commit to user
HALAMAN PERSETUJUAN
PENINGKATAN KAPASITAS
SPILLWAY
DENGAN PERUBAHAN BENTUK PUNCAK
TIPE DERET TRAPESIUM
I ncrement of Spillway Capacity by U sing Labyrinth Crest T rapezoid
Series T ype
SKRIPSI
Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sebelas Maret Surakarta
Disusun Oleh:
ENDAH PUTRI NURVIANA
I 0107158
Telah disetujui untuk dipertahankan di hadapan Tim Penguji Pendadaran Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Persetujuan:
Dosen Pembimbing I
Dr. Ir. Mamok Soeprapto R, M. Eng.
NIP. 19510710 198103 1 003
Dosen Pembimbing II
Ir. Adi Yusuf Muttaqin, MT
NIP. 19581127 198803 1 001
commit to user HALAMAN PENGESAHAN
PENINGKATAN KAPASITAS
SPILLWAY
DENGAN PERUBAHAN BENTUK PUNCAK
TIPE DERET TRAPESIUM
Disusun Oleh:
ENDAH PUTRI NURVIANA
I 0107158
Telah dipertahankan di hadapan Tim Penguji Pendadaran Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret pada:
Hari : Rabu
Tanggal : 27 Juli 2011
Susunan Tim Penguji:
1. Dr. Ir. Mamok Soeprapto R, M.Eng ( ... ) NIP. 19510710 198103 1 003
2. Ir. Adi Yusuf Muttaqin, MT ( ... ) NIP. 19581127 198803 1 001
3. Ir. JB Sunardi W, M.Si
NIP.19471230 198410 1 001 ( ... )
4. Ir. Susilowati, MSi
NIP.19480610 198503 2 001 ( ... )
Mengetahui,
a.n. Dekan Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Pembantu Dekan I
Kusno Adi Sambowo, ST, MSc, PhD NIP. 19691026 199503 1 002
Mengesahkan, Ketua Jurusan Teknik Sipil
commit to user
v M
O T T O
“Doa, usaha, sabar & ikhlas”
“Hargai dan nikmatilah setiap proses yang sedang
kamu jalani untuk meraih segala sesuatu dalam
hidupmu, walaupun semua orang tak pernah (mau)
commit to user
P E R S E M
B A H A N
T er imak asih Y a A L L A H ,.
A t as nik mat yang sel al u Kau ber i.
Karya kecil ini kupersembahkan kepada:
I bu’ Bapak
I bu Sri M ul y ani & Bapak Pray i t no
Bapak ibu’, Terimakasih atas doa dan sayang buat endah, terimakasih sudah kerja keras banting tulang untuk memenuhi segala kebutuhan endah
maafin endah selalu buat ibu’ ma bapak susah endah sayaaang Ibu’ Bapak..
Adik-adikQ
D wi ky Pri y ambodo & Roro Gendi s A psari
Terimakasih selalu buatQ tersenyum
CintaQ
A pri Rusdi Saput ro
Yoyo, makasih kamu selalu ada dalam suka dan dukaQ
“ j i ka ada waktu, aku i ngi n menyel esai kan ki sah i ni dengan l ebi h bai k dan j i ka ada waktu, ku i ngi n waktu i t u yang menyatukan ki ta”
iv
commit to user
KATA
PENGANTAR
Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmat dan hidayah‐Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan tugas akhir ini.
Penyusunan tugas akhir ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana pada Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta. Penulis menyusun tugas akhir dengan judul “Peningkatan Kapasitas Spillway dengan Perubahan Bentuk Puncak Tipe Deret Trapesium”, Mengetahui perilaku peningkatan aras permukaan air waduk yang terjadi dengan pelimpah (spillway) Ogee dan mengetahui kapasitas peningkatan debit yang melimpah mercu deret trapesium. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa tanpa bantuan dari berbagai pihak penulis sulit mewujudkan laporan tugas akhir ini. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih:
1. Pimpinan Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
2. Pimpinan Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
3. Dr. Ir. Mamok Soeprapto R, M. Eng selaku dosen pembimbing I. Terimakasih banyak atas waktu, bimbingan, semangat yang bapak beri pada saya.
4. Ir. Adi Yusuf Muttaqin, MT selaku dosen pembimbing II. Terimakasih banyak atas bimbingannya pada saya.
5. Ir. Budi utomo, MT selaku dosen Pembimbing Akademis.
6. Ir. Agus Hari Wahyudi, MSc selaku Ketua Laboratorium Keairan dan Lingkungan Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
7. Segenap Dosen Penguji Skripsi.
8. Pak Nyoto selaku laboran Laboratorium Keairan dan Lingkungan Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Terimakasih telah banyak membantu pembuatan alat. Tanpa bapak alat saya ga selesai pak.
commit to user
10. My best friends, Citra Kharisma Putri, Samirta Mayangsari Radityaningsih, Saktia Lesan Dianasari, Vebby Permatasari Subono..Ucapan terima kasih tak cukup menggambarkan rasa terima kasihku pada kalian..senyum, tawa, tangis yang kita lalui semoga mempererat kita menjadi saudara.
11. Teman‐ teman berbagi suka: Abdoel, Agung, Ami, Ardyan, Bambang, Chitra Doni, Hero, Sofyan, Zaky. Terima kasih canda tawa nya selama ini.
12. Teman perjuanganku: Billa, Tiwi..akhirnya kita menyelesaikan skripsi ini.
13. Teman‐teman satu atap Kos Puri Sanvina dan Grha Anindya terima kasih semangat dan kebersamaan kita selama ini.
14. Semua Teman‐teman Angkatan 2007, tetap semangat mencapai apa yang kita cita‐ citakan.
Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih banyak kekurangan. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi kesempurnaan penelitian selanjutnya. Penulis berharap tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak pada umumnya dan penulis pada khususnya.
Surakarta, Juli 2011
Penulis
commit to user
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
LEMBAR PERSETUJUAN ... ii
LEMBAR PENGESAHAN ... iii
MOTTO ... iv
PERSEMBAHAN ... v
ABSTRAK ... vi
KATA PENGANTAR ... viii
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR TABEL ... xii
DAFTAR GAMBAR ... xiii
DAFTAR NOTASI ... xv
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Batasan Masalah ... 3
1.4 Tujuan Penelitian ... 3
1.5 Manfaat Penelitian ... 3
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA & LANDASAN TEORI 2.1 Tinjauan Pustaka ... 4
2.1.1 Umum ... 4
2.1.2 Waduk ... 5
2.1.3 Reservoir Routing ... 7
2.1.4 Pelimpah (Spillway) ... 10
2.1.5 Mercu Spillway (Crest) ... 11
2.1.6 Labyrinth ... 13
2.1.7 Aliran Flume ... 14
2.2 Landasan Teori ... 16
2.2.1 Spillway Mercu Ogee ... 16
2.2.3 Spillway Mercu Deret Trapesium ... 18
BAB 3 METODE PENELITIAN
commit to user
3.1 Umum… ... 21
3.2 Lokasi Penelitian ... 21
3.3 Peralatan dan Bahan ... 21
3.4 Langkah Penelitian ... 25
3.4.1 Persiapan Alat ... 25
3.4.2 Pengamatan dalam Percobaan ... 26
3.4.3 Pengolahan Data ... 28
3.5 Diagram Alir Tahapan Penelitian ... 29
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Alat Ukur Debit ... 30
4.2 Debit Terukur pada Tiap Ketebalan Air ... 30
4.3 Debit pada Tiap Ketebalan Air ... 41
4.4 Pelimpahan Air Mercu Ogee dengan Mercu Deret Trapesium Tipe 1 dan Tipe 2 ... 48
4.5 Analisis Reservoir Routing ... 51
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 73
5.2 Saran ... 73
Daftar Pustaka ... 74 Lampiran A Data Penelitian
