Kuliah ke-3
PENGENDALIAN
SEDIMEN DAN EROSI
Sifat-sifat Zat Cair
Sifat-sifat Zat Cair
Beberapa sifat / karakteristik zat cair yang
berpengaruh terhadap proses angkutan sedimen :
rapat massa, ρ,
viskositas,
v
, dan
variabel-variabel aliran seperti : kecepatan, U
Pada aliran seragam turbulen, rumus distribusi kecepatan dan kecepatan rata-rata dapat dibedakan untuk dinding hidraulik licin, dan dinding hidraulik kasar.
Dinding hidraulik licin:
Distribusi kecepatan :
Kecepatan rata-rata :
u
z
5 75
,
u
*log (
104
z
)
U
5 75
,
u
*log (
42
h
)
Dinding Hidraulik kasar:
Distribusi kecepatan :
Kecepatan rata-rata :
u
u
z
k
z
5 75
33
,
*log (
)
U
u
h
k
Hubungan antara kecepatan dengan kekasaran dasar
(koefisien kekasaran Chezy) dapat dirumuskan sebagai berikut :
Distribusi tegangan gesek pada suatu vertikal adalah
(aliran uniform):
Sedangkan
tegangan gesek
pada dasar,
dirumuskan sebagai :
Dengan :
u* : kecepatan gesek,
uz : kecepatan pada suatu titik yang berjarak z dari dasar
: kecepatan rata-rata pada suatu vertikal,
: tebal lapisan sub-viskous/ sub laminer,
h : kedalaman aliran,
R : jari-jari hidraulik,
C : koefisien kekasaran menurut Chezy,
k : kekasaran dasar saluran,
: berat jenis air, dan
S : kemiringan dasar saluran.
Contoh
Diketahui suatu sungai memiliki kedalaman 2 m, tinggi
kekasaran 0,05 m, dan kemiringan dasar 0,001. Hitung kecepatan aliran rata-rata dan gambarkan distribusi
Sifat-sifat Butiran Sedimen
1. Umum
Untuk menangani berbagai permasalahan pada
sungai-sungai alluvial, diperlukan pemahaman tentang sifat-sifat/karakteristik material sedimen, baik material
sedimen sebagai satu kesatuan (bulk) maupun material sedimen yang berdiri sendiri-sendiri (butiran lepas;
individual).
Para ahli geologi mempelajari sifat-sifat sedimen lepas
dengan tujuan : untuk mengetahui asal mula dari material sedimen, dan juga untuk mempelajari cara sedimen tersebut berpindah (ditranspor).
Sedangkan para ahli hidraulika mempelajari sifat-sifat
2. Ukuran Butiran
Diantara beberapa sifat butiran sedimen, ukuran sedimen merupakan salah satu sifat yang paling penting dan banyak digunakan dalam bidang teknik sedimen.
Ukuran butiran sangat mempengaruhi mudah tidaknya serta banyak sedikitnya sedimen ditranspor.
Jika semua partikel sedimen berbentuk bola, maka ukuran butiran secara mudah dapat ditentukan, yaitu dengan menggunakan
parameter diameter butiran.
Akan tetapi, dalam kenyataannya bentuk butiran penyusun material dasar sungai adalah sangat tidak teratur, dari yang berbentuk
mendekati bulat sampai dengan bentuk yang sangat pipih,
Penggunaan diameter butiran, sering tidak dapat menggambarkan ukuran/bentuk butiran yang
sesungguhnya.
Oleh karenanya, ukuran butiran sering didefinisikan dengan cara lain, yaitu dengan menggunakan :
volume butiran,
kecepatan endap, atau ukuran ayakan/saringan
Metode penentuan ukuran butiran dengan volume atau kecepatan endap dilakukan dengan prinsip
Beberapa definisi yang biasa
digunakan untuk menyatakan suatu
ukuran butiran adalah :
1.
diameter nominal,
2.
diameter jatuh (
fall velocity
),
3.
diameter sedimentasi
(
sedimentation diameter
),
4.
diameter saringan,
Diameter nominal, dn
Diameter nominal dari butiran
didefinisikan sebagai diameter bola yang
mempunyai volume yang sama dengan
volume butiran.
Dalam beberapa kasus tertentu,
Diameter Jatuh
Diameter jatuh dari butiran didefinisikan
Diameter Sedimentasi
Diameter sedimentasi adalah merupakan
diameter bola yang mempunyai berat spesifik
dan kecepatan pengendapan yang sama
Diameter saringan/ayakan
Untuk menentukan ukuran butiran dengan saringan
(diameter saringan), biasanya digunakan beberapa saringan dengan ukuran lubang yang berbeda; hal ini
dimaksudkan untuk mengelompokkan material sedimen ke dalam beberapa kelompok ukuran yang berbeda.
Pengukuran diameter butiran dengan cara ini dilakukan untuk butiran yang mempunyai diameter lebih besar dari 0.0625 mm, sesuai dengan ukuran saringan terkecil.
Diameter saringan, d, dari suatu butiran adalah ukuran dari
lubang saringan pada mana butiran dapat lewat (lolos) saringan. Dengan demikian, diameter nominal dan
diameter ayakan untuk butiran yang berbentuk bola nilainya adalah sama, sedangkan untuk material sedimen pada
Sumbu
triaxial
Sumbu triaxial terdiri dari sumbu panjang,
sumbu pendek dan sumbu menengah,
dimana ketiga sumbu tersebut saling tegak
lurus satu sama lain. Dalam hal ini
a
ditetapkan sebagai sumbu panjang,
b
sumbu
menengah, dan
c
sebagai sumbu pendek.
a
Klasifikasi Ukuran Butiran
Klasifikasi ukuran butiran yang biasa digunakan oleh para
ahli hidraulika adalah klasifikasi ukuran butiran yang diusulkan oleh The Subcommittee on Sediment
Terminology dari AGU (American Geophysical Union). Ukuran butiran ditetapkan berdasarkan ukuran saringan (untuk butiran kasar) dan ukuran/diameter sedimentasi (untuk butiran halus).
