BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Penelitian
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
Gambar 27. Kontur permukaan dasar saluran dengan pilar tanpa menggunakan tirai sayap beton
Sedangkan pada pilar yang menggunakan tirai, kecepatan aliran yang bergerak kearah tirai akan terhalangi sehingga aliran akan terdistribusi samping tirai dan aliran akan berputar di antara tirai ini diakibatkan oleh bentuk lengkungan di sisi depan tirai gerusan yang terjadi di sekitar pilar dimulai dari depan pilar menuju ke sisi kiri dan sisi kanan pilar, sehingga kecepatan aliran yang menuju pilar akan semakin berkurang yang mengakibatkan gerusan akan semakin dangkal di belakang (hilir) pilar.
Pada sisi kanan dan sisi kiri pilar kedalaman gerusan melebar karena terjadi gerusan lokal (local scouring) yang diakibatkan oleh pemasangan tirai yang menyebabkan aliran menjadi tidak terpusat.
Struktur tirai berfungsi mengurangi gradient tekanan (pressure gradient) sehingga aliran yang menyentuh bed di depan (hulu) pilar berkurang. Selain dipengaruhi oleh gradient tekanan juga disebabkan oleh tarikan dari arus utama (main flow).
Gambar 28. Tampak atas kontur permukaan dasar saluran dengan pilar menggunakan tirai sayap beton
Gambar 29. Pola pergerakan sedimen pada permukaan dasar saluran dengan pilar menggunakan tirai sayap beton
Gambar 30. Kontur permukaan dasar saluran dengan pilar tanpa menggunakan tirai sayap beton
5. Pengaruh Kedalaman Gerusan terhadap Waktu Pengaliran.
Penelitian ini menggunakan kondisi clear water scour, yaitu kondisi dimana tidak terjadi transportasi sedimen selama berlangsungnya penelitian. Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan variasi waktu 10 menit, 20 menit, 30 menit. Cara mengamati gerusan yaitu dengan mencatat kedalaman gerusan setiap waktu 10 menit, 20 menit, 30 menit.
Kedalaman gerusan yang terjadi di sekitar pilar tanpa tirai dan pilar yang menggunakan tirai mengalami peningkatan kedalaman gerusan di depan (hulu) pilar, sisi (kanan dan kiri) pilar dan belakang (hilir) pilar, yang pada awalnya besar kemudian semakin lama penambahan kedalaman gerusan semakin mengecil hingga pada saat tertentu mencapai kesetimbangan (equilibrium scour depth).
Gambar 31. Perbandingan hubungan kedalaman gerusan (ds) denganwaktu (t) pada pilar tanpa menggunakan tirai
Kedalaman gerusan pada pilar menggunakan tirai, yang terendah pada sisi kiri pilar (2) pada t 4 menit = -0.1 m dan yang tertinggi pada hulu
-2,6-2,5 -2,4-2,3 -2,2-2,1-2 -1,9-1,8 -1,7-1,6 -1,5-1,4 -1,3-1,2 -1,1-1 -0,9-0,8 -0,7-0,6 -0,5-0,4 -0,3-0,2 -0,100,10,20,3
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
kedalaman gerusan lokal
NO. PIAS
Chart Title
T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8
pilar (4) t 14 menit = -2.3 m. Endapan yang terjadi pada pilar menggunakan tirai, yang terendah pada sisi kanan hilir pilar (7) pada t 40 = 0 m dan yang tertinggi pada sisi belakang pilar (5) t 40 = 0.1 m. Terjadi gerusan dan pengendapan di sekitar pilar dan perubahan pola gerusan.
Gambar 32. Grafik Perbandingan Hubungan Kedalaman Gerusan (ds) dengan waktu (t) pada pilar dengan menggunakan tirai
Kedalaman gerusan pada pilar menggunakan tirai, yang terendah pada sisi kiri pilar (2) pada t 4 menit = -0.1 m dan yang tertinggi pada hulu pilar (4) t 14 menit = -2.1 m. Endapan yang terjadi pada pilar menggunakan tirai, yang terendah pada sisi kanan hilir pilar (7) pada t 40 = 0.1 m dan yang tertinggi pada sisi belakang pilar (5) t 40 = 0.3 m. Terjadi gerusan dan pengendapan di sekitar pilar dan perubahan pola gerusan.
-2,3-2,2 -2,1-2 -1,9-1,8 -1,7-1,6 -1,5-1,4 -1,3-1,2 -1,1-1 -0,9-0,8 -0,7-0,6 -0,5-0,4 -0,3-0,2 -0,10,10,20,30
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
kedalaman gerusan lokal
NO. PIAS
Chart Title
T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8
Gambar 33.Grfik kedalaman gerusan sebelum adanya tirai
Gambar 34. Grafik kedalaman gerusan menggunakan tirai
Gambar 35.Penempatan Model Tirai
-0,05 -0,04 -0,03 -0,02 -0,01 0
0 0,05 0,10 0,15 0,20
kedalaman Gerusan (m)
Jarak Melintang Saluran (m)
Series1
PILAR
-0,015 -0,01 -0,005 0 0,005 0,01 0,015
0 0,05 0,10 0,15 0,20
kedalam gerusan (m)
Jarak Melintang Saluran (m) Series1
PILAR
BAB V PENUTUP
A. Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa :
1. Pada pilar jembatan tanpa menggunakan tirai sayap beton kecepatan aliran maksimum yaitu 0.872 m/det dan tinggi muka air maksimum yaitu 0.065 m sedangkan kecepatan aliