BAB II TINJAUAN PUSTAKA. - Drainase bawah permukaan (Sub Surface Drainage). Perencanaan dimulai dengan membuat rute drainase yang akan ditinjau

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Umum.

Perencanaan system drainase didasarkan kepada keberadaan air permukaan dan bawah permukaan, sehingga perencanaan drainase dibagi menjadi dua yaitu :

- Drainase permukaan (Surface Drainage).

- Drainase bawah permukaan (Sub Surface Drainage).

Tetapi perencanaan kedua jenis drainase diatas harus memiliki keterpaduan tujuan agar perencanaan drainese dapat tercapai.

2.1.1 Langkah umum.

Perencanaan dimulai dengan membuat rute drainase yang akan ditinjau dipeta topografi yang akan menentukan batas-batas daerah layanan maupun data-data lain untuk mengenal / mengetahui daerah layanan, sehingga dapat diperkirakan kebutuhan dimensi saluran drainase, penempatan awal bangunan drainase.

Perencanaan system drainase harus memperhatikan pengaliran air yang ada dipermukaan. Perencanaan-perencanaan tersebut harus mengikuti ketentuan teknis yang ada.

Plot Rute Drainase Perencanaan Sistem Drainase Perencanaan Sistem Drainase Perkiraan awal kebutuhan penempatan layanan drainase Pengenalan Daerah Layanan Ketentuan Teknis, Metoda/Cara Pengerjaan Selesai

Gambar 2.1 Skema perencanaan drainase

2.2 System Drainase.

System drainase terbagi atas :

2.2.1 Drainase permukaan jalan (Surface Drainage).

System drainase permukaan berfungsi untuk mengendalikan limpasan air hujan dipermukaan jalan dan dari daerah sekitarnya agar tidak merusak konstruksi jalan, seperti kerusakan karena air banjir yang melimpas diatas perkerasan jalan atau kerusakan pada badan jalan akibat erosi.

System drainase jalan harus memperhitungkan debit pengaliran dari saluran samping jalan yang memanfaatkan saluran samping jalan tersebut untuk menuju badan air atau resapan buatan. Suatu system drainase permukaan jalan terdiri atas kemiringan melintang perkerasan dan bahu jalan, saluran samping jalan, drainase lereng, dan gorong-gorong.

Gambar 2.2 Tipikal system drainase jalan

Suatu system drainase jalan pada daerah yang memiliki perkerasan yang bersifat lolos air ataupun retak yang memungkinkan air untuk meresap kedalam badan jalan, maka system drainase yang digunakan seperti pada gambar 2.3.

2.2.2 Drainase bawah permukaan (Sub Surface Drainage).

Drainase bawah permukaan (Sub Surface Drainage) adalah sarana untuk mengalirkan air yang berada dibawah permukaan dari suatu tempat ke tempat lain dengan tujuan melindungi bangunan yang berada diatasnya. Drainase bawah permukaan juga bertujuan untuk menurunkan muka air tanah dan mencegat serta membuang air infiltrasi dari daerah sekitar jalan.

Gambar 2.4 Tipikal system drainase untuk muka air rendah

2.3 Ketentuan Teknis.

2.3.1 Drainase Permukaan.

Hal-hal yang perlu diperhatikan pada perencanaan drainase permukaan diuraikan dibawah ini :

1. Daerah Aliran Sungai (DAS).

Daerah aliran sungai (DAS) adalah suatu hamparan wilayah atau kawasan yang dibatasi oleh pembatas topografi (punggung bukit) yang menerima, mengumpulkan air hujan, sedimen dan unsur hara serta

mengalirkan melalui anak-anak sungai dan keluar pada sungai utama ke laut atau danau.

Gambar 2.5 Daerah Aliran Sungai (DAS).

Pembagian Daerah Aliran Sungai berdasarkan fungsi Hulu, Tengah dan Hilir yaitu:

1. Bagian hulu didasarkan pada fungsi konservasi yang dikelola untuk mempertahankan kondisi lingkungan DAS agar tidak terdegradasi, yang antara lain dapat diindikasikan dari kondisi tutupan vegetasi lahan DAS, kualitas air, kemampuan menyimpan air (debit), dan curah hujan.

