MEKANISME GERUSAN LOKAL DENGAN
VARIASI BENTUK PILAR (EKSPERIMEN)
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian
Pendidikan Sarjana Teknik
Disusun Oleh:
SARRA RAHMADANI
090404048
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
ABSTRAK
Pilar merupakan bagian dari struktur bawah jembatan. Keberadaan pilar pada aliran sungai menyebabkan perubahan pola aliran sungai. Perubahan pola aliran tersebut akan mengakibatkan terjadinya gerusan lokal di sekitar pilar. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh bentuk pilar terhadap potensi gerusan lokal yang terjadi di sekitar pilar tersebut. Penelitian ini dilakukan pada kondisi aliran seragam permanen dengan variasi bentuk pilar. Model fisik pilar yang digunakan adalah bentuk pilar persegi (rectangular) dan bentuk persegi dengan sisi depang miring (rectangular with wedge shape nose).
Penelitian gerusan di sekitar pilar dilakukan di Laboratorium Hidraulika Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara menggunakan alat flume dengan panjang 8 m, tinggi 0.3 m dan lebar 0.076 m. Penelitian dilakukan dengan pengukuran pola dan kedalaman gerusan disekitar pilar dengan debit aliran sebesar 1,0 lt/det. Material yang digunakan berupa pasir yang lolos saringan No.8 dan tertahan saringan No.100 dengan nilai d50 = 0.45 mm. Model diuji selama 250 menit untuk setiap kali berlangsung (running).
Dari hasil eksperimen yang telah dilakukan didapat bahwa penambahan kedalaman gerusan pada menit-menit awal terjadi sangat cepat dengan kedalaman gerusan bertambah seiring dengan lama waktu pengamatan dan selanjutnya besanya penambahan kedalaman gerusan semakin kecil setelah mendekati kondisi kesetimbangan (equilibrium scour depth). Hasil penelitian menunjukan gerusan terbesar pada ke dua bentuk pilar terjadi pada bagian hulu pilar yaitu pada titik pengamatan 1. Nilai kedalaman gerusan maksimum pada pilar persegi (rectangular) adalah 30 mm, dan Nilai kedalaman gerusan maksimum pada pilar persegi dengan sisi depan miring (rectangular widge shape nose) adalah 39 mm
Bentuk pilar merupakan faktor yang mempengaruhi kedalaman gerusan. Maka Dalam perencanaan konstruksi disarankan agar bentuk pilar dirancang sebaik mungkin untuk memaksimalkan fungsi dan kemampuannya.
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, segala puji syukur bagi Allah SWT yang telah memberikan karunia kesehatan dan kesempatan kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. Shalawat dan salam keatas Baginda Rasullah Muhammad SAW yang telah memberi keteladanan dalam menjalankan setiap aktifitas sehari-hari, sehingga tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.
Tugas akhir ini merupakan syarat untuk mencapai gelar sarjana Teknik Sipil bidang Sumber Daya Air Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, dengan judul “MEKANISME GERUSAN LOKAL DENGAN VARIASI BENTUK PILAR”.
Penulis menyadari bahwa dalam menyelesaikan tugas akhir ini tidak terlepas dari dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, saya ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada beberapa pihak yang berperan penting yaitu :
1. Bapak Ir. Terunajaya M.Sc selaku pembimbing, yang telah banyak memberikan dukungan, masukan, bimbingan serta meluangkan waktu, tenaga dan pikiran dalam membantu saya menyelesaikan tugas akhir ini.
2. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ivan Indrawan, ST, MT, dan Ibu Emma Patricia Bangun, ST, M. Eng
selaku Dosen Pembanding, atas saran dan masukan yang diberikan kepada penulis terhadap Tugas Akhir ini.
5. Teristimewa keluarga saya, Ayahanda H. Rahmad dan Ibunda Hj. Siti Syamsiani, M.Pd, kakak saya beserta suami, Siti Sari Rahmadani ST dan Alpian ST, abang saya dan pasangannya Muharram ,Rhea Cyinthia yang telah memberikan doa, motivasi, semangat dan nasehat. Terima kasih atas segala pengorbanan, cinta, kasih sayang dan doa yang tiada batas.
6. Terkhusus buat pasangan saya yang terkasih Dodi Hasyir S yang memberikan dukungan, bantuan, doa serta semangat untuk menyelesaikan skripsi. Terimakasih atas semua yang telah diberikan dengan penuh kasih dan kesabaran.
7. Bapak/Ibu seluruh staff pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik UniversitasSumateraUtara.
8. Seluruh pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan selama ini kepada penulis. (Kak Lince, Kak Dina, Kak Dewi, Bang Zul, Bang Edi dan Bang Amin).
10. Terkhusus buat kak Sarvina angkatan 2007, terimakasih atas seluruh bantuan dan waktu yang telah diluangkan untuk memberikan masukan dan tambahan serta bimbingan dan semangat.
11. Abang-abang asisten Lab. Hidrolika USU yang turut membantu dan memberikan izin, bg Yusuf, Rozi, Muazi, serta Adik-adik angkatan 2012 yang membantu eksperimen Wahyu, Muis dan Embas terimakasih atas kerjasamanya.
