TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian
Pendidikan Sarjana Teknik Sipil
ABDUL AZIS ALFITRA OEMRY
100404087
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ABSTRAK
Agar kualitas air irigasi di Bendung Namu Sira-Sira dapat selalu terjaga, dikonstruksikan bangunan kantong lumpur setelah bangunan pengambilan.Untuk mengetahui proses jalannya aliran air di dalam kantong lumpur perlu dilakukan analisis untuk menghitung aliran yang meliputi kecepatan aliran dan kehilangan energi air pada saluran.
Untuk menganalisis dan memperkirakan jumlah angkutan sedimen digunakan
tiga metode estimasi yaitu Lane and Kalinske, Einstein dan Seksi Hidrometri.
Metode yang dipakai untuk menganalisis adalah Lane and Kalinske yaitu angkutan
sedimen per hari yang masuk ke intake adalah sebesar 2,652 Ton/hari dan memiliki
volume sedimen 1,006 m3/hari. Volume tampungan sedimen yang dihitung adalah
448,322 m3. Kemudian hasil perhitungan elevasi muka air menunjukkan terjadi
kehilangan tinggi energi total sebesar 0,16793 m yang dianalisa mulai aliran masuk ke inlet, intake hingga melewati kantong lumpur dan akhirnya menuju saluran primer irigasi.
Terjadi kehilangan tinggi energi sebesar 0,16793 selama pengaliran normal air untuk saluran irigasi. Frekuensi pembilasan dapat dilakukan pada saat 12 sampai 15 hari sekali. Kecepatan pembilasan untuk debit bilas 5,82 m3/detik adalah 3,925 m/detik. Untuk menghindari fraksi pasir masuk ke jaringan irigasi, dilakukan pembilasan hidraulis. Hal ini dilakukan untuk menghindari terjadinya penggerusan kembali partikel angkutan sedimen yang telah terendap dalam kantong lumpur terutama fraksi pasir, yang dapat menyebabkan terangkutnya kembali sedimen dan dapat masuk ke saluran irigasi.
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, segala puji syukur bagi Allah SWT yang telah memberi
karunia kesehatan dan kesempatan kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir
ini. Shalawat dan salam ke atas Baginda Rasullah Muhammad SAW yang telah
memberi keteladanan tauhid, ikhtiar dan kerja keras sehingga menjadi panutan dalam
menjalankan setiap aktifitas kami sehari-hari, karena sungguh suatu hal yang sangat
sulit yang menguji ketekunan dan kesabaran untuk tidak pantang menyerah dalam
menyelesaikan penulisan ini.
Penulisan skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan studi
pada Program Studi Strata Satu (S1) Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara. Adapun judul skripsi yang diambil adalah :
ANALISIS HIDROLIS BANGUNAN KANTONG LUMUR PADA BENDUNG NAMU SIRA-SIRA
Penulis menyadari bahwa dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini tidak
terlepas dari dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena
itu, penulis ingin menyampaikan ucapan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada
beberapa pihak yang berperan penting yaitu:
1. Teristimewa untuk kedua orang tua Ayahanda Ir. Syahrial Oemry MS dan
ibunda Neneng Rosnaini, yang telah memberikan support dan dukungan dan
2. Yang terbaik dan yang selalu memberikan nasehat, suport, tenaga, serta
pikiran, pacar saya Sherley Siregar, terimakasih banyak sudah setia
menemani saya dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
3. Bapak Ir. Terunajaya, M.Sc selaku pembimbing yang telah banyak
meluangkan waktu, tenaga dan pikiran untuk memberikan bimbingan dan
masukan kepada penulis.
4. Bapak Ivan Indrawan, ST, MT yang telah banyak meluangkan waktu, tenaga
dan pikiran untuk memberikan bimbingan dan masukan kepada penulis.
5. Bapak Ir. Alferido Malik yang telah banyak meluangkan waktu, tenaga dan
pikiran untuk memberikan bimbingan daan masukan kepada penulis.
6. Bapak Prof. Dr. Ing. Johanes Tarigan sebagai Ketua Departemen Teknik
Sipil, Universitas Sumatera Utara.
7. Bapak Ir. Syahrizal, MT sebagai sekretaris Departemen Teknik Sipil Fakultas
Teknik Universitas Sumatera utara.
8. Bapak/ibu Dosen di lingkungan Departemen Teknik Sipil, Universitas
Sumatera Utara.
