BAB II TINJAUAN PUSTAKA
D. Pilar
1. Jenis-jenis Pilar
(a) Pilar tunggal, terbuat dari pipa baja dan beton bertulang.
(b) Pilar Perancah/portal , terbuat dari baja dan betonbertulang.
(c) Pilar masif ,terbuat dari pasangan batu kali dan beton bertulang
Gambar 4. Jenis-jenis pilar (Sumber : Perencanaan jembatan, Bina Marga, PU) 2. Pilar Jembatan Pasangan Batu Kali
Pilar dari pasangan batu kali digunakan dalam kondisi:
(a) Dalamnya sungai kurang dari 5 meter.
(b) Tidak untuk jembatan pada jalan klas utama.
(c) Cukup tersedia material batu kali di lokasi pekerjaan.
(d) Penggunaanya lebih murah daripada menggunakan beton atau baja.
Pilar tunggal Pilar masif Pilar perancah /portal
Gambar 5. Pilar dari pasangan batu kali (www.buildingengineeringstudy.com)
3. Pilar Jembatan Beton Bertulang
Pilar dari beton bertulang dewasa ini cukup banyak digunakan dengan pertimbangan:
(a) Kuat dan tahan lama.
(b) Tidak perlu perawatan.
(c) Mudah dibentuk sesuai dengan desain .
(d) Untuk daerah kota dan desa mudah untuk memperoleh materialnya.
Gambar 6. Pilar tunggal jembatan
4. Permasalahan yang sering terjadi pada Pilar Jembatan
Kasus yang sering terjadi pada pilar jembatan adalah terjadinya scouring dasar sungai di sekitar kaki pilar, scouring ini dapat disebabkan oleh:
a) Bentuk penampang pilar yang kurang baik, sehingga menimbulkan olakan air pada dasar sungai yang mengakibatkan scouring.
Gambar 7. Aliran air pada penampang Pilar
b) Pilar-pilar yang dibuat tidak sejajar dengan arah aliran air,yang dapatmenimbulkan local scouring pada dasar sungai.
Gambar 8. Pilar tidak sejajar dengan arah aliran sungai
Gambar 9. Local scouring pada dasar Pilar
Problematika yang sudah beberapa kali ditemui pada jembatan melintang sungai adalah kegagalan struktur bawah jembatan (fondasi, pilar, pangkal/abutment) dalam menopang jembatan. Pada beberapa kasus, kegagalan ini berujung pada keruntuhan jembatan. Ancaman terhadap keamanan struktur bawah jembatan sering kali bersumber pada dinamika sungai, khususnya dinamika dasar sungai di sekitar fondasi dan pilar jembatan. Penurunan atau degradasi dasar sungai dan gerusan lokal di sekitar fondasi-pilar jembatan sering kali menjadi faktor utama kegagalan struktur bawah jembatan. Banjir, khususnya banjir besar, dapat memperbesar degradasi dasar sungai dan gerusan lokal, yang pada gilirannya menambah ancaman terhadap keamanan struktur bawah jembatan.
Berikut ini beberapa contoh problematika jembatan runtuh yang berkaitan dengan faktor degradasi dasar sungai dan gerusan lokal di sekitar fondasi/pilar jembatan.
Gambar 10. Jembatan Kebonagung, Yogyakarta, 2006 (Sumber: Istiarto, 2011)
Jembatan Kebonagung melintas Sungai Progo, berlokasi di ruas jalan Kota Yogyakarta-Nanggulan/Godean, di Kecamatan Minggir, Sleman, Yogyakarta. Jembatan bediri di atas 4 pilar silinder beton. Setiap pilar ditopang oleh dua buah fondasi sumuran. Pada awal 2000-an sampai 2006, terjadi degradasi dasar sungai dan gerusan lokal di sekitar sebagian pilar jembatan. Pada pengukuran tahun 2006, dasar sungai di pilar ke-4 (pilar pertama di sisi Nanggulan atau di sisi barat) telah mendekati dasar fondasi.
Degradasi dasar sungai dipicu oleh keruntuhan groundsill di hilir jembatan.