Lampiran B Dokumentasi Penelitian Lampiran C Kelengkapan Administrasi
DAFTAR TABEL
commit to user
Tabel 4.1 Hasil Pengamatan Debit Ukur Mercu Ogee ... 32
Tabel 4.2 Perbandingan Qhb dengan Qpersamaan pada Mercu Ogee ... 34
Tabel 4.3 Hasil Pengamatan Debit Ukur Mercu Tipe Deret Trapesium Tipe 1 ... 36
Tabel 4.4 Perbandingan Qhb dengan Qpersamaan pada Mercu Deret Trapesium Tipe 1 ... 38
Tabel 4.5 Hasil Pengamatan Debit Ukur Mercu Tipe Deret Trapesium Tipe 2 ... 40
Tabel 4.6 Perbandingan Qhb dengan Qpersamaan pada Mercu Deret Trapesium Tipe 2 ... 41
Tabel 4.7 Cd Mercu Ogee ... 42
Tabel 4.8 Perbandingan Cd dengan Cdpersamaan pada Mercu Ogee ... 43
Tabel 4.9 Cd Mercu Tipe Deret Trapesium Tipe 1 ... 44
Tabel 4.10 Perbandingan Cd dengan Cdpersamaan pada Mercu Deret Trapesium Tipe 1 ... 45
Tabel 4.11 Cd Mercu Tipe Deret Trapesium Tipe 2 ... 46
Tabel 4.12 Perbandingan Cd dengan Cd Persamaan pada Mercu Deret Trapesium Tipe 2 ... 47
Tabel 4.13 Cd Mercu Ogee dengan Cd Mercu Deret Trapesium ... 48
Tabel 4.14 Perbandingan Qhb Mercu Ogee Dengan Qhb Mercu Deret Trapesium ... 49
Tabel 4.15 Perhitungan Outflow Hydrograph Mercu Ogee ... 52
Tabel 4.16 Outflow Mercu Ogee ... 55
Tabel 4.17 Hasil Inflow Komulatif dan Outflow Komulatif pada Mercu Ogee ... 57
Tabel 4.18 Perhitungan Outflow Hydrograph Mercu Deret Trapesium Tipe 1 ... 59
Tabel 4.19 Outflow Mercu Deret Trapesium Tipe 1 ... 62
Tabel 4.20 Outflow Mercu Deret Trapesium Tipe 1 ... 64
Tabel 4.21 Perhitungan Outflow Hydrograph Mercu Deret Trapesium Tipe 2 ... 66
Tabel 4.22 Outflow Mercu Deret TrapesiumTipe 2 ... 69
Tabel 4.23 Hasil Inflow Komulatif dan Outflow Komulatif pada Mercu Deret Trapesium Tipe 2 ... 71
DAFTAR GAMBAR
commit to user
Gambar 2.1 Perubahan Penyimpanan Selama Periode Routing Δt ... 7
Gambar 2.2 Pengembangan Fungsi Storage‐Outflow, Storage‐Elevation dan Elevation‐Outflow ... 9
Gambar 2.3 Spillway Terkendali... 10
Gambar 2.4 Spillway Tak Terkendali ... 11
Gambar 2.5 Piano Keys Labyrinth ... ` 14
Gambar 2.6 Ortogonal Labyrinth ... 14
Gambar 2.7 Grafik Koefisien Cd ... 17
Gambar 2.8 Tampak Atas Mercu Deret Trapesium ... 18
Gambar 2.9 Tampak Atas dan Potongan A‐A Mercu Ogee dan Mercu Deret Trapesium ... 19
Gambar 2.10 Mercu Spillway Tipe Deret Trapesium ... 19
Gambar 2.11 Nilai Lebar Mercu Deret Trapesium ... 20
Gambar 3.1 Flume ... 22
Gambar 3.2 Mercu Deret Trapesium Tipe 1 ... 23
Gambar 3.3 Mercu Deret Trapesium Tipe 2 ... 23
Gambar 3.4 Spillway Tipe Ogee dan Spillway Tipe Deret Trapesium ... 24
Gambar 3.5 Stopwatch ... 24
Gambar 3.6 Mistar Ukur ... 25
Gambar 3.7 Aliran Melalui Spillway Mercu Ogee ... 26
Gambar 3.8 Aliran Melalui Spillway Modifikasi ... 27
Gambar 3.9 Diagram Alir Tahapan Penelitian ... 29
Gambar 4.1 Tampak Atas dan Potongan A‐A spillway Ogee ... 31
Gambar 4.2 Flume dengan Spillway Mercu Ogee ... 32
Gambar 4.3 Hubungan Ketebalan Air dengan Debit Terukur Mercu Ogee ... 33
Gambar 4.4 Tampak Atas Mercu Deret Trapesium Tipe 1 ... 34
Gambar 4.5 Tampak Atas dan Potongan A‐A spillway Mercu Deret Trapesium Tipe 1 ... 35
Gambar 4.6 Flume dengan Spillway Deret Trapesium Tipe 1 ... 36
Gambar 4.7 Hubungan Ketebalan Air dengan Debit Terukur Mercu Deret Trapesium Tipe 1 ... 37
Gambar 4.8 Tampak Atas Mercu Deret Trapesium Tipe 2 ... 38
commit to user
Gambar 4.9 Tampak Atas dan Potongan A‐A spillway Mercu Deret Trapesium Tipe 2 ... 38 Gambar 4.10 Flume Untuk Spillway Deret Trapesium Tipe 2 ... 39 Gambar 4.11 Hubungan Ketebalan Air dengan Debit Terukur Mercu Deret
Trapesium Tipe 2 ... 40 Gambar 4.12 Hubungan Cd dengan H Hulu pada Mercu Ogee ... 43 Gambar 4.13 Hubungan Cd dengan H Hulu pada Mercu Deret Trapesium Tipe 1 . 45 Gambar 4.14 Hubungan Cd dengan H Hulu pada Mercu Deret Trapesium Tipe 2 . 47 Gambar 4.15 Perbandingan Cd Mercu Ogee dengan Cd Mercu Deret Trapesium
Tipe 1 dan Cd Mercu Deret Trapesium Tipe 2 ... 48 Gambar 4.16 Perbandingan Qhb Mercu Ogee dengan Qhb Mercu Deret
Trapesium Tipe 1 dan Qhb Mercu Deret Trapesium Tipe 2 ... 49 Gambar 4.17 Nilai H terhadap (2s/∆t)+Q Mercu Ogee ... 53 Gambar 4.18 Nilai t terhadap Debit Mercu Ogee ... 56 Gambar 4.19 Nilai t terhadap Inflow Komulatif dan Outflow Komulatif Mercu
Ogee ... 58 Gambar 4.20 Nilai H terhadap Besaran (2s/∆t)+Q Mercu Deret Trapesium Tipe 1 60 Gambar 4.21 Nilai t terhadap Debit Mercu Deret Trapesium Tipe 1 ... 63 Gambar 4.22 Nilai t terhadap Inflow Komulatif dan Outflow Komulatif Mercu
Deret Trapesium Tipe 1 ... 65 Gambar 4.23 Nilai H terhadap Besaran (2s/∆t)+Q Mercu Deret Trapesium Tipe
2 ... 67 Gambar 4.24 Nilai t terhadap Debit Mercu Deret Trapesium Tipe 2 ... 70 Gambar 4.27 Nilai t terhadap Inflow Komulatif dan Outflow Komulatif Mercu
Deret Trapesium Tipe 2 ... 72
DAFTAR NOTASI
v Kecepatan aliran (m/dt) µ Kekentalan dinamik
commit to user
ρ
Rapat massa fluida
A Luas penampang (m2)
b Lebar mercu (cm)
Cd Koefisien debit
g Percepatan gravitasi (cm/dt2)
h Tebal pengaliran di atas peluap (m)
h Tinggi air di hulu mercu (cm)
hd Tinggi energi rencana di atas mercu
I Inflow (m3/dt)
K,n Parameter untuk berbagai kemiringan hilir
Q Debit (m3/dt)
Re Bilangan Reynolds S Storage (m3/dt)
Se Kemiringan energi
So Kemiringan saluran
SW Kemiringan muka air
t Tebal ambang peluapan searah aliran (m)
U Kecepatan rata‐rata (m2/dt)
V Volume air (cm3)
X,Y Koordinat permukaan hilir Δt Interval waktu (dt)
commit to user
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Masalah
Air merupakan sumberdaya alam karunia Tuhan Yang Maha Esa yang tidak akan
pernah habis dan selalu terbarukan. Hal ini disebabkan karena air mengikuti siklus
hidrologi. Siklus hidrologi merupakan proses yang dilalui air dari atmosfer ke
muka bumi dan kembali lagi ke atmosfer. Evaporasi dari tanah, laut, atau air
permukaan terkondensasi membentuk awan yang selanjutnya menjadi hujan yang
jatuh ke permukaan bumi. Siklus hidrologi sangat dipengaruhi oleh iklim, dan
secara tidak langsung dipengaruhi oleh aktivitas manusia. Oleh karena itu,
keberadaan air di bumi dalam skala jumlah, agihan, dan waktu berbeda.
Dalam beberapa tahun terakhir terjadi fenomena alam berupa climate change
(perubahan iklim). Climate change ditandai dengan adanya perubahan temperatur
dan curah hujan. Perubahan temperatur ini akan menyebabkan perubahan variabel
atmosfer lainnya, yang pada akhirnya akan menyebabkan perubahan pola hujan
dalam skala ruang, waktu, dan besaran (Agustin, 2010).
Besarnya intensitas hujan di Indonesia berbeda-beda di tiap daerah. Perbedaan
besarnya intensitas hujan dan waktu kejadiannya akan berpengaruh dalam
perencanaan berbagai macam bangunan air.