2. Bagian tengah didasarkan pada fungsi pemanfaatan air sungai yang dikelola untuk dapat memberikan manfaat bagi kepentingan sosial dan ekonomi, yang antara lain dapat diindikasikan dari kuantitas air, kualitas air, kemampuan menyalurkan air, dan ketinggian muka air tanah, serta terkait pada prasarana pengairan seperti pengelolaan sungai, waduk, dan danau.

3. Bagian hilir didasarkan pada fungsi pemanfaatan air sungai yang dikelola untuk dapat memberikan manfaat bagi kepentingan sosial dan ekonomi, yang diindikasikan melalui kuantitas dan kualitas air, kemampuan menyalurkan air, ketinggian curah hujan, dan terkait untuk kebutuhan pertanian, air bersih, serta pengelolaan air limbah.(5)

2. Plot Rute jalan dipeta topografi (L).

a. Plot rute jalan rencana pada topografi diperlukan untuk mengetahui gambaran topografi atau daerah kondisi sepanjang trase jalan yang akan dilalui dapat dipelajari.

b. Kondisi terrain pada daerah layanan diperlukan untuk menentukan bentuk dan kemiringan yang akan mempengaruhi pola aliran.

3. Inventarisasi data bangunan drainase (gorong-gorong, jembatan, dll).

Data existing meliputi lokasi, dimensi, arah aliran pembuangan dan kondisi data ini digunakan agar perencanaan system drainase jalan tidak mengganggu system drainase yang telah ada.

4. Panjang segmen saluran (L).

a. Kemiringan rute jalan, disarankan kemiringan saluran mendekati kemiringan rute jalan.

b. Adanya tempat buangan air seperti badan air (misalnya sungai, waduk,dll).

c. Langkah coba-coba, sehingga dimensi saluran paling ekonomis.

5. Daerah layanan (Catchment Area)

Daerah layanan (Catchment Area) adalah suatu kesatuan wilayah

tata air yang terbentuk secara alamiah ataupun buatan terutama dibatasi punggung-punggung bukit dan atau elevasi tertinggi segmen jalan yang ditinjau, dimana air meresap dan atau mengalir dalam suatu system pengaliran melalui lahan tersebut.

Berikut cara penentuan daerah layanan :

a. Perhitungan luas daerah layanan didasarkan pada panjang segmen jalan yang ditinjau.

b. Luas daerah layanan (A) untuk saluran samping jalan perlu diketahui agar dapat diperkirakan daya tampungnya terhadap curah hujan atau untuk memperkirakan volume limpasan permukaan yang akan ditampung saluran.

c. Luas daerah layan terdiri atas luas setengah badan jalan (A1), luas bahu jalan (A2), dan luas daerah sekitar (A3).

d. Batasan luas daerah layanan tergantung dari daerah sekitar, topografi, dan daerah sekelilingnya. Panjang daerah pengaliran yang diperhitungkan terdiri atas setengah lebar badan jalan (l1),

lebar bahu jalan (l2) yang terbagi atas daerah perkotaan yaitu ± 10 m dan untuk daerah luar kota yang didasarkan pada topografi daerah tersebut.

e. Jika diperlukan pada daerah perbukitan, direncanakan beberapa saluran untuk menampung limpasan dari daerah bukit dengan batas daerah layan adalah puncak bukit tersebut tanpa merusak stabilitas lereng. Sehingga saluran tersebut hanya menampung air dari luas daerah layanan daerah sekitar (A3).

Keterangan :

- Contoh penempatan segmen dibatasi antar Sta (station) jalan.

Gambar 2.7 Panjang daerah pengaliran yang diperhitungkan (l1, l2, l3)

Keterangan gambar :

l1 = ditetapkan dari as jalan sampai bagian tepi perkerasan.

l2 = ditetapkan dari tepi perkerasan sampai tepi bahu jalan.

l3 = tergantung daerah setempat :

- Perkotaan (daerah terbangun) ± 10 m.

- Luar kota (rural area) (tergantung topografi) ± 100 m.

6. Koefisien pengaliran (C).

Koefisien pengaliran (C) dipengaruhi kondisi permukaan tanah (tata gunan lahan) pada daerah layanan dan kemungkinan perubahan tata guna lahan. Angka ini akan mempengarui debit yang mengalir, sehingga dapat diperkirakan daya tampung saluran. Untuk itu diperlukan peta topografi dan melakukan survey lapangan agar corak topografi daerah proyek dapat lebih diperjelas.