Dalam literatur dikenal juga beberapa klasifikasi ukuran
Interval/range
(mm) Nama Interval/range (mm) Nama 4096 - 2048 Batu sangat besar
(Very Large Boulders) 1/2 - 1/4 (Medium Sand)Pasir sedang 2048 - 1024 Batu besar
(Large Boulders) 1/4 - 1/8 (Fine Sand)Pasir halus 1024 - 512 Batu sedang
(Medium Boulders) 1/8 - 1/16 Pasir sangat halus (Very Fine Sand) 512 - 256 Batu kecil
(Small Boulders) 1/16 - 1/32 Lumpur kasar (Coarse Silt) 256 - 128 Kerakal besar
(Large Cobbles)
1/32 - 1/64 Lumpur sedang (Medium Silt) 128 - 64 Kerakal kecil
(Small Cobbles) 1/64 - 1/128 Lumpur halus (Fine Silt) 64 - 32 Kerikil sangat kasar
(Very Coarse Gravel) 1/128 - 1/256 Lumpur sangat halus (Very Fine Silt) 32 - 16 Kerikil kasar
(Coarse Gravel) 1/256 - 1/512 Lempung kasar (Coarse Clay) 16 - 8 Kerikil sedang
(Medium Gravel) 1/512 - 1/1024 Lempung sedang (Medium Clay) 8 - 4 Kerikil halus
(Fine Gravel)
1/1024 - 1/2048 Lempung halus (Fine Clay) 4 - 2 Kerikil sangat halus
(Very Fine Gravel) 1/2048 - 1/4096 Lempung sangat halus (Very Fine Clay) 2 - 1 Pasir sangat kasar
(Very Coarse Sand) Koloid
Bentuk Butiran
Bentuk butiran adalah merupakan salah satu sifat sedimen yang
sering dianggap ikut berpengaruh terhadap proses sedimentasi. Bentuk butiran sedimen dapat mempengaruhi kecepatan aliran pada lokasi dimana butiran sedimen dasar bergerak; disamping itu dianggap pula bahwa bentuk butiran mempengaruhi
kecepatan endap, proses angkutan sedimen dasar, dll.
Untuk dapat mendefinisikan suatu bentuk butiran maka
digunakan suatu koefisien/paremeter tertentu. Banyak jenis
koefisien/parameter yang telah diusulkan oleh para ahli; namun koefisien/parameter tersebut pada prinsipnya dapat
dikelompokkan menjadi 3 bagian, yaitu:
koefisien yang didasarkan pada volume butiran,
koefisien yang didasarkan pada proyeksi luasan butiran, dan
Koefisien Berdasarkan Volume Butiran
Salah satu koefisen/parameter yang sering
digunakan untuk mendefinisikan bentuk butiran
berdasarkan volume butiran adalah sphericity.
Sphericity didefinisikan sebagai perbandingan antara
luas permukaan bola yang mempunyai volume
sama dengan volume butiran dengan luas
permukaan butiran. Untuk butiran berbentuk bola,
nilai sphericity akan sama dengan satu, sedangkan
untuk bentuk yang lain, nilai sphericity kurang dari
satu. Dengan kata lain, koefisien sphericity
Nilai sphericity untuk beberapa bentuk butiran
0.5 0.55 0.6 0.65 0.7
0.85
Koefisien Berdasarkan Proyeksi Luasan Butiran
Butiran/partikel sedimen berada dalam kondisi paling
stabil apabila sumbu pendek berada pada posisi vertikal. Dengan dasar ini, proyeksi luasan yang tegak lurus
dengan sumbu pendek tersebut dapat digunakan
sebagai dasar untuk menentukan koefisien; dalam hal ini dikenal suatu koefisien yang disebut sebagai koefisien
roundness.
Koefisien roundness digunakan untuk menunjukkan
keruncingan dari ujung-ujung butiran sedimen. Dengan
demikian, nilai roundness dapat memberikan gambaran
apakah ujung-ujung butiran berbentuk bulat/lengkung
atau runcing. Roundness didefinisikan sebagai
perbandingan antara jari-jari lengkung rerata dari ujung-ujung butiran sedimen dengan jari-jari lengkung
Nilai roundness untuk beberapa bentuk butiran
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
Koefisien Berdasarkan Sumbu
Triaxial
Kecepatan endap dari butiran sedimen dipengaruhi
oleh bentuknya, dan suatu parameter yang
selanjutnya disebut sebagai faktor bentuk (shape
factor), yaitu
Untuk butiran berbentuk bola, nilai shape factor ini
akan sama dengan satu, sedangkan untuk butiran
dengan bentuk selain bola, nilai shape factor lebih
kecil dari satu.
Shape factor
c
a b
Kecepatan Endap (Settling Velocity)
Persamaan Stokes untuk kecepatan endap butiran
berbentuk bola :
dengan :
w = kecepatan endap butiran bola
d = diameter butiran bola
= viskositas dinamik zat cair
s = berat jenis butiran
= berat jenis zat cair
w d s 2
Bentuk lain dari persamaan Stokes
Dengan :
C
D: koefisien drag / koefisien seret
ρ
: rapat massa
Re : angka Reynolds
C
w d
D