Gambar 11. Jembatan Trinil, Magelang, 2009 (Sumber: Istiarto, 2011)
Jembatan Trinil melintas Sungai Progo, menghubungkan Desa Kalijoso, Kecamatan Secang dengan Desa Banjarsari, Kecamatan Windusari, Kabupaten Magelang, Jawa Tengah. Jembatan Trinil berdiri di atas 3 pilar dan fondasi pasangan batu kali. Panjang bentang jembatan lebih kurang 70 m. Pada 25 Februari 2009, pilar ke-3 (paling barat) turun atau amblas yang memutus lalu lintas melewati jembatan. Setahun kemudian pada 4 Maret 2010, terjadi banjir yang menyebabkan kedua pilar lainnya miring dan turun. Memperhatikan foto-foto Jembatan Trinil pasca pilar paling barat amblas serta membaca laporan adanya aliran banjir yang melimpas melewati jembatan, maka dapat diduga bahwa pilar jembatan mengalami gerusan lokal dan pembebanan horizontal oleh gaya hidrodinamik aliran banjir. Degradasi dasar sungai tidak terjadi karena adanya groundsill di hilir jembatan.
Gambar 12. Jembatan Pabelan, Magelang, Maret 2011 (Sumber: Istiarto, 2011)
Jembatan Pabelan melintas Sungai Progo di jalan raya Yogyakarta- Magelang. Di lokasi ini terdapat 2 jembatan, yaitu jembatan lama yang ditopang oleh pilar dan fondasi pasangan batu kali, serta jembatan baru yang ditopang oleh pilar beton. Pada Maret 2011, salah satu bentang jembatan lama hilang diterjang banjir lahar hujan (sebagian orang menyebut banjir lahar dingin). . Pada banjir lahar hujan, mekanisme gerusan lokal di pilar jembatan adalah live-bed scour. Artinya, gerusan ditimbulkan oleh aliran air yang membawa sedimen dari hulu. Ini berbeda dengan clear-water scour, yaitu gerusan yang ditimbulkan oleh aliran air yang tidak membawa sedimen dari hulu. Pada live-bed scour, dapat terjadi penutupan lubang gerusan oleh sedimen yang masih datang pada saat banjir sedang surut, yang melebihi kemampuan aliran air menggerus dasar sungai di pilar jembatan. Transpor netto sedimen di lubang gerusan,
dengan demikian, telah menutup lubang gerusan lokal. (Problematika jembatan, Istiarto, 2011)
BAB III
METODE PENELITIAN
A. Tempat dan Waktu Penelitan
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Sungai Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar, penelitian dimulai bulan September sampai oktober 2020.
B. Metode Pengumpulan Data
Pada penelitian ini akan menggunakan variabel bebas seperti Panjang gerusan, lebar saluran, tinggi muka air, dan waktu yang digunakan sedangkan variabel terikat yang digunakan adalah debit (Q), kecepatan aliran (V), kedalaman gerusan (ys).
C. Alat dan Bahan
Pada umumnya, alat, bahan, dan model penelitian yang digunakan dalam menunjang penelitian adalah sebagai berikut :
1. Alat
a) Flowwatch untuk mengukur kecepatan air.
b) Stopwatch untuk mengukur waktu yang digunakan dalam pengukuran debit aliran.
c) Pilar beton d) Mistar
e) Meteran f) Pompa
g) Kamera digital digunakan untuk merekam (dalam bentuk poto) momen-momen yang penting dalam keseluruhan kegiatan penelitian khususnya tahap-tahap dalam proses penelitian.
h) Tabel data untuk mencatat data-data yang di ukur, serta alat tulis.
i) Komputer, printer dan scanner digunakan untuk membantu dalam menganalisa data.
j) Ayakan pasir.
k) Sendok adukan l) Ember
m) Cangkul n) Waterpas o) Selang air p) Benang
q) Bak penampung air dan bak sirkulasi r) Pintu air (pengatur debit aliran) s) Tali
2. Bahan
a) Pipa PVC 3” yang digunakan sebagai jaringan sirkulasi air.
b) Air
c) Pasir yang lolos saringan No.50, berdasarkan standar ASTM.
d) Pasir e) Semen f) Papan g) kayu
D. Variabel yang digunakan
Sesuai tujuan penelitian ini pengujian model hidraulik dilaksanakan pada model saluran terbuka (flume), dengan kajian pada bagian hilir sungai yang mengacu pada rancangan yang telah disetujui untuk mendapatkan data sebagai bahan kajian.