Penentuan besarnya intensitas hujan didasarkan pada besarnya jumlah curah hujan
per satuan waktu atau intensitas curah hujan. Pada umumnya hujan yang lama
intensitasnya kecil. Sedang hujan yang deras umumnya terjadi dalam waktu yang
relatif pendek (Agustin, 2010).
Untuk menentukan besaran hujan dalam berbagai waktu di daerah tertentu,
diperlukan analisis yang meliputi waktu, luas areal, dan ketinggian curah hujan.
commit to user
Waduk merupakan salah satu tampungan aliran air. Air yang masuk ke waduk
berbeda-beda sesuai dengan intensitas hujan. Adanya perbedaan intensitas
tersebut, menyebabkan aliran masuk waduk tidak menentu. Jika intensitas hujan
meningkat menyebabkan aras (level) muka air waduk naik secara cepat. Keadaan
ini harus dihindari karena dapat membahayakan konstruksi bendungan.
Untuk menghindari kerusakan konstruksi bendungan diperlukan kapasitas
pelimpah (spillway) yang cukup memadai. Pelimpah yang dibangun biasanya
direncanakan berdasarkan debit rencana pada besaran tertentu. Namun dengan
adanya peningkatan intensitas hujan sangat dimungkinkan kapasitas spillway yang
ada kurang memenuhi, sehingga kenaikan aras muka air lebih cepat dari yang
diperkirakan. Kenaikan aras muka air secara cepat ini belum diantisipasi sehingga
aras muka air dapat mencapai puncak tubuh bendungan secara cepat dan pada
akhirnya dapat menimbulkan kerusakan total. Untuk mengantisipasi kenaikan
yang begitu cepat diperlukan peningkatan kapasitas spillway yang ada.
Dalam penelitian ini kapasitas tersebut dicoba dengan labyrinth crest bentuk
trapesium. Secara teoritis, crest ini dapat memiliki kapasitas debit yang besar
karena memiliki lebar lintasan air yang besar. Percobaan ini dilakukan di
laboratorium dengan menggunakan flume dengan spillway jenis mercu deret
trapesium.
1.2
Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah maka dapat dirumuskan permasalahan
sebagai berikut:
1) Bagaimana perilaku peningkatan aras muka air waduk yang terjadi pada
spillway (pelimpah) Ogee?
2) Apakah model spillway deret trapesium dapat mengalirkan air yang lebih
commit to user
1.3
Batasan Masalah
Batasan-batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1) Aliran pada saluran air dianggap seragam dan tetap (steady uniform flow).
2) Dasar saluran air dianggap kedap air dan pengaruh rembesan air diabaikan.
3) Tidak ada perubahan kemiringan flume.
4) Penelitian dilakukan dengan menggunakan Flume yang menjadi model
saluran air dengan penampang 30x 30 cm2 dan panjang 180 cm.
5) Spillway dibuat 2 bentuk yaitu bentuk mercu Ogee dan bentuk mercu deret
trapesium yang masing-masing ukuran lebarnya 18 cm.
6) Hasil pengukuran volume hydraulic bench dan pengukuran waktu oleh stop
watch dianggap benar.
1.4
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah:
1) Mengetahui perilaku aliran yang terjadi dengan pelimpah Ogee.
2) Mengetahui kapasitas peningkatan debit yang melimpah dengan mercu deret
trapesium.
1.5
Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut:
1) Praktis
Memberi informasi untuk mengatasi kenaikan aras muka air waduk yang
dapat membahayakan tubuh bendungan.
2) Teoritis
commit to user
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA & LANDASAN TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka
2.1.1 Umum
Trenberth dkk. (1995) menyatakan bahwa perubahan iklim didefinisikan sebagai
perubahan pada iklim yang dipengaruhi oleh aktivitas manusia. Perubahan iklim
global disebabkan karena peningkatan jumlah karbon dioksida (CO2) dan Metana
(CH4) di atmosfer.
Perubahan iklim memperlihatkan variasi abnormal dari iklim bumi dan
selanjutnya mempengaruhi curah hujan dan suhu udara. Untuk wilayah Asia
Tenggara, terjadi kenaikan suhu sekitar 2,5-4 ºC dengan kisaran 2-6 ºC dan curah
hujan yang lebih banyak (Sulistyowati, 2006).
Perubahan iklim telah menyebabkan fluktuasi curah hujan tinggi dan mengubah
pola distribusi hujan dengan kecenderungan daerah yang basah semakin basah,
dan daerah yang kering semakin kering. Di negara dengan empat musim, siklus
musim (seasonal cycle) telah terpengaruh oleh perubahan iklim yang ditandai
dengan meningkatnya intensitas hujan pada musim dingin, berkurangnya hujan di
musim panas, dan peningkatan suhu (Dunne dkk., 2008).
UNDP-Indonesia (2007) menyatakan bahwa ada kecenderungan sebagian wilayah
Indonesia, terutama wilayah yang terletak di sebelah selatan katulistiwa, dapat
mengalami musim kemarau yang lebih panjang dan musim hujan yang lebih
pendek dengan perubahan pola hujan yang cukup drastis.
Hujan rerata tahunan menunjukkan peningkatan sebesar 7% selama satu dekade,
dikarenakan meningkatnya intensitas hujan pada bulan Oktober sampai Maret dan
menurunnya intensitas hujan selama Juli sampai September.
commit to user
Waduk merupakan salah satu tampungan air. Air yang masuk ke waduk
berbeda-beda sesuai dengan intensitas hujan. Adanya perberbeda-bedaan intensitas tersebut,
menyebabkan aliran masuk waduk tidak menentu. Jika intensitas hujan meningkat
menyebabkan aras air waduk naik secara cepat. Kondisi ini membahayakan tubuh
bendungan jika kapasitas pelimpah tidak mampu menurunkan aras muka air
secara tepat waktu.
2.1.2 Waduk
Waduk adalah tampungan air sediaan untuk berbagai kebutuhan. Waduk dibangun
dengan cara membuat bendungan, kemudian dialiri air sampai waduk tersebut
penuh. Bendungan atau dam adalah konstruksi yang dibangun untuk menahan laju
air, sehingga puncak aliran turun. Selain itu, waduk dapat memiliki fungsi dan
manfaat lain.
Menurut Erman Mawardi (2006), bendungan terdiri dari beberapa komponen,
yaitu:
1. Badan bendungan (body of dams)
Adalah tubuh bendungan yang berfungsi sebagai penghalang air.
2. Pondasi (foundation)
Adalah bagian dari bendungan yang berfungsi untuk menjaga kekuatan
konstruksi bendungan.
3. Pintu air (gates)
Digunakan untuk mengatur keluarnya air untuk segala keperluan. Bagian
yang penting dari pintu air adalah:
a. Daun pintu (gate leaf)
Adalah bagian dari pintu air yang menahan tekanan air dan dapat
digerakkan untuk membuka, mengatur, dan menutup aliran air.
b. Rangka pengatur arah gerakan (guide frame)
Adalah alur dari baja atau besi yang dipasang masuk ke dalam beton,
digunakan untuk menjaga agar gerakan daun pintu sesuai dengan yang
commit to user
c. Angker (anchorage)
Adalah baja atau besi yang ditanam di dalam beton dan digunakan untuk
menahan rangka pengatur arah gerakan, agar dapat memindahkan muatan
dari pintu air ke dalam konstruksi beton.
d. Hoist
Adalah alat untuk menggerakkan daun pintu air agar dapat dibuka dan
ditutup dengan mudah.
4. Bangunan pelimpah (spillway)
Adalah bangunan beserta instalasinya untuk mengalirkan air yang masuk ke
dalam waduk agar tidak membahayakan keamanan bendungan.
Bagian-bagian penting dari bangunan pelimpah:
a. Saluran pengarah dan pengatur aliran (controle structures)
Digunakan untuk mengarahkan dan mengatur aliran air agar kecepatan
aliran datang kecil tetapi debit airnya besar.
b. Saluran pengangkut air
Makin tinggi bendungan, makin besar perbedaan antara aras muka air
tertinggi di dalam waduk dengan aras muka air sungai di sebelah hilir
bendungan. Apabila kemiringan saluran pengangkut debit air dibuat kecil,
maka ukurannya akan sangat panjang dan berakibat bangunan menjadi
mahal. Oleh karena itu, kemiringannya terpaksa dibuat besar, dengan
sendirinya disesuaikan dengan keadaan topografi setempat.
c. Bangunan peredam energi (energy dissipator)
Digunakan untuk meredam energi air agar tidak merusak bagian saluran
dan bagian hilir saluran pengangkut air.
Dengan adanya bendungan maka ada tampungan air. Jumlah tampungan air
waduk tergantung dari inflow yang tergantung pada intensitas air hujan yang ada.
