PERBANDINGAN GERUSAN LOKAL YANG TERJADI DI SEKITAR ABUTMEN DINDING VERTIKAL TANPA SAYAP DAN DENGAN
SAYAP PADA SALURAN LURUS (EKSPERIMEN)
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Melengkapi Syarat Penyelesaiaan Pendidikan Sarjana Teknik Sipil
09 0404 027 AFRIYANSYAH
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
ABSTRAK
Gerusan (scouring) merupakan suatu proses alamiah yang terjadi di sungai sebagai akibat pengaruh morfologi sungai atau adanya bangunan air (hydraulic structur). Bangunan seperti abutmen merupakan bagian dari struktur bawah jembatan. Keberadaan abutmen pada aliran sungai menyebabkan perubahan pola aliran sungai. Perubahan pola aliran tersebut akan mengakibatkan terjadinya gerusan lokal di sekitar abutmen. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh bentuk abutmen terhadap potensi gerusan lokal yang terjadi di sekitar abutmen tersebut. Model abutmen yang digunakan adalah bentuk abutmen dinding vertikal tanpa sayap dan abutmen dinding vertikal dengan sayap.
Penelitian gerusan di sekitar abutmen dilakukan di Laboratorium Hidraulika Jurusan 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 abutmen dengan debit aliran sebesar 0,5 lt/det. Material yang digunakan berupa pasir yang lolos saringan No.8 dan tertahan saringan No.100 dengan nilai d50 = 0.51 mm. Model diuji selama 250 menit untuk setiap kali berlangsung (running). Penelitian menggunakan dua jenis abutmen yaitu abutmen dinding vertikal tanpa sayap dan abutmen dinding vertikal bersayap yang 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 besar penambahan kedalaman gerusan semakin kecil setelah mendekati kondisi kesetimbangan (equilibrium scour depth). Hasil penelitian menunjukan gerusan terbesar pada kedua bentuk abutmen terjadi pada sisi samping depan abutmen bagian hulu. Nilai kedalaman gerusan maksimum pada abutmen dinding vertikal tanpa sayap adalah 1.70 dan lebar gerusan adalah 110 mm, sedangkan untuk abutmen dinding vertikal dengan sayap kedalaman gerusan maksimumnya adalah 1.20 dengan lebar gerusan 90 mm.
Bentuk abutmen merupakan faktor yang mempengaruhi kedalaman dan pola dari gerusan. Maka dalam perencanaan konstruksi disarankan agar bentuk abutmen dirancang sebaik mungkin untuk memaksimalkan fungsi dan kemampuannya.
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 Rasulullah Muhammad SAW yang
telah memberi keteladanan tauhid, ikhtiar dan kerja keras sehinggga 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 (SI) Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara. Adapun judul skripsi yang diambil adalah:
"PERBANDINGAN GERUSAN LOKAL YANG TERJADI DI SEKITAR ABUTMEN DINDING VERTIKAL TANPA SAYAP DAN DENGAN SAYAP PADA SALURAN LURUS (EKSPERIMEN)"
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 terima kasih yang sebesar-besarnya
kepada beberapa pihak yang berperan penting yaitu:
1. Bapak Ir. Syahrizal, MT dan Bapak Ivan Indrawan, ST, MT selaku Dosen
Pembimbing I dan Pembimbing II, yang telah banyak memberikan
bimbingan yang sangat bernilai, masukan, dukungan serta meluangkan
waktu, tenaga dan pikiran dalam membantu penulis menyelesaikan Tugas
2. Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik
Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. Terunajaya,M.Sc selaku Koordinator Sub Jurusan Sumber Daya
Air Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak Ir. Jeluddin Daud, M.Eng selaku Dosen Penasehat Akademik
Penulis, yang telah banyak memberikan bimbingan yang sangat bernilai,
masukan, dukungan serta meluangkan waktu, tenaga dan pikiran serta
kesabarannya dalam perjalanan akademik Penulis.
6. Bapak Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia, M.Sc dan Ir. Alferido Malik selaku
DosenPembanding, atas saran dan masukan yang diberikan kepada
Penulisterhadap Tugas Akhir ini.
7. Kepada keluarga besarku, kedua orangtuaku, Alm Ibunda Rahmawaty
Nasution dan Ayahanda Nasrun Syarief, sertaadik-adikku Muhammad
Fahrefi Ilhamsyah, Yuliawati dan Muhammad Rifqi Adriansyah, terima
kasih untuk perhatian, nasehat, semangat,bantuan, dan kesabaran serta doa
yang telah kalian berikan.
8. Bapak/Ibu seluruh staff pengajar Departemen Teknik Sipil FakultasTeknik
Universitas Sumatera Utara.
