i
EVALUASI KERUSAKAN GROUNDSILL AKIBAT
GERUSAN LOKAL DENGAN UJI MODEL
HIDRAULIK FISIK
TESIS
Disusun untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Mencapai Derajat
Magister Program Studi Teknik Rehabilitasi dan Pemeliharaan
Bangunan Sipil
Disusun Oleh:
I N D R A W A N
S 941302018
MAGISTER TEKNIK SIPIL KONSENTRASI TEKNIK
REHABILITASI DAN PEMELIHARAAN BANGUNAN SIPIL
PROGRAM PASCASARJANA
PERNYATAAN
Yang bertanda tangan di bawah ini:
N a m a : Indrawan
NIM : S941202018
Menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tesis yang berjudul:
EVALUASI KERUSAKAN GROUNDSILL AKIBAT GERUSAN LOKAL DENGAN UJI MODEL HIDRAULIK FISIK
adalah betul-betul karya sendiri. Hal-hal yang bukan karya saya, tertulis dalam
tesis tersebut, diberi tanda citasi dan ditunjukkan dalam Daftar Pustaka.
Apabila dikemudian hari terbukti pernyataan saya tidak benar, maka saya
bersedia menerima sanksi akademik berupa pencabutan tesis dan gelar yang saya
peroleh dari gelar tersebut.
Surakarta, Agustus 2015
Yang membuat pernyataan
Indrawan
v
KATA PENGANTAR
Alhamdulilah segala puji dan syukur kehadirat Allah SWT penulis
panjatkan dengan berkah, kemurahan, dan pertolongannya, penulis dapat
menyelesaikan tesis ini sebagai salah satu persyaratan akademik untuk
menyelesaikan Program Pasca Sarjana pada bidang keahlian Teknik Rehabilitasi
dan Pemeliharaan Bangunan Sipil, Program Pasca sarjana Universitas Sebelas
Maret Surakarta.
Secara garis besar tesis dengan judul Evaluasi Kerusakan Groundsill
Akibat Gerusan Lokal Dengan Uji Model Hidraulik Fisik.
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan tesis ini masih jauh dari
kesempurnaan. Untuk itu penulis mengharapkan adanya saran dan kritik yang
membangun dari semua pihak.
Akhir kata semoga tesis ini dapat bermanfaat dalam memberikan
sumbangan pengetahuan bagi pembaca.
Surakarta, Agustus 2015
UCAPAN TERIMA KASIH
Dengan mengucap syukur Alhamdulillah, akhirnya penulis dapat
menyelesaikan tesis ini dengan baik. Tesis dengan judul Evaluasi Kerusakan
Groundsill Akibat Gerusan Lokal Dengan Uji Model Hidraulik Fisik, dapat
terselesaikan berkat bantuan dari beberapa pihak. Untuk itu pada kesempatan ini
penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Rektor Universitas Sebelas Maret Surakarta.
2. Direktur Program Pasca Sarjana Universitas Sebelas Maret Surakarta.
3. Balai Pengembangan Sumber Daya Manusia Wilayah II Semarang,
Kementerian Pekerjaan Umun dan Perumahan Rakyat yang telah
memberikan beasiswa pendidikan kepada penulis.
4. Balai Sungai Pusat Penelitian dan Pengembangan Sumber Daya Air,
Badan Litbang Kementerian Pekerjaan Umun dan Perumahan Rakyat yang
telah menyediakan fasilitas Laboratorium Hidraulika untuk penelitian tesis
kepada penulis.
5. Dr. Ir. Mamok Suprapto, M.Eng. Ketua Program Studi Magister Teknik
Sipil Universitas Sebelas Maret Surakarta dan selaku pembimbing tesis.
6. Dr. Eng Syafii, MT. Sekretaris Program Studi Magister Teknik Sipil
Universitas Sebelas Maret Surakarta selaku dosen penguji yang
memberikan pemahaman dan saran dalam penyempurnaan penyusunan
tesis.