12. Dan segenap pihak yang belum penulis sebut disini atas jasa-jasanya dalam mendukung dan membantu penulis dari segi apapun, sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.
Mengingat adanya keterbatasan yang dimiliki penulis, maka penulis menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, segala saran dan kritik yang bersifat membangun dari pembaca diharapkan untuk penyempurnaan laporan Tugas Akhir ini.
Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih dan semoga laporan Tugas Akhir ini bermanfaat bagi para pembaca.
Medan, Desember 2013 Penulis
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR TABEL ... vii
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR NOTASI ... xi
DAFTAR LAMPIRAN ... xiv
BAB I PENDAHULUAN 1.1Latar belakang ... 1
1.2Perumusan Masalah ... 4
1.3Batasan Penelitian ... 4
1.4Tujuan Penelitian ... 5
1.5Manfaat penelitian ... 5
1.6Sistematika Penelitian ... 6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sungai ... 7
2.2Penggerusan ... 9
2.2.1 Pengertian Gerusan ... 9
2.2.2 Jenis Gerusan ... 10
2.2.3 Mekanisme Gerusan ... 13
2.2.4 Faktor Yang Mempengaruhi Kedalaman Gerusan ... 17
2.3Persamaan Gerusan Untuk Aliran Beraturan ... 28
2.4Kecepatan Dan Pola Aliran ... 30
2.5Transpor Sedimen ... 33
BAB III METODE PENELITIAN
3.1Tempat Penelitian ... 37
3.2Bahan Penelitian ... 37
3.3Alat Penelitian ... 38
3.4Alur Pelaksanaan Penelitian ... 44
3.4.1 Persiapan Peralatan ... 44
3.4.2 Percobaan Pendahuluan ... 45
3.4.3 Pelaksanaan Penelitian ... 45
3.4.4 Analisis Hasil Percobaan ... 49
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1Pemeriksaan Material ... 50
4.2Karakteristik Aliran ... 51
4.3Aplikasi Program Surfer ... 53
4.4Kedalaman Gerusan ... 57
4.4.1 Perkembangan Kedalaman Gerusan Terhadap Waktu ... 58
4.4.2 Perkembangan Kedalaman Gerusan Maksimum ... 62
4.4.3 Pola Gerusan Disekitar Pilar ... 64
4.4.4 Pengaruh Bentuk Pilar Terhadap Kedalaman Gerusan ... 71
4.5Perhitungan Empiris Kedalaman Gerusan Lokal ... 73
4.5.1 Karakteristik Aliran ... 73
4.5.2 Kedalaman Gerusan Lokal Menurut Persamaan Raudkivi (1991) ... 76
4.5.3 Kedalaman Gerusan Lokal Menurut Persamaan Melville Satherland (1998) ... 77
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1Kesimpulan ... 81
5.2Saran ... 82
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Koefisien bentuk Abutmen (Mellvile 1997) ... 22
Tabel 2. Koefisien bentuk pilar ... 27
Tabel 3. Analisa gradasi butiran ... 49
Tabel 4. Karakteristik aliran ... 52
Tabel 5. Kedalaman gerusan pada saat waktu puncak ... 62
Tabel 6. Kedalaman gerusan maksimum disekitar pilar sebagai fungsi variasi bentuk pilar ... 69
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Skema Klasifikasi Aliran ... 9
Gambar 2. Mekanisme gerusan akibat pola aliran air disekitar pilar ... 14
Gambar 3. Hubungan kedalaman gerusan (ys) dengan waktu ... 15
Gambar 4. Hubungan kedalaman gerusan (ys) dengan kecepatan geser (v*) ... 16
Gambar 5 (a). Kedalaman gerusan sebagai fungsi waktu (v < vc) ... 18
Gambar 5 (b). Kedalaman gerusan sebagai fungsi waktu (v > vc) ... 18
Gambar 6. Kedalaman gerusan setimbang di sekitar pilar fungsi ukuran butir relatif untuk kondisi aliran air bersih ... 19
Gambar 7. Koefisien simpangan baku (Kσ) fungsi standar deviasi Geometri ukuran butir ... 20
Gambar 8. Hubungan kedalaman gerusan seimbang (yse) dengan ukuran butir relatif (b/d50) untuk kondisi aliran air bersih dan bersedimen ... 23
Gambar 9. Hubungan koefisien reduksi ukuran butir relatif K(b/d50) dengan ukuran butir relatif (b/d50) untuk kondisi aliran air bersih dan bersedimen ... 23
Gambar 10. Hubungan koefisien aliran (Kdα) dan kedalaman aliran relatif (y0) dengan ukuran relatif (b/d50). ... 24
Gambar 11. Koefisien arah sudut aliran (Kα) pada pilar ... 26
Gambar 12. Pola arus penyebab gerusan lokal ... 31
Gambar 13. Kedalaman gerusan lokal maksimum rata-rata ... 32