9. Seluruh Pegawai Administrasi Departemen Teknik Sipil FakultasTeknik
Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan selamaini
kepada penulis. (Kak Lince, Kak Dina, Kak Dewi, Bang Zul, Bang Edidan
10. Kawan-kawan seperjuangan angkatan 2009,Kakak senior serta Adik-adik
junior 2012 terima kasihatas semangat dan bantuannya selama ini.
11. Serta segenap pihak yang belum penulis sebut disini atas
jasa-jasanyadalam mendukung dan membantu penulis dari segi apapun,
sehinggaTugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.
Mengingat adanya keterbatasan-keterbatasan yang penulis miliki,
makapenulis menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna.
Olehkarena itu, segala saran dan kritik yang bersifat membangun dari
pembacadiharapkan untuk penyempurnaan laporan Tugas Akhir ini.
Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih dan semoga laporan Tugas
Akhir ini bermanfaat bagi para pembaca.
Medan, Januari 2016
Penulis,
DAFTAR ISI
ABSTRAK... i
KATAPENGANTAR... ii
DAFTAR ISI……... v
DAFTAR GAMBAR... ix
DAFTAR TABEL... xii
DAFTAR NOTASI... xiii
DAFTAR LAMPIRAN... xvi
BAB I PENDAHULUAN... 1
1.1 Latar Belakang... 1
1.2 Perumusan Masalah... 4
1.3 Batasan Penelitian... 4
1.4 Tujuan Penelitian... 4
1.5 Manfaat Penelitian... 5
1.6 Sistematika Penulisan... 6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 7
2.1 Sungai... 7
2.2.1 Pengertian Gerusan... 9
2.2.2 Jenis Gerusan... 10
2.2.3 Mekanisme Gerusan... 11
2.2.4 Faktor yang Mempengaruhi Kedalaman Gerusan... 14
2.2.4.1 Kecepatan Aliran... 15
2.2.4.2 Kedalaman Aliran... 15
2.2.4.3 Ukuran Butiran... 16
2.2.4.4 Bentuk Abutmen... 18
2.3 Studi Model……... 18
2.4 Persamaan Empiris... 21
2.4.1 Bilangan Froude... 21
2.4.2 Koefiseien Kekasaran Dasar... 22
2.4.3 Persamaan untuk Kedalaman Gerusan... 23
2.4.3.1 Persamaan Froehlich (1987)... 23
2.4.3.2 Persamaan Garde dan Raju (1977) ... 23
2.5 Pola Aliran... 27
2.6 Transpor Sedimen... 28
BAB III METODE PENELITIAN... 32
3.1 Tempat Penelitian... 32
3.2 Bahan Penelitian... 32
3.3 Alat Penelitian... 33
3.4 Alur Pelaksanaan Penelitian... 39
3.4.1 Persiapan Peralatan... 39
3.4.2 Percobaan Pendahuluan... 40
3.4.3 Pelaksanaan Penelitian... 40
3.4.4 Analisis Hasil Percobaan... 44
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN... 45
4.1 Pemeriksaan Material Dasar... 45
4.2 Karakteristik Aliran... 46
4.3 Aplikasi Program Surfer... 48
4.4 Perkembangan Kedalaman Gerusan Terhadap Waktu... 51
4.4.1 Perkembangan Kedalaman Gerusan Terhadap Waktu pada Abutmen Dinding Vertikal Tanpa Sayap... 52
4.4.3 Perkembangan Kedalaman Gerusan Maksimum... 55
4.5 Pola Gerusan ... 57
4.5.1 Pola Gerusan di Sekitar Abutmen Dinding Vertikal Tanpa Sayap... 58
4.5.2 Pola Gerusan di Sekitar Abutmen Dinding Vertikal dengan Sayap... 61
4.5.3 Pengaruh Bentuk Abutmen terhadap Kedalaman Gerusan.... 64
4.6 Perhitungan Empiris Kedalaman Gerusan Lokal... 66
4.6.1 Perhitungan Karakteristik Aliran ... 66
4.6.2 Perhitungan Kedalaman Gerusan... 68
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 76
5.1 Kesimpulan... 76
5.2 Saran ... 77
DAFTAR PUSTAKA ... xvii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Skema Klasifikasi Aliran... 8
Gambar 2.2 Mekanisme Gerusan Akibat Pola Aliran Air di Sekitar Abutmen... 12
Gambar 2.3 Hubungan Kedalaman Gerusan dengan Waktu... 14
Gambar 2.4 Hubungan Kedalaman Gerusan dengan Kecepatan Geser ... 14
Gambar 2.5 Hubungan Kedalaman Gerusan dengan Kecepatan Aliran... 15
Gambar 2.6 Hubungan Koefisien Aliran (Kd) dan Aliran Relatif (Yo/b) dengan Ukuran Relatif (b/d50)... 16
Gambar 2.7 Koefisien Simpangan Baku (Kσ) Fungsi Standar Geometri Ukuran Butiran... 17
Gambar 2.8 Hubungan η 3dengan θ... 26
Gambar 2.9 Diagram Shield, Hubungan Tegangan Geser Kritis dengan Bilangan Reynold... 31
Gambar 3.1 Alat Recirculating Sediment Flume... 34
Gambar 3.2 Tampak Atas Abutmen pada Flume... 35
Gambar 3.3 Hook and Point Gauge... 36
Gambar 3.4 Pintu Air... 36
Gambar 3.5 Model Abutmen Dinding Vertikal Tanpa Sayap dan Model Abutmen Dinding Vertikal dengan Sayap... 37
Gambar 3.6 Model 3D Abutmen Dinding Vertikal Tanpa Sayap dan Model Abutmen Dinding Vertikal dengan Sayap... 38
Gambar 3.8 Diagram Alur Penelitian... 42
Gambar 3.9 Diagram Alur Uji Laboratorium... 43
Gambar 4.1 Gradasi Sedimen... 46
Gambar 4.2 Data Hasil Penelitian dibuat dalam Format Excel (*.xls)... 48
Gambar 4.3 Tampilan Jendela Kerja Surfer... 49
Gambar 4.4 Tampilan Menu Worksheet... 49
Gambar 4.5 Tampilan Penyimpanan Data Worksheet dalam bentuk *.bln.. 49
Gambar 4.6 Tampilan New DataGrid... 50
Gambar 4.7 Tampilan Hasil Konversi dalam Bentuk .grd... 50
Gambar 4.8 Tampilan NewContour Map... 50
Gambar 4.9 Tampilan Contour dari Data .grd... 51
Gambar 4.10 Perkembangan Kedalaman Gerusan Terhadap Waktu... 52
Gambar 4.11 Titik Pengamatan pada Abutmen Dinding Vertikal Tanpa Sayap... 53
Gambar 4.12 Perkembangan Kedalaman Gerusan Terhadap Waktu... 54
Gambar 4.13 Titik Pengamatan pada Abutmen Dinding Vertikal dengan Sayap... 54
Gambar 4.14 Perkembangan Kedalaman Gerusan Maksimum Terhadap Waktu... 55
Gambar 4.15 Perkembangan Kedalaman Gerusan Maksimum Tiap Jenis Abutmen Terhadap Waktu pada saat t Puncak... 56
Gambar 4.16 Pola Koordinat Kontur... 58
Gambar 4.18 Isometri Pola Gerusan pada Abutmen Dinding Vertikal Tanpa
Sayap... 59
Gambar 4.19 Kontur Pola Gerusan pada Abutmen Dinding Vertikal dengan
Sayap... 62
Gambar 4.20 Isometri Pola Gerusan pada Abutmen Dinding Vertikal dengan
Sayap... 62
Gambar 4.21 Kedalaman Gerusan Maksimum pada Abutmen sebagai Fungsi
DAFTAR TABEL
Tabe1 2. 1 Koefisien Bentuk Abutmen………... 24
Tabe1 2. 2 Nilai η1dan n* untuk Berbagai Diameter Butiran Sedimen... 25
Tabe1 2. 3 Nilai η4 untuk Bentuk AbutmenTerhadap Gerusan... 26
Tabe1 4. 1 Analisa Gradasi Butiran... 45
Tabe1 4. 2 Karakteristik Aliran ... 47
Tabe1 4. 3 Kedalaman Gerusan pada saat Waktu Puncak... 56
Tabe1 4. 4 Kedalaman Gerusan Maksimum di Sekitar Abutmen sebagai Fungsi Variasi Bentuk... 64
DAFTAR NOTASI
K2 = Koefisien sudut embankment terhadap aliran
Ki = Faktor koreksi
Kd = Faktor ketinggian aliran
Kσ = Fungsi dari standar deviasi geometrik ukuran distribusi butiran
La = Panjang abutmen (m)
Q = Debit aliran (m3/s)
Qc = Debit aliran kritik (m3/s)
Re = Bilangan Reynolds
yme = Kedalaman gerusan maksimum pada saat setimbang (m)
η* = Eksponen, fungsi ukuran sedimen dan geometri halangan
η1 = Koefisien Garde – Raju untuk ukuran sedimen
η2 = Perbandingan ukuran pilar
η3 = Koefisien Garde – Raju untuk sudut datang
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Data Hasil Uji Laboratorium Material Dasar.
Lampiran 2. Data Perkembangan Kedalaman Gerusan terhadap Waktu pada
Abutmen Dinding Vertikal Tanpa Sayap.
Lampiran 3. Data Perkembangan Kedalaman Gerusan terhadap Waktu pada
Abutmen Dinding Vertikal dengan Sayap.
Lampiran 4. Hasil Gerusan pada Abutmen Dinding Vertikal Tanpa Sayap.
Lampiran 5. Hasil Gerusan pada Abutmen Dinding Vertikal dengan Sayap.