7. Prof. Dr. Ir. Sobriyah, MS, selaku dosen pembibing utama yang sudah
banyak memberikan bimbingan guna penyempurnaan penyusunan tesis.
8. Segenap Staf Pengajar Program Studi Magister Teknik Sipil Universitas
Sebelas Maret Surakarta yang telah mau berbagi ilmu dan pengalaman
melalui perkuliahan.
9. Teman-teman Mahasiswa Magister Teknik Sipil Universitas Sebelas
vii
10. Orang tua ku yang selalu memberikan untaian doa dengan tulus dan ihklas.
11. Calon istriku Rona Tanzila Subagyo, yang sudah mengerti dan rela
berbagi waktu demi kelancaran penyusunan tesis ini.
12. Mas Januar dan Mas Agus yang tak mengenal lelah dalam melayani dan
membantu proses perkuliahan.
13. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan tesis ini
namun tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. Tidak ada yang bisa
penulis berikan sebagai imbalan, hanya do’a semoga Tuhan memberi
balasan.
Atas bantuan yang telah bapak dan ibu berikan semoga mendapat balasan
yang setimpal dari Allah SWT, Amin.
Surakarta, Agustus 2015
Penulis
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ………. i
LEMBAR PERSETUJUAN ……….. ii
LEMBAR PENGESAHAN……… iii
PERYATAAN ………. iv
KATA PENGANTAR ………. v
UCAPAN TERIMA KASIH ……… vi
DAFTAR ISI ………... vii
DAFTAR TABEL ………. xi
DAFTAR GAMBAR ………. xii
DAFTAR NOTASI ………. xv
DAFTAR LAMPIRAN ………. xv
ABSTRAK ………..xviii
BAB I PENDAHULUAN ………. 1
1.1 Latar Belakang Masalah ………... 1
1.2 Rumusan Masalah ……… 2
1.3 Tujuan Penelitian ………. 3
1.4 Batasan Masalah ………. 3
1.5 Manfaat Penelitian ……….. 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ……….. 5
2.1 Tinjauan Pustaka ………..………... 5
2.1.1 Kecepatan Aliran ……… 5
2.1.2 Loncatan Hidraulik ………..……… 6
ix
2.1.4 Ringkasan Telaah Pustaka ……… 8
2.2 Dasar Teori ……… 9
2.2.1 Kecepatan Aliran ……… 9
2.2.2 Loncatan Hidraulik ………..……… 10
2.2.3 Ambang Dasar (Groundsill)……….. 10
2.2.4 Skala Model ……….. 14
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ………. 17
3.1 Lokasi Penelitian ………..……… 17
3.2 Parameter dan Variabel ……….. 18
3.3 Data ………..……… 19
3.3.1 Data Sekunder ……….……… 19
3.3.2 Data Primer ……….. 21
3.4 Uji Model Hidraulik Fisik ………….………. 21
3.4.1 Skala Model ………..………….……… 21
3.4.2 Fasilitas dan Peralatan ………. 23
3.4.3 Pembuatan Uji Model Fisik ………. 24
3.4.4 Metode Pengamatan……….…………. 25
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ………. 41
4.1 Gambaran Umum Sungai Luk Ulo ……… 41
4.1.1 Identifikasi Karakteristik Sungai Luk Ulo ……… 41
4.1.2 Pengendalian Kerusakan Alur Sungai Luk Ulo ……… 42
4.2 Uji Model Hidraulik Fisik ……….. 43
4.2.2 Bangunan Yang Dimodelkan ……… 44
4.2.3 Perhitungan Skala Model ………. 44
4.2.4 Pembuatan Uji Model Fisik……… 46
4.3 Hasil Pengaliran Uji Model Hidraulik Fisik ……… 49
4.3.1 Kalibrasi Alat Ukur Debit V-Notch ……… 49
4.3.2 Uji Kesamaan Model ……….. 54
