commit to user
KAJIAN ANGKUTAN SEDIMEN PADA SUNGAI BENGAWAN
SOLO (SERENAN-JURUG)
STUDY OF SEDIMENT TRANSPORT IN BENGAWAN SOLO
RIVER (SERENAN-JURUG)
Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sebelas Maret Surakarta
HALAMAN JUDUL
Disusun oleh:
NUR HIDAYAH Y.N,
NIM I0108125
FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK SIPIL
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2013
commit to user
iv
MOTTO
Allah tidak membebani seseorang melainkan sesuai dengan kesanggupannya (QS.2:286).
You know what? This is not over. We will play you again, and we will win, and you will lose, and you will beg, and we will laugh, and we will
take every last dime you have, and you will hate yourselves forever (monica geller, friends).
Jangan bekerja setengah-setengah, bekerjalah sepenuh hati Waktu anda terbatas, jadi jangan sia siakan dengan hidup dalam kehidupan orang lain. Jangan terperangkap oleh dogma – dimana anda hidup dengan apa yang orang lain pikirkan. Jangan biarkan suara dari pendapat orang lain menenggelamkan suara batin anda sendiri. Dan yang terpenting, miliki keberanian untuk mengikuti hati dan intuisimu. Mereka terkadang sudah tahu akan menjadi apa anda sebenarnya. Yang
lainnya hanyalah tambahan (Steve Jobs).
Semua mimpi kita akan menjadi nyata – jika kita punya keberanian untuk mengejarnya (Walt Disney).
Tabi no haji wa kakisute
commit to user
v
PERSEMBAHAN
Skripsi ini ku persembahkan untuk semua
pejuang yang tidah pernah menyerah untuk
commit to user
vi
ABSTRAK
Nur Hidayah Y.N. 2013. Kajian Angkutan Sedimen Pada Sungai Bengawan
Solo (Serenan-Jurug). Skripsi. Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik.
Universitas Sebelas Maret. Surakarta.
Permasalahan sedimen merupakan hal yang esensial bagi suatu sungai. Sebagian besar permasalahan sedimen merupakan hasil campur tangan manusia. Sedimen mempunyai karakteristik yang berbeda tergantung dengan letak sungainya. Banyak teori yang dapat digunakan untuk memperkirakan angkutan sedimen tetapi pemilihan teori atau pendekatan yang tepat untuk angkutan sedimen di sungai masih cukup sulit.
Penelitian ini dilakukan dengan mengambil data debit dan sedimen secara langsung pada Serenan dan Jurug di Bengawan Solo. Sedimen kemudian diuji di laboratorium dan hasil akhir mendapatkan parameter angkutan sedimen dan gradasi butiran. Angkutan sedimen dari laboratorium kemudian dibandingkan dengan hasil hitungan menggunakan metode angkutan sedimen yaitu Ackers-White, Englund-Hansen, Laursen, Meyer-Peter Muller, Toffaleti dan Yang.
Hasil pengujian menunjukkan bahwa sedimen yang diuji di Serenan mempunyai kelas ukuran Coarse Silt dengan range butiran 0,032-0,0625 sedangkan di Jurug mempunyai kelas ukuran Very Fine Sand dengan range butiran 0,0625-0,125. Dari banyak metode yang diujikan metode Meyer Peter Muller dapat digunakan untuk memperkirakan besarnya debit angkutan sedimen pada sungai Bengawan Solo tepatnya pada Serenan sedangkan pada Jurug belum ada metode yang dapat digunakan untuk memperkirakan besarnya debit angkutan sedimen. Pada metode Meyer Peter Muller terjadi tingkat kesalahan 4,12 %.
commit to user
vii
ABSTRACT
Nur Hidayah Y.N. 2013. Study Of Sediment Transport Discharge In Bengawan
Solo River (Serenan-Jurug). Thesis. Departement Of Civil Engineering.
Engineering Faculty. Sebelas Maret University. Surakarta.
Sediment problem is essential to a river. Most of the sediment problem is the result of human intervention. Sediment has different characteristics depending on the location of the river. Many theories that can be used to estimate sediment transport but selection theory or approach is right for the transport of sediment in the river is still quite difficult.
This study was done by taking the data flow and sediment directly on Serenan and Jurug in Bengawan Solo. Sediments were then tested in the laboratory and the final gain parameter sediment transport grading. Sediment transport from the laboratory is compared with the results of a calculation using the method of sediment transport Ackers-White, Englund-Hansen, Laursen, Meyer-Peter Muller, Toffaleti and Yang.
The test results indicate that the sediments in Serenan is belong to Coarse Silt size classes with a range from 0,032 to 0,0625 grains while sediments in Serenan is belong to Very Fine Sand size classes with a range from 0,0625 to 0,125 grains. Of the many methods being tested, Meyer Peter Muller method can be used to estimate the discharge of sediment transport on the river Bengawan Solo precisely on Serenan while in Jurug there is no method that can be used to estimate the discharge of sediment transport. The method of Meyer Peter Muller occurred error rate of 4.12%.
commit to user
viii
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat ALLAH SWT atas limpahan rahmat dan hidayah-NYA sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir dengan judul ” Kajian Angkutan Sedimen Pada Sungai Bengawan Solo
(Serenan-Jurug)” guna memenuhi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana
Teknik di Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
Penyusunan tugas akhir ini dapat berjalan lancar tidak lepas dari bimbingan, dukungan, dan motivasi dari berbagai pihak. Dengan segala kerendahan hati, pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada:
1. Segenap Pimpinan serta karyawan Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
2. Dr.Ir. Mamok Suprapto, M.Eng selaku dosen pembimbing I. 3. Ir. Suyanto, MM selaku dosen pembimbing II.
4. Ir. JB Sunardi Widjaja, Msi selaku dosen pembimbing akademik.
5. Ir. Susilowati, M.Si dan Ir. Siti Qomariyah, M.Sc selaku dosen penguji skripsi. 6. Segenap bapak dan ibu yang ada di Balai Besar Wilayah Sungai yang telah
memberikan data sekunder sehingga terlaksananya penulisan skripsi ini. 7. Rekan 1 tim skripsi serta Rekan-rekan mahasiswa jurusan Teknik Sipil
8. Semua pihak yang telah memberikan bantuan dan dukungan kepada penulis secara langsung maupun tidak langsung.
Penulis menyadari tugas akhir ini masih jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun untuk perbaikan di masa mendatang dan semoga tugas akhir ini dapat memberikan manfaat bagi penulis pada khususnya dan pembaca pada umumnya.