Intensitas hujan juga dapat menaikan aras muka air di waduk. Untuk mengurangi
peningkatan aras muka air waduk, spillway harus mampu melimpahkan air yang
berada di atas mercu spillway. Untuk mengetahui kinerja sebuah waduk dilakukan
commit to user 2.1.3 Reservoir Routing
Reservoir Routing adalah proses untuk memperhitungkan aliran keluar (outflow
hidrograph) dari sebuah reservoir, berdasarkan aliran masuk (inflow hidrograph)
dan karakteristik aliran keluar melalui bangunan pelimpah.
Horison waktu dibagi menjadi interval durasi Δt, diindeks oleh j, yaitu, t=0, Δt,
2Δt, . . . , j Δt, (j+1) Δt,…,dan persamaan kontinuitas terintegrasi atas setiap interval waktu, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.1. Menurut Chow dkk. (1988),
reservoir routing dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan dan
pendekatan sebagai berikut:
│ 礠螸 │∆t ∆t 礠 │∆t ∆t 礠 (2.1)
Dengan:
dS = Storage (m3/dt) I(t) = Inflow (m3/dt) Q(t) = Debit Outflow (m3/dt)
Δt = Interval waktu (dt)
Sumber: Chow (1988)
Gambar 2.1 Perubahan Penyimpanan Selama Periode Routing Δt.
inflow
outflow
time
commit to user
Nilai arus masuk tersebut pada awal dan akhir dari interval waktu ke j-th adalah IJ
dan Ij+1, dan nilai-nilai yang keluar adalah Qj dan Qj+1. Dalam hal ini baik inflow
maupun outflow, diukur sebagai data sampel. Jika variasi masuk dan keluar
selama interval mendekati linear, perubahan dalam penyimpanan lebih dari
interval, Sj ─ Sj+1, dapat ditemukan dengan menulis ulang persamaan sebagai
berikut:
螸j+1 ─ Sj = Δt─ (2.2)
Dengan:
螸j+1 , Sj = Storage (m3/dt) j+1 , Ij = Inflow (m3/dt)
j+1 , Qj = Debit Outflow (m 3
/dt)
Nilai Qj dan Sj diketahui pada interval waktu ke-j dari perhitungan selama selang
waktu sebelumnya. Oleh karena itu, Persamaan (2.2) berisi dua variabel yang
diketahui, yaitu Qj+1 dan Sj+1. Persamaan (2.2) dapat juga ditulis dalam bentuk
persamaan sebagai berikut:
∆t 1 1 t (2.3)
Ilustrasi mengenai outflow ditampilkan pada Gambar 2.2.
Untuk menghitung outflow, Qj+1 dari Persamaan (2.3), diperlukan fungsi
storage-outflow dan Q. Metode untuk mengembangkan fungsi ini menggunakan hubungan
elevasi, volume, outflow yang ditampilkan dalam Gambar 2.2. Hubungan antara
elevasi air permukaan dan waduk dapat diturunkan dengan planimetering peta
topografi atau dari survei lapangan. Hubungan elevasi debit diperoleh dari
persamaan hidrolik sesuai dengan jenis spillway. Nilai Δt diambil sebagai interval waktu hidrograf inflow. Untuk nilai elevasi air permukaan tertentu, nilai-nilai
penyimpanan S dan debit Q ditentukan (bagian (a) dan (b) dalam Gambar 2.2).
Nilai 2s/Δt+Q dapat dihitung dan untuk selanjutnya diplot pada grafik. Sumbu horizontal dengan nilai arus perpindahan Q pada sumbu vertikal (bagian (c) dalam
commit to user
Sumber: Chow (1988)
Gambar 2.2 Pengembangan Fungsi Storage-Outflow, Storage-Elevation dan
Elevation-Outflow.
Dalam penelusuran aliran melalui selang waktu j, semua persyaratan di sisi kanan
Persamaan (2.3) diketahui, sehingga
t
dapat dihitung. Nilai dari Qj+1
dapat ditentukan dari fungsi volume-outflow 2s/Δt+Q lawan Q, baik secara grafis atau dengan interpolasi linear dari nilai Q. Untuk mengatur data yang dibutuhkan
pada interval waktu berikutnya, nilai
t
dihitung dengan persamaan:
t t 2 (2.4)
Perhitungan ini kemudian diulang untuk periode penelusuran aliran berikutnya.
outflow outflow
storage
Water surface
elevation Storage-outflow
function
Water surface elevation
(b) (c)
commit to user 2.1.4 Pelimpah (Spillway)
Pelimpah (Spillway) adalah suatu struktur yang digunakan untuk mengalirkan air
yang ada di atas mercu ke daerah hilir. Spillway meloloskan banjir, sehingga air
tidak melampaui tanggul atau tubuh bendungan. Fungsinya untuk menghindari
kerusakan bendungan.
Air yang melimpah melalui spillway mempunyai kecepatan jatuh yang besar.
Oleh sebab itu kecepatan aliran harus dikurangi sebelum memasuki saluran yang
berada di hilirnya.
Sifat-sifat hidrolik saluran alam biasanya sangat tidak menentu, sedangkan sifat-
sifat hidrolik pada saluran buatan dapat diatur menurut keinginan atau dirancang
untuk tujuan tertentu.
Menurut Rowan (2010), jenis spillway dapat dibedakan menjadi:
1) Spillway Terkendali
Spillway terkendali memiliki struktur mekanik atau pintu air untuk mengatur
laju aliran air, seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.3. Desain ini
memungkinkan mengatur aras muka air waduk yang akan digunakan untuk
penyimpanan air sepanjang tahun, dan saat banjir pintu air dioperasikan untuk
pengendalian banjir daerah hilir.
Sumber: Rowan (2010)
commit to user
2) Spillway Tidak Terkendali
Spillway tidak terkendali tidak memiliki pintu, seperti yang ditunjukan pada
Gambar 2.4. Ketika air naik di atas puncak spillway air dari waduk mulai
mengalir. Semua volume penyimpanan dalam waduk di atas puncak spillway
hanya dapat digunakan untuk penyimpanan sementara air banjir, sehingga
waduk sebagai pengendali banjir dapat berfungsi dengan baik.
Sumber: Rowan (2010)
Gambar 2.4 Spillway Tak Terkendali
Spillway dirancang berdasarkan hujan rencana. Adanya climate change
berpengaruh pada peningkatan aras muka air di waduk. Sehingga perlu dikaji
kapasitas alir spillway yang dipasang. Peran spillway dalam melimpahkan air
cukup besar, apabila kapasitas spillway ditingkatkan kemungkinan fungsi
pengendalian banjir berkurang. Disisi lain, peningkatan kapasitas spillway bisa
mengurangi laju permukaan air, sehingga tubuh bendungan aman dari overtoping.
Dalam penelitian ini digunakan spillway tidak terkendali dengan bentuk Ogee dan
bentuk mercu deret trapesium.
2.1.5 Mercu Spillway (Crest)
Mercu spillway adalah bagian teratas spillway dimana aliran dari hulu dapat
commit to user
spillway bersama tubuh spillway diusahakan tegak lurus arah aliran masuk
spillway agar aliran yang menuju spillway terbagi rata.
Bentuk puncak pelimpah dibagi menjadi:
1) Pelimpah ambang tipis (tajam)
Pelimpah disebut pelimpah ambang tipis bila arus yang terjadi tidak
menempel pada ambang atau dengan batasan t<0,5 h, dengan t adalah tebal
ambang peluapan searah aliran, dan h sebagai tinggi pengaliran di atas
peluap.
2) Pelimpah ambang lebar
Disebut pelimpah ambang lebar bila arus yang terjadi menempel pada
ambang atau t>0,66 h.
Beberapa jenis spillway yang sudah digunakan di Indonesia, menurut Suyono
(2007) sebagai berikut:
1) Tipe spillway Ogee dengan pintu digunakan di:
a. Bendungan Cirata (Kabupaten Purwakarta)
b. Waduk Gajah Mungkur (Kabupaten Wonogiri)
c. Bendungan Selorejo (Kabupaten Malang)
d. Bendungan Wlingi (Kabupaten Blitar)
e. Bendungan Sengguruh (Kabupaten Malang)
2) Tipe spillway Ogee tanpa pintu digunakan di:
a. Waduk Darma (kabupaten kuningan)
b. Bendungan Penjalin (Kabupaten Brebes)
c. Bendungan Cacaban (Kabupaten Tegal)
d. Bendungan Nglangon (Kabupaten Purwodadi)
e. Bendungan Kedung Ombo (Jawa Tengah)
f. Bendungan Sempor (Kabupaten Kebumen)
g. Bendungan Wadaslintang (Kabupaten Wonosobo)
h. Bendungan Song Putri (Kabupaten Wonogiri)
commit to user
3) Tipe spillway morning glory digunakan di:
a. Bendungan Cileunca (Kabupaten Bandung)
b. Bendungan Cipanunjang (Kabupaten Bandung)
c. Bendungan Jatiluhur (Kabupaten Purwakarta)
2.1.6 Labyrinth
Bentuk mercu Ogee sangat banyak digunakan. Untuk meningkatkan kapasitas
debit pelimpahan air umumnya digunakan mercu labyrinth. Mercu labyrinth
sering digunakan untuk mengendalikan tumpahan, karena labyrinth akan
melimpahkan aliran yang lebih besar pada saat yang sama ketika melimpah pada
bentuk mercu Ogee (Tullis, 1995).
