i
Abstrak
Bendung adalah bangunan yang melintang sungai yang berfungsi untuk menaikkan elevasi muka air untuk keperluan irigasi, dan keperluan pengelolaan yang lain. Kenaikan muka air ini menyebabkan terjadinya perbedaan tinggi muka air antara hulu dan hilir sungai. Perbedaan elevasi ini menimbulkan terjunan atau limpasan yang mempunyai energi yang besar dan kecepatan yang lebih tinggi dari kecepatan aslinya atau dengan kata lain akan terjadi perubahan dari aliran subkritis menjadi aliran kritis atau superkritis sehingga mengganggu keseimbangan aliran. Guna mengurangi energi yang terjadi dalam aliran tersebut dilakukan berbagai upaya antara lain dengan membuat terap di hilir pelimpah untuk memperkecil energi yang dihasilkan (Chanson 1994). Penelitian ini bertujuan untuk menggambarkan pola aliran di punggung bendung, mengamati penurunan energi akibat bendung berterap/bertangga serta membandingkan peredaman energi yang dihasilkan oleh masing-masing model pelimpah yang digunakan. Model fisik hidrolika yang digunakan untuk penelitian ini adalah: profil pelimpah yang dibuat dengan mengikuti Standard Waterways Experiment Station (WES) dengan kemiringan punggung pelimpah konstan 1:1. Bagian hilir pelimpah dibuat bertangga, yang terdiri dari enam anak tangga dimulai titik tangen hingga kaki pelimpah. Pelimpah ditempatkan dalam sebuah model saluran dengan panjang total 12,8 m dan lebar 0,40 m. Sebagai pembanding diuji juga dua jenis pelimpah, yaitu: pelimpah konvesional dan pelimpah berterap dengan anak tangga datar yang dilobangi. Masing-masing pelimpah dialiri dengan lima variasi debit. Data yang diambil pada uji model bendung ini adalah kedalaman air pada tiap titik tinjau dan punggung bendung, serta data loncatan hidrolika.
Hasil penelitian menunjukkan semakin besar debit air yang melewati pelimpah, maka redaman energi yang terjadi juga akan semakin besar, dan sebaliknya. Model pelimpah yang menimbulkan redaman energi terbesar adalah pelimpah berterap dengan anak tangga datar yakni sekitar 67,494%.
ii
Abstract
Weir is building across the river that serves to raise the elevation of water for irrigation purposes, and other management purposes. The increase in water level caused a difference in water level between upstream and downstream. This raises the elevation difference waterfall or runoff that has great energy and a higher speed than the speed of the original or in other words there will be changes from subcritical flow becomes critical or supercritical flow thereby disrupting the balance of the flow. In order to reduce the flow of energy that occurs in these efforts are undertaken, among others, by making applicable the downstream pelimpah to minimize the energy produced (Chanson 1994).
This study aims to describe the flow pattern on the back of the weir, observed decrease in energy due to the stair spillway and comparing the reduction of energy produced by each model used. Hydraulics physical models used for this study were: spillway profiles are created by following the Standard Waterways Experiment Station (WES) with a constant slope of 1:1 pelimpah backs. Downstream pelimpah made bertangga, which consists of six steps starting point tangent to toe pelimpah. Pelimpah placed in a channel model with a total length of 12.8 m and a width of 0.40 m. For comparison also two types pelimpah tested, namely: conventional and pelimpah pelimpah berterap with flat rungs dilobangi. Each pelimpah fed with five variations of discharge. Test data taken at the weir model is the water depth at each point of review and the back of the weir, as well as stepping-hydraulics data.
The results showed that the greater the flow of water through pelimpah, then the energy attenuation that occurs will also be greater, and vice versa. Pelimpah models that pose the greatest energy damping is pelimpah berterap with flat rungs of about 67.494%.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Bendung atau pelimpah adalah bangunan yang melintang sungai
yang berfungsi untuk menaikkan elevasi muka air untuk keperluan
irigasi, PLTA, dan air bersih dan keperluan pengelolaan yang lain.
Fungsi utama dari sebuah bendung adalah untuk menaikkan elevasi
muka air sampai pada taraf tertentu sehingga air dari sungai yang
dibendung dapat mengalir sesuai dengan yang direncanakan untuk
mengairi areal pertanian. Kenaikan muka air ini menyebabkan terjadinya
perbedaan tinggi muka air antara hulu dan hilir sungai. Perbedaan
elevasi ini menimbulkan terjunan atau limpasan yang mempunyai energi
yang besar dan kecepatan yang lebih tinggi dari kecepatan aslinya atau
dengan kata lain akan terjadi perubahan dari aliran subkritis menjadi
aliran kritis atau superkritis sehingga mengganggu keseimbangan aliran.
Guna mengurangi energi yang terjadi dalam aliran tersebut
dilakukan berbagai upaya antara lain dengan membuat terap di hilir
pelimpah untuk memperkecil energi yang dihasilkan (Chanson 1994).