Variabel yang digunakan adalah : 1. Variabel bebas
a) Tinggi muka air (h) b) Kecepatan aliran (v) c) Waktu (t)
d) Lebar penampang (b)
e) Kemiringan dasar saluran (I) 2. Variabel terikat
a) Debit (Q) b) Froude (Fr) c) Reynold (Re)
d) Tegangan geser (τₒ)
e) Tegangan geser kritis (τc ) f) Kec. Geser kritis (U*)
E. Perancangan Alat
Pada simulasi ini menggunakan data primer, dengan menggunakan nilai debit dan waktu sesuai dengan model fisik.
1. Model saluran
Saluran yang digunakan adalah saluran tanah yang dihamparkan material pasir dengan penampang bentuk trapezium. Bentuk geometris dari saluran adalah saluran lurus dengan dinding permanen, lebar dasar saluran 0,50 m, tinggi saluran 0,10 m dan panjang saluran percobaan 6 m.
Gambar 13. Model saluran terbuka dengan penampang trapesium
2. Model Pilar
Model pilar yang digunakan pada penelitian ini terbuat dari beton yang dibentuk sesuai model. Penelitian ini menggunakan pilar model silinder dengan ketinggian cm dan dengan diameter pilar 10 cm. Model pilar diletakkan di tengah model saluran pada jarak 6 m dari hulu
Gambar 14. Model silinder
3. Model Tirai
Model tirai yang digunakan pada penelitian ini terbuat dari beton yang dibentuk sesuai model. Penelitian ini menggunakan tirai bentuk persegi dengan sisi depan melengkung (rectanguler with wedge shape curve) dengan ketinggian 25 cm dan dengan lebar tirai 5 cm.Model tirai ini diletakkan di depan model pilar jembatan dengan jarak tiria ke pilar 20cm dan jarak tirai ke tirai lainnya 10cm.
Gambar 15. Dimensi variasi bentuk Tirai persegi sisi depan melengkung
F. Pelaksanan Penelitian
Pada pelaksanaan penelitian direncanakan dengan menggunakan model pilar silinder dan peredam gerusan dengan model tirai bentuk persegi sisi depan melengkung (rectanguler with wedge shape curve) dengan formasi, seperti pada gambar dibawah ini :
Gambar 16. Penempatan model tirai
G. Langkah-langkah pelaksanaan penelitian :
1) Model pilar diletakkan di tengah saluran tanah dengan jarak 6 m dari hulu, kemudian diatur penempatan model peredam di depan pilar serta dihamparkan material pasir dalam keadaan rata.
2) Air dialirkan dari debit kecil sampai debit yang ditentukan sehingga mencapai konstan.
3) Pengamatan yang dilakukan : kecepatan aliran (v), tinggi muka air (h) dilakukan setiap percobaan.
4) Pengamatan kedalaman gerusan , dilakukan melalui pengamatan setiap percobaan dengan mencatat kedalaman dan dari awal running setiap selang waktu tertentu. yaitu 1 – 10 menit dicatat setiap selang waktu 1 menit, 10 – 20 menit dicatat setiap selang waktu 5 menit, 40 – 80 menit dicatat setiap selang waktu 10 menit, 90 – 120 menit dicatat setiap selang waktu 15 menit. Pengamatan kedalaman gerusan dicatat terus menerus selama waktu kesetimbangan.
5) Pengambilan data kontur gerusan di sekitar zona pilar diukur setelah running selesai, dengan cara memperkecil debit aliran secara perlahan agar gerusan di sekitar pilar tidak terganggu oleh adanya perubahan debit. Hal ini dilakukan agar diperoleh data kontur yang mewakili gerusan tersebut. Data kontur diukur dengan menggunakan alat point gauge. Daerah gerusan yang diukur elevasinya dibagi atas beberapa bagian yaitu arah sejajar aliran dan arah melintang aliran.
6) Pengambilan panjang gerusan disekitar zona pilar diukur setelah running selesai.