Pada umumnya labyrinth ini dibuat dengan dinding vertikal. Dinding vertikal dari
labyrinth tersebut dapat dibangun dengan mudah tetapi labyrinth memiliki
kelemahan, yaitu:
1) Dinding vertikal tidak menguntungkan bagi aliran muatan besar.
2) Memerlukan perkuatan yang memadai.
Tullis (1995) mengatakan sejak tahun 2000, kajian dan tes model untuk desain
labyrinth telah dibuat di Aljazair, Cina, Prancis, India, Swiss dan Vietnam. Desain
mencoba mengoptimalkan efisiensi struktural dan ekonomi. Lebih dari 100 bentuk
dipelajari dan banyak solusi, tetapi yang paling menguntungkan yaitu desain yang
didasarkan pada dua prinsip berikut:
1) Dinding memiliki bentuk persegi panjang yang mirip dengan tuts piano
(piano keys), jadi diberi nama Piano Keys (PK). Bentuk PK ditampilkan pada
commit to user Sumber: hydrocoop.org (2010)
Gambar 2.5 Piano Keys labyrinth
2) Dinding ortogonal untuk aliran cenderung menguntungkan terutama untuk
pembuangan besar. Bentuk ortogonal labyrinth ditampilkan pada Gambar
2.6.
Sumber: Erman Mawardi (2006)
Gambar 2.6 Ortogonal Labyrinth
2.1.7 Aliran Flume
Secara umum, saluran air terbagi menjadi dua yaitu saluran tertutup dan saluran
terbuka. Saluran pada flume merupakan saluran terbuka. Pengaliran saluran
commit to user
Saluran terbuka dapat digolongkan menjadi dua, yaitu saluran alami dan saluran
buatan. Sifat hidrolis saluran alami sangat tidak menentu. Sehingga dalam analisis
perlu pengalaman dan pemahaman yang baik mengenai anggapan-anggapan yang
digunakan. Sedangkan saluran buatan adalah saluran yang dibuat dan
direncanakan oleh manusia. Saluran irigasi adalah salah satu contoh saluran
buatan.
Debit aliran adalah jumlah air per satuan waktu yang dapat diperoleh dari hasil
perkalian antara luas penampang basah saluran dengan kecepatan rerata atau dapat
dinyatakan:
Q = V .A (2.5)
Dengan: Q = Debit (m3/dt) V = Kecepatan rerata (m2/dt) A = Luas penampang basah (m2)
Bila ditinjau berdasarkan perubahan kedalaman dan kecepatan aliran, maka aliran
dibedakan menjadi:
1) Aliran tetap (Steady Flow)
Aliran tetap (Steady Flow) terjadi apabila kedalaman, luas penampang,
kecepatan dan debit pada setiap penampang saluran adalah sama selama
jangka waktu tertentu. Aliran tetap memiliki kemiringan saluran (So),
kemiringan muka air (SW), dan kemiringan energi (Se) sama. Pada keadaan
aliran tetap, berlaku Hukum Kontinuitas.
Aliran tetap memiliki sifat: a) aliran seragam (uniform flow) terjadi bila
kecepatan aliran tidak berubah dan kedalaman saluran sama pada setiap
penampang, keadaan ini terjadi pada saluran laboratorium atau saluran irigasi.
b) aliran tak seragam (non uniform flow) adalah aliran dimana kedalaman
tidak sama pada setiap penampang. Non uniform flow/varied flow
digolongkan pada dua keadaan yaitu:
a. Gradually varied flow terjadi pada saluran akibat pembendungan atau pada
commit to user
b. Rapidly varied flow terjadi pada loncatan air atau pada penyempitan
bukaan pintu.
2) Aliran tak tetap (Unsteady Flow)
Aliran tak tetap (Unsteady Flow) terjadi apabila kedalaman atau kecepatan
aliran yang terjadi selalu berubah. Pada keadaan aliran tidak tetap, berlaku
Hukum Kontinuitas.
Aliran tidak tetap memiliki sifat: a) aliran seragam (uniform flow) terjadi bila
kecepatan aliran tidak berubah dan kedalaman saluran sama pada setiap
penampang, keadaan ini terjadi pada saluran laboratorium, saluran irigasi.
b)sebaliknya, bila kedalaman tidak sama pada setiap penampang disebut
aliran tak seragam (non uniform flow). Non uniform flow/varied flow
digolongkan pada dua keadaan yaitu:
a. Gradually varied flow adalah aliran berubah sedikit demi sedikit di
sepanjang aliran, sehingga lengkung garis aliran dianggap lurus.
b. Rapidly varied flow adalah aliran yang terjadi bila kedalaman aliran
berubah secara tiba-tiba.
2.2 Landasan Teori
2.2.1 Spillway Mercu Ogee
Banyak spillway menggunakan tipe mercu Ogee. Mercu Ogee adalah sebuah
mercu bendung yang memiliki bentuk tirai. Oleh karena itu, mercu ini tidakakan
memberikan tekanan sub atmosfir pada permukaan mercu sewaktu
bendungmengalirkan air pada debit rencana. Untuk debit rendah, air akan
memberikan tekanan ke bawah pada mercu.
Untuk merencanakan permukaan mercu Ogee bagian hilir, Direktorat Jenderal
Pengairan (1986) telah mengembangkan persamaan berikut:
= (2.8)
Dengan :
commit to user
hd = tinggi energi rencana di atas mercu
k,n = parameter untuk berbagai kemiringan hilir
Persamaan antara tinggi energi dan debit untuk bendung tipe Ogee (Direktorat
Jenderal Pengairan, 1986) adalah sebagai berikut:
. . . , (2.9)
Dengan:
Q =Debit (cm3/dt)
Cd =Koefisien debit (=C0 C1 C2)
C0 = Konstanta (=1,30)
C1 = Fungsi p/hd dan H1/hd (Gambar 2.7)
C2 = Faktor koreksi untuk permukaan hulu (=1)
g = Percepatan gravitasi (cm/dt2(≈ 981)) b = Lebar mercu (cm)
H = Tebal air di hulu mercu (cm)
Grafik fungsi p/hd dan H1/hd ditunjukan pada Gambar 2.7.
Sumber: Direktorat Jenderal Pengairan (1986)
commit to user 2.2.3 Spillway Tipe Deret Trapesium
Dalam upaya meningkatkan kapasitas spillway, para ahli telah mengembangkan
teori dan modifikasi terhadap mercu Ogee. Taylor (1970) mencoba mengubah
bentuk puncak yang biasanya menggunakan mercu Ogee dengan menggunakan
bentuk mercu segitiga. Berdasarkan percobaan tersebut, selanjutnya Hay dan
Taylor (1970) mengadakan percobaan dengan bentuk trapesium.
Seperti halnya mercu Ogee, mercu tipe deret trapesium juga dapat dipakai untuk
mengatur aras muka air. Pengaturan aras muka air dengan bentuk tersebut
didasarkan pada upaya pencegahan terjadinya fluktuasi yang besar. Hal ini dapat
dicapai karena bentuk trapesium mempunyai lebar bukaan atau lintasan air lebih
besar dibanding dengan bentuk Ogee. Tinggi ambang pelimpah dibuat sama
dengan tinggi ambang pelimpah asli.
Dengan mercu tipe trapesium, aras muka air waduk dapat dijaga agar fluktuasi
aras muka air waduk sekecil mungkin. Secara kasar, kapasitas debit yang
dihasilkan mercu ini dapat mencapai 200% dibanding mercu Ogee. Untuk sketsa
bentuk spillway tipe deret trapesium ditunjukan pada Gambar 2.8, Gambar 2.9,
[image:30.595.114.511.235.615.2]dan Gambar 2.10.
commit to user
Gambar 2.9 Tampak Atas dan Potongan A-A Mercu Ogee dan Mercu Deret
Trapesium
Sumber:mcdlifesciences.com (2010)
Gambar 2.10 Mercu Spillway Tipe Deret Trapesium
Persamaan untuk memperkirakan debit yang mengalir melalui spillway menurut
Tullis (2008) adalah:
commit to user
dengan:
Q = debit (cm3/dt) Cd = koefisien debit
= 0,1714 ln (H/P) + 0,8671
H = ketebalan air di hulu mercu (cm) P = tinggi spillway
g = percepatan gravitas (cm/dt2(≈ 981))
b = lebar mercu (cm) = a + b + c + d + e + f + g + h + i
[image:32.595.155.473.237.505.2]Nilai lebar mercu (b) ditunjukan pada Gambar 2.11 berikut:
Gambar 2.11 Nilai Lebar Mercu Deret Trapesium
a
b
c d
e
f g
h
commit to user
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Umum
Metode penelitian adalah tahap-tahap penelitian yang sistematis runtut dan
berkesinambungan. Metode ini disusun untuk memperoleh hasil yang maksimal
serta untuk menghindari timbulnya kesulitan yang mungkin terjadi pada saat
penelitian (Agustin,2010).