Surakarta, Maret 2013
commit to user
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PERSETUJUAN ... Error! Bookmark not defined. HALAMAN PENGESAHAN ... Error! Bookmark not defined. MOTTO ... iv PERSEMBAHAN ... v ABSTRAK ... vi ABSTRACT ... vii PRAKATA ... viii DAFTAR ISI ... ix DAFTAR TABEL ... xi
DAFTAR GAMBAR ... xii
DAFTAR LAMPIRAN ... xiii
DAFTAR NOTASI DAN SIMBOL ... xiv
GLOSSARY ... xvi
BAB 1 PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang Masalah ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Batasan Masalah... 2
1.4 Tujuan Penelitian ... 2
1.5 Manfaat Penelitian ... 3
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI ... 4
2.1 Tinjauan Pustaka ... 4
2.1.1 Aliran... 4
2.1.2 Sedimen ... 5
2.1.3 Pengujian Butiran Sedimen ... 5
2.1.4 Perhitungan Angkutan Sedimen ... 5
2.2 Landasan Teori ... 7
2.2.1 Aliran Sungai ... 7
2.2.2 Sedimen ... 11
2.2.3 Pengujian Butiran Sedimen ... 11
commit to user
x
BAB 3 METODE PENELITIAN... 19
3.1 Lokasi Pengambilan Sampel ... 19
3.2 Data yang Diperlukan ... 20
3.2.1 Data Primer ... 20
3.2.2 Data Sekunder ... 21
3.3 Alat yang digunakan ... 22
3.3.1 Alat Survey ... 22
3.3.2 Alat Pengujian Sampel ... 23
3.4 Pengujian ... 25
3.4.1 Pengujian di Laboratorium ... 25
3.4.2 Perhitungan Angkutan Sedimen ... 27
3.5 Tahapan Penelitian ... 28
BAB 4 ANALISIS DAN PEMBAHASAN ... 29
4.1 Pengambilan Sampel ... 29
4.2 Analisis Butiran Sedimen ... 29
4.2.1 Konsentrasi Sedimen ... 30
4.2.2 Debit Sedimen Melayang ... 30
4.2.3 Berat Jenis Sedimen ... 30
4.3 Analisis Hidrometer ... 31
4.4 Analisis Angkutan Sedimen ... 31
4.4.1 Analisis Steady Flow ... 32
4.5 Pembahasan ... 34
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ... 36
5.1 Kesimpulan ... 36
5.2 Saran ... 36
DAFTAR PUSTAKA ... 37
commit to user
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Koefisien Kekasaran Manning ... 9
Tabel 2.2. Ukuran Butiran Sedimen Menurut American Geophysical Union ... 11
Tabel 4.1. Titik Pengambilan Sampel Sedimen ... 29
Tabel 4.2. Konsentrasi Sedimen... 30
Tabel 4.3. Debit Sedimen Melayang Hasil Pengukuran ... 30
Tabel 4.4. Berat Jenis Sedimen ... 31
Tabel 4.5. Diameter Butiran Dalam Analisis Angkutan Sedimen ... 31
Tabel 4.6. Hasil Output Analisis Steady Flow HEC-RAS ... 33
Tabel 4.7. Hasil Analisis Debit Angkutan Sedimen Output HEC-RAS ... 34 Tabel 4.8. Hasil Perbandingan Debit Sedimen Perhitungan Dengan Pengukuran 34
commit to user
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Metode Point-Integrated Sampling ... 6
Gambar 2.2. Ilustrasi Rumus Persamanaan Energi pada Steady Flow ... 7
Gambar 3.1. Lokasi Pengambilan Sampel ... 19
Gambar 3.2. Current Meter ... 22
Gambar 3.3. Sediment Sampling ... 22
Gambar 3.4. Alat Uji Konsentrasi Sedimen ... 23
Gambar 3.5. Alat Uji Berat Jenis Butir Tanah ... 23
Gambar 3.6. Alat Uji Hidrometer (hydrometer analysis) ... 24
Gambar 3.7. Alat Uji Saringan (sieve analysis) ... 25
Gambar 3.8. Diagram Alir Penelitian ... 28
commit to user
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran A - Peta, Letak Pengambilan Sampel, dan Kalibrasi Curentmeter Lampiran B - Data Hasil Laboratorium
Lampiran C - Long Profile dan Cross Section Sungai Bengawan Solo Lampiran D - Output HEC-RAS
commit to user
xiv
DAFTAR NOTASI DAN SIMBOL
= parameter rasio kecepatan sedimen = kecepatan endap (ft/s)
w = berat jenis air (gr/cm3) µ = koefisien (0,00855)
B = lebar saluran (ft)
C = konsentrasi sedimen (ppm)
CL = konsentrasi sedimen di zona bawah (mg/lt)
D = kedalaman penampang sungai (m)
d = diameter butiran (mm)
d90 = diameter partikel (m)
dm = diameter partikel rata-rata (mm) dsi = diameter butiran (mm)
g = percepatan grafitasi (m/s2)
G = debit angkutan sedimen (lb/s)
g = percepatan gravitasi (ft/s2)
Ggr = parameter angkutan sedimen gs = debit angkutan sedimen (ton/hari) Gs = berat jenis butiran sampel
gsb = angkutan sedimen dasar (ton/hari)
gssL = angkutan sedimen melayang di zona bawah (ton/hari) gssM = angkutan sedimen melayang di zona tengah (ton/hari) gssU = angkutan sedimen melayang di zona atas (ton/hari) he = kehilangan tinggi energi (m)
i = 1, 2, 3, 4, 5,... x, i tanda adalah bagian penampang
k = faktor yang sama besarnya, tergantung dari satuan setiap unsur (= 0,0864)
L = panjang pelampung yang berada didalam air dihitung dari titik berat sampai permukan air (mm)
M = konsentrasi sedimen (ppm)
n = koefisien Manning
nv = koefisien suhu
nx = eksponen transisi tergantung ukuran sedimen Q = debit aliran sungai (m3/dt)
qi = debit pada setiap sub penampang ke i (m³/s)
qqi = debit tengah pada setiap sub penampang melintang ke i (m³/s) R = radius hidrolik (m)
Rc = pembacaan hidrometer (mm)
RRP = parameter jari-jari radius
S = energi gradien
Si = kemiringan
commit to user
xv
t = waktu ke-i (menit)
T1 = suhu pada W4 (0C)
T2 = suhu pada W3 (0C)
TFP = parameter tegangan geser
u* = kecepatan geser (ft/s) V = kecepatan aliran (ft/s)
v = viskositas kinematik (ft2/s)
V1, V2 = kecepatan rata-rata (debit dibagi luas tampang basah) (m²/s) Vas = volume air sampel (ml)
Vcr = kecepatan kritis (ft/s)
w = kecepatan jatuh partikel (m/s)
W1 = berat piknometer kosong (gram)
W2 = berat piknometer + sampel sedimen kering (gram)
W3 = berat piknometer + sampel sedimen kering + aquades (gram) W4 = berat piknometer + aquades (gram)
Ws = berat sedimen kering (gr)
x = jumlah vertikal pengambilan di suatu penampang melintang y = kedalaman pias penampang sungai
Y1, Y2 = kedalaman aliran (m)
z = koefisien hubungan antara sedimen dan karakteristik hidrolis
Z1, Z2 = elevasi dasar saluran (m) α1, α2 = koefisien bobot kecepatan γw = berat air (gr/cc)
μMPM = harga ripple faktor untuk MPM τo = tegangan geser saluran rata-rata (ft/s)
commit to user
xvi
GLOSSARY
Wash load
=
angkutan partikel halus yang dapat berupa lempung (silk) dan debu (dust), yang terbawa oleh aliran sungaiSuspended load
=
sedimen bergerak di dalam alur sungai sebagai sedimen tersuspensi (suspended sediment) dalam air yang mengalir dan sebagai muatan dasar (bed load) yang bergeser atau menggelinding sepanjang dasar saluranBed load
=
pertikel sedimen yang bergerak tidak jauh dari dasar sungai dan bergerak secara bergeser, merayap, menggelinding atau meloncat.Total load
=
jumlah dari suspended load dan bed loadPoint-integrated sampling
=
metode pengukuran arus pada sungai yang dilakukan dengan menentukan bebrapa titik sesuai kedalaman sungai tersebutcommit to user
1
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Sungai merupakan salah satu sumber air untuk kehidupan makhluk hidup. Disisi lain, sungai memiliki karakter dan morfologi yang berbeda. Karakter dan morfologi sungai akan stabil bila di sepanjang alur dan diseluruh DAS tidak mengalami perubahan, termasuk hujan yang jatuh di permukaan DAS. Akan tetapi kondisi stabil tersebut tidak akan bisa dipertahankan bila aktivitas manusia disepanjang sungai maupun alur sungai masih terus berlangsung. Contohnya adalah penyempitan sungai yang terjadi di sungai Brantas diakibatkan adanya endapan tanah longsor. Peristiwa itu terjadi karena adanya bangunan yang berada di sekitar bantaran sungai (http://surabaya.okezone.com,2007).
Aktivitas manusia dapat menyebabkan erosi permukaan yang akan terbawa aliran, dalam bentuk sedimen. Sedimen tersebut akhirnya akan diendapkan pada tempat– tempat tertentu ketika aliran tidak mampu mengangkut sedimen. Sedimen akan mengurangi fungsi infrastruktur air yang telah terbangun.