4.3.3 Tinggi Muka Air dan Loncatan Hidraulik ……….. 56
4.3.4 Pola Aliran ……… 57
4.3.5 Kecepatan Aliran ………. 58
4.3.6 Gerusan Lokal ………. 62
4.4 Pembahasan ………….………..……. 64
4.4.1 Tinggi Muka Air dan Loncatan Hidraulik ……….. 64
4.4.2 Pola Aliran ……… 64
4.4.3 Kecepatan Aliran ………. 64
4.4.4 Gerusan Lokal ………. 65
4.4.5 Model Rehabilitasi Bangunan Groundsill ……….. 65
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN …………..………. 70
5.1 Kesimpulan ………..………… 70
5.2 Saran ……… 70
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Ringkasan Telaah Pustaka………..….. 8
Tabel 3.1. Parameter dan Variabel yang Digunakan dalam Penelitian …….. 19
Tabel 3.2. Debit Rencana Sungai Luk Ulo di Kota Kebumen ………. 20
Tabel 4.1. Rasio Skala untuk Kesamaan Froude ……… 46
Tabel 4.2. Debit Outflow Alat Ukur Debit Vnotch Hasil Perhitungan ……… 50
Tabel 4.3. Debit Outflow Alat Ukur Debit Vnotch Hasil Pengukuran ……… 52
Tabel 4.4. Perbandingan Debit Outflow Perhitungan dan Pengukuran
Kalibrasi ………... 53
Tabel 4.5. Debit Rencana Pengaliran ………. 54
Tabel 4.6. Hasil Pengukuran Lapangan Pada Profil Penampang Melintang P8 55
Tabel 4.7. Perbandingan Tinggi Muka Air Pengukuran di Lapangan dengan
Pengukuran di Model ……… 55
Tabel 4.8. Elevasi Muka Air Tiap Tampang Melintang Sungai untuk Debit
Rencana dengan kala ulang 2, 10, dan 50 tahun ……….. 56
Tabel 4.9. Kecepatan Aliran pada Sungai Luk Ulo pada Debit Q50=1278 m3/s 59
Tabel 4.10.Kecepatan Aliran pada Sungai Luk Ulo pada Debit Q10=1022 m3/s 60
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Hubungan Lj/h2dengan Bilangan Froude ……… 9
Gambar 2.2. Panjang Lantai Lindung pada Ambang Dasar……... 12
Gambar 3.1. Peta Daerah Studi……….………17
Gambar 3.2. Sket Uji Model Hidraulik-Fisik Groundsill Muktisari…………. 18
Gambar 3.3. Penampang Memanjang Groundsill Muktisari……… 20
Gambar 3.4. Penampang Melintang Groundsill Muktisari………21
Gambar 3.5. Pompa Air……….……… 23
Gambar 3.6. Kolam Penampung Air……… 23
Gambar 3.7. Peralatan Pengamatan………. 24
Gambar 3.8. Alat Duga Tinggi ……….. 27
Gambar 3.9. Sket Metode Pengukuran ………. 28
Gambar 3.10. Contoh Hasil Pengamatan Aliran Utama, Aliran Putar Kuat, Aliran Putar Lemah dengan Zat Pewarna atau Benda Apung ………. 30
Gambar 3.11. Contoh Pelepasan dan Jarak Benda Apung ………. 30
Gambar 3.12. Perangkat Alat Ukur Kecepatan ……….. 32
Gambar 3.13. Contoh Pengukuran Kecepatan ………. 33
Gambar 3.14. Cara Menggenangi Endapan dengan Air Supaya Endapan tidak Rusak ……… 33
Gambar 3.15. Membuat Garis Kontur dengan Bantuan Muka Air ………… 34
Gambar 3.16. Memberi Tanda Elevasi Kontur dengan kertas Tertulis Elevasi. 35 Gambar 3.17. Mendatakan Kontur dengan Sistem Koordinat ………. 35
Gambar 3.18. Diagram Alir Penelitian ………. 39
xiii
Gambar 4.2. Penampang Memanjang Groundsill Muktisari ………. 44
Gambar 4.3. Pemasangan Patok Tampang Melintang……… 47