Gambar 14. Hubungan kedalaman gerusan (ys) dengan kecepatan geser (v*) dan waktu (t). ... 33
Gambar 16. Alat Recirculating Sediment Flume ... 39
Gambar 17 (a). Tampak atas pilar pada flume Pilar Persegi ... 40
Gambar 17 (b). Tampak atas pilar pada flume Pilar Persegi dengan sisi depan miring ... 40
Gambar 18. Hook and Point gauge ... 41
Gambar 19. Pintu Air ... 41
Gambar 20. Stop watch ... 42
Gambar 21. Model Pilar Tampak Atas ... 42
Gambar 22. Model Pilar 3 Dimensi ... 43
Gambar 23. Diagram alur penelitian ... 47
Gambar 24. Diagram alur uji laboraturium ... 48
Gambar 25. Gradasi sedimen ... 51
Gambar 26. Tampilan jendela kerja surfer ... 54
Gambar 27. Worksheet data koordinat ... 54
Gambar 28. Tampilan New plot dan Grid data ... 55
Gambar 29. Tampilan Data Bentuk .grd... 55
Gambar 30. New contur map dan new 3D wireframe ... 56
Gambar 31. Hasil contur map dan 3D wireframe ... 56
Gambar 32. Perkembangan kedalaman gerusan terhadap waktu pada pilar persegi (rectangular) dengan debit (Q) = 1.0 lt/s ... 58
Gambar 34. Perkembangan kedalaman gerusan terhadap waktu pada Pilar
Sisi Depan Miring (Rectangular Widge Shape Nose) ... 60 Gambar 35. Posisi titik pengamatan pada pilar Sisi Depan
Miring (Rectangular Widge Shape Nose) ... 61 Gambar 36. Perkembangan kedalaman gerusan maksimum terhadap
waktu pada pilar persegi (rectangular) dan persegi dengan
sisi depan miring (rectangular widge shape nose) ... 62 Gambar 37. Perkembangan kedalaman gerusan maksimum pada pilar
persegi (rectangular) dan persegi dengan sisi depan miring (rectangular widge shape nose) terhadap waktu
pada saat t puncak ... 63
Gambar 38. Pola koordinat kontur ... 65
Gambar 39. Titik Pengamatan untuk pembentuk kontur disekitar pilar
Untuk bentuk pilar persegi ... ... 66 Gambar 40. Titik Pengamatan untuk pembentuk kontur disekitar pilar
Untuk bentuk pilar persegi dengan sisi depan miring ... 66 Gambar 41. Kontur Pola Gerusan pada Pilar Persegi Persegi (Rectangular) ... 67 Gambar 42. Isometri pola gerusan pada pilar persegi (rectangular) ... 68 Gambar 43. Kontur Pola Gerusan pada Pilar Persegi Dengan Sisi
Depan Miring (Rectangular Widge Shape Nose) ... 69 Gambar 44. Isometri Pola Gerusan pada Pilar Persegi dengan
Sisi Depan Miring (Rectangular Widge Shape Nose) ... 70 Gambar 45. Kedalaman gerusan maksimum disekitar pilar sebagai
DAFTAR NOTASI
A B b
Luas penampang aliran Lebar saluran
Ds Kedalaman gerusan maksimum m
d Diameter butiran m
d50 Diameter butiran, 50 % material lebih kecil dari d50 m
Fr Bilangan Froude -
K2 Koefisien sudut embankmen terhadap aliran -
Ki Faktor koreksi -
Kd Faktor ketinggian aliran -
Kdt Faktor ukuran pilar -
Ks Faktor bentuk pilar -
Kσ ks LA
Fungsi dari standar deviasi geometrik ukuran distribusi butiran Koefisien kekasaran Nikuradse
Sf Kemiringan gradient energi -
So Kemiringan dasar saluran -
T Waktu total running dt
t Waktu dt
t1 Waktu seketika ym=b dt
tp Waktu pada saat puncak dt
U Kecepatan aliran rata-rata m/dt
Uc Kecepatan kritik m/dt
ym Kedalaman maksimum gerusan pada saat t m
ym,e Kedalaman gerusan maksimum pada saat setimbang m
Δ Rapat massa relatif -
ά Perbandingan bukaan (B-L)/B -
ν
γ
Viskositas kinematik Berat jenis material dasar
m2/dt -
ρ Massa jenis air kg/m3
α
τo
τc
Sudut datang aliran Tegangan gesek dasar Tegangan geser kritik
- N/m2
N/m2
θ Parameter Shields -
η* Eksponen, fungsi ukuran sedimen dan geometri halangan - Lp Sisi panjang bentuk pilar
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Lampiran Data Perkembangan Kedalaman Gerusan terhadap
Waktu pada Pilar Persegi (rectangular) dengan Debit 1.0 liter/det
Lampiran 2 Lampiran Data Perkembangan Kedalaman Gerusan terhadap
Waktu pada Pilar dengan Sisi Depan Miring (rectangular widge shape nose) dengan Debit 1,5 liter/det
Lampiran 3 Lampiran Data Perkembangan Kedalaman Gerusan Maksimum
terhadap waktu pada pilar