Metode yang dipakai untuk mendapatkan data dalam penelitian ini adalah dengan
percobaan langsung atau eksperimen di laboratorium. Penelitian ini dilakukan
dengan serangkaian kegiatan pendahuluan, untuk mencapai validitas hasil yang
maksimal. Kemudian, untuk mendapatkan kesimpulan akhir, data hasil penelitian
diolah dan dianalisis dengan kelengkapan studi pustaka.
3.2 Lokasi Penelitian
Lokasi penelitian:
Laboratorium Hidrolika, Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Sipil, Universitas
Sebelas Maret.
3.3 Peralatan dan Bahan
Peralatan yang digunakan antara lain:
1) Flume
Merupakan alat utama dalam percobaan pelimpah air. Flume ditunjukan pada Gambar 3.1. Flume ini, sebagian besar komponennya terbuat dari akrilik dan
memiliki bagian-bagian penting, yaitu:
a. Saluran air, merupakan tempat untuk meletakkan model pelimpah. Saluran
berupa talang dengan penampang 30x30 cm2 dan panjang 180 cm. Saluran
terbuat dari akrilik sehingga memiliki dinding transparan untuk mempermudah pengamatan.
[image:33.612.131.508.208.474.2]commit to user
b. Hydraulic Bench, bak penampung yang berfungsi menampung air yang
akan dialirkan ke talang maupun yang keluar dari saluran dan menghitung
debit yang digunakan sepanjang percobaan.
c. Pompa air, terletak di Hydraulic Bench, berfungsi untuk memompa air agar bisa didistribusikan sepanjang talang air.
d. Kran debit, merupakan kran yang berfungsi mengatur besar-kecilnya debit
yang keluar dari pompa.
e. Reservoir, merupakan tempat yang berfungsi untuk menampung/
[image:34.612.135.521.113.597.2]menerima limpahan air dari saluran air.
commit to user
2) Pelimpah
Model dibuat dari akrilik dan kayu. Model pelimpah terdiri dari 2 bagian seperti yang ditunjukan dalam Gambar 3.4.
a. Bagian atas
Bagian ini bisa dilepas pasang. Pada penelitian pertama dipasang mercu
Ogee, dan penelitian berikutnya diganti dengan mercu modifikasi.Bagian
ini dibuat dari akrilik. Mercu Ogee dimodifikasi menjadi mercu deret trapesium. Pada penelitian ini mercu deret trapesium terdapat 2 tipe yang
[image:35.612.142.512.81.535.2]digambarkan pada Gambar 3.2 dan Gambar 3.3.
Gambar 3.2 Mercu Deret Trapesium Tipe 1
Gambar 3.3 Mercu Deret Trapesium Tipe 2
b. Bagian bawah
Bagian utama spillway yang tidak bisa diubah-ubah. Bagian ini dibuat dari kayu. Tampak atas dan samping mercu Ogee dan mercu modifikasi deret
commit to user
Gambar 3.4 Spillway Tipe Ogee dan Spillway Tipe Deret Trapesium
3) Stopwatch
Stopwatch dipakai untuk mengukur waktu pada perhitungan debit aliran.
Stopwatch ditampilkan pada Gambar 3.5.
Gambar 3.5 Stopwatch
4) Mistar ukur
Mistar ukur atau meteran digunakan untuk mengukur ketinggian air. Mistar
ukur ditampilkan pada Gambar 3.6. Bag. Atas
Mercu Ogee
Bag. bawah
Bag. Atas
commit to user
Gambar 3.6Mistar Ukur
Bahan-bahan yang dipakai selama penelitian yaitu:
1) Air bersih
Aliran air yang digunakan adalah air bersih, air yang tidak membawa sedimen.
2) Malam
Sebagai pelapis yang menutupi celah antara pelimpah dengan dasar atau
dinding flume dan celah antara balok kayu dengan dinding flume.
3.4 Langkah Penelitian
3.4.1 Persiapan Alat
Persiapan alat dalam penelitian ini sebagai berikut:
1) Membuat flume lengkap dengan kerangka penyangga dan tandon air di hulu dan hilirnya. Flume mempunyai penampang 30 x 30 cm2 dan panjang 180 cm 2) Membuat model spillway Ogee.
3) Membuat model spillway deret trapesium. 4) Menyetel Hydraulic Bench dan pompa air.
5) Memasang mistar ukur.
6) Memasang model spillway pada tempat yang sudah disediakan dan menutup celah antara spillway dengan dinding dan dasar saluran, agar tidak bocor. Persiapan alat tidak hanya diawal, tetapi juga pada setiap pergantian setting
commit to user
3.4.2 Pengamatan Dalam Percobaan
a. Pengamatan pada spillway mercu Ogee
[image:38.612.126.503.173.555.2]Data-data yang dicatat saat penelitian berlangsung, seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 3.7 adalah sebagai berikut:
1) Debit flume
Debit ini dinaikan dengan perubahan tertentu hmaks (ketebalan air maksimum yang dapat dicapai oleh kemampuan pompa).
2) Tinggi muka air di hulu crest
Ketebalan air pada ketinggian (H).
3) Tinggi muka air di atas puncak spillway Ogee Ketebalan air di atas puncak spillway Ogee (H1).
4) Tinggi spillway (P)
Data ini diukur dengan mistar ukur.
Gambar 3.7 Aliran Melalui Spillway Mercu Ogee Keterangan gambar:
H = Tebal muka air di hulu Spillway Ogee
H1 = Tebal muka air di atas puncak Spillway Ogee
Q 1,2,dst = Debit air ke- 1, 2, sampai debit yang dihasilkan pada ketebalan air
maksimum yang dapat dicapai pompa
P = Tinggi spillway H1
commit to user
b. Pengamatan pada spillway mercu deret trapesium
[image:39.612.133.499.135.553.2]Data-data yang dicatat saat penelitian berlangsung, seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 3.8 adalah sebagai berikut:
1) Debit flume
Debit ini dinaikan dengan perubahan tertentu hmaks (ketebalan air maksimum yang dapat dicapai oleh kemampuan pompa).
2) Tinggi muka air di hulu crest
Ketebalan air pada ketinggian (H).
3) Tinggi muka air di atas puncak spillway tipe deret trapesium Ketebalan air di atas puncak spillway deret trapesium (H1).
4) Tinggi spillway (P)
Data ini diukur dengan mistar ukur.
Gambar 3.8 Aliran Melalui Spillway Modifikasi
Keterangan gambar:
H = Tebal muka air di hulu Spillway deret trapesium
H1 = Tebal muka air di atas puncak Spillway deret trapesium
Q 1,2, dst = Debit air ke- 1, 2, sampai debit yang dihasilkan pada ketebalan air
maksimum yang dapat dicapai pompa
P = Tinggi spillway H1
commit to user
3.4.2 Pengolahan Data
Data yang telah diperoleh dari pengamatan percobaan dianalisis dengan cara
membandingkan percobaan saat menggunakan spillway mercu Ogee dan setelah
pemasangan spillway mercu deret trapesium tipe 1 dan tipe 2. Pengolahan data mengacu pada rumus-rumus yang telah dicantumkan pada Bab 2 mengenai
landasan teori.
commit to user
3.5 Diagram Alir Tahapan Penelitian
Mulai
Persiapan alat& bahan Setting flume + pompa air
Memasang spillway mercu Ogee
Aliran pada flume hingga ketebalan (h) = 0,25 cm
Mencatat debit (QOgee)
Ya
Tidak
Memasang spillway
mercu tipe deret trapesium tipe 1
Aliran pada flume hingga ketebalan (h) = 0,25 cm
Mencatat debit (Qtrap1)
h<h maks
h<h maks (h maks: ketebalan air maksimal yang dapat dicapai oleh kemampuan pompa)
Tidak
Ya Tambah aliran
h = h + 0,25 cm
Tambah aliran
h = h + 0,25 cm
commit to user
Gambar 3.10 Diagram Alir Tahapan Penelitian
Membandingkan QOgee dengan Qtrap1 dan Qtrap2 & CdOgee dengan Cdtrap1 dan Cdtrap2
Selesai Membandingkan hasil analisis dengan teori yang sudah ada
Hasil dan Kesimpulan
Menghitung koefisien Cd QOgee, Qtrap1 dan Qtrap2
A
Memasang spillway
mercu tipe deret trapesium tipe 2
Aliran pada flume hingga ketebalan (h) = 0,25 cm
Mencatat debit (Qtrap2)
h<h maks
Tambah aliran
h = h + 0,25 cm
commit to user
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Alat Ukur Debit
Alat ukur debit yang digunakan dalam penelitian ini adalah hydraulic bench. Alat
ukur hydraulic bench ini dianggap benar, sehingga tidak perlu adanya kalibrasi.