Gary W. Brunner (2003) menyatakan bahwa banyak teori maupun pendekatan empiris yang dapat digunakan untuk mengetahui angkutan sedimen. Beberapa diantaranya adalah Ackers-White, Englund-Hansen, Laursen, Meyer-Peter Muller, Toffaleti dan Yang. Pemilihan teori atau pendekatan yang tepat untuk angkutan sedimen di sungai masih cukup sulit. Oleh sebab itu masalah sedimen menarik untuk diteliti.
Dalam penelitian ini dikaji teori Ackers-White, Englund-Hansen, Laursen, Meyer-Peter Muller, Toffaleti dan Yang untuk mengetahui sedimen yang terjadi di Sungai Bengawan Solo.
commit to user
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian latar belakang dapat dirumuskan masalah sebagai berikut: 1. Bagaimana kriteria sedimen pada ruas sungai Bengawan Solo dari jembatan
Serenan sampai jembatan Jurug ?
2. Apa metode analisis angkutan sedimen yang paling cocok untuk analisis angkutan sedimen pada ruas sungai Bengawan Solo dari jembatan Serenan sampai jembatan Jurug?
1.3 Batasan Masalah
Untuk membatasi permasalahan agar penelitian ini lebih terarah dan tidak meluas, maka perlu adanya pembatasan sebagai berikut:
1. Sampel sedimen diambil pada musim hujan di bulan Desember, di lokasi jembatan Serenan dan jembatan Jurug.
2. Menggunakan cross section dan long profile dari Balai Besar Wilayah Sungai Bengawan Solo.
3. Metode yang digunakan untuk perhitungan sedimen adalah metode Ackers-White, Englund-Hansen, Laursen, Meyer-Peter Muller, Toffaleti dan Yang. 4. Sampel sedimen yang diteliti berupa sedimen melayang.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan yang diharapkan dari penelitian ini adalah:
1. Mengetahui karakteristik sedimen pada ruas sungai Bengawan Solo dari jembatan Serenan sampai jembatan Jurug
2. Mengetahui metode yang paling cocok untuk analisis sedimen pada ruas sungai Bengawan Solo dari jembatan Serenan sampai jembatan Jurug.
commit to user
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah:
1. Manfaat teoritis, memberi tambahan informasi dalam sedimen
2. Manfaat praktis: memberikan tambahan informasi mengenai kriteria sedimen yang ada di sungai Bengawan Solo antara jembatan Serenan sampai jembatan Jurug.
commit to user
4
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka
2.1.1 Aliran
Aliran air dikatakan steady flow apabila besarnya debit aliran yang melewati suatu
cross section konstan terhadap waktu. Jika perubahan debit aliran berubah sesuai
dengan waktu, maka aliran tersebut dikatakan unsteady flow. Aliran steady flow membutuhkan besaran debit inflow dan outflow yang konstan dan sama.
Steady flow masih dibagi lagi menjadi 2 macam yaitu non-uniform flow dan uniform flow. Non-uniform flow adalah aliran air dimana kecepatan dan
kedalaman bervariasi dalam jarak lintasan air, sementara ketika konstan disebut
uniform flow. Uniform flow hanya terjadi pada suatu saluran berpenampang tetap
yang mempunyai kekasaran, kemiringan dan arah alirannya yang konstan. Adapun
non-uniform flow hanya terjadi di saluran alami dengan variabel yang bervariasi
(Nhartman, 2008).
Berdasarkan uraian tersebut maka disimpulkan bahwa aliran sungai Bengawan Solo termasuk jenis steady flow non-uniform flow karena sungai Bengawan Solo merupakan saluran alami.
2.1.1.1 Pengukuran Debit
Metode Equal Discharge Increment (EDI) adalah metode pengambilan contoh sedimen yang dilakukan pada titik tengah pada sub penampang melintang sungai/ saluran yang memiliki besaran debit yang sama (Anonim, 2008).
commit to user
2.1.2 Sedimen
Sedimen merupakan bagian integral, esensial, dan dinamis dari daerah aliran sungai. Sedimen berasal dari pelapukan erosi material organik mineral dan tanah di daerah hulu serta erosi di tepi sungai (Jos Brils, 2004).
Menurut Mulyanto (2007), ada tiga macam angkutan sedimen yang terjadi di dalam alur sungai yaitu wash load, suspended load, dan bed load. Dari ketiga jenis angkutan sedimen, jenis suspended load dan bed load sangat berpengaruh terhadap jumlah sedimen yang ada di dasar sungai.
2.1.3 Pengujian Butiran Sedimen
Untuk mengetahui karakter butiran sedimen yang terdapat pada aliran sungai diperlukan sampel sedimen. Sampel yang diperoleh dari lapangan diuji di laboratorium, meliputi konsentrasi sedimen melayang, berat jenis sedimen (specify gravity), hidrometer, dan saringan.
2.1.4 Perhitungan Angkutan Sedimen
Telah banyak penelitian yang dilakukan untuk memperkirakan besarnya angkutan sedimen melayang yang terjadi di suatu sungai.
Robin Major, dkk. (2008) melakukan penelitian tentang sedimen melayang yang ada di sungai St. Croix dengan menentukan 4 titik pengambilan menggunakan metode filter. Hasilnya menunjukkan bahwa pada besaran debit 5600 cfs, konsentrasi sedimen melayang mencapai puncaknya.
Hikmet Kerem (2002) memprediksi besarnya sedimen melayang dengan menggunakan Artificial Neural Networks yaitu dengan memperkirakan konsentrasi sedimen melayang yang akan datang dengan dasar data sedimen melayang terdahulu. Hasil menunjukkan tingkat kecocokan kesalahan hasil dari
commit to user
David H. Schoellhamer (2002) memprediksi besarnya sedimen melayang secara kontinue menggunakan alat optical backscatterance sensors. Hasil menunjukkan bahwa alat tersebut dapat digunakan untuk menghitung sedimen tersuspensi secara jam-jaman.
Bambang Agus Kironoto (2008) memprediksi besarnya sedimen melayang dengan metode point-integrated sampling. Hasilnya menunjukkan bahwa konsentrasi sedimen suspensi rerata dapat ditentukan berdasarkan konsentrasi sedimen suspensi rerata titik pada posisi y = 0,4 D dari dasar saluran (untuk pengukuran 1 titik), pada y = 0,2 D dan 0,8 D (2 titik), atau pada y = 0,2 D; 0,4 D; dan 0,8 D (3 titik). Skema pengambilan konsentrasi sedimen ditampilkan dalam Gambar 2.1.
Keterangan:
D = kedalaman penampang sungai y = kedalaman pias penampang sungai
Gambar 2.1. Metode Point-Integrated Sampling
Dalam penelitian ini laju sedimen melayang di salah satu ruas sungai Bengawan Solo diprediksi dengan metode Ackers-White, Englund-Hansen, Laursen, Meyer-Peter Muller, Toffaleti dan Yang.