7) Setelah dilakukan pengukuran tiga dimensi, pasir diratakan kembali untuk selanjutnya dilakukan running dengan model tirai yang lain.
H. Analisis Data
Pada penelitian ini sifat aliran yang digunakan adalah sub kritis (Fr
< 1), kritis (Fr = 1), dan super kritis (Fr > 1). Data hasil pengamatan di plot menjadi grafik hubungan antara bilangan Froude (Fr) dengan kecepatan sebelum dan setelah penempatan model tirai.
Kedalaman aliran (yo) diukur pada titik tertentu yang belum terganggu akibat adanya pilar. Pencatatan kedalaman aliran dilakukan beberapa kali pada saat yang bersamaan untuk mendapatkan data rata-rata kedalaman aliran yang optimal. Begitupula setelah ada bangunan pilar, penempatan model tirai dengan variasi jarak.
Kedalaman gerusan (ys) diukur pada daerah gerusan yang paling maksimal yaitu disekitar ujung pilar setelah bangunan tirai. Kecepatan aliran rata-rata (U) adalah perbandingan data debit yang telah dikalibrasi dengan luas penampang basah (A) . Kecepatan aliran kritis (Uc) diambil pada saat material dasar mulai bergerak.
Data kontur hasil pengukuran kemudian diolah untuk mendapatkan tampilan kontur permukaan di sekeliling pilar dengan program Surver.
FLOWCHART Mulai
Studi Literatur Siapkan Peralatan Siapkan Bahan-bahan
Pembuatan Model Kalibrasi Debit
Running Pengambilan Data
Kecepatan Aliran
Kedalaman
Debit Aliran
Validasi
Pengolahan dan Analisa Data Pergerakan Dasar
Tegangan geser τₒ
Tegangan geser kritis τc
Kecepatan Geser kritis (U*)
Hasil Pengamatan
Analisis Data
Kesimpulan Dan Saran Selesai
Gambar 17.Flow Chart Penelitian
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Penelitian
Sebagaimana telah dijelaskan pada bab sebelumnya mengenai tujuan,maksud serta metode penelitian dalam rangka mengetahui kedalaman gerusan serta besarnya kecepatan aliran,maka berikut disajikan hasil-hasil penelitian dengan berbagai kondisi simulasi.
1. Kedalaman Aliran
Kedalaman aliran diukur pada saat pengaliran air,untuk penelitian ini digunakan tiga variasi debit.Untuk memperoleh nilai kedalaman air yang terjadi, pengukuran dilakukan pada penampang saluran sebelum belokan.Kedalaman aliran yang diperoleh pada penelitian ini adalah h=
0.085 ,yang merupakan rata-rata ketinggian air untuk setiap simulasi yang dilakukan.
2. Kecepatan Aliran
Untuk kecepatan aliran (U0) diukur menggunakan flow watch.Flow watch memberikan data kecepatan secara otomatis terhadap aliran pada saluran untuk setiap titik pengamatan yang ditentukan.
Titik-titik pengamatan kecepatan aliran adalah pada hulu sebelum pilar,pilar dan setelah pilar,pengukuran dilakukan dibagian kiri,tengah dan
kanan saluran pada setiap titik pengamatan,sedangkan untuk simulasi pemasangan tirai pengukuran kecepatan aliran juga dilakukan pada ujung dan belakang tirai.Contoh data hasil pengamatan kecepatan aliran saluran sebagaimana di sajikan pada tabel 2 berikut ini.
3. Bilangan Froude
Bilangan Froude adalah perbandingan antara gaya kelembaman dan gaya grafitasi. Dengan demikian bilangan Froude merupakan fungsi dari semua peristiwa pola aliran yang berada dalam saluran. Hal ini bahwa Tabel 2. Kecepatan Aliran
Titik pemangatan
Model Percobaan
Kecepatan (m/det) h = 0.085 Waktu (t)
10 20 30
1
Pilar
0.880 0.868 0.860
2 0.860 0.848 0.800
3 0.860 0.820 0.800
4 0.848 0.790 0.757
5 0.800 0.776 0.740
6 0.520 0.580 0.540
7 0.820 0.856 0.740
8 0.720 0.740 0.720
9 0.520 0.520 0.520
10 0.460 0.440 0.400
1
Pilar dengan tirai
0.820 0.860 0.880
2 0.860 0.840 0.840
3 0.820 0.808 0.780
4 0.816 0.816 0.749
5 0.788 0.740 0.772
6 0.520 0.580 0.540
7 0.460 0.480 0.400
8 0.440 0.380 0.320
9 0.410 0.340 0.280
10 0.400 0.340 0.260
bilangan Froude sangat penting dalam menentukan kondisi aliran pada aliran kritis , subkritis, maupun superkritis.