Beberapa penelitian model fisik telah dilakukan oleh ahli-ahli hidrolika.
Sorenson (1985) melakukan percobaan model pelimpah berterap dan
pelimpah konvensional dengan debit yang sama, pada pelimpah berterap
tinggi energi kinetisnya sebesar 4,3 m, sedangkan pelimpah
konvensional tinggi energi kinetisnya 22,43 m, 84 % tinggi energi
2
Chanson (1994) menyatakan bahwa pengaliran pada pelimpah
berterap akan terjadi dua jenis aliran yaitu aliran nappe dan aliran
skimming. Peredaman energi aliran nappe terjadi karena pemisahan
luapan aliran dalam udara yang jatuh dari anak tangga yang posisinya
lebih tinggi ke anak tangga di bawahnya dengan debit aliran yang relatif
kecil dan kemiringan punggung yang relatif datar. Sedangkan
peredaman energi aliran skimming terjadi karena geseran fluida. Karena
adanya geseran, fluida berputar berulang-ulang yang terjebak diantara
anak-anak tangga dengan aliran utama yang melimpas di punggung
pelimpah berterap.
Chanson (1996) menyatakan bahwa koefisien kekasaran fluida
akan sangat berpengaruh terhadap besarnya peredaman energi yang
terjadi di kaki pelimpah. Aliran air yang melimpas di punggung
pelimpah akan menimbulkan masuknya udara dalam aliran. Hal ini akan
menambah kedalaman aliran yang dapat mengurangi tegangan geser
diantara lapisan-lapisan aliran, sehingga terjadi penurunan nilai gaya
geser dan kondisi seperti ini mengakibatkan menurunnya energi di hilir
pelimpah.
Sehubungan dengan masalah tersebut, maka pada penelitian ini
dilakukan suatu percobaan laboratorium untuk mengetahui penurunan
energi pelimpah berterap/bertangga dengan anak tangga datar, pelimpah
konvensional, pelimpah berterap dengan anak tangga datar yang
dilobangi setengah dari lebar anak tangganya.
Karakteristik bendung yang bagus adalah mampu melimpaskan
debit air yang tinggi dengan muka air di hulu yang lebih rendah
3
semakin kecil. Selain itu bendung juga harus dapat meredam energi
sehingga dapat mengurangi penggerusan lokal di hilir bendung.
1.2.Tujuan dan Manfaat Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Untuk menggambarkan pola aliran di punggung bendung.
2. Untuk mengamati penurunan energi akibat bendung
berterap/bertangga.
3. Untuk membandingkan besarnya redaman energi pada
masing-masing model pelimpah yang digunakan yaitu
bendung konvensional, bendung berterap dengan anak
tangga datar, bendung berterap dengan anak tangga datar
yang di lobangi setengah dari lebar anak tangganya.
Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini berupa besarnya redaman energi dan dari
masing-masing tipe bendung yang digunakan. Diharapkan dapat
menjadi pertimbangan dalam proyek pengembangan Sumber Daya Air.
1.3.Batasan Masalah
Untuk penelitian ini batasan masalah yang di bahas adalah:
1. Data yang dipakai adalah data hasil Penelitian menggunakan
saluran buatan yang berupa flume berbentuk segi empat dengan lebar saluran 0,4 m, tinggi dinding saluran 0,4 m, dan total
panjang saluran 12,8 m yang dinding dan dasar salurannya
terbuat dari acrylic yang ada di Laboratorium Mekanika Fluida Dan Hidrolika, Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas
4
2. Variasi bentuk bendung yang dikaji dibatasi hanya untuk tiga tipe
pelimpah yaitu bendung berterap/bertangga dengan anak tangga
datar. Sebagai pembanding di uji dua jenis pelimpah, yaitu:
pelimpah konvensional, pelimpah berterap dengan anak tangga
datar yang di lobangi setengah dari lebar anak tangganya.
3. Pengamatan dilakukan dengan 5 variasi debit pengaliran untuk
masing-masing tipe bendung.
4. Model bendung terbuat dari kayu.
5. Tidak ada aliran disamping dan dibawah bendung saat bendung
terpasang.
6. Kemiringan saluran arah memanjang yang digunakan adalah datar (S≈0).
1.4. Sitematika Penulisan
Untuk menghasilkan penulisan yang baik dan terarah maka
penulisan tugas akhir ini dibagi dalam beberapa bab yang membahas
hal-hal berikut :
BAB I : Pendahuluan
Berisikan tentang latar belakang, tujuan dan manfaat
penelitian, batasan masalah serta sistematika
penulisan.
BAB II : Tinjauan Pustaka
Berisikan tentang saluran terbuka, geometri saluran,
klasifikasi aliran, persamaan energi, redaman energi
akibat bendung dan loncatan hidrolika dan pelimpah
5
BAB III : Metodologi Penelitian
Berisikan tahapan penelitian, diagram alir pelaksanaa
penelitian, serta persiapan alat untuk penelitian yang
dilakukan di laboratorium.