commit to user
2.2 Landasan Teori
2.2.1 Aliran Sungai 2.2.1.1 Jenis Aliran
Keadaan steady flow dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut:
dengan,
Y1, Y2 = kedalaman aliran (m) Z1, Z2 = elevasi dasar saluran (m)
V1, V2 = kecepatan rata-rata (debit dibagi luas tampang basah) (m²/s) α1, α2 = koefisien bobot kecepatan
g = percepatan gravitasi (m/s2)
he = kehilangan tinggi energi (m)
Rumus persamaan energi digambarkan pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2. Ilustrasi Rumus Persamanaan Energi pada Steady Flow e h g V Z Y g V Z Y 2 2 2 1 1 1 1 2 2 2 2 2 (2.1)
commit to user
2.2.1.2 Metode Equal-Discharge-Increment
Rumus yang digunakan:
dengan,
Q = debit di suatu penampang melintang sungai (m³/s)
qi = debit pada setiap sub penampang ke i (m³/s)
qqi = debit tengah pada setiap sub penampang melintang ke i (m³/s) Sqi = debit pada seksi ke i (m³/s)
i = 1, 2, 3, 4, 5,... x, i tanda adalah bagian penampang
x = jumlah vertikal pengambilan di suatu penampang melintang
2.2.1.3 Debit Angkutan Sedimen
Untuk menetukan debit sedimen pada saat pengukuran menggunakan persamaan sebagai berikut:
gs = k.C.Q (2.6)
dengan,
gs = debit angkutan sedimen (ton/hari)
k = faktor yang sama besarnya, tergantung dari satuan setiap unsur (= 0,0864) C = konsentrasi sedimen (mg/l)
Q = debit aliran sungai (m3/dt)
2.2.1.4 Koefisien Kekasaran Manning
Koefisien kekasaran manning menurut Garry W. Burner (2008) ditampilkan dalam Tabel 2.1. x Q qi (2.2) 2 i qi q q (2.3)
x i qi i qi q q S 1 (2.4)commit to user
Tabel 2.1. Koefisien Kekasaran Manning
Kondisi dan tipe alur Kekasaran Manning
Min Normal Maks A. Sungai Kecil (Lebat muka air < 30 m)
I. Mengalir pada Dataran rendah
1. Alur Bersih, lurus, elevasi muka air penuh, tidak ada celah atau bagian yang dalam
0,025 0,030 0,033
2. Sama poin 1 tetapi lebih banyak batu dan
rumput tanaman 0,030 0,035 0,040
3. Alur Bersih, melingkar, dengan bagian
dalam dan dangkal 0,033 0,040 0,045
4. Sama poin 3 tetapi lebih banyak batu dan
rumput tanaman 0,035 0,045 0,050
5. Sama poin 4 tetapi elevasi muka air lebih rendah dan lebih banyak perubahan kemiringan dan lebar
0,040 0,048 0,055
6. sama poin 5 tetapi lebih banyak batu 0,045 0,050 0,060 7. Penggal sugai dengan aliran pelan, penuh
rumput, dengan kolam yang dalam 0,050 0,070 0,080 8. Alur banyak rumput, alur-alur yang
dalam atau lintasan banjirdengan tegakan pohon dan semak
0,075 0,100 0,150
II. Sungai pengunungan, pada alur tidak ada vegetasi, tebing sungai curam, pohonan semak pada tebing tenggelam saat muka air tinggi
1. Dasar sungai ; Krikil, Krakal, dengan
beberapa batu-batu besar 0,030 0,040 0,050
2. dasar sungai ; Krakal dengan batu-batu
besar 0,040 0,050 0,070
B. Bantaran Banjir
I. Bantaran untuk padang gembalaan (padang rumput), tanpa semak belukar
commit to user Sumber: Garry W. Burner, 2008
Kondisi dan tipe alur Kekasaran Manning
Min Normal Max
B. 1. Rumput rendah 0,025 0,030 0,035
2. Rumput Tinggi 0,030 0,035 0,050
II. Bantaran untuk tegalan
1. Tidak ada tanaman 0,020 0,030 0,040
2. Tanaman dewasa ditanam berderet 0,025 0,035 0,045 3. Tanaman dewasa ditanam tidak berderet 0,030 0,040 0,050 III. Bantaran ditumbuhi semak belukar
1. Semak jarang, rumput lebat 0,035 0,050 0,070
2. Semak dan pohon jarang 0,040 0,060 0,080
3. Semak sedang sampai lebat 0,070 0,100 0,160 IV. Bantaran dengan pohon-pohon
1. Pohon ditanam rapat, pohon lurus 0,110 0,150 0,200 2. Tanah tang dibersihkan dengan tunggul
tanaman, yang tidak tumbuh 0,030 0,040 0,050 3. Sama seperti diatas, tetapi tunggul kayu
ditumbuhi daun lebat 0,050 0,060 0,080
4. Tagekan pohon rapat, pohon yang rendah sedikit, sedikit semak belukar, tinggi muka air dibawah ranting pohon
0,080 0,100 0,120
5. Sama Seperti diatas, tetapi tinggi muka
air banjir mencapai ranting pohon 0,100 0,120 0,160 C. Sungai besar (lebar muka air banjir > 30 m) Nilai n
lebih rendah dari sungai kecil pada kondisi yang sama, sebab tebing sungai relatif lebih kecil dari luas tampang basah, tahanan geser lebih kecil I. Mengalir pada Dataran rendah
1. Bagian yang teratur tanpa batu-batu besar
dan semak 0,025 - 0,060
commit to user
2.2.2 Sedimen
2.2.2.1 Ukuran Butiran
Ukuran kelas angka standar berdasarkan pada skala klasifikasi American
Geophysical Union (AGU) yang ditunjukkan pada Tabel 2.2.
Tabel 2.2. Ukuran Butiran Sedimen Menurut American Geophysical Union
No Jenis Sedimen Rentang Diameter Butiran (mm)
Nilai Tengah Diameter Butiran
(mm) 1 Clay 0,002 – 0,004 0,003 2 Very Fine Silt 0,004 – 0,008 0,006 3 Fine Silt 0,008 – 0,016 0,011 4 Medium Silt 0,016 – 0,032 0,023 5 Coarse Silt 0,032 – 0,0625 0,045 6 Very Fine Sand 0,0625 – 0,125 0,088 7 Fine Sand 0,125 – 0,25 0,177 8 Medium Sand 0,25 – 0,5 0,354 9 Coarse Sand 0,5 – 1 0,707
10 Very Coarse Sand 1 – 2 1,41
11 Very Fine Gravel 2 – 4 2,83
12 Fine Gravel 4 – 8 5,66
13 Medium Gravel 8 – 16 11,3
14 Coarse Gravel 16 – 32 22,6
15 Very Coarse Gravel 32 – 64 45,3
16 Small Cobbles 64 – 128 90,5
17 Large Cobbles 128 – 256 181
18 Small Boulders 256 – 512 362
19 Medium Boulders 512 – 1024 724
20 Large Boulders 1024 – 2048 1448
Sumber: Garry W. Burner, 2008
2.2.3 Pengujian Butiran Sedimen 2.2.3.1 Konsentrasi Sedimen Melayang
Untuk menentukan besarnya konsentrasi sedimen melayang menggunakan persamaan sebagai berikut:
commit to user 6 x10 Vas Ws C (2.7) dengan, C = konsentrasi sedimen (mg/lt)
Ws = berat sedimen kering (gr)
Vas = volume air sampel (ml)
2.2.3.2 Berat Jenis Sedimen (Specify Gravity)
Untuk mendapatkan besarnya berat jenis butiran sedimen, digunakan rumus sebagai berikut: 2 2 3 1 1 4 1 2 ) ( ) ( ) ( T W W T W W W W Gs (2.8) dengan,
Gs = berat jenis butiran sampel W1 = berat piknometer kosong (gram)
W2 = berat piknometer + sampel sedimen kering (gram)
W3 = berat piknometer + sampel sedimen kering + aquades (gram) W4 = berat piknometer + aquades (gram)
T1 = suhu pada W4 (0C)
T2 = suhu pada W3 (0C)
2.2.3.3 Hidrometer
Pengujian ini untuk menentukan distribusi ukuran butir tanah yang memiliki diameter kurang dari 0,075 mm (lolos saringan no 200 ASTM) dengan cara pengendapan. Rumus yang digunakan:
) -( 980 . 30 w s G x t L d
(2.9)Harga L diperoleh dari rumus:
xRc
L15,820,167 (2.10)
dengan,
d = diameter butiran (mm)
L = panjang pelampung yang berada didalam air dihitung dari titik berat
sampai permukan air (mm) t = waktu ke-i (menit)
commit to user
Gs = berat jenis sedimen µ = koefisien (0,00855) w = berat jenis air (gr/cm3) Rc = pembacaan hidrometer (mm)
2.2.3.4 Saringan
prosentase tanah tertahan (% tertahan) = 100%
total tertahan x W W (2.10) prosentase tanah lolos (% lolos) =100% - % tertahan (2.11)