Dari hasil perhitungan terlihat bahwa bilangan Froude lebih kecil dari satu, berarti keadaan aliran yang ada menghasilkan suatu kondisi aliran subkritis.
Untuk mengetahui dan menetapkan jenis aliran yang terjadi dalam proses pengaliran dalam saluran dapat dijabarkan berdasarkan dengan bilangan Froude (Fr), sebagai berikut :
Fr =
√
Perhitungan bilangan Froude:
Dimana: Kecepatan aliran (v) = 0.853 m/dt Tinggi muka air (h) = 0.072 m Gaya gravitasi (g) = 9.81 m/d² Persamaan bilangan Froude, sebagai berikut:
Fr =
√
=
= 1.149 (tabel 3)
Hasil perhitungan bilangan Froude pada berbagai debit dan waktu yang di gunakan dalam penelitian dapat dilihat pada tabel berikut :
Tabel 3. Hubungan antara kecepatan aliran dengan nilai Froude dengan menggunakan tirai segitiga
No. Tinggi Muka Air (h)
Kecepatan Aliran
(v)
Froud = U0/(g*h)^0.5
Keterangan
m m/det
1 0.072 0.853 1.149 Kritis
2 0.075 0.847 1.126 Kritis
3 0.079 0.803 1.047 Kritis
4 0.078 0.794 1.041 Kritis
5 0.080 0.767 0.993 Kritis
6 0.085 0.547 0.693 Subkritis
7 0.088 0.447 0.559 Subkritis
8 0.095 0.380 0.462 Subkritis
9 0.101 0.343 0.409 Subkritis
10 0.102 0.333 0.395 Subkritis
Tabel 4. Hubungan antara kecepatan aliran dengan nilai Froude tanpa menggunakan tirai segitiga
No. Tinggi Muka Air (h)
Kecepatan Aliran
(v)
Froud = U0/(g*h)^0.5
Keterangan
m m/det
1 0.065 0.872 1.226 Kritis
2 0.066 0.853 1.191 Kritis
3 0.068 0.833 1.152 Kritis
4 0.068 0.827 1.141 Kritis
5 0.069 0.813 1114 Kritis
6 0.070 0.805 1.099 Kritis
7 0.072 0.727 0.982 Kritis
8 0.093 0.753 0.703 Subkritis
9 0.104 0.493 0.580 Subkritis
10 0.115 0.433 0.492 Subkritis
4. Bilangan Reynold
Keadaan atau perilaku aliran pada saluran terbuka pada dasarnya ditentukan oleh pengaruh kekentalan dan grevitasi.
Pengaruh kekentalan (viscosity) aliran dapat bersifat laminar, turbulen dan peraliran yang tergantung pada pengaruh kekentalan relatif dapat dinyatakan dengan bilangan Reynold yang di definisikan sebagai berikut:
Re = V.R v Perhitungan bilangan Reynold:
Dimana: Kecepatan aliran (v) = 0,853 m/d Jari-jari hidrolis ® = 0,056 m Viskositas (v) = 0,84 (27,9)
Persamaan bilangan Reynolds, sebagai berikut:
Re = V.R v
= 0.853 . 0,056 0,84
= 59944 (tabel 5)
Tabel 5. Hubungan antara kecepatan aliran dengan nilai Reynold menggunakan tirai segitiga
No.