BAB IV : Prosedur dan Hasil Penelitian
Menjelaskan prosedur kerja, perhitungan dasar yang
diperlukan pada penelitian dan tabel-tabel hasil
penelitian yang dilakukan.
BAB V : Analisis dan Pembahasan
Menampilkan hasil dari analisa data yang disajikan
dalam bentuk grafik.
BAB VI : Kesimpulan dan Saran
Berisikan kesimpulan dan saran dari penyusunan
KAJIAN TERHADAP PEREDAM ENERGI PADA
PELIMPAH BERTERAP
(UJI EKSPERIMENTAL)
SKRIPSI
Oleh :
WELLY YUDIA OKTAVIANI 07172009
JURUSAN TEKNIK SIPIL - FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG
KAJIAN TERHADAP PEREDAM ENERGI PADA
PELIMPAH BERTERAP
(UJI EKSPERIMENTAL)
SKRIPSI
Diajukan sebagai syarat untuk menyelesaikan pendidikan
Program Strata-1 pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Andalas Padang
Oleh :
WELLY YUDIA OKTAVIANI 07172009
Pembimbing :
Ir. DARWIZAL DAOED, MS.
JURUSAN TEKNIK SIPIL - FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG
iii
DAFTAR ISI
Lembar Pengesahan
Abstrak i
Daftar Isi iii
Daftar Tabel vii
Daftar Gambar ix
Daftar Grafik xi
Kata Pengantar xii
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang 1
1.2. Tujuan dan Manfaat Penelitian 3
1.3. Batasan Masalah 3
1.4. Sistematika Penulisan 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Saluran Terbuka 7
2.2. Geometri Saluran 8
2.3. Klasifikasi Aliran 10
2.4. Permodelan Dua Dimensi 12
2.5. Skala Permodelan 13
2.6. Redaman Energi 14
2.6.1 Persamaan Energi 14
2.6.2 Redaman Energi Akibat Bendung 15
2.6.3 Redaman Energi Akibat Air Loncat
iv
2.6.3.1 Umum 16
2.6.3.2 Persamaan Momentum untuk
Air Loncat 17
2.6.3.3 Klasifikasi Loncatan 23
2.6.3.4 Karakteristik Loncatan
di Saluran Segiempat 25
2.7. Prinsip Dasar Konstruksi Peredam Energi 28
2.8. Pelimpah Berterap 30
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1.Tahapan Penelitian 31
3.2.Diagram Alir Pelaksanaan Penelitian 32
3.3.Persiapan Penelitian 34
BAB IV PROSEDUR DAN HASIL PENELITIAN
4.1. Prosedur dan Metoda Penelitian 37
4.1.1 Prosedur Penelitian 37
4.1.2 Mengukur Kedalaman Aliran
di Saluran 37
4.1.3 Menghitung Debit Aliran di Saluran 39
4.1.4 Menghitung Kecepatan Aliran
di Saluran 39
4.1.5 Menghitung Bilangan Froude
(Froude Number) 40 4.1.6 Menghitung Panjang Loncatan
Hidrolika 41
v
akibat Pelimpah/Bendung 41
4.1.8 Merhitung Kehilangan Energi
akibat Loncatan 42
4.1.9 Menghitung Redaman Energi
Total Akibat Pelimpah dan
Loncatan Hidrolika 42
4.2. Hasil Kerja 43
4.2.1. Pengukuran Kedalaman Air pada
Saluran 43
4.2.2. Perhitungan Debit 45
4.2.3. Perhitungan Kecepatan Aliran Jatuh
di Awal Loncatan pada Saluran 46
4.2.4. Perhitungan Bilangan Froude (F₁) 46
4.2.5. Perhitungan Panjang Loncatan
Hidrolika 48
4.2.6. Perhitungan Kehilangan Energi akibat
Pelimpah/Bendung 49
4.2.7. Perhitungan Kehilangan Energi
Loncatan 50
4.2.8. Perhitungan Redaman Energi Total
Akibat Pelimpah dan Loncatan
Hidrolika 52
BAB V ANALISIS DAN PEMBAHASAN
5.1.Analisis dan Pembahasan Pengaruh Variasi
vi
dan Bilangan Froude (F) 55
5.2.Analisis dan Pembahasan Pengaruh Variasi
Debit (Q) terhadap Panjang Loncatan
Hidrolika (Lj) 58
5.3.Analisis dan Pembahasan Pengaruh Variasi
Debit (Q) terhadap Besarnya Kehilangan
Energi (EL) 60
5.4.Analisis Redaman Energi Masing-masing
Pelimpah 63
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN
6.1. Kesimpulan 65
6.2. Saran 65
DAFTAR KEPUSTAKAAN
LAMPIRAN