Gambar 4.4. Pembuatan Profil Kasar ………. 47
Gambar 4.5. Pembuatan Profil Halus ………. 48
Gambar 4.6. Pekerjaan Plesteran Alur Sungai ………... 48
Gambar 4.7. Pekerjaan Pemasangan Groundsill ……….. 49
Gambar 4.8. Model Fisik Siap Untuk Dilakukan Pengaliran ……… 49
Gambar 4.9. Sketsa Alat Ukur Debit V-Notch ………. 50
Gambar 4.10. Lengkung Debit (Rating Curve) Alat Ukur Debit V-Notch Hasil Perhitungan dengan Rumus ………. 51
Gambar 4.11. Pengukuran Debit Outflow Alat Ukur Debit V-Notch…………. 51
Gambar 4.12 Lengkung Debit (Rating Curve) Alat Ukur Debit V-Notch Hasil Pengukuran Kalibrasi ……… 53
Gambar 4.13 Penampang Melintang Profil P8 ……….. 55
Gambar 4.14 Tinggi Muka Air dan Debit Sungai Luk Ulo pada Musim Kemarau (kiri) dan Penghujan (kanan) ………. 55
Gambar 4.15 Profil Memanjang Elevasi Muka Air di atas Groundsill pada Debit Q2=719 m3/s ……….. 57
Gambar 4.16 Profil Memanjang Elevasi Muka Air di atas Groundsill pada Debit Q10=1022 m3/s ………. 57
Gambar 4.17 Profil Memanjang Elevasi Muka Air di atas Groundsill pada Debit Q50=1278 m3/s ……… 57
Gambar 4.18 Pola Aliran Sungai Luk Ulo pada Debit Q2=719 m3/s ……… 57
Gambar 4.19 Pola Aliran Sungai Luk Ulo pada Debit Q10=1022 m3/s ……. 58
Gambar 4.20 Pola Aliran Sungai Luk Ulo pada Debit Q50=1278 m3/s ……. 58
Gambar 4.22 Distribusi Kecepatan Aliran pada Debit Q10=1022 m3/s ……. 61
Gambar 4.23 Distribusi Kecepatan Aliran pada Debit Q2=719 m3/s ………. 62
Gambar 4.24 Gerusan Lokal di Hulu dan di Hilir Bangunan Groundsill dengan
Simulasi Debit Q2dengan Lama Pengaliran 1 Jam di Model
(8,164 Jam di Prototipe) ……… 63
Gambar 4.25 Gerusan Lokal di Hulu dan di Hilir Bangunan Groundsill dengan
Simulasi Debit Q10dengan Lama Pengaliran 1 Jam di Model
(8,164 Jam di Prototipe) ……… 63
Gambar 4.26 Gerusan Lokal di Hulu dan di Hilir Bangunan Groundsill dengan
Simulasi Debit Q50dengan Lama Pengaliran 1 Jam di Model
(8,164 Jam di Prototipe) ……… 63
Gambar 4.27 Model Rehabilitasi Bangunan Groundsill Muktisari ……….. 67
Gambar 4.28 Gerusan Lokal pada Hulu dan Hilir Groundsill pada Pengaliran
Debit Q50=1278 m3/dtk (Kondisi Eksisting/ Desain) ……….. 68
Gambar 4.29 Gerusan Lokal pada Hulu dan Hilir Groundsill pada Pengaliran
Debit Q50=1278 m3/dtk (Dengan Modifikasi) ………. 68
Gambar 4.30 Sket Gerusan Lokal pada Hulu dan Hilir Groundsill pada
xv
DAFTAR NOTASI
A = luas penampang aliran (m2)
am = percepatan di model (m/dtk2)
ap = percepatan di prototip/ lapangan (m/dtk2)
C = koefisien Chezy (m(1/2)/dtk)
D = tinggi ambang dasar (m)
d = diameter butiran (mm)
Fr = bilangan Froude
g = percepatan gravitasi (m/dtk2)
H = total tinggi energi (m)
h = kedalaman aliran (m)
h1 = kedalaman aliran pada tampang melintang 1 (m)
h2 = kedalaman aliran pada tampang melintang 2 (m)
hf = kehilangan tinggi energi (m)
I = kemiringan saluran
Lj = length of jump/ panjang loncatan hidraulik (m)