Hal ini dilakukan karena current meter yang ada tidak dapat digunakan. Current
meter tidak dapat berfungsi karena ketebalan aliran di flume relatif kecil, sehingga
baling-baling current meter tidak dapat berada di bawah permukaan air secara
keseluruhan, dengan kata lain current meter tidak dapat digunakan untuk
mengukur kecepatan dari flume meskipun pada keadaan debit maksimum.
Volume hydraulic bench adalah 10.000 cm3. Dengan mencatat waktu yang
diperlukan hydraulic bench dari keadaan kosong hingga penuh, maka dapat
diketahui besar debit aliran yang ada di flume pada tiap ketebalan air. Caranya
dengan membagi volume (V) dengan lama waktu pengisian (t).
4.2 Debit Terukur pada Tiap Ketebalan Air
Ketebalan air di hulu mercu spillway diatur dengan peningkatan ketebalan 0,25
cm. Ketebalan air di atas crest dan waktu pengisian hydraulic bench pada tiap
ketebalan air diukur. Sehingga besaran debit tiap ketebalan air dapat diketahui.
Perlakuan ini diterapkan baik pada penggunaan mercu Ogee maupun penggunaan
mercu deret trapesium.
Sesuai dengan persamaan yang telah dijelaskan pada Bab 2 untuk debit terukur,
maka besaran debit tiap ketebalan air yang melimpah mercu spillway baik yang
berbentuk Ogee maupun deret trapesium dapat dihitung seperti berikut:
commit to user
a. Perhitungan Debit Terukur (Qhb) Mercu Ogee
Bentuk mercu Ogee ditampilkan pada Gambar 4.1.
Gambar 4.1 Tampak Atas dan Potongan A-A Spillway Ogee
Perhitungan Debit Terukur Mercu Ogee
H2= tinggi di hulu crest = 1,00 cm
V = volume air = 10.000,00 cm3
t2 = lama waktu pengamatan alat ukur = 110,47 dt
Data H2, V, t2 diperoleh dari pengamatan selama percobaan berlangsung
commit to user
Gambar 4.2 Flume dengan Spillway Mercu Ogee
ಈ
ಈ 110,4710000
= 90,5223 cm3/dt
Berdasarkan hasil perhitungan, debit terukur (Qhb) pada ketebalan 1,00 cm adalah
90,5223 cm3/dt. Untuk selanjutnya besaran debit setiap ketebalan air yang
melimpah mercu Ogee ditampilkan pada Tabel 4.1 dan grafik hubungan ketebalan
air (H) dengan debit (Q) ditunjukan pada Gambar 4.3.
Tabel 4.1 Hasil Pengamatan Debit Ukur Mercu Ogee
No. H di hulu crest (cm)
H di atas crest (cm)
Volume (cm3)
t (dt)
Qhb
(cm3/dt)
1 0,75 0,50 10.000 587,20 17,03
2 1,00 0,60 10.000 110,40 90,52
3 1,25 0,75 10.000 58,03 172,30
4 1,50 1,00 10.000 43,31 230,89
5 1,75 1,20 10.000 33,44 299,04
6 2,00 1,30 10.000 23,25 430,11
7 2,25 1,40 10.000 16,66 600,24
8 2,50 1,50 10.000 12,75 784,31
H1
commit to user
Lengkung hubungan H dan Q yang ditampilkan pada Gambar 4.3 dicari
persamaannya agar dapat diinterpolasi. Berdasarkan coba-coba menggunakan
software curve expert, diperoleh persamaan yang paling tepat, yaitu persamaan
yang menunjukan nilai r mendekati 1. Dari hasil tersebut diperoleh persamaan
lengkung rational function dengan nilai r = 0,9992.
Gambar 4.3 Hubungan Ketebalan Air dengan Debit Terukur Mercu Ogee
Dari Gambar 4.3 dapat dilihat hubungan ketebalan air di hulu (H) dan debit
terukur (Q). Simbol segi empat menunjukan nilai debit terukur pada ketebalan air
tertentu. Garis menunjukan debit hasil persamaan lengkung rational function.
Perbandingan nilai debit terukur dengan debit hasil persamaan lengkung rational
function ditunjukan dalam Tabel 4.2.
0 200 400 600 800 1000
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Q
(
cm
3 /d
t)
commit to user
Tabel 4.2 Perbandingan Qhb dengan Qpersamaan pada Mercu Ogee
No. H di hulu crest (cm)
Qhb
(cm3/dt)
Qpersamaan
(cm3/dt)
Delta (%)
1 0,75 17,03 23,62 +16,21
2 1,00 90,52 86,93 -2,02
3 1,25 172,30 155,09 -5,26
4 1,50 230,89 231,72 +0,18
5 1,75 299,04 321,95 +3,69
6 2,00 430,11 433,80 +0,43
7 2,25 600,24 581,10 -1,62
8 2,50 784,31 790,44 +0,39
b. Perhitungan Debit Terukur (Qhb) Mercu Deret Trapesium
1.) Debit Terukur (Qhb) Mercu Deret Trapesium Tipe 1
Bentuk mercu deret trapesium tipe 1 ditampilkan pada Gambar 4.4 dan
Gambar 4.5.
commit to user
Gambar 4.5 Tampak Atas dan Potongan A-A Spillway Mercu Deret Trapesium
Tipe 1
Perhitungan Debit Terukur Mercu Deret Trapesium Tipe 1
H1= tinggi di hulu crest = 1,00 cm
V = volume air = 10.000,00 cm3
t1 = lama waktu pengamatan alat ukur = 80,69 dt
Data H1, V, t1 diperoleh dari pengamatan selama percobaan berlangsung
commit to user
Gambar 4.6 Flume dengan Spillway Deret Trapesium Tipe 1
ಈ
ಈ 1000080,69
= 123,9311 cm3/dt
Berdasarkan hasil perhitungan, debit terukur (Qhb) pada ketebalan 1,00 cm adalah
123,9311 cm3/dt. Untuk selanjutnya besaran debit setiap ketebalan air yang
[image:49.595.120.502.89.493.2]melimpah mercu deret trapesium ditampilkan pada Tabel 4.3 dan Gambar 4.7.
Tabel 4.3 Hasil Pengamatan Debit Ukur Mercu Tipe Deret Trapesium Tipe 1
No. H di hulu crest (cm)
H di atas crest (cm)
Volume (cm3)
t (dt)
Qhb
(cm3/dt)
1 1,00 0,60 10.000 80,69 123,93
2 1,25 0,75 10.000 23,22 430,66
3 1,50 1,00 10.000 15,81 632,51
4 1,75 1,20 10.000 12,32 811,69
5 2,00 1,30 10.000 9,22 1.084,60
H1
commit to user
Lengkung hubungan H dan Q yang ditampilkan Gambar 4.6 dicari persamaannya
agar dapat diinterpolasi. Berdasarkan coba-coba menggunakan software curve
expert diperoleh persamaan yang paling tepat, yaitu persamaan yang menunjukan
nilai r mendekati 1. Dari hasil tersebut diperoleh persamaan lengkung Logarithm
function dengan nilai r = 0,9949.
Gambar 4.7 Hubungan Ketebalan Air dengan Debit Terukur Mercu Deret
Trapesium Tipe 1
Dari Gambar 4.7 dapat dilihat hubungan ketebalan air di hulu (H) dan debit
terukur (Q). Simbol segi empat menunjukan nilai debit terukur pada ketebalan air
tertentu. Garis menunjukan debit hasil persamaan lengkung Logarithm function
menggunakan software curve expert. Perbandingan nilai debit terukur dengan
debit hasil persamaan lengkung Logarithm function menggunakan software curve
expert ditunjukan dalam Tabel 4.4.
0 200 400 600 800 1000 1200
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Q
(
cm
3
/d
t)
[image:50.595.118.511.211.502.2]commit to user
Tabel 4.4 Perbandingan Qhb dengan Qpersamaan pada Mercu Deret Trapesium Tipe 1
No. H di hulu crest (cm)
Qhb
(cm3/dt)
Qpersamaan
(cm3/dt)
Delta (%)
1 1,00 123,93 116,85 -2,94
2 1,25 430,66 413,27 -2,06
3 1,50 632,51 655,45 +1,78
4 1,75 811,69 860,22 +2,90
5 2,00 1.084,60 1.037,60 -2,21
2.) Debit Terukur (Qhb) Mercu Deret Trapesium Tipe 2
Bentuk mercu deret trapesium tipe 2 ditampilkan pada Gambar 4.8 dan
Gambar 4.9.