9. Seluruh pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan-bantuannya.
10. Kepada abangda diva yang bersedia memberikan data untuk membantu
mengerjakan skripsi saya, terimakasih atas bantuannya.
11. Terima kasih buat teman-teman seperjuangan angkatan 2010, Acong, Dice,
Agave, Lamhot, Samsul, Bram jaya, Andrico, Mike, Khairul, Dhaka, Tepen,
yang tidak dapat di sebutkan seleruhnya, terimakasih atas semangat dan
bantuannya selama ini.
12. Terima kasih buat adik-adik junior Ivan meang, Novra, terimakasih atas
bantuannya selama ini.
Medan, Juni 2016
DAFTAR ISI
I.5 Pembatasan Masalah ... 4
I.6 Metodologi Penelitian ... 5
I.7 Sistematika Penulisan ... 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 6
II.1 Umum ... 6
II.2 Teori Hidrolika dan Aliran Air ... 8
II.2.1 Klasifikasi Aliran Saluran Terbuka ... 10
II.2.1.2 Klasifikasi Aliran berdasarkan Perilaku Aliran ... 13
II.2.1.3 Klasifikasi Aliran berdasarkan Asalnya ... 15
II.2.1.4 Klasifikasi Aliran berdasarkan Konsistensi Penampang .. 16
II.2.2 Geometri Penampang Saluran Terbuka ... 16
II.2.2.1 Unsur – Unsur Geometrik Penampang Saluran ... 17
II.2.3 Distribusi Kecepatan pada Penampang Saluran ... 20
II.2.4 Kecepatan Aliran pada Aliran Seragam ... 22
II.2.4.1 Formula Manning ... 23
II.2.4.2 Penentuan Koefisien Kekasaran Manning ... 23
II.2.4.3 Faktor – Faktor yang Mempengaruhi Kekasaran ... 24
II.3 Irigasi dan Bangunan Air ... 25
II.3.1 Bangunan Utama (Headworks) ... 26
II.3.1.1 Pengambilan (intake)………...26
II.3.1.2 Kantong Lumput………...……27
II.3.2 Dimensi Kantong Lumpur II.3.2.1 Panjang dan Lebar Kantong Lumpur ... 29
II.3.2.2 Kecepatan Endap Kantong Lumpur ... 32
II.3.2.3 Volume Tampungan ... 34
II.3.3 Pembersihan Kantong Lumpur ... 38
II.3.3.1 Pembersihan Secara Hidrolis ... 38
II.3.3.2 Pembersihan Secara Manual/Mekanis ... 41
II.3.4 Pemeriksaan Fungsi Kantong Lumpur ... 42
II.3.4.1 Efisiensi Pengendapan ... 42
II.3.4.2 Efisiensi Pembilasan ... 44
II.4 Erosi dan Angkutan Sedimen ... 44
II.4.1 Formula Angkutan Sedimen Muatan Melayang ... 47
II.4.1.1 Metode Lane and Kalinske (1941) ... 47
II.4.1.2 Metode Einstein ... 48
II.4.1.2 Metode Seksi Hidrometri (1985) ... 50
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... III.1 Lokasi Penelitian ... 51
III.2 Metode Penelitian ... 52
III.3 Tahapan Penelitian ... 53
BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN ... 56
IV.1.1 Spesific Grafity………...…56
IV.1.2 Konsentrasi Sedimen………...58
IV.2 Analisa Angkutan Sedimen dan Volume Tampungan ... 59
IV.2.1 Perhitungan Angkutan Sedimen………...……59
IV.2.2 Analisa Angkutan Sedimen Metode Lane and Kalisnske………61
IV.2.3 Analisa Angkutan Sedimen Metode Einstein………...62
IV.2.4 Analisa Angkutan Sedimen Metode Seksi Hidrometri…………63
IV.2.5 Perhitungan Volume Tampungan Kantong Lumpur………65
IV.3 Analisa Hidrolis ... 66
IV.3.1 Perhitungan Elevasi Muka Air pada Kantong Lumpur…………..66
IV.3.2 Analisa Kecepatan Aliran Penampang ... 73
IV.4 Analisa Pembilasan Partikel Sedimen ... 75
BAB V KESIMPULAN ... 79
VI.1 Kesimpulan ... 79
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Unsur Geometris Penampang Saluran 20
Tabel 2.2 Nilai Koefisien Kekasaran Manning (Triatmodjo,1993) 24
Tabel 4.1 Hasil Uji Spesific Gravity 58