Diperlukan juga jenis sifat erosi dan tanah pada daerah sepanjang trase jalan rencana, antara lain tanah dengan permeabilitas tinggi (sifat lulus air) atau tanah dengan tingkat erosi permukaan. Secara

visual akan tampak daerah yang menunjukan alur-alur pada permukaan.

7. Faktor limpasan (fk).

a. Merupakan factor atau angka yang dikalikan dengan koefisien runoff biasa dengan tujuan agar kinerja saluran tidak melebihi kapasitasnya akibat daerah pengaliran yang terlalu luas. Harga factor limpasan (fk) disesuaikan dengan kondisi permukaan tanah (lihat Table 2.1)

Tabel 2.1 Harga koefisien pengaliran (C) dan harga factor limpasan (fk)

Keterangan :

- Harga koefisien pengaliran (C) untuk daerah daftar diambil nilai C yang terkecil dan untuk daerah lereng diambil nilai C yang terbesar.

- Harga factor limpasan (fk) hanya digunakan untuk guna lahan sekitar saluran selain bagian jalan.

b. Bila daerah pengaliran atau daerah layanan terdiri dari berbagai tipe kondisi permukaan yang mempunyai nilai C yang berbeda. Harga C rata-rata ditentukan dengan persamaan berikut :

𝐶𝐶 = 𝐶𝐶1. 𝐴𝐴1 + 𝐶𝐶2. 𝐴𝐴2 + 𝐶𝐶3. 𝐴𝐴3. 𝑓𝑓𝑓𝑓3 (4)

𝐴𝐴1 + 𝐴𝐴2 + 𝐴𝐴3

Keterangan:

- C1, C2, C3 = koefisien pengaliran yang sesuai dengan tipe kondisi permukaan

- A1, A2, A3 = luas daerah pengaliran yang diperhitungkan sesuai kondisi permukaan (lihat Table 2.1)

- fk = factor limpasan sesuai guna lahan (lihat Table 2.1)

8. Waktu Konsentrasi (Tc).

a. Waktu terpanjang yang dibutuhkan untuk seluruh daerah layanan dalam menyalurkan aliran air secara simultan (runoff) setelah melewati titik-titik tertentu.

b. Waktu konsentrasi untuk saluran terbuka dihitung dengan rumus dibawah ini.

𝑡𝑡1 = � 2₃ x 3,28 x lo 𝑥𝑥_{√𝑖𝑖𝑖𝑖}𝑛𝑛𝑛𝑛 � 0.167

(2)

𝑡𝑡2 =_{60 x V}L (3)

Keterangan :

Tc = waktu konsentrasi (menit)

t1 = waktu untuk mencapai awal saluran dari titik terjauh (menit)

t2 = waktu aliran dalam saluran sepanjang L dari ujung saluran

(menit)

lo = jarak titik terjauh ke fasilitas drainase (m)

L = panjang saluran (m)

nd = koefisien hambatan (lihat Table 2.2)

is = kemiringan saluran memanjang

V = kecepatan air rata-rata pada saluran drainase (m/detik)

9. Analisa hidrologi. a. Data curah hujan.

- Merupakan data curah hujan harian maksimum dalam setahun dinyatakan dalam mm/hari. Data curah hujan ini diperoleh dari badan meteorology dan geofisika (BMG) yaitu stasiun curah hujan yang terletak pada daerah layanan saluran.

- Jika daerah layanan tidak memiliki data curah hujan, maka dapat digunakan data dari stasiun di luar daerah layanan yang dianggap masih dapat mewakili. Jumlah data curah hujan yang diperlukan minimal 10 tahun terakhir.

b. Periode ulang.

Karakteristik hujan menunjukkan bahwa hujan besar tertentu mempunyai periode ulang tertentu. Periode ulang untuk pembangunan saluran drainase ditentukan 5 tahun, disesuaikan dengan peruntukannya.

c. Intensitas curah hujan.

Adalah ketinggian curah hujan yang terjadi pada suatu kurun waktu dimana air tersebut berkonsentrasi. Intensitas curah hujan (I) mempunyai satuan mm/jam, berarti tinggi air persatuan waktu, misalnya mm dalam kurun waktu menit, jam, atau hari.

d. Formulasi perhitungan intensitas curah hujan.