Gambar 4.8 Tampak Atas Mercu Deret Trapesium Tipe 2
Gambar 4.9 Tampak Atas dan Potongan A-A Spillway Mercu Deret Trapesium
commit to user
Perhitungan Debit Terukur Mercu Deret Trapesium Tipe 1
H1= tinggi di hulu crest = 1,00 cm3
V = volume air = 10.000,00 cm3
t1 = lama waktu pengamatan alat ukur = 80,69 dt
Data H1, V, t1 diperoleh dari pengamatan selama percobaan berlangsung
seperti yang digambarkan pada Gambar 4.10.
Gambar 4.10 Flume Untuk Spillway Deret Trapesium Tipe 2
ಈ
ಈ 98,696010000
= 101,3212 cm3/dt
Berdasarkan hasil perhitungan, debit terukur (Qhb) pada ketebalan 1,00 cm adalah
101,3212 cm3/dt. Untuk selanjutnya besaran debit setiap ketebalan air yang
melimpah mercu deret trapesium tipe 2 ditampilkan pada Tabel 4.5 dan hubungan
H dengan Q ditunjukan pada Gambar 4.11.
H1
[image:52.595.130.496.238.574.2]commit to user
Tabel 4.5 Hasil Pengamatan Debit Ukur Mercu Tipe Deret Trapesium Tipe 2
No. H di hulu crest (cm)
H di atas crest (cm)
Volume (cm3)
t (dt)
Qhb
(cm3/dt)
1 1,00 0,60 10.000 98,70 101,32
2 1,25 0,75 10.000 24,99 400,12
3 1,50 1,00 10.000 16,32 612,67
4 1,75 1,20 10.000 12,76 783,68
5 2,00 1,30 10.000 10,25 975,24
Lengkung hubungan H dan Q yang ditampilkan Gambar 4.9 dicari persamaannya
agar dapat diinterpolasi. Berdasarkan coba-coba menggunakan software curve
expert diperoleh persamaan yang paling tepat, yaitu persamaan yang menunjukan
nilai r mendekati 1. Dari hasil tersebut diperoleh persamaan lengkung Logarithm
function dengan nilai r = 0,9993.
Gambar 4.11 Hubungan Ketebalan Air dengan Debit Terukur Mercu Deret
Trapesium Tipe 2
Dari Gambar 4.11 dapat dilihat hubungan ketebalan air di hulu (H) dan debit
terukur (Q). Simbol segi empat menunjukan nilai debit terukur pada ketebalan air
tertentu. Garis menunjukan debit hasil persamaan lengkung Logarithm function.
Perbandingan nilai debit terukur dengan debit hasil persamaan lengkung
Logarithm function ditunjukan dalam Tabel 4.6.
0 200 400 600 800 1000 1200
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
commit to user
Tabel 4.6 Perbandingan Qhb dengan Qpersamaan pada Mercu Deret Trapesium Tipe 2
No. H di hulu crest (cm)
Qhb
(cm3/dt)
Qpersamaan
(cm3/dt)
Delta (%)
1 1,00 101,32 108,89 +3,60
2 1,25 400,12 385,07 -1,92
3 1,50 612,67 610,74 -0,16
4 1,75 783,68 801,53 +1,13
5 2,00 975,24 966,80 -0,43
4.3 Debit pada Tiap Ketebalan Air
Sesuai dengan persamaan yang telah dijelaskan pada Bab 2 untuk debit hitung
yang melintas mercu Ogee, maka besaran debit tiap ketebalan air yang melimpah
mercu spillway baik yang berbentuk Ogee maupun berbentuk deret trapesium
dapat dihitung seperti berikut:
a. Perhitungan Koefisien Cd Mercu Ogee
Q2 = debit =90,5223cm3/dt
Cd = koefisien debit (=C0 C1 C2)
C0 = konstanta untuk pelimpasan sempurna (=1,30)
C1 = fungsi p/hd dan H1/hd
P = tinggi tubuh spillway = 15 cm
hd = tinggi air di hulu = 1 cm
H1 = tinggi air di hulu keadaan tenang = 1 cm
C2 = faktor koreksi untuk permukaan hulu (=1)
g = percepatan gravitasi = 981 cm/dt2
b = lebar mercu = 18 cm
H2 = tinggi air di atas hulu = 1 cm
ಈ 2
3 ꆰm ,
2 3
90,5223 2
3 ꆰm 18 1 ,
2
commit to user
ꆰm 90,5223
18 1 , 981
ꆰm 0,29
Cd = C0 C1 C2
0,29 = 1,3 x C1 x 1
C1 = 0,22
Dengan cara yang sama, maka besaran Cd untuk tiap ketebalan air di atas mercu
[image:55.595.112.512.76.517.2]Ogee ditampilkan pada Tabel 4.7 dan hubungan H dan Cd ditunjukan pada
Gambar 4.12.
Tabel 4.7 Cd Mercu Ogee
No. H di hulu crest (cm)
H di atas crest (cm)
b (cm)
g (cm/dt2)
Qhb
(cm3/dt)
Cd C1
1 0,75 0,50 18 981 17,03 0,09 0,07 2 1,00 0,60 18 981 90,52 0,29 0,22 3 1,25 0,75 18 981 172,30 0,40 0,31 4 1,50 1,00 18 981 230,89 0,41 0,32 5 1,75 1,20 18 981 299,04 0,42 0,32 6 2,00 1,30 18 981 430,11 0,50 0,38 7 2,25 1,40 18 981 600,24 0,58 0,45 8 2,50 1,50 18 981 784,31 0,65 0,50
Lengkung hubungan H dan Cd yang ditampilkan pada Gambar 4.12 dicari
persamaannya agar dapat diinterpolasi. Berdasarkan coba-coba menggunakan
software curve expert diperoleh persamaan yang paling tepat, yaitu persamaan
yang menunjukan nilai r mendekati 1. Dari hasil tersebut diperoleh persamaan
lengkung Polynomial function 1,14 2,58 1,45 0,28 dengan
commit to user
Gambar 4.12 Hubungan Cd dengan H Hulu pada Mercu Ogee
Dari Gambar 4.12 dapat dilihat hubungan ketebalan air di hulu (H) dan koefisien
debit (Cd). Simbol segi empat menunjukan nilai koefisien debit pada ketebalan air
tertentu. Garis menunjukan koefisien debit hasil persamaan lengkung Polynomial
function. Perbandingan nilai koefisien debit dengan koefisien debit hasil
[image:56.595.114.513.86.503.2]persamaan lengkung Logarithm function ditunjukan dalam Tabel 4.8.
Tabel 4.8 Perbandingan Cd dengan Cdpersamaan pada Mercu Ogee
No. H di hulu crest (cm)
Cd (cm3/dt)
Cdpersamaan
(cm3/dt)
Delta (%)
1 0,75 0,09 0,10 +5,94
2 1,00 0,29 0,28 -2,36
3 1,25 0,40 0,38 -3,03
4 1,50 0,41 0,43 +2,06
5 1,75 0,42 0,46 +4,04
6 2,00 0,50 0,49 -1,31
7 2,25 0,58 0,55 -2,76
8 2,50 0,65 0,67 +1,29
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
C
d
commit to user
b. Perhitungan Koefisien Cd Mercu Deret Trapesium
1.) Perhitungan Koefisien Cd Mercu Deret Trapesium Tipe 1
Koefisien Cd mercu deret trapesium dihitung sebagai berikut:
Q1 = debit =123,9311 cm3/dt
Cd = koefisien debit
g = percepatan gravitasi = 981 cm/dt2
b = lebar mercu = 30 cm
H1 = tinggi air di hulu crest = 1 cm
ಈ 2
3 ꆰm , 2
123,9311 2
3 ꆰm 30 1 , √2 981
ꆰm 123,9311
30 1 , √2 981
ꆰm 0,14
Dengan cara yang sama, maka besaran koefisien Cd untuk tiap ketebalan air di
atas mercu Ogee ditampilkan pada Tabel 4.9 dan hubungan H dan Cd yang
[image:57.595.112.508.78.652.2]ditunjukan pada Gambar 4.13.
Tabel 4.9 Cd Mercu Deret Trapesium Tipe 1
No. H di hulu crest (cm)
H di atas crest (cm)
b (cm)
g (cm/dt2)
Qhb
(cm3/dt)
Cd
1 1,00 0,75 30 981 123,93 0,14
2 1,25 1,00 30 981 430,66 0,35
3 1,50 1,25 30 981 632,51 0,39
4 1,75 1,50 30 981 811,69 0,40