical Piers, Journal of Hidroulics Research, IAHR Vol.15 No.3.

Baker C.J, 1981, New Design Equation for Scour Arcund Brigde Piers, Journal of Hydraulics Division, ASCE Vol.107 No.HY 4 April.

Chow, Ven Te, E.V. Nensi Rosalina, (1997), Hidrolika saluran terbuka, Erlangga, Jakarta.

Gregory, K.J, (1977), River Channel Changes, John Wileys and Son.

Jansen, P. Ph, Bendegon L. Van, (1979), Principles of River Engineering, Pitman Publiahing Ltd.

Oehadijono, (1993), Dasar-Dasar Teknik Sungai, Universitas Hasanuddin.

Oli’I Aleks, (1995), Studi Gerusan Sekitar Pilar Jembatan Akibat Aliran Sungai, (Tesis ), UGM, Yogyakarta.

Raju. R, Pangaribuan Y.P, (1986), Aliran Melalui Saluran Terbuka (Terjemahan ), Erlangga, Jakarta.

Soekarno Indratmo, Legowo, Sri, dkk, (1996), Penggerusan Lokal di Sekitar Pilar Jembatan dan Sistem Proteksinya, PIT XIII HATHI, Medan.

Suprijanto, Heri, Priyantoro, Dwi, dkk, (2001), Uji Model Fisik Dasar Bergerak Dengan Skala Distorsi pada Bangunan Pilar dan Pangkal Jembatan di Belokan Sungai, PIT XIII HATHI, Malang.

Shen.H.W.V.R,Schneider and Karaki.S, 1966a, Mechanies of Local Scour, Colarado State University.

Triatmodjo, Bambang, (1996), Hidrolika Idan II, Beta Offset, Yogyakarta.

Triatmodjo, Bambang, (1993), Mekanika Fluida,Pusat Antar Universitas Ilmu Teknik,UGM, Yogyakarta.

Yahi, M. Selin, (971), Theory of Hidraulic Models, Mc. Millan Press Ltd.

Yuwono, Nur, (1994), Perencanaan Model Hidraulik, Pusat Antar Universitas Ilmu Teknik, UGM, Yogyakarta.