2.2.4 Perhitungan Angkutan Sedimen 2.2.4.1 Fungsi Angkutan Sedimen 2.2.4.1.1 Ackers-White
Ackers-White mengembangkan teori untuk angkutan sedimen beban total. Persamaan ini dikembangkan berdasarkan ukuran partikel sedimen, mobilitas sedimen dan transport sedimen. Parameter ukuran yang tidak berdimensi digunakan untuk membedakan antara ukuran sedimen halus, transisi dan kasar. Pada kondisi tertentu, sedimen halus berupa lempung yang ukurannya <0,04 mm dan sedimen kasar berupa pasir yang ukurannya >2,5 mm. Berdasarkan lebih dari 1000 percobaan saluran, maka rumus umum angkutan sedimen dengan metode Ackers-White sebagai berikut (Gary W Brunner, 2008):
G gs . 2000 86400 (2.12) m wQC G
. . (2.13) x n * s s gr V u D. .d .G G C (2.14) dengan,gs = debit angkutan sedimen (ton/hari) G = debit angkutan sedimen (lb/s) w = berat jenis air (lb/ft3)
Q = debit aliran sungai (ft3/s)
commit to user
Ggr = parameter angkutan sedimen Gs = berat jenis sedimen
dsi = diameter butiran (mm) D = kedalaman efektif (ft)
u* = kecepatan geser (ft/s)
V = kecepatan aliran rata-rata untuk saluran (ft/s)
nx = eksponen transisi tergantung ukuran sedimen
2.2.4.1.2 Englund-Hansen
Persamaan Englund-Hansen merupakan persamaan sedimen total load yang memberi hasil cukup akurat untuk jenis tanah berpasir dengan substansi sedimen tersuspensi. Persamaan ini berdasarkan data saluran dengan ukuran sedimen antara 0,19-0,93 mm dan sudah diuji berdasarkan data lapangan. Rumus umum Engelund-Hansen sebagai berikut:
G gs . 2000 86400 (2.15)
2 / 3 50 0 50 2 s 1 0,05 G d g d V s s
(2.16) dengan,gs = debit angkutan sedimen (ton/hari) G = debit angkutan sedimen (lb/s) w = berat jenis air (lb/ft3)
Gs = berat jenis sedimen
V = kecepatan aliran rata-rata untuk saluran (ft/s)
g = percepatan gravitasi (ft/s2)
τo = tegangan geser saluran rata-rata (ft/s) dsi = diameter butiran (mm)
B = lebar saluran (ft)
2.2.4.1.3 Laursen (Coupeland)
Metode ini digunakan untuk memprediksi sedimen total, berasal dari kombinasi analisis kualitatif, percobaan asli, dan data tambahan. Transportasi sedimen berdasarkan karakteristik hidrolik kecepatan rata-rata saluran, kedalaman aliran, gradien energi, dan pada karakteristik gradasi sedimen dan kecepatan jatuh. Coupeland memperluas jangkauan penerapan untuk kerikil berukuran sedimen.
commit to user
Kisaran penerapan diameter partikel rata-rataadalah 0,011-29 mm. Rumus yang digunakan sebagai berikut:
. . . . ,432. 0 w QRRPTFP gs (2.17) dengan,gs = debit angkutan sedimen (ton/hari)
w = berat jenis air (lb/ft3) Q = debit aliran sungai (ft3/s)
RRP = parameter jari-jari radius TFP = parameter tegangan geser
= parameter rasio kecepatan sedimen
2.2.4.1.4 Toffaleti
Metode Toffaleti adalah hasil modifikasi dari fungsi sedimen total Einstein yang mememacahkan sedimen melayang menjadi zona vertkal, menggandakan 2 dimensi gerakan sedimen. Empat zona yang digunakan untuk distribusi sedimen adalah zona atas, zona tengah, zona bawah, dan zona dasar. Transportasi sedimen dihitung secara independen untuk setiap zona dan dijumlahkan untuk sampai pada angkutan sedimen total.
Metode ini dikembangkan dengan menggunakan data lengkap dari data saluran dan data lapangan. Percobaan saluran menggunakan partikel sedimen dengan diameter rata-rata berkisar 0,3-0,93 mm, namun kesuksesan aplikasi dari metode Toffaleti menunjukkan bahwa diameter partikel rata-rata serendah 0,095 mm dapat diterima. Persamaan transportasi umum untuk fungsi Toffaleti untuk ukuran butiran diwakili oleh:
z n d R C g v z n m z n ssL v v 765 , 0 1 2 24 , 11 756 , 0 1 756 , 0 1 (2.16) z n R R R C g v z n z n z ssM v v 1 24 , 11 5 , 2 24 , 11 1 1 244 , 0 (2.17)commit to user z n R R R R C g v z n z n z z ssU v v 5 , 1 1 5 , 2 5 , 2 24 , 11 5 , 1 1 5 , 1 1 5 , 0 244 . 0 (2.18)
n z m sb C d v g 2 1 0,756 (2.19)
z nv v L n VR C C43,2 1 0,765 (2.20) sb ssU ssM ssL s g g g g g (2.21) dengan,gssL = debit angkutan sedimen melayang di zona bawah (ton/hari) gssM = debit angkutan sedimen melayang di zona tengah (ton/hari) gssU = debit angkutan sedimen melayang di zona atas (ton/hari) gsb = debit angkutan sedimen dasar (ton/hari)
gs = debit angkutan sedimen total (ton/hari) C = konsentrasi sedimen (mg/lt)
CL = konsentrasi sedimen di zona bawah (mg/lt) R = jari-jari hidrolis (m)
dm = diameter rerata butiran (mm)
z = koefisien hubungan antara sedimen dan karakteristik hidrolis
nv = koefisien suhu
2.2.4.1.5 Meyer Peter Muller
Fungsi angkutan sedimen yang digunakan dalam analisis ini adalah fungsi Meyer-Peter Müller. Fungsi angkutan bed load Meyer-Meyer-Peter Müller didasarkan pada data eksperimen telah diuji secara luas dan digunakan untuk sungai dengan sedimen yang relatif kasar. Tingkat angkutan adalah sebanding dengan perbedaan antara tegangan geser rerata yang bekerja pada butiran dan tegangan geser kritis. Ukuran partikel yang berlaku berkisar 0,4-29 mm dengan berbagai berat jenis sedimen 1,25 gram/cc sampai lebih dari 4.0 gram/cc. Persamaan angkutan umum untuk fungsi Meyer-Peter Müller adalah:
g G -G g 0.25 + d ) -0.047(G = DS 2/3 s s w s 2/3 1/3 m w s MPM
(2.22) [ ⁄ ] ⁄ (2.23)commit to user dengan,
gs = debit angkutan sedimen (ton/hari) γw = berat air (gr/cc)
Gs = berat jenis sedimen
g = percepatan grafitasi (m/s2)
dm = diameter partikel rata-rata (mm) R = radius hidrolik (m)
S = energi gradien
D = kedalaman sungai (m)
μMPM = harga ripple faktor untuk MPM d90 = diameter partikel (m)
n = koefisien Manning
2.2.4.1.6 Yang
Yang mengusulkan konsentrasi sedimen dengan ukuran butiran kurang dari 2 mm dapat dihitung dengan persamaan:
. . log . log . 314 , 0 . log . 409 , 0 799 , 1 ... log . 457 , 0 . log . 286 , 0 435 , 5 log * * S V S V u d u d C cr si si (2.26)
Untuk butiran yang lebih dari 2 mm bisa dihitung dengan rumus:
i cr i si si S V S V u d u d C . . log . log . 282 , 0 . log . 305 , 0 784 , 2 ... log . 816 , 4 . log . 633 , 0 681 , 6 log * * (2.27)
Rumus angkutan sedimen metode Yang’s sebagai berikut:
1000000 . . CQ G w (2.28) G gs . 2000 86400 (2.29)
commit to user dengan,
gs = debit angkutan sedimen (ton/hari) G = debit angkutan sedimen (lb/s)
C = konsentrasi sedimen (ppm) = kecepatan endap (ft/s) dsi = diameter butiran (mm) v = viskositas kinematik (ft2/s) u* = kecepatan geser (ft/s) Si = kemiringan V = kecepatan aliran (ft/s) Vcr = kecepatan kritis (ft/s) 2.2.4.2 Kecepatan jatuh
Van Rijn memperkirakan US Inter-agency Committee on Water Resources’
(IACWR) curves untuk kecepatan jatuh menggunakan non-spherical particles
dengan faktor bentuk 0,7 dalam suhu air 200 C. Tiga persamaan yang digunakan, tergantung pada ukuran partikel (Van Rijn, 1993).