Perhitungan ini dilakukan sesuai SNI 03-2415-1991, Metode perhitungan Debit Banjir.

10. Rumus menghitung debit aliran (Q).

𝑄𝑄 =_3,61 𝐶𝐶 𝑥𝑥 𝐼𝐼 𝑥𝑥 𝐴𝐴 (5)

Keterangan :

Q = debit aliran air (m3/detik)

C = koefisien pengaliran rata-rata dari C1, C2, C3

I = intensitas curah hujan (mm/jam)

A = luas daerah layanan (km2) terdiri atas A1, A2, A3

2.4 Kemiringan melintang perkerasan dan bahu jalan.

Kemiringan melintang harus memenuhi ketentuan yang diuraikan berikut :

1. Daerah jalan yang datar dan lurus.

a. Kemiringan perkerasan dan bahu jalan mulai dari tengah perkerasan (as jalan) menurun/melandai kearah saluran drainase jalan (lihat gambar 2.7)

Gambar 2.8 Kemiringan melintang normal pada daerah datar dan lurus

b. Besarnya kemiringan bahu jalan diambil 2% lebih besar dari pada kemiringan permukaan jalan.

c. Kemiringan melintang normal pada perkerasan jalan, dapat dilihat pada Tabel 2.3

Tabel 2.3 Kemiringan melintang perkerasan dan bahu jalan

d. Pada bahu jalan yang terbuat dari tanah lempung atau lanau dan tidak diperkeras, untuk mempercepat pengaliran air hujan agar tidak meresap ke dalam bahu jalan (lihat gambar 2.8)

Gambar 2.9 Drainase melintang pada bahu jalan

2. Daerah yang lurus pada tanjakan atau turunan.

a. Perlu dibuat suatu saluran inlet dengan sudut kemiringan ± 60° − 75° (Gambar 2.9) agar aliran air dapat mengalir ke drainase (walaupun tidak akan seluruhnya).

b. Untuk menentukan kemiringan perkerasan jalan, gunakan nilai-nilai dari Tabel 2.3

c. Untuk menghindari perkerasan jalan tidak rusak oleh aliran air hujan, maka pada badan jalan, pada jarak tertentu dibuat saluran kecil melintang jalan (Gambar 2.9)

3. Daerah tikungan.

a. Harus mempertimbangankan kebutuhan kemiringan jalan menurut persyaratan alinyemen horizontal jalan (menurut ketentuan yang berlaku).

b. Kemiringan perkerasan jalan harus dimulai dari sisi luar tikungan menurun/melandai ke sisi dalam tikungan.

c. Besarnya kemiringan daerah ini ditentukan oleh nilai maksimum kebutuhan kemiringan menurut keperluan drainase.

d. Besarnya kemiringan bahu jalan ditentukan dengan kaidah-kaidah sub bab sebelumnya (lihat gambar 2.10).

e. Kedalaman saluran ditepi luar jalan pada tikungan harus memperhatikan kesesuaian rencana pengaliran system drainase saluran tersebut.

4. Pemeriksaan kemiringan lahan existing.

Penentuan kemiringan lahan existing pada lokasi pembangunan saluran, gorong-gorong didapatkan dari hasil pengukuran dilapangan dengan rumus (6) dan Gambar 2.11. Hal ini merupakan salah satu pertimbangan untuk perencanaan pembuatan bangunan pematah arus.

𝑖𝑖𝑖𝑖 = 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 1−𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒2_𝐿𝐿 𝑥𝑥 100% (6)

Keterangan :

i1 = kemiringan lahan existing pada lokasi saluran

elev1 = tinggi tanah dibagian tertinggi (m)

elev2 = tinggi tanah dibagian terendah (m)

L = panjang saluran (m)

2.5 Saluran terbuka. 2.5.1 Kriteria perencanaan.

1. Perencanaan saluran terbuka secara hidrolika, jenis aliran yang terjadi adalah aliran terbuka (Open Channel), yaitu pengaliran air dengan permukaan bebas. Perencanaan ini digunakan untuk perencanaan saluran samping jalan maupun gorong-gorong.

2. Bahan bangunan saluran ditentukan oleh besarnya kecepatan rencana aliran air yang mengalir di saluran samping jalan tersebut (lihat Tabel 2.4).