Jari-jari Hidrolis (R)
Kecepatan Aliran
(v)
Reynold (Re)
Keterangan m/det
1 0.056 0.853 59944,3 Turbulen
2 0.058 0.847 61034,2 Turbulen
3 0.060 0.803 60133,5 Turbulen
4 0.059 0.794 58804,7 Turbulen
5 0.061 0.767 58257,7 Turbulen
6 0.063 0.547 43360,5 Turbulen
7 0.065 0.447 36313,2 Turbulen
8 0.069 0.380 32818,1 Turbulen
9 0.072 0.343 30782,3 Turbulen
10 0.073 0.333 30287,6 Turbulen
Tabel 6. Hubungan antara kecepatan aliran dengan nilai Reynold tanpa menggunakan tirai segitiga
No.
Jari-jari Hidrolis (R)
Kecepatan Aliran
(v)
Reynold (Re)
Keterangan m/det
1 0.052 0.872 56198,9 Turbulen
2 0.052 0.853 55799,9 Turbulen
3 0.053 0.833 55572,7 Turbulen
4 0.053 0.827 55256,0 Turbulen
5 0.054 0.813 55241,2 Turbulen
6 0.055 0.805 55067,4 Turbulen
7 0.065 0.727 50681,3 Turbulen
8 0.068 0.573 48571,3 Turbulen
9 0.074 0.493 45413,2 Turbulen
10 0.079 0.433 42769,8 Turbulen
5. Debit Aliran
Perhitungan debit aliran menggunakan persamaan (1) dengan data parameter-parameter hasil pengamatan,hasilnya terlihat pada tabel 3 di bawah ini :
Tabel 7. Debit Aliran
Uraian
Kecepatan (m/det)
TMA (m)
Lebar Saluran
(m)
Luas Penampang
Basah (m2)
Keliling Basah
(m)
Jari2 Hidrolis
(m)
Debit A/P (U0*A)
U0 H B A P R Q
Q
0.820 0.072 0.50 0.036 0.644 0.056
0.032 0.860 0.074 0.50 0.037 0.648 0.057
0.880 0.071 0.50 0.036 0.642 0.055
6. Klasifikasi Aliran
Aliran air pada saluran diklasifikasikan berdasarkan bilangan Reynold dan angka Froude,hasil perhitungan bilangan Reynold dan angka Froude sebagaimana disajikan pada tabel 8 berikut:
Tabel 8. Hasil Perhitungan bilangan Reynold dan angka Froude menggunakan tirai
Dari hasil perhitungan pada tabel diatas,aliran pada saluran penelitian ini diklasifikasikan sebagai aliran turbulen dengan nilai bilangan Reynold yaitu Re > 1.000 dan sub kritis dengan nilai Fr < 1.
7. Pola Gerusan
Berdasarkan gambar dapat dilihat perbedaan pola dan kedalaman gerusan yang terjadi antara pilar tanpa menggunakan tirai sayap beton dengan pilar menggunakan tirai sayap beton.
Pada pilar tanpa menggunakan tirai sayap beton terbentuk pola gerusan horseshoe vortek (tapal kuda),hal ini dikarenakan adanya tekanan air yang cukup kuat sehingga terjadi gerusan yang memebentuk lubang kearah sisi-sisi pilar dengan kedalaman yang berbeda.Formasi pusaran air ini merupakan hasil dari penumpukan air dbagian hulu dan perubahan kecepatan aliran disekitar bagian depan pilar .Pada bidang vertikal simetris,aliran dibagian hulu pilar menurun dari permukaan mencapai nol di dasar.
Sedangkan pada pilar yang menggunakan tirai sayap beton kedalaman gerusan lebih kecil di bandingkan pilar tanpa menggunakan tirai sayap beton, karena pada saat terjadi percepatan aliran di hulu di pilar, tirai sayap beton berfungsi untuk memperlemah kecepatan aliran dan mengurangi terjadi gerusan di hulu pilar.
Gambar 18. Pola gerusan di sekitar pilar tanpa tirai beton
Gambar 19. Pola gerusan di sekitar pilar yang menggunakan tirai beton
B. Data Hasil Penelitian dan Pembahasan
Data utama yang diperoleh pada percobaan yang dilakukan di laboratorium adalah data kedalaman gerusan di sekitar pilar. Data-data tersebut akan digunakan untuk mengetahui dan menggambarkan hasil pengamatan fisik dengan kedalaman gerusan lokal.