Tabel 4.2 Hasil Uji Konsentrasi Sedimen 58
Tabel 4.4 Jenis Aliran pada Setiap Penampang Kantong Lumpur 75
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Energi Aliran Saluran Terbuka dan Sketsa Tekanan Udara (Chow,1997)
Gambar 2.2 Diagram Klasifikasi Aliran Saluran Terbuka (Kuswandi,2009)
Gambar 2.3 Pola Penjalaran Gelombang di Saluran Terbuka (Triatmodjo,1993)
Gambar 2.4 Geometri Penampang Saluran Terbuka
Gambar 2.5 Kurva kecepatan sama yang khas pada berbagai penampang saluran
Gambar 2.6 Skematisasi Ruang Kantong Lumpur (PUSAIR,2004)
Gambar 2.7 Hubungan antara diameter saringan dan kecepatan endap untuk air tenang
Gambar 2.8 Potongan Melintang dan Potongan Memanjang Kantong Lumpur yang Menunjukkan Metode Pembuatan Tampungan (KP-02)
Gambar 2.10 Tegangan Geser Kritis dan Kecepatan Geser Kritis sebagai Fungsi
Besarnya Butir untuk ρs = 2650 kg/m3
Gambar 2.11 Gaya Tarik (traksi) pada bahan kohesif
Gambar 2.12 Grafik Pembuangan Sedimen Camp untuk Aliran Turbulensi (Camp,1945)
Gambar 2.13 Hubungan antara PLdan ω/U* (Lane dan Kalinske,1941)
Gambar 2.14 Faktor koreksi pada distribusi kecepatan logaritmik (Einstein,1950)
Gambar 2.15 Fungsi I1 pada A untuk harga Z yang berbeda (Einstein,1950)
Gambar 2.16 Fungsi I2 pada A untuk harga Z yang berbeda (Einstein,1950)
Gambar 3.1 Letak lokasi Penelitian
Gambar 3.2 Lokasi Penelitian
Gambar 3.3 Pintu penguras (scouring sluice)
Gambar 4.1 Pintu Pembilas
Gambar 4.2 Pengmbilan Sampel di Pintu Pembilas
Gambar 4.3 Pengujian konsentrasi sedimen dengan saringan Whatman no.1
Gambar 4.4 Sedimen pada pintu pengambilan
Gambar 4.5 Tampak melintang pintu pengambilan
Gambar 4.6 Grafik perbandingan hasil perhitungan angkutan sedimen
Gambar 4.7 Sketsa melintang kantong lumpur
Gambar 4.8 Sketsa tampak atas kantong lumpur
Gambar 4.9 Sketsa situasi kantong lumpur
DAFTAR NOTASI
g = Percepatan gravitasi (m/detik2)
hf= Kehilangan energi akibat gesekan (m)
he = Kehilangan energi akibat perubahan penampang (m)
α = Koefisien distribusi kecepatan
z = Tinggi energi dari datum (m)
hf = Kehilangan energi akibat gesekan (m)
L = Jarak antar sub bagian (m)
Sf = Kemiringan garis energi (friction slope)
K = Pengangkutan aliran tiap sub bagian
Q = Debit air (m3/detik)
A = Luas Penampang melintang saluran (m2)
V = Kecepatan aliran (m/detik)
Fr = Bilangan Froude
v = Kecepatan aliran (m/detik)
g = Percepatan gravitasi (m/detik2)
y = Kedalaman aliran (m)
μ = kekentalan dinamik dengan satuan kg/m.d
ρ = kerapatan air dengan satuan kg/m3
P = Keliling basah (m)
Z = Faktor penampang
n = Koefisien Kekasarang Manning
R = Jari-jari hidraulis (m)
I = Kemiringan dasar saluran
qsw= Besar Muatan melayang/suspended load {(kg/s)/m}
q = Debit aliran per satuan lebar {(m3/s)/m}
ω = Kecepatan jatuh (m/s)
PL = Koefisien yang bergantung pada kecepatan relatif dan
a = Ketebalan muatan dasar (m)
Df = Kedalaman Aliran (m)
U* =Kecepatan geser (m/s)
K = konstanta (0,0864) konversi dari satuan berat, volume dan waktu
̅ = Konsentrasi sedimen (mg/L)
hse = Kehilangan energi akibat membesarnya penampang secara tiba – tiba (m)
hsc = Kehilangan energi akibat mengecilnya penampang secara tiba – tiba (m)
hge = Kehilangan energi akibat membesarnya penampang secara perlahan (m)