Tabel 2.4 Kecepatan aliran air yang diijinkan berdasarkan jenis material

3. Kemiringan saluran ditentukan berdasarkan bahan yang digunakan. Hubungan antara bahan yang digunakan dengan kemiringan saluran arah memanjang dapat dilihat pada Tabel 2.5.

4. Pematah arus untuk mengurangi kecepatan aliran diperlukan untuk saluran yang panjang dan mempunyai kemiringan cukup besar (lihat gambar 2.12) pemasangan jarak pematah arus (Ip) harus sesuai Tabel 2.6.

Gambar 2.13 Pematah arus

Tabel 2.6 Hubungan kemiringan saluran (is) dan jarak pematah arus (Ip)

5. Penampang minimum saluran 0,50 m2.

6. Tipe dan jenis bahan saluran didasarkan atas kondisi tanah dasar dan kecepatan abrasi air (lihat Tabel 2.7)

2.5.2 Komponen perhitungan penampang saluran.

Komponen hidrolika saluran yang diperhitungkan ditunjukan pada Tabel 2.8

1. Saluran penampang trapesium.

Gambar 2.14 Saluran bentuk trapesium 2. Saluran penampang segi empat.

Gambar 2.15 Saluran bentuk segiempat Tabel 2.8 Komponen hidrolika saluran

3. Saluran penampang segitiga.

Gambar 2.16 Saluran bentuk segitiga 4. Saluran penampang lingkaran.

Gambar 2.17 Saluran bentuk lingkaran

Keterangan :

b = lebar saluran (m)

h = kedalaman saluran yang tergenang air (m)

r = jari-jari lingkaran (m)

R = jari-jari hidrolis (luas penampang basah dibagi keliling

Penampang basah

D = diameter saluran bentuk lingkaran (m)

n = angka kekasaran Manning

z = perbandingan kemiringan talud

𝜃𝜃 = besar sudut dalam radial

Kemiringan talud pada penampang saluran trapesium tergantung dari besarnya debit (lihat Table 2.9)

Tabel 2.10 Angka kekasaran Manning (n)

2.5.3 Tinggi jagaan penampang.

Tinggi jagaan (W) untuk saluran drainase jalan berbentuk trapesium dan segiempat ditentukan berdasarkan rumus :

W = �0,5 𝑥𝑥 ℎ (25)

Keterangan :

W = tinggi jagaan (m)

Gambar 2.18 Tinggi jagaan saluran

2.6 Bagan alir perhitungan.

2.6.1 Bagan alir perhitungan debit rencana dan debit saluran.

2.6.2 Perhitungan debit aliran rencana (Q).

Langkah perhitungan debit aliran rencana (Q) : 1. Plot rute jalan / drainase dipeta topografi.

2. Tentukan panjang segmen, daerah pengaliran, luas (A), kemiringan lahan (ip) dari peta topografi.

3. Identifikasi jenis bahan permukaan daerah pengaliran.

4. Tentukan koefisien aliran (C) berdasarkan kondisi permukaan kemudian kalikan dengan harga factor limpasan, sesuai Tabel 2.1

5. Hitung koefisien aliran rata-rata dengan rumus (4), yaitu :

𝐶𝐶 = 𝐶𝐶1. 𝐴𝐴1 + 𝐶𝐶2. 𝐴𝐴2 + 𝐶𝐶3. 𝐴𝐴3. 𝑓𝑓𝑓𝑓3 (4)

𝐴𝐴1 + 𝐴𝐴2 + 𝐴𝐴3

6. Tentukan kondisi permukaan berikut koefisien hambatan, nd (lihat Tabel 2.2)

7. Hitung waktu konsentrasi (Tc) dengan rumus (1), (2), dan (3), yaitu :

𝑇𝑇𝐶𝐶 = 𝑡𝑡1 + 𝑡𝑡2 (1)

𝑡𝑡1 = � 2₃ x 3,28 x lo 𝑥𝑥_{√𝑖𝑖𝑖𝑖}𝑛𝑛𝑛𝑛 � 0.167

(2)

𝑡𝑡2 = L

60 x V (3)

8. Siapkan data curah hujan dari badan Meteorologi dan Geofisika. Tentukan periode ulang rencana untuk saluran drainase, misalkan 5 tahun.