Lm = panjang di model
Lp = panjang di prototip/ lapangan (m)
n = koefisien Manning (m-(1/3).dtk)
nF = skala gaya
q = debit per satuan panjang (m3/dtk/m’)
Qm = debit di model (m3/dtk)
Qp = debit di prototip/ lapangan (m3/dtk)
R = jari-jari hidraulis (m)
Tp = waktu di prototip/ lapangan (jam)
v = kecepatan aliran (m/dtk)
vm = besar kecapatan di prototip/ lapangan (m/dtk)
xvii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran A Data Pembuatan Model Fisik
Lampiran B Data Hasil Pengujian Model Fisik
Lampiran C Gambar Hasil Pengujian Model Fisik
Lampiran D Gambar Rekomendasi Krib
Indrawan, 2015.Evaluasi Kerusakan Groundsill Akibat Gerusan Lokal Dengan Uji Model Hidraulik Fisik, Pembimbing I: Prof. Dr. Ir. Sobriyah MS. Pembimbing II: Dr. Ir. Mamok Suprapto, M. Eng. Tesis Magister Teknik Sipil, Minat Utama Teknik Rehabilitasi dan Pemeliharaan Bangunan Sipil, Program Pasca sarjana, Universitas Sebelas Maret, Surakarta.
ABSTRAK
Penambangan pasir yang dilakukan secara berlebihan di Sungai Luk Ulo telah mengakibatkan terjadinya degradasi dasar sungai yang cukup serius. Apabila laju degradasi yang terjadi tidak segera ditanggulangi, maka dapat membahayakan beberapa bangunan yang ada di Sungai Luk Ulo. Untuk itu perlu penanganan sesegera mungkin guna menanggulangi masalah degradasi dan longsoran tebing di Sungai Luk ULo hilir. Penanganan yang dilakukan antara lain dengan membuat bangunan pengendali dasar sungai (groundsill). Groundsill Muktisari adalah salah satu groundsill yang telah dibangun guna menanggulangi masalah degradasi dasar sungai. Namun groundsill Muktisari mengalami kegagalan karena justru mengakibatkan terjadinya gerusan di hilir groundsill yang mengakibatkan kerusakan bangunan. Untuk itu diperlukan penelitian tentang gerusan lokal yang terjadi di hilir groundsill Muktisari yang menyebabkan kerusakan bangunan groundsill tersebut.
Penelitian ini dilakukan dengan Uji Model Hidraulik (UMH) Fisik. UMH Fisik groundsill Muktisari dibuat dengan model tiga dimensi tanpa distorsi (undistorted model), dengan skala vertikal dan horisontal yang dipergunakan adalah sama. Skala model yang digunakan sebesar 1:66,6667 (1 meter di prototipe sama dengan 1,5 cm di model). Untuk mengetahui pola pergerakan sedimen dan gerusan yang terjadi, maka pada dasar sungai di hulu dan hilir groundsill dibuat
movable bed (dasar bergerak) dengan bahan pasir halus. Kemudian dilakukan
pengaliran dengan debit prototip Q50=1278 m3/s (32,55 l/s di model) selama 1 jam di model (8,164 di prototip). Model rehabilitasi yang dilakukan untuk penanganan
groundsill adalah pemasangan pengarah arus pada hulu groundsill untuk
mengarahkan aliran agar aliran menjadi streamline sebelum melewati groundsill dan untuk dasar sungai di hilir endsill perlu dilindungi dengan pasangan batu kosong.
