MEKANISME PERILAKU GERUSAN LOKAL PADA
PILAR SEGIEMPAT DENGAN VARIASI DEBIT
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian
Pendidikan sarjana teknik sipil
ANDY AZIS
09 0404 029
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
ABSTRAK
Sungai adalah alur air yang terbentuk secara alami di muka bumi yang mengalir dari mata air ke daerah alirannya menurut kondisi permukaan bumi yang akhirnya menuju ke daerah terendah.Aliran yang terjadi pada sungai biasanya disertai proses penggerusan/erosi dan endapan sedimen/deposisi. Proses penggerusan yang terjadi dapat diakibatkan karena kondisi morfologi sungai dan adanya bangunan sungai yang menghalangi aliran. Bangunan seperti pilar jembatan dapat merubah pola aliran, sehingga secara umum dapat menyebabkan terjadinya gerusan lokal. Penelitian tentang pola gerusan di sekitar pilar dengan variasi debit aliran dilakukan untuk mempelajari pengaruh debit terhadap pola gerusan dan besarnya kedalaman gerusan.
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 segiempat dengan debit aliran sebesar 0,5 liter/det, 1,0 liter/det, dan 1,5 liter/det. Material yang digunakan berupa pasir yang lolos saringan No.10 dan tertahan saringan No.200 dengan nilai d50 = 0.51 mm. Model diuji selama 250 menit untuk setiap kali running. Penelitian ini dilakukan dengan kondisi aliran clear water scour.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 pilar terjadi pada bagian hulu pilar pada titik pengamatan 5. Kedalaman gerusan maksimum dari pilar segiempat terjadi pada debit 1,5 liter/det, sedangkan kedalaman gerusan minimum terjadi pada debit 0,5 liter/det. Kedalaman gerusan yang terjadi semakin bertambah seiring dengan peningkatan nilai debit. Nilai kedalaman gerusan maksimum pada variasi debit aliran 0,5 liter/s, 1,0 liter/det, dan 1,5 liter/det secara berturut-turut adalah 25 mm, 36 mm, 40 mm.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Allah SWT yang telah memberikan kesehatan dan kesempatan kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulisan Tugas Akhir yang berjudul “MEKANISME PERILAKU GERUSAN LOKAL PADA PILAR SEGIEMPAT DENGAN VARIASI DEBIT” ini dimaksudkan untuk mencapai gelar sarjana Teknik Sipil bidang studi struktur Departemen Teknik
Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Dalam penulisan Tugas Akhir ini, penulis menghadapi berbagai kendala, tetapi karena bantuan dari berbagai pihak, penulisan Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Pada kesempatan ini pula, penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar – besarnya kepada :
1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, sebagai Ketua Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Ir. Syahrizal, M.T., sebagai Sekretaris Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Ir. Syahrizal, M.T dan Ivan Indrawan, S.T, M.T, sebagai Dosen Pembimbing yang telah banyak memberikan waktu, dukungan, masukan, serta bimbingan kepada penulis untuk menyelesaikan tugas akhir ini. 4. Bapak Ir. Terunajaya, M.Sc, dan Ir. Alferido Malik., sebagai Dosen
Pembanding dan Penguji Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
segalanya untuk saya selama ini. serta seluruh keluarga besar saya Bang Indra Husein Lubis ST, Bang Dedi Kurniadi Lubis SH, serta adik saya Muhammad Ikhsan dan Sobihannur yang selalu mendukung dan membantu saya dalam menyelesaikan tugas akhir ini
6. Seluruh Bapak dan Ibu Dosen Pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah membimbing dan memberikan
pengajaran kepada Penulis selama menempuh masa studi di Departemen
Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
7. Asisten Laboratorium Hidrolika Fakultas Teknik USU
8. Seluruh staf pegawai kak Lince, Kak Dina, Kak Dewik, Bang Julpan, Bang Jul KP, Bang Edi , Bang Amin dan Mas Bandi dan juga semua pegawai
Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
9. Seluruh keluarga saya sipil 2009 yang telah sangat banyak membantu saya mulai dari awal proses pengerjaan tugas akhir :Afriansyah, Cid Ritonga, Septian (Udak), Kirun, Fuad, dan semuanya terkhusus kawan-kawan Sub Jurusan TSA.
10.Teman-teman seperjuangan yang sudah duluan tamat.
11.Semua abang/kakak dan adik-adik angkatan yang telah membantu penulis selama pengerjaan tugas akhir ini: Bang Gejond , Bang Indra , Muis, Lumajun, Suryadi, Acong, Puter, Kembat yang selalu memberi canda dan tawa serta temaan-teman lainya yang tidak bisa dituliskan satu-persatu yang lainya.