V gd s 18 ) 1 (
0,001d0,1mm (2.15) 10 1 0,01( 1) 1 5 , 0 2 3 V gd s d V 0,1d 1 mm (2.16)
0,5 1 1 , 1 Gs gd d 1 mm (2.17) dengan,w = kecepatan jatuh partikel(m/s)
V = kecepatan kinematik (m/s) Gs = berat jenis partikel (gram/cc) d = diameter partikel (mm) g = percepatan grafitasi (m/s2)
commit to user
19
BAB 3
METODE PENELITIAN
3.1 Lokasi Pengambilan Sampel
Lokasi pengambilan sampel pada ruas tengah sungai Bengawan Solo tepatnya antara jembatan Serenan sampai jembatan Jurug. Lebar ruas sungai sebesar 78,82 m dan panjangnya sebesar 16,203 km. Pemilihan ruas sungai Bengawan Solo dilakukan untuk mengetahui karakteristik sedimen yang mewakili sungai Bengawan Solo hulu. Pengambilan sampel sedimen dilakukan pada 2 titik yaitu pada AWLR di Serenan dan AWLR Jurug ditampilkan pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1. Lokasi Pengambilan Sampel
Keterangan :
A= Lokasi Pengambilan Sampel Serenan
B= Lokasi Pengambilan Sampel Jurug
commit to user
3.2 Data yang Diperlukan
Jenis data yang dikumpulkan terdiri dari data primer dan data sekunder
3.2.1 Data Primer 3.2.1.1 Debit Sesaat
Tahap pengukuran debit:
1. Memilih penampang melintang sungai di lokasi yang telah ditentukan.
2. Membentangkan tambang pada penampang melintang sungai di lokasi yang telah ditentukan.
3. Mengukur lebar penampang basah.
4. Menentukan jumlah vertikal kedalaman dan jarak antara dua vertikal disesuaikan dengan keadaan.
5. Memeriksa dan merakit alat ukur.
6. Menghitung lama putaran propeler sebelum pengukuran pada tempat yang bebas pengaruh angin.
7. Menyiapkan kartu pengukuran.
8. Mengukur kedalaman jalur vertikal yang akan diukur kecepatan alirannya, kemudian menentukan titik kedalaman pengukuran.
9. Mencatat pada kartu pengukuran jumlah putaran propeler pada setiap titik pengukuran.
10. Menghitung kecepatan aliran pada titik-titik pengukuran dalam satu jalur vertikal dengan rumus current meter.
11. Menghitung luas bagian penampang melintang untuk setiap jalur vertikal kedalaman.
12. Menghitung debit bagian untuk setiap jalur vertikal.
13. Mengulangi langkah (h) sampai langkah (l) untuk setiap jalur vertikal pada seluruh penampang melintang.
14. Mencatat tinggi muka air tiap 10 menit apabila fluktuasi muka air selama pengukuran cukup mencolok.
15. Menjumlahkan debit bagian dari seluruh jalur vertikal. 16. Menjumlahkan seluruh luas penampang bagian.
commit to user
17. Menentukan kecepatan rerata seluruh penampang dengan cara membagi debit seluruh penampang dengan luas penampang.
18. Menentukan tinggi muka air rerata dengan cara rerata hitung atau rerata timbang.
19. Menghitung lamanya putaran propeler sesudah pengukuran di tempat yang bebas dari pengaruh angin.
3.2.1.2 Sampel Sedimen
Tahap pengambilan sedimen:
1. Menentukan lokasi pengambilan dengan cara mencari titik pada kartu pengukuran dengan besaran debit yang paling dekat.
2. Menentukan jarak lokasi titik pengambilan dari sisi sungai.
3. Menentukan lama waktu pengambilan pada grafik sesuai dengan diameter lubang alat (nozzle) pengambil yang digunakan.
4. Melakukan pengambilan contoh muatan sedimen melayang.
5. Memasukkan contoh muatan sedimen melayang ke dalam botol yang telah disediakan.
6. Botol tersebut diberi tanda label.
7. Menyiapkan contoh muatan sedimen melayang untuk dianalisis di laboratorium.
8. Mengulangi kegiatan ke-3 sampai ke-9 untuk lokasi titik pengambilan yang lainnya hingga semuanya selesai dikerjakan.
3.2.2 Data Sekunder
Data Sekunder yang digunakan adalah:
1. Data geometri berupa cross section dan long profile di ruas sungai Bengawan Solo dari jembatan Serenan sampai jembatan Jurug diperoleh dari Balai Besar Wilayah Sungai Bengawan Solo.
commit to user
3.3 Alat yang digunakan
3.3.1 Alat Survey
Alat survey yang digunakan adalah sebagai berikut 1. Kamera digital
2. Satu set alat ukur arus (current meter) yang ditampilkan pada Gambar 3.2.
Gambar 3.2. Current Meter
3. Alat ukur lebar (meteran) 4. Alat ukur waktu (stop watch)
5. Alat ukur tinggi muka air jenis otomatik (AWLR) 6. 6 Botol sampel isi 500 ml
7. Sediment sampling jenis USDH yang ditampilkan pada Gambar 3.3.
Keterangan: 1. Nouzel 2. Lubang udara 3. Tongkat pemegang 4. Botol sampel
5. Pengunci/pengait botol sampel
6. Lubang penempatan tongkat pemegang
commit to user
3.3.2 Alat Pengujian Sampel 3.3.2.1 Konsentrasi Sedimen
Alat yang digunakan untuk mencari besarnya konsentrasi sedimen adalah sebagai berikut:
1. Cawan aluminium
2. Neraca dengan ketelitian sekurang-kurangnya 0,01 gram 3. Oven listrik dengan pengatur suhu konstan sampai 110 oC Gambar alat ditampilkan pada Gambar 3.4.
Gambar 3.4. Alat Uji Konsentrasi Sedimen 3.3.2.2 Berat jenis sedimen
Alat yang digunakan adalah sebagai berikut:
1. Piknometer, yaitu botol gelas dengan leher sempit dan bertutup yang berlubang kapiler, dengan kapasitas 50 cc atau lebih
2. Neraca dengan ketelitian sekurang-kurangnya 0,01 gram 3. Aquades
4. Termometer
5. Oven listrik dengan pengatur suhu konstan sampai 110 oC Gambar alat ditampilkan pada Gambar 3.5.
commit to user
3.3.2.3 Hidrometer
Sampel sedimen yang digunakan telah dioven selama 24 jam pada suhu 110 oC. Adapun alat yang digunakan adalah sebagai berikut:
1. Gelas ukur 1000 ml 2. Pelampung hidrometer 3. Aquades
4. Stopwatch 5. Termometer
6. Cairan sodium silikat 7. Corong
8. Kompor pemanas
Gambar alat ditampilkan pada Gambar 3.6.
Gambar 3.6. Alat Uji Hidrometer (hydrometer analysis) 3.3.2.4 Saringan
Dalam pengujian saringan menggunakan bahan berupa sampel sedimen yang merupakan bagian dari sampel sedimen pada analisis hidrometer yang tidak lolos atau tertahan diatas saringan nomor 200 (diameter butirannya > 0,075 mm). Adapun alat yang digunakan adalah sebagai berikut:
1. Satu set saringan ( no 4, 8, 16, 20, 40, 80, 100, 120, 200 ) 2. Penggetar saringan/ vibrator
3. Neraca dengan ketelitian sekurang-kurangnya 0,01 gram 4. Sikat
commit to user 6. Cawan alumunium
7. Sampel tanah yang digunakan pada analisis hidrometer Gambar alat ditampilkan pada Gambar 3.7.
Gambar 3.7. Alat Uji Saringan (sieve analysis)
3.4 Pengujian
3.4.1 Pengujian di Laboratorium
Pengujian sampel sedimen dilakukan di laboratorium Mekanika Tanah Jurusan Teknik Sipil, Universitas Sebelas Maret Surakarta. Analisis yang dilakukan adalah sebagai berikut:
3.4.1.1 Konsentrasi Sedimen
Langkah-langkah untuk menentukan besarnya konsentrasi sedimen adalah: 1. Menyediakan sampel yang akan diuji, misal sampel S-1/6Q.