9. Hitung intensitas curah hujan sesuai pada buku SNI 03-2415-1991, metode perhitungan debit banjir.

10. Hitung debit air (Q) dengan menggunakan rumus (5), yaitu :

𝑄𝑄 =_3,61 𝐶𝐶 𝑥𝑥 𝐼𝐼 𝑥𝑥 𝐴𝐴 (5)

2.6.3 Bagan alir perhitungan dimensi dan kemiringan saluran.

2.6.4 Perhitungan dimensi dan kemiringan saluran

1. Perhitungan dimensi saluran dapat disesuaikan dengan kondisi yang ada yaitu berdasarkan :

a. Penentuan bahan yang digunakan, sehingga terdapat batasan kecepatan (V) dn kemiringan saluran (is) yang diijinkan.

b. Ketersediaan ruang ditepi jalan, sehingga perhitungan dimulai dengan penentuan dimensi.

2. Langkah awal perhitungan : a. Penentuan awal bahan saluran.

- Penentuan bahan saluran, koefisien Manning (n) Tabel 2.10, dan kecepatan (V) pada saluran yang diijinkan (Tabel 2.4), bentuk saluran (Tabel 2.7) dan penentuan kemiringan saluran is yang diijinkan (Tabel 2.5).

- Tentukan kecepatan saluran < kecepatan saluran yang diijinkan.

- Hitung tinggi jagaan (W) saluran dengan rumus (25), yaitu :

W = �0,5 𝑥𝑥 ℎ (25)

b. Penentuan awal dimensi saluran

- Tentukan perkiraan dimensi saluran sesuai ruang yang tersedia, koefisien Manning (n) dari Tabel 2.10

- Tentukan kemiringan saluran berdasarkan bahan atau mengikuti kemiringan perkerasan jalan untuk menentukan kecepatan air dalam saluran.

- Tentukan kecepatan saluran :

𝑉𝑉 =

_𝑛𝑛1

𝑥𝑥 𝑅𝑅

2/3

_x

_{𝑖𝑖𝑖𝑖}

1/2

₍₁₄₎

- Hitung tinggi jagaan (W) saluran dengan rumus (25), yaitu :

W = �0,5 𝑥𝑥 ℎ (25)

3. Cek debit saluran harus lebih kecil dari debit aliran. Jika tidak sesuai, maka perhitungan dimensi harus diulang.

2.7 Klasifikasi Aliran.

2.7.1 Aliran Laminer dan Turbulen.

Jika partikel zat cair yang bergerak mengikuti alur tertentu dan aliran tampak seperti gerakan serat-serat atau lapisan-lapisan tipis yang pararel, maka alirannya disebut aliran Laminer. Sebaliknya, jika partikel zat cair bergerak mengikuti alur yang tidak beraturan, baik ditinjau terhadap ruang maupun waktu, maka alirannya disebut aliran Turbulen.

Faktor yang menentukan keadaan aliran adalah pengaruh relative antara gaya kekentalan (Viskositas) dan gaya inersia. Jika gaya viskositas yang dominan, maka alirannya laminar, sedangkan jika gaya inesria yang dominan , maka alirannya turbulen.

Nisbah antara gaya kekentalan dan inersia dinyatakan dalam bilangan Reynold (Re), yang didefinisikanseperti rumus berikut :

𝑅𝑅𝑒𝑒 = 𝑉𝑉.𝐿𝐿_𝑒𝑒 (26)

Keterangan :

V = kecepatan aliran (m/det)

L = panjang karakteristik (m), pada saluran muka air bebas L = R R = Jari-jari hidraulik saluran

v = kekentalan kinematik (m2/det)

Tidak seperti aliran dalam pipa, dimana diameter pipa biasanya dipakai sebagai panjang karakteristik, maka pada aliran bebas dipakai kedalaman hidraulik atau jari-jari hidraulik sebagai panjang karakteristik. Kedalaman hidraulik didefinisikan sebagai luas penampang basah dibagi

lebar permukaan air, sedangkan jari-jari hidraulik didefinisikan sebagai luas penampang basah dibagi keliling basah. Batas peralihan antara aliran laminer dan turbulen pada aliran bebas terjadi pada bilangan Reynold, Re ±600, yang dihitung berdasarkan jari-jari hidraulik sebagai panjang karakteristik.