12.Dan segenap pihak yang belum penulis sebut disini atas jasa-jasanya dalam
mendukung dan membantu penulis dari segi apapun, sehingga Tugas Akhir ini
Saya menyadari bahwa dalam penyusunan tugas akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu saya menerima kritik dan saran yang bersifat membangun dalam penyempurnaan tugas akhir ini.
Akhir kata saya mengucapkan terima kasih dan semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.
Medan, Agustus 2015 Penulis
DAFTAR ISI
1.3 Pembatasan Masalah ... 2
1.4 Tujuan Penelitian ... 3
1.5 Manfaat Penelitian ... 3
1.6 Sistematika Penulisan ...4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6
2.1 Sungai ... 7
2.2 Pengertian Gerusan ... 8
2.3 Mekanisme Gerusan ... 10
2.4 Transpor Sedimen ... 17
2.5 Pola Aliran ... 17
2.7 Faktor yang Mempengaruhi Kedalaman Gerusan ... 22
2.7.1 Kecepatan Aliran pada Alur Sungai ... 22
2.7.2 Gradasi Sedimen ... 25
2.7.3 Ukuran Pilar dan Ukuran Butir Material Dasar ... 27
2.7.4 Kedalaman Dasar Sungai dari Muka Air ... 31
2.7.5 Bentuk Pilar ... 32
2.7.6 Posisi Pilar (Sudut Kemiringan Pilar) ... 34
2.8 Persamaan Gerusan untuk Aliran Beraturan ... 35
BAB III METODE PENELITIAN ... 38
3.1 Tempat Penelitian ... 38
3.2 Bahan Penelitian ... 38
3.3 Alat Penelitian ... 39
3.4 Alur 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 DAN PEMBAHASAN 4.1 Pemeriksaan Material Dasar ... 50
4.2 Karakteristik Aliran ... 51
4.3 Aplikasi Program Surfer ... 53
terhadap Waktu pada Pilar Silinder ... 62
4.4.3 Pola Gerusan di Sekitar Pilar... 65
4.4.4 Pengaruh Debit Aliran terhadap Kedalaman Gerusan... 73
4.5 Perhitungan Empiris Kedalaman Gerusan Lokal ... 75
4.5.1 Karakteristik Aliran ... 73
4.5.2 Kedalaman Gerusan Lokal Menurut Persamaan Raudkivi... 87
4.5.3 Kedalaman Gerusan Lokal Menurut Persamaan Melville dan Satherland ... 88
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 93
5.1 Kesimpulan ... 93
5.2 Saran ... 94
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Koefisien Bentuk Abutmen (Mellvile, 1997) ... 27
Tabel 2.2 Koefisien Faktor Bentuk Pilar ... 31
Tabel 4.1 Analisa Gradasi Butiran ... 48
Tabel 4.2 Karakteristik Aliran ... 50
Tabel 4.3 Kedalaman gerusan pada saat waktu puncak ... 61
Tabel 4.4 Kedalaman Gerusan Maksimum di Sekitar Pilar Segiempat sebagai Fungsi Debit Aliran... 71
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1 Skema Klasifikasi Aliran ... 7
Gambar 2.2 Mekanisme gerusan akibat pola aliran air disekitar pilar ... 11
Gambar 2.3 Hubungan kedalaman gerusan (ys) dengan waktu ... 12
Gambar 2.4 Hubungan kedalaman gerusan (ys) dengan kecepatan geser (u*) ... 13
Gambar 2.5 Hubungan kedalaman gerusan (ys) dengan kecepatan geser (u*)
dan waktu (t)... 15 Gambar 2.6 Pola arus penyebab gerusan lokal pada pilar silinder ... 18
Gambar 2.7 Diagram Shield, hubungan tegangan geser kritis dengan
Bilangan Reynold ... 20 Gambar 2.8 Kedalaman gerusan sebagai fungsi waktu... 22
Gambar 2.9 Kedalaman gerusan lokal maksimum rata -rata
untuk pilar silinder ………...23
Gambar 2.10 Kedalaman gerusan setimbang di sekitar pilar fungsi ukuran
butir relatif untuk kondisi aliran air bersih ... 24 Gambar 2.11 Koefisien simpangan baku (K ) fungsi standar deviasi geometri
ukuran butir ... 25 Gambar 2.12 Hubungan kedalaman gerusan seimbang (yse)