2. Membersihkan dan menimbang cawan kosong
3. Menentukan berapa volume air sampel yang akan diuji 4. Menuangkan sampel ke dalam cawan, lalu menimbang
5. Memasukkan cawan ke dalam oven selama 24 jam dengan suhu 110o C. 6. Setelah 24 jam, mendinginkan cawan, lalu menimbang dalam gram
7. Mengulangi kegiatan 1 sampai 7 untuk mendapatkan nilai konsentrasi sedimen rerata
commit to user
3.4.1.2 Berat jenis sedimen
Langkah pengerjaan:
1. Membersihkan dan mengeringkan piknometer kosong lalu ditimbang
2. Mengambil sedikit contoh tanah yang telah kering oven dan telah didinginkan dalam desikator serta telah terurai, kemudian masukkan dalam piknometer kemudian ditutup dan ditimbang Mengisikan air destilasi ke dalam piknometer kira-kira sebanyak 10 cc, sehingga tanah terendam seluruhnya lalu dibiarkan terendam selama 24 jam.
3. Setelah itu, menambahkan aquades sampai penuh lalu ditutup dengan hati-hati dan bagian luarnya dikeringkan dengan kain. Selanjutnya menimbang piknometer berisi tanah dan air, lalu mengukur suhunya dengan thermometer. 4. Mengosongkan dan membersihkan piknometer lalu diisi penuh dengan air
destilasi dan ditutup dan keringkan bagian luarnya dengan kain, selanjutnya menimbang dan mengukur suhunya dengan thermometer.
5. Dari setiap satu tabung sampel diambil 3 (tiga) contoh tanah yang diperlakukan sama seperti langkah-langkah tersebut di atas untuk mendapatkan nilai berat jenis rerata.
3.4.1.3 Hidrometer
Langkah pengerjaan:
1. Memberi aquades pada sampel tanah secukupnya dan memanaskan sampai mendidih.
2. Mencampur sampel tanah dengan sodium silikat 10 ml dan diaduk hingga merata.
3. Memasukkan campuran ke dalam gelas ukur dan menambahkan aquades hingga volumenya menjadi 1000 ml dan mendiamkan selama 24 jam.
4. Setelah 24 jam mengocok sampel hingga homogen lalu memasukkan pelampung hidrometer dan termometer, menghidupkan stopwatch dan memulai pengukuran.
5. Mencatat hasil pengamatan dalam tabel terhadap pelampung hidrometer serta mengamati suhu pada termometer dan waktu pengamatan pada menit ke-1, 2, 5, 15, 30, 60, 240, dan 1440.
commit to user
6. Penentuan menit ke-0 adalah pada saat tabung gelas ukur tegak lurus pada meja kerja (saat mulainya proses pengendapan) sebelum pelampung hidrometer masuk.
7. Mengulangi langkah 1 sampai 6 untuk sampel yang lain.
3.4.1.4 Saringan
Langkah pengerjaan:
1. Mencuci sampel tanah dari percobaan hidrometer dengan saringan no 200 sampai bersih.
2. Meletakkan Sampel tanah yang tertahan dalam saringan no 200 di cawan dan dioven selama 24 jam pada suhu 110 oC.
3. Menimbang Sampel tanah kering yang telah dioven selama 24 jam bersama cawannya.
4. Memasukkan sampel tanah ke dalam susunan saringan kemudian digetarkan dengan alat penggetar.
5. Menimbang sampel tanah yang tertinggal pada setiap saringan.
3.4.2 Perhitungan Angkutan Sedimen
Dalam analisis ini dilakukan simulasi tentang kajian ruas sungai Bengawan Solo dengan bantuan software HEC-RAS versi 4.1. Fungsi yang digunakan adalah Ackers-White, Englund-Hansen, Laursen, Meyer-Peter Muller, Toffaleti dan Yang, serta kecepatan endap dihitung dengan teori Van Rijn (1993).
commit to user
3.5 Tahapan Penelitian
Tahapan pada penelitian ini ditampilkan pada Gambar 3.8.
commit to user
29
BAB 4
ANALISIS DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengambilan Sampel
Pengambilan sampel sedimen ditentukan berdasarkan debit total pada setiap penampang. Debit total yang terjadi untuk Serenan = 67,04 m3/dt dan Jurug = 133,42 m3/dt, sehingga titik pengambilan sampel untuk setiap penampang dapat dilihat pada Tabel 4.1. Data selengkapnya dapat dilihat di Lampiran B-1 dan B-2.
Tabel 4.1. Titik Pengambilan Sampel Sedimen
No Lokasi Qtotal Sampel Nama Qi Letak Dari (m3/dt) (m3/dt) (m) 1. SERENAN 67,04 S-1/6Q 11,17 10,82 Kanan sungai 2. S-3/6Q 33,52 22,75 As Pilar 3. S-5/6Q 55,87 9,79 As Pilar 4. JURUG 133,42 J-1/6Q 22,24 11,8 Kanan sungai 5. J-3/6Q 66,71 10,1 As Pilar 6. J-5/6Q 111,18 25,4 As Pilar
Debit total (Qtotal) dibagi menjadi beberapa pias (Qi) yaitu 1/6Q, 3/6Q, dan 5/6Q
kemudian dicari letak besaran debit tersebut dalam cross section pada Lampiran B-1 dan B-2. Cross section sungai pada jembatan dipilih menghadap hilir sungai.
4.2 Analisis Butiran Sedimen
Pengujian sampel sedimen dilakukan di laboratorium Mekanika Tanah Universitas Sebelas Maret Surakarta. Adapun analisis laboratorium yang akan di uji meliputi analisis konsentrasi sedimen, berat jenis sedimen, analisis hidrometer dan analisis saringan.
commit to user
4.2.1 Konsentrasi Sedimen
Besarnya konsentrasi sedimen untuk setiap titik lokasi pengambilan dapat dilihat pada Tabel 4.2. Data selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran B-III.
Tabel 4.2. Konsentrasi Sedimen
No Nama Sampel Konsentrasi Sedimen
Konsentrasi Sedimen Rerata (mg/l) (mg/l) 1. S-1/6Q 600 622 2. S-3/6Q 600 3. S-5/6Q 667 4. J-1/6Q 572 657 5. J-3/6Q 667 6. J-5/6Q 733
4.2.2 Debit Sedimen Melayang
Berdasarkan Persamaan 2.6. dengan variabel nilai debit pengukuran tercantum pada Tabel 4.1. Faktor k sebesar 0,0864 serta konsentrasi sedimen melayang (C) tercantum pada Tabel 4.2 didapatkan besaran debit sedimen melayang (gs) yang
hasilnya tercantum pada Tabel 4.3.
Tabel 4.3. Debit Sedimen Melayang Hasil Pengukuran
No Nama Sampel (ton/hari) gs (ton/hari) gs rerata
1. S-1/6Q 579,21 1844,90 2. S-3/6Q 1737,64 3. S-5/6Q 3217,86 4. J-1/6Q 1099,39 3995,52 5. J-3/6Q 3842,53 6. J-5/6Q 7044,64
4.2.3 Berat Jenis Sedimen
Besarnya berat jenis sedimen untuk setiap titik lokasi pengambilan dapat dilihat pada Tabel 4.4. Data selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran B-IV.
commit to user
Tabel 4.4. Berat Jenis Sedimen
No Nama Sampel Berat Jenis Berat Jenis Rerata
1. S-3/6Q 3,21 3,51 2. S-5/6Q 3,01 3. J-1/6Q 3,01 2,74 4. J-3/6Q 3,21 5. J-5/6Q 2,00
4.3 Analisis Hidrometer
Butiran sedimen melayang pada semua sampel sedimen merupakan butiran yang lolos saringan 0,075 mm sehingga dilakukan pengujian menggunakan hidrometer. Hasil pengujian hidrometer selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran B-V – B-X. Setelah analisis hidrometer, kemudian dicari ukuran butiran yang akan digunakan dalam analisis angkutan sedimen yang disajikan pada Tabel 4.5.