1. Hubungan Kecepatan Aliran dengan Bilangan Froude
Bilangan Froude adalah perbandingan gaya inersia dengan berat suatu aliran.Dengan demikian,bilangan Froude merupakan fungsi dari semua peristiwa pola aliran yang terjadi dalam saluran.Hal ini bahwa bilangan Froude sangat penting dalam menentukan kondisi aliran pada saat aliran kritis,subkritis maupun super kritis. Hasil perhitungan hubungan bilangan Froude dengan kecepatan pada penelitian ini menggunakan tirai formasi segitiga, dapat dilihat pada grafik berikut.
Gambar 20. Hubungan kecepatan aliran dengan angka bilangan Froude pada pilar tanpa menggunakan tirai
Gambar 21. Hubungan Kecepatan Aliran dengan Angka Bilangan Froude pada Pilar dengan menggunakan Tirai
0,000 0,500 1,000 1,500
0,87 0,85 0,83 0,83 0,81 0,81 0,73 0,57 0,49 0,43 Q3 = 0,0071…
Kecepatan Aliran (m/dtk)
Bilangan Froude
0,000 0,500 1,000 1,500
0,85 0,85 0,80 0,79 0,77 0,55 0,45 0,38 0,34 0,33 Q3 = 0,0071… Kecepatan Aliran (m/dtk)
Bilangan Froude
Hubungan antara kecepatan dengan angka Froude dengan tirai formasi segitiga, dari hasil grafik diatas terlihat bahwa bilangan Froude paling rendah adalah 0.400 dari kecepatan 0.33 m/det dan nilai Froude paling tinggi adalah 1.149 dari kecepatan 0.85 m/det penelitian ini menunjukkan bahwa nilai bilangan Froude lebih besar dari 1 (Fr>1) yang berarti kedalaman kecepatan aliran yang ada menghasilkan kondisi aliran super kritis,nilai bilangan Froude sama dengan 1 (fr = 1)maka menghasilkan kondisi aliran kritis,serta bilangan froude lebih kecil dari 1 (fr < 1) maka menghasilkan aliran sub kritis.
2. Hubungan Kecepatan Aliran dengan Bilangan Reynolds
Bilangan Reynolds didefinisikan sebagai perbandingan antara gaya inersia dan gaya kekentalan (viskositas). Aliran dapat bersifat laminer, transisi, dan turbulen tergantung dari pengaruh kekentalan inersia (viscosity) ketiga aliran tersebut dipengaruhi oleh bilangan Reynolds yang merupakan fungis dari kecepatan (V), Jari-jari hidrolik (R), dan kekentalan kinematik (v) dengan persamaan (6) bilangan Reynolds.
Gambar 22. Hubungan antara kecepatan dan angka Reynolds tanpa menggunakan tirai
Dari hasil perhitungan pada gambar grafik 21 diatas, aliran pada saluran penelitian ini diklasifikasikan sebagai aliran turbulen dengan nilai bilangan Reynolds yaitu Re >1000, dari analisa terlihat bahwa bilangan Reynold pada kecepatan aliran 0,853 m/det, diperoleh bilangan Reynold 59.944,3 m2 /det, dengan kecepatan aliran 0,803 m/det bilangan Reynold yang diperoleh 60.133,5 m2 /det.
Gambar 23. Hubungan Kecepatan dan Angka Reynold menggunakan Tirai
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000
0,87 0,85 0,83 0,83 0,81 0,81 0,73 0,57 0,49 0,43 Q3 = 0,0071…
Kecepatan Aliran (m/dtk)
Bilangan reynold
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000
0,853 0,847 0,803 0,794 0,767 0,547 0,447 0,380 0,343 0,333 Q3 = 0,0115 m3/det
kecepatan aliran (m/det)
reynold
Hubungan antara kecepatan dan angka Reynolds pada tiari formasi segitiga, dari hasil perhitungan pada gambar grafik 22 di atas, aliran pada saluran penelitian ini diklasifikasikan sebagai aliran turbulen dengan nilai bilangan Reynolds yaitu Re >1000, dari analisa terlihat bahwa bilangan Reynold pada kecepatan aliran 0,853 m/det, diperoleh bilangan Reynold 59.944,3 m2 /det, dengan kecepatan aliran 0,847 m/det bilangan Reynold yang diperoleh 61.034,2 m2 /det, dengan kecepatan aliran 0,803 m/det bilangan Reynold yang diperoleh 60.133,5 m2 /det.