dengan ukuran butir relatif (b/d50) untuk kondisi
aliran air bersih dan bersedimen ……….…28
Gambar 2.13 Hubungan koefisien reduksi ukuran butir relatif K (b/d50)
dan bersedimen ... 28
Gambar 2.14 Hubungan koefisien aliran (Kd ) dan kedalaman aliran relatif (y0/b) dengan ukuran relatif (b/d50) ... 29
Gambar 2.15 Koefisien arah sudut aliran (K ) pada pilar ... 33
Gambar 3.1 Alat Recirculating Sediment Flume... 39
Gambar 3.2 Tampak atas pilar pada flume (tanpa skala) ... 39
Gambar 3.3 Hook and Point Gauge ... 40
Gambar 3.4 Pintu Air... 40
Gambar 3.5 Stop Watch ... 41
Gambar 3.6 Model 3 dimensi pilar silinder ... 41
Gambar 3.7 Diagram alur penelitian ... 45
Gambar 3.7 Diagram alur uji laboratorium ... 46
Gambar 4.1 Gradasi sedimen ... 49
Gambar 4.2 Data hasil penelitian dibuat dalam format excel (*.xls) ... 51
Gambar 4.3 Tampilan jendela kerja Surfer... 52
Gambar 4.4 Tampilan menu worksheet... 52
Gambar 4.5 Tampilan penyimpanan data worksheet dalam bentuk *.bln... 52
Gambar 4.6 Tampilan new data grid…... η3 Gambar 4.7 Tampilan hasil konversi dalam bentuk *.grid... 53
Gambar 4.8 Tampilan newcontour map... 53
Gambar 4.9 Tampilan contour dari data *.grd... 54
Gambar 4.11 Perkembangan kedalaman gerusan terhadap waktu pada pilar
segiempat debit Q = 1,0 liter/det ... 51 Gambar 4.12 Perkembangan kedalaman gerusan terhadap waktu pada pilar
segiempat debit Q = 1,5 liter/det ... 59 Gambar 4.13 Perkembangan kedalaman gerusan maksimum terhadap waktu
pada pilar segiempat ... 60 Gambar 4.14 Perkembangan kedalaman gerusan maksimum pilar silinder
terhadap waktu pada saat t puncak ... 61 Gambar 4.15 Kontur Pola Gerusan pada Pilar Segiempat dengan
Debit 0,5 liter/det... 64 Gambar 4.16 Isometri Pola Gerusan pada Pilar Segiempat dengan Debit
0,5 liter/det ... 65 Gambar 4.17 Kontur Pola Gerusan pada Pilar Segiempat dengan
Debit 1,0 liter/det ... 67 Gambar 4.18 Isometri Pola Gerusan pada Pilar Segiempat dengan Debit
1,0 liter/det ... 67 Gambar 4.19 Kontur Pola Gerusan pada Pilar Segiempat dengan
Debit 1,5 liter/det ... 69 Gambar 4.20 Isometri Pola Gerusan pada Pilar Segiempat dengan
Debit 1,5 liter/det ... 70 Gambar 4.21 Kedalaman gerusan maksimum pada pilar segiempat sebagai
DAFTAR NOTASI
Ds kedalaman gerusan maksimum m
d diameter butiran m
K2 koefisien sudut embankmen terhadap aliran -
Ki faktor koreksi -
Kd faktor ketinggian aliran -
Kdt faktor ukuran pilar -
Ks faktor bentuk pilar -
Kα faktor posisi pilar -
LA diameter pilar m
Sf kemiringan gradien energy -
So kemiringan dasar saluran -
T waktu total running dt
t waktu dt
t1 waktu seketika ym=b dt
tp waktu pada saat t puncak dt
U kecepatan aliran rata-rata m/dt
Uc kecepatan kritik m/dt
U* kecepatan geser m/dt
U*c kecepatan geser kritik m/dt
ym kedalaman maksimum gerusan pada saat t m
ym,e kedalaman gerusan maksimum pada saat setimbang m
α sudut datang aliran -
o tegangan gesek dasar N/m2
c tegangan geser kritik N/m2
parameter Shields -
-DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Lampiran Data Gradasi Sedimen
Lampiran 2 Lampiran Data Perkembangan Kedalaman Gerusan terhadap waktu
pada Pilar Segiempat dengan Debit 0,5 liter/det
Lampiran 3 Lampiran Data Perkembangan Kedalaman Gerusan terhadap waktu
pada Pilar Segiempat dengan Debit 1,0 liter/det
Lampiran 4 Lampiran Data Perkembangan Kedalaman Gerusan terhadap waktu