Dalam kehidupan sehari-hari, aliran laminer pada saluran terbuka sangat jarang ditemui. Aliran jenis ini mungkin dapat terjadi pada aliran dengan kedalaman sangat tipis diatas permukaan gelas yang sangat halus dengan kecepatan yang sangat kecil.

2.7.2 Aliran Subkritis, Kritis, dan Superkritis.

Aliran dikatakan kritis apabila kecepatan aliran sama dengan kecepatan gelombang gravitasi dengan amplitude kecil. Gelombang gravitasi dapat dibangkitkan dengan merubah kedalaman. Jika kecepatan aliran lebih kecil daripada kecepatan kritis, maka alirannya disebut subkritis, sedangkan jika kecepatan alirannya lebih besar daripada kecepatan kritis, maka alirannya disebut superkritis.

Parameter yang menentukan ketiga jenis aliran tersebut adalah nisbah antara gaya gravitasi dan gaya inertia, yang dinyatakan dengan bilangan Froude (Fr). Bilangan Froude untuk saluran berbentuk persegi didefinisikan sebagai :

𝐹𝐹𝐹𝐹 = _{√𝑔𝑔.ℎ}𝑉𝑉 (26)

Keterangan :

V = kecepatan aliran (m/det) h = kedalaman aliran (m)

g = percepatan gravitasi (m2/det)

2.8 HEC-RAS 4.0 Beta. 2.8.1 Umum.

HEC-RAS adalah perangkat lunak dengan system terpadu, dirancang untuk digunakan secara interaktif dalam multi tasking. System yang terdiri dari pengguna grafis antarmuka, analisis komponen hidrolik terpisah, manajemen dan penyimpanan data, grafik serta pelaporan. HEC-RAS dirancang untuk melakukan perhitungan hidrolik satu-dimensi untuk jaringan penuh saluran alami dan buatan.

System mengandung komponen utama hidrolik satu dimensi untuk : 1. Perhitungan Steady Flow Water Surface Hydraulic.

2. Unsteady Flow Simulation (Simulasi Aliran Tidak Seragam). 3. Perhitungan Moveble Boundary Sediment Transport.

Satu elemen penting dalam HEC-RAS adalah ketiga komponen tersebut memakai data geometri yang sama, Routine perhitungan hidraulika yang sama, serta beberapa fitur design hidraulika dapat diakses setelah hitungan profil muka air berhasil dilakukan.

2.8.2 Data Input

Data input merupakan kebutuhan data dasar yang akan digunakan untuk simulasi yang akan dilakukan. Data tersebut didapatkan berdasarkan perhitungan yang telah dilakukan dan juga data-data pelengkap lain. Berikut beberapa data input yang dibutuhkan untuk simulasi : 1. Syarat Batas

Ketika melakukan studi hidrolik, biasanya diperlukan pengumpulan data baik hulu dan hilir dari jangkauan studi. mengumpulkan data tambahan atas dampak aliran karena alternatif konstruksi yang sedang dievaluasi dengan jangkauan studi

Batasan nilai yang akan digunakan dalam simulasi, adapun data yang dimaksud adalah berupa debit limpasan yang terjadi dan harus lebih kecil dari debit yang mampu ditampung saluran sebagai data masukan dibagian hulu. Pada bagian hilir syarat batas yang digunakan adalah Rating Curve.

2. Trase Saluran

Merupakan jalur dari saluran yang akan menampung debit limpasan dari catchment area berdasarkan peta topografi daerah tinjauan. Dibuat menjadi sub-sub bagian trase saluran mengikuti kontur ketinggian dari permukaan tanah dan juga terbagi atas beberapa catchment area tinjauan agar menjadi satu jaringan saluran yang dapat mengintegraasikan debit limpasan yang terjadi didaerah tinjauan.

Gambar 2.21 Trase Saluran (Reference Manual HEC-RAS)

3. Geometri Potongan Melintang (penampang saluran).

Berupa potongan melintang dari dimensi hidrolis saluran yang digunakan. Atau potongan melintang trase saluran yang dibuat berdasarkan kondisi alami dari saluran tersebut jika tidak menggunakan saluran buatan.