Tabel 4.5. Diameter Butiran Dalam Analisis Angkutan Sedimen
Sampel D90 (mm) D84 (mm) D50 (mm) S-1/6Q 0,108 0,1 0,061 S-3/6Q 0,108 0,099 0,060 S-5/6Q 0,108 0,098 0,059 J-1/6Q 0,111 0,103 0,069 J-3/6Q 0,11 0,102 0,067 J-5/6Q 0,11 0,102 0,067
Dari D50 terlihat bahwa ukuran butiran sedimen di Serenan berkisar antara 0,032 –
0,0625 sedangkan ukuran butiran sedimen di Jurug berkisar antara 0,0625 – 0,125. Menurut American Geophysical Union sedimen di Serenan termasuk butiran Coarse Silt sedangkan untuk Jurug termasuk butiran Very Fine Sand.
4.4 Analisis Angkutan Sedimen
Analisis angkutan sedimen dilakukan dengan menggunakan alat bantu software HEC-RAS.
commit to user
4.4.1 Analisis Steady Flow
Data yang diperlukan dalam analisis steady flow berupa data geometri long profile dari jembatan Serenan sampai jembatan Jurug serta cross section di ruas sungai tersebut sebanyak 7 buah dengan STA awal (6) merupakan letak jembatan Serenan sedangkan STA akhir (0) merupakan letak jembatan Jurug. Koefisien manning yang digunakan adalah 0,08 sesuai dengan Tabel 2.1. pada row C-I-2. Data debit digunakan data debit pengukuran aktual yaitu di jembatan Serenan sebesar 67,04 m3/s dan di jembatan Jurug sebesar 133,42 m3/s. Batas hulu menggunakan tinggi muka air yang telah diketahui sebesar 1,61 m sedangkan pada batas hilir menggunakan critical depth.
Selanjutnya hasil analisis steady flow ditampilkan dalam Tabel 4.6. dan dapat dilihat profil dari ruas sungai Bengawan Solo seperti yang ditampilkan pada Gambar 4.1.
Gambar 4.1. Profil Ruas Sungai Bengawan Solo Output HEC-RAS
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 72 74 76 78 80 82 84 86 88
SERENAN-JURUG Plan: Plan 03 01/03/2013
Main Channel Distance (m)
E le va tio n (m ) Legend EG PF 1 WS PF 1 Crit PF 1 Ground Bengawan Solo 3
commit to user
Tabel 4.6. Hasil Output Analisis Steady Flow HEC-RAS
S T A S u n g ai Q El . Mi n Muka A ir El . Nor mal Muka A ir El. C rit ical Muka A ir El. Ene rgi G ra di en Slope Ke ce pa tan A li ra n Lua s Ta mpang B asa h Le ba r A ta s S alura n Angka Froude (m3/s) (m) (m) (m) (m) (m/s) (m2) (m) 6 67,04 84,15 86,06 85,12 86,10 0,0043 0,93 71,94 58,83 0,27 5 67,04 81,23 83,80 82,22 83,82 0,00062 0,47 141,38 73,50 0,11 4 67,04 78,14 81,70 79,07 81,71 0,00022 0,34 198,04 78,16 0,07 3 67,04 78,50 81,12 79,11 81,13 0,00030 0,36 189,48 94,94 0,08 2 67,04 77,66 80,71 78,43 80,72 0,00034 0,40 169,21 73,92 0,08 1 67,04 72,94 80,40 74,29 80,40 0,000055 0,27 256,62 59,60 0,04 0 133,4 77,40 79,07 79,07 79,55 0,0640 3,09 43,11 44,37 1,00
4.4.2 Analisis Debit Angkutan Sedimen
Data yang diperlukan dalam analisis debit angkutan sedimen adalah data hasil analisis steady flow, data analisis butiran sedimen dari analisis hidrometer, berat jenis butiran sedimen rerata sebesar 3,12, suhu air sebesar 270 C, kecepatan jatuh menggunakan Van Rijn dan data geometri sungai.
Pada perhitungan debit sedimen diasumsikan dibagi menjadi 2 kondisi perhitungan yaitu:
1. Kondisi perhitungan pertama dilakukan perhitungan dari stasiun 6 sampai 3 dengan data ukuran butiran dari Serenan dan ukuran butiran diluar rumus diperhitungkan.
2. Kondisi perhitungan kedua dilakukan perhitungan dari stasiun 2 sampai 0 dengan data ukuran butiran dari Jurug dan ukuran butiran diluar rumus tidak diperhitungkan.
Sebelum dilakukan perhitungan dilakukan konversi satuan dari sistem SI ke sistem US.
commit to user
Tabel 4.7. Hasil Analisis Debit Angkutan Sedimen Output HEC-RAS
STA
Sungai Profil Metode Debit Sedimen (tons/hari)
6 PF 1 Ackers-White 3,319 x 1027 Engelund-Hansen 2685000 Laursen (Copeland) 1619000000 MPM 1921 Toffaleti 662900 Yang 1,111x1011 0 PF 1 Ackers-White 331600000 Engelund-Hansen 0 Laursen (Copeland) 8929000 MPM 0 Toffaleti 9767 Yang 28980000
4.5 Pembahasan
Dari hasil output analisis debit angkutan sedimen diambil angka yang paling mendekati dengan hasil perhitungan di Tabel 4.3. pada gs rerata yaitu untuk
Serenan menggunakan metode MPM dan Jurug menggunakan metode Toffaleti. Perbandingan hasil debit angkutan sedimen perhitungan dengan pengukuran debit angkutan sedimen dapat dilihat pada Tabel 4.8.
Tabel 4.8. Hasil Perbandingan Debit Sedimen Perhitungan Dengan Pengukuran
Lokasi pengukuran
Debit Angkutan Sedimen
(ton/hari) Perbedaan % Perhitungan Pengukuran
Serenan 1921 1844,90 4,12
Jurug 9767 3995,52 144,45
Data pengukuran debit angkutan sedimen pada Serenan dibandingkan dengan angkutan sedimen menggunakan metode MPM dan pengukuran debit angkutan sedimen pada Jurug dibandingkan dengan angkutan sedimen menggunakan metode Toffaleti karena kemiripan data. Terlihat bahwa untuk Serenan terjadi perbedaan data sebesar 4,12 % dan untuk Jurug terjadi perbedaan data sebesar 144,45 %.
commit to user
Terjadinya perbedaan yang signifikan antara perhitungan dan pengukuran debit angkutan sedimen di Jurug dikarenakan karena kesalahan dalam pengujian sampel sedimen di laboratorium.
commit to user
36
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan pembahasan yang telah diuraikan, maka dapat ditarik beberapa kesimpulan yaitu:
1. Sedimen melayang yang ada pada sungai Bengawan Solo yaitu pada Serenan mempunyai kelas ukuran Coarse Silt dengan range butiran 0,032 – 0,0625 sedangkan pada Jurug mempunyai kelas ukuran Very Fine Sand dengan
range butiran 0,0625 – 0,125.
2. Metode Meyer Peter Muller mampu untuk digunakan dalam memperkirakan besarnya debit angkutan sedimen pada sungai Bengawan Solo tepatnya pada Serenan sedangkan pada Jurug belum ada metode yang dapat digunakan untuk memperkirakan besarnya debit angkutan sedimen. Pada metode Meyer Peter Muller terjadi tingkat kesalahan 4,12 %.
5.2 Saran
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, maka dapat diberikan saran yang bertujuan untuk mengembangkan penelitian ini lebih lanjut. Adapun saran-saran untuk penelitian selanjutnya antara lain:
1. Perlu sampel sedimen yang cukup banyak untuk menghindari adanya kesalahan pengujian di laboratorium.
2. Perlu memperhitungkan sedimen dasar supaya mendapatkan diameter butiran yang lebih besar untuk perhitungan besarnya debit angkutan sedimen dasar. 3. Pengukuran sedimen perlu dilakukan secara berkala, supaya dapat