Hasil dari penelitian ini, menunjukkan bahwa pada kondisi eksisting terjadi gerusan yang cukup dalam pada bagian kanan baik di hulu maupun hilir
groundsill, kedalaman gerusan yang paling dalam pada hulu groundsill terjadi
pada elevasi -4,33 m dimana elevasi dasar sungai di hulu groundsill adalah +0,28 m di hilir groundsill kedalaman gerusan yang terjadi paling dalam pada elevasi -2,00 m dimana elevasi dasar sungai di hilir groundsill adalah +0,60 m. Setelah dilakukan modifikasi dengan menambahkan model pengarah arus di hulu
groundsill dan pasangan batu kosong di hilir groundsill, gerusan yang terjadi
dapat diatasi. Kedalaman gerusan di hulu dan di hilir groundsill masing-masing adalah +0,00 m dan +0,60 m. Dari hasil penelitian didapat gerusan lokal pada hulu dan hilir groundsill dapat diatasi dengan penambahan pengarah arus di hulu
groundsill dan pasangan batu kosong di hilir groundsill.
xix
Indrawan, 2015. Evaluation Of Groundsill Damage Due Local Scours With Physical Hydraulic Model Test, Supervisor I: Prof. Dr. Ir. Sobriyah MS. Supervisor II: Dr. Ir. Mamok Suprapto, M. Eng. Thesis of Civil Engineering, Majoring on Rehabilitation technique and Civil Building Maintenance,Postgraduate Program, Universitas Sebelas Maret, Surakarta.
ABSTRACT
Sand mining is done to excess in the Luk Ulo River has resulted in the degradation of the river are quite serious. If the rate of degradation that occurs is not immediately addressed, it could jeopardize some of the existing buildings in the Luk Ulo River. For that need treatment as soon as possible in order to address the problem of degradation and avalanches cliffs Luk Ulo River downstream. Handling is done partly by making the river bottom control structures (groundsill). Groundsill Muktisari is one that has been built to address the problem of the degradation of the riverbed. However groundsill Muktisari failure because it resulted in the downstream scouring groundsill resulting in damage to the building. It is necessary for the study of local scour happening in downstream groundsill Muktisari which cause damage to buildings such groundsill.
This research was conducted by Physical Hydraulic Model Test. Physical hydraulic model test groundsill Muktisari made with three-dimensional model without distortion (undistorted model), with vertical and horizontal scale used is the same. Scale models used at 1: 66.6667 (1 meter in the prototype equal to 1.5 cm in the model). To know the movement patterns of sediment and scouring that occurs, then at the bottom of the river in the upstream and downstream groundsill made movable bed (basic moves) with fine sand material. Then do the drainage to discharge prototypes Q50 = 1278 m3/s (32.55 l/s in the model) for 1 hour in the model (8.164 in prototypes). Rehabilitation models performed for handling groundsill is installing steering currents on the upstream groundsill to direct the flow so that the flow be streamlined before passing groundsill and to the riverbed downstream endsill need to be protected with rip rap.
Results from this study showed that the existing condition occurs scouring deep enough on the right side of both upstream and downstream groundsill, most scour depth in the upstream groundsill occurred at an elevation of -4.33 m elevation where the bottom of the river in the upstream groundsill is + 0.28 m at a depth of scour downstream groundsill that occurs most in the elevation of -2.00 m elevation where the riverbed downstream groundsill is +0.60 m. Once the modification is done by adding a steering currents models groundsill flow upstream and downstream rip rap groundsill, scouring that occurs can be overcome. Scour depths upstream and downstream groundsill each is +0.00 m and +0.60 m. The result is scours the upstream and downstream groundsill can be overcome with the addition of steering currents in the upper groundsill and rip rap at the downstream groundsill.