Gambar 2.22 Potongan Melintang Saluran Buatan A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14

Gambar 2.23 Potongan Melintang Saluran Alami

(Reference Manual HEC-RAS)

4. Panjang dari Sub-sub Trase Saluran

Jarak yang diukur dari awal aliran debit limpasan yang terjadi sampai dengan akhir dari dari saluran itu bermuara. Atau jarak dari hulu aliran ke hilir aliran saluran, dibuat beerdasarkan sub-sub trase yang telah ditentukan pada pembuatan trase saluran.

5. Koefisien Manning’s

Pemilihan nilai Manning’s yang sesuai sangat dibutuhkan untuk keakuratan perhitungan profil permukaan air. Nilai Manning’s sangat bervariasi dan tergantung satu nomor faktor termasuk, kekasaran permukaan, vegetasi, penyimpangan saluran, keselarasan saluran,

gerusan dan deposisi, penghalang, ukuran dan bentuk saluran, panggung dan debit, perubahan musim, suhu, dan bahan tersuspensi .

2.8.3 Pendekatan HEC-RAS.

Untuk mendukung fungsi saluran sebagai penghantar aliran maka penampang saluran dibagi atas beberapa bagian. Pendekatan yang dilakukan HEC-RAS adalah dengan membagi area penampang berdasarkan nilai n (koefisien kekasaran Manning) sebagai dasar bagi pembagian penampang. Setiap alliran yang terjadi pada bagian dihitung dengan menggunakan persamaan

Manning. Q = K. Sf1/2 (27)

K = 1.486_n A. R2/3 ₍₂₈₎

Keterangan :

K = nilai pengantar aliran tiap unit n = koefisien kekasaran Manning A = luas bagian penampang (m2) R = jari-jari hidrolik (m)

Perhitungan nilai K dapat dihitung berdasarkan kekasaran Manning yang dimiliki oleh bagian penampang tersebut seperti gambar 2.3

Setelah penampang ditentukan maka HEC-RAS akan menghitung profil muka air. Konsep dasar perhitungan profil permukaan air berdasarkan persamaan energy yaitu :

𝑌𝑌2 + 𝑍𝑍2 +𝑎𝑎2.𝑉𝑉22_2𝑔𝑔 = 𝑌𝑌1 + 𝑍𝑍1 + 𝑎𝑎1.𝑉𝑉12_2𝑔𝑔 + ℎ𝑒𝑒 (29)

Keterangan :

Z = fungsi titik diatas garis referensi Y = fungsi tekanan disuatu titik V = kecepatan aliran (m/dtk) a = koefisien Coriolis he = Energy Head Loss

Gambar 2.25 Diagram Aliran Berubah Beraturan

Nilai he didapat dengan persamaan :

(30)

Keterangan :

L = jarak antara dua penampang (m) Sf = kemiringan saluran

C = koefisien kehilangan energy (penyempitan, pelebaran, atau belokan)

2.8.4 Data Output.

Presentasi hasil perhitungan (Output) adalah sebagai berikut : a. Potongan Melintang.

Berisikan tinggi muka air pada masing-masing Sta. atau titik yang ditinjau berdasarkan trase saluran yang telah dibuat.

b. Potongan Memanjang.

Berisikan tinggi muka air pada masing-masing Sta. atau titik yang ditinjau berdasarkan trase saluran yang telah dibuat secara memanjang dari hulu ke hilir.

Gambar 2.27 Profil memanjang muka air hasil perhitungan

(Reference Manual HEC-RAS) c. Hasil perhitungan profil variable aliran sepanjang alur.

Gambar 2.28 Profil kecepatan aliran hasil perhitungan sepanjang alur

d. Hasil perhitungan dalam bentuk table.

Presentasi hasil perhitungan dalam bentuk table dapat dilakukan untuk menampilkan rincian nilai-nilai parameter hidraulika disebuah penampang melintang. Rincian nilai- nilai parameter hidraulika di sepanjang alur (profil memanjang), serta catatan, kesalahan, atau peringatan yang muncul dalam proses perhitungan.

Table yang terakhir ini bermanfaat untuk melacak kesalahan yang terjadi dalamm proses perhitungan, kesalahan yang mengakibatkan proses perhitungan berhenti sering terjadi dalam tahap awal pemodelan system sungai atau saluran yang kompleks.

Gambar 2.29 Tabel hasil perhitungan disebuah penampang

Gambar 2.30 Tabel hasil perhitungan disepanjang alur

2.8.5 Diagram Alir Program.