3. Pengaruh Tegangan Geser Dasar (τₒ) Terhadap Kedalaman Aliran (h)
Perhitungan tegangan geser dasar (τₒ) τₒ = w.g.h.I Dimana:
τₒ = tegangan geser dasar (kg/m²) w = rapat maasa air
g = percepatan gravitasi (m/d²) Diketahui:
w =1000 kg/m³ g = 9.81 m/d² h = 0,072 m I = 0.0022
Penyelesaian: τₒ = 1000 . 9,81 .0,072 . 0,0022
τₒ = 1.654 kg/m²
Tabel 9. Pengaruh Tegangan Geser Dasar (τₒ) Terhadap Kedalaman Aliran (h) Diameter Kedalaman Kemiringan Bj
Sedimen
Bj Air Ʈo
D (h) (I) Ρs ρw (ρw.g.h.I)
M M M Kg/m3 Kg/m3 Kg/m2
0.0024 0.072 0.0022 2576 1000 1.564
0.0024 0.075 0.0022 2576 1000 1.617
0.0024 0.079 0.0022 2576 1000 1.701
0.0024 0.078 0.0022 2576 1000 1.676
0.0024 0.080 0.0022 2576 1000 1.733
0.0024 0.085 0.0022 2576 1000 1.834
0.0024 0.088 0.0022 2576 1000 1.896
0.0024 0.095 0.0022 2576 1000 2.059
0.0024 0.101 0.0022 2576 1000 2.170
0.0024 0.102 0.0022 2576 1000 2.211
Gambar 24. Hubungan tegangan geser dan kedalaman aliran
0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500
0,072 0,075 0,079 0,078 0,080 0,085 0,088 0,095 0,101 0,102
Q3 = 0,0071 m3/det
Kedalaman Aliran (m) Ʈo (kg/m²)
4. Pengaruh Pemasangan Tirai Terhadap Gerusan di Pilar
Pemasangan tirai dibagian hulu pilar dimaksudkan sebagai peredam kecepatan aliran dan mengarahkan atau membelokkan arah aliran. Sebagai efek nyata dari pemasangan tirai yang diamati di laboratorium, adalah pengurangan kecepatan aliran yang terjadi di belakang tirai. Dengan kondisi semacam ini diharapkan bahwa volume gerusan yang terjadi juga mengalami pengurangan.
Tirai yang dipasang tegak lurus terhadap arah aliran, divariasikan 3 variasi waktu. Waktu untuk setiap pengairan adalah 10, 20, dan 30 menit.
Kondisi pengurangan gerusan yang terjadi pada saluran setelah pemasangan tirai untuk 3 variasi waktu yang berbeda disajikan sebagai berikut.
Pengaruh pemasangan tirai pada hulu pilar sangat besar pengaruhnya terhadap karakteristik gerusan dan mereduksi gerusan yang terjadi di sekitar pilar.
Pada permukaan air interaksi aliran yang bergerak kearah pilar, aliran air di sekitar struktur akan berubah dan gradient kecepatan vertikal (vertical gradient) dari aliran akan berubah menjadi gradien tekanan (pressure gradient) pada ujung permukaan struktur tersebut. Gradien tekanan (pressure gradient) ini merupakan hasil dari aliran bawah yang membentuk bed. Pada dasar struktur aliran bawah ini membentuk pusaran yang pada akhirnya menyapu sekeliling dan bagian bawah struktur dengan memenuhi seluruh aliran.
Terjadi perbedaan pola gerusan di sekitar pilar jembatan yang menggunakan tirai dengan pilar tanpa tirai. Gerusan di sekitar pilar yang tanpa tirai dimulai dari depan (hulu) pilar dengan kedalaman gerusan cm, menuju sisi kanan cm, sisi kiri pilar cm dan belakang (hilir) pilar
Gambar 25. Tampak atas kontur permukaan dasar saluran dengan pilar tanpa menggunakan tirai sayap beton
Gambar 26. Pola pergerakan sedimen pada permukaan dasar saluran dengan pilar tanpa menggunakan tirai sayap beton