Teknik Sungai. Teknik Sungai. Gerusan Lokal

(1)

Gerusan Lokal

Teknik Sungai

1

https://istiarto.staff.ugm.ac.id

(2)

Teknik Sungaihttps://istiarto.staff.ugm.ac.id

Mekanisme gerusan

Prediksi kedalaman gerusan Pengendalian gerusan

Gerusan Lokal

(3)

Erosi Lokal (Local Scour)

▪ Pilar jembatan

• gerusan

▪ Pangkal jembatan

• gerusan dan (kemungkinan) endapan

▪ Penyempitan sungai

• gerusan

▪ Struktur hidraulik

• gerusan dan (kemungkinan) endapan

3

(4)

Gerusan Lokal

Q_s

≠ 0

Erosi: degradasi dasar sungai Gerusan lokal

pilar, pangkal jembatan

penyempitan alur

struktur hidraulika, bendung

(5)

degradasi dasar sungai

gerusan lokal degradasi dasar sungai

Jembatan Kebonagung, S. Progo, Yogyakarta, 2006

Jembatan Srandakan, S. Progo, Yogyakarta, 2001

5

(6)

Jembatan Kebonagung, S. Progo, Yogyakarta, 2006

(7)

gerusan lokal

gerusan lokal Jembatan Kereta, S. Comal, Jawa Tengah, 2003

Jembatan Trinil, S. Progo, Magelang, 2010

7

(8)

Jembatan runtuh akibat gerusan lokal di luar negeri

(9)

gerusan lokal Groundsill Kretek, S. Opak, Yogyakarta, 2007

9

(10)

Checkdam AP-D3 di S.

Apu, Magelang, Jan-2003

gerusan lokal

(11)

Gerusan Lokal

▪ Kapan terjadi?

• Apabila kapasitas aliran sungai untuk mengerosi (menggerus) dan mengangkut sedimen melebihi kapasitas untuk memasok sedimen.

11

(12)

Clear-water scour Live-bed scour

▪ apabila sedimen terangkut dari gerusan dan tidak ada pasokan kedalamnya

▪ apabila gerusan

mendapatkan pasokan

sedimen terus-menerus dari proses transpor sedimen di sungai

Gerusan Lokal

(13)

Gerusan Lokal

Q

_s,in

Q

_s,out

Q

_s

Q

_s,in

= 0 clear-water scour live-bed scour Q

_s,in

≠ 0

Q

_s,in

< Q

_s,out

{

13

(14)

Gerusan Lokal

▪ Gerusan lokal di sekitar pilar jembatan

• U/U

_cr

< 0.5 tidak ada gerusan

• 0.5 < U/U

_cr

< 1 clear-water scour

• U/U

_cr

> 1 live-bed scour

• U : kecepatan aliran

• U

_cr

: kecepatan aliran kritis transpor sedimen

(15)

Gerusan Lokal

Kecepatan kritis transpor sedimen butir sedimen berdistribusi seragam menurut Hjulstrom

15

(16)

Gerusan Lokal

Gerusan di sekitar pilar jembatan

(17)

17

(18)

Proses Gerusan Lokal

▪ Diawali di satu atau dua titik, kemudian membesar, gerusan makin dalam

▪ Dalam aliran seragam dan permanen (uniform and steady flow):

• Perkembangan kedalaman gerusan sangat cepat di awal proses dan melambat setelahnya

(19)

19

(20)

(21)

Prediksi Kedalaman Gerusan

Clear-water scour

Persamaan Shen (1971)

21 𝑑 _𝑠 = 0.00022 𝑈𝐷 _𝑝 𝜈

0.619

(22)

Prediksi Kedalaman Gerusan

Live-bed scour

𝑑 _𝑠

𝐷 _𝑝 = 2.3 𝜉 _𝛼 Persamaan Raudkivi (1991) 𝑑 _𝑠

𝐷 _𝑝 = 2.0 𝜉 _𝑔 𝜉 _𝑠 𝜉 _𝛼

(23)

Prediksi Kedalaman Gerusan

Clear-water atau live-bed scour

Persamaan Breuser et al. (1978)

23 𝑑 _𝑠

𝐷 _𝑝 = Γ 2.0tanh ℎ

𝐷 _𝑝 𝜉 _𝑠 𝜉 _𝛼

Γ =

0 untuk 𝑈

𝑈 _𝑐𝑟 < 0.5 2 𝑈

𝑈 _𝑐𝑟 − 1 untuk 0.5 < 𝑈

𝑈 _𝑐𝑟 < 1

1 untuk 𝑈

𝑈 _𝑐𝑟 > 1

(24)

Pengendalian Gerusan Lokal

▪ Metoda pengendalian/pencegahan gerusan lokal di sekitar pilar jembatan

• Lantai rip-rap di sekitar pilar

• Blok fondasi di sekitar pilar, di bawah dasar sungai

• Cakram/krah/collar di pilar, di atas dasar sungai

• Penempatan pilar semu di depan (hulu) pilar sesungguhnya

• Penempatan pilar searah aliran

• Bentuk/tampang pilar menyebabkan hambatan kecil pada aliran

(25)

Pengendalian Gerusan Lokal

25

(26)

• Pengamanan pilar jembatan dengan pemasangan bronjong di sekeliling fondasi atau pilar pada dasar sungai yang telah tergerus.

• Bronjong ditujukan untuk stabilisasi dasar sungai.

• Mercu bronjong sama dengan

Jembatan Kebonagung, S. Progo, Yogyakarta, Nov-2007

lantai bronjong pile cap

26

(27)

Jembatan Srandakan, S. Progo, Yogyakarta, 2000

Selimut bronjong di sekitar pilar

• Mempersempit alur

• Memperbesar diameter pilar

cara pengamanan pilar yang tidak benar

27

(28)

Jembatan Kereta Comal, S. Comal, Jawa Tengah

Selimut sheet pile diisi beton siklop

• Mempersempit alur

• Memperbesar diameter pilar

cara pengamanan pilar yang tidak benar

(29)

Gerusan Lokal

Gerusan di sekitar pangkal jembatan

29

(30)

Pangkal/Abutment Jembatan

h d

_s

L

_A

B

(31)

Prediksi Kedalaman Gerusan

❑ Persamaan untuk keperluan preliminary design

31 𝑑 _𝑠

𝐿 _𝐴 = 2𝜉 _𝑠 𝜉 _𝛼 untuk ℎ

𝐿 _𝐴 > 1 𝑑 _𝑠

𝐿 _𝐴 = 2 ℎ

𝐿 _𝐴 𝜉 _𝑠 𝜉 _𝛼 untuk ℎ

𝐿 _𝐴 < 1

(32)

Gerusan Lokal

Gerusan akibat

penyempitan alur

(33)

Gerusan akibat Penyempitan Alur

Energi spesifik

33

(34)

Gerusan akibat Penyempitan Alur

▪ Pada penyempitan alur

• Persamaan kontinuiti untuk debit aliran konstan

• Energi spesifik

𝑄 = 𝑞 ₁ 𝐵 ₁ = 𝑞 ₂ 𝐵 ₂

𝐻 _𝑠1 = 𝐻 _𝑠2 ^∗ = 𝐻 _𝑠2 − 𝑑 _𝑠

(35)

Gerusan akibat Penyempitan Alur

▪ Mekanisme (lihat gambar)

• Pada penyempitan terjadi peningkatan debit per satuan lebar, yang berakibat pada penurunan kedalaman aliran dan peningkatan kecepatan aliran

𝐵 ₂ < 𝐵 ₁ ⟹ 𝑞 ₂ > 𝑞 ₁ ⟹ ℎ ₂ ^∗ < ℎ ₁ dan 𝑈 ₂ ^∗ > 𝑈 ₁

• Peningkatan kecepatan aliran mengakibatkan erosi/gerusan di tempat alur menyempit sehingga dasar sungai turun → d

_s

• ...

35

(36)

Gerusan akibat Penyempitan Alur

▪ ...

• Di hilir penurunan dasar sungai, energi spesifik H

_s

berubah, bergeser ke kanan sebesar d

_s

→ berakibat pada peningkatan kedalaman aliran dan penurunan kecepatan aliran

• Perhatikan alur sebelum menyempit dan sesudah menyempit

• jika d

_s

kecil:

• jika d

_s

besar:

𝐻 _𝑠2 = 𝐻 _𝑠2 ^∗ + 𝑑 _𝑠 ⟹ ℎ ₂ > ℎ ₂ ^∗ dan 𝑈 ₂ < 𝑈 ₂ ^∗

ℎ ₂ < ℎ ₁ dan 𝑈 ₂ > 𝑈 ₁

ℎ ₂ > ℎ ₁ dan 𝑈 ₂ ≈ 𝑈 ₁

(37)

Prediksi Kedalaman Gerusan

37 ℎ ₂

ℎ ₁ = 𝐵 ₁ 𝐵 ₂

6 7 Τ

𝜏 _𝑜1 𝜏 _𝑜2

3 7 Τ

𝜏 _𝑜 = 𝜚𝑔ℎ𝑆 _𝑜

(38)

Gerusan Lokal

Gerusan di hilir

struktur hidraulik

(39)

Gerusan di Hilir Struktur Hidraulik

q = U h

39 𝑞 = ቐ

𝑞 _𝑜 overflow

𝑞 _𝑢 underflow

𝑞 _𝑜 + 𝑞 _𝑢 over− and underflow

(40)

Gerusan di Hilir Struktur Hidraulik

Berlaku untuk butir material dasar sungai 1 mm < d

_m

< 28 mm.

Jika material dasar sungai berupa batu,

40 ℎ + 𝑑 _𝑠 = 𝐾 _𝑀 1 𝑔 ^0.3

∆ℎ ^𝑦 𝑞 ^𝑥

𝑑 _𝑚 ^0.1 ℎ ^0.15 𝐾 _𝑀 = 6.42 − 3.10∆ℎ ^0.1

𝑥 = 0.15 + ∆ℎ 200 Τ

𝑦 = 0.60 − ∆ℎ 300 Τ

(41)

Gerusan di Hilir Struktur Hidraulik

w = 10.35 m

^0.6

/s

^0.3

untuk submerged jet w = 15.40 m

^0.6

/s

^0.3

untuk free jet

41 ℎ + 𝑑 _𝑠 = 𝑤 ∆ℎ ^0.5 𝑞 ^0.6 𝑑 ₉₀ ^0.4 𝐿 _𝑠

ℎ + 𝑑 _𝑠 ≈ 6 dan 𝐿 ^′ _𝑠

ℎ + 𝑑 _𝑠 ≈ 3

(42)

Contoh Soal

Gerusan Lokal

(43)

Teknik Sungai

43

https://istiarto.staff.ugm.ac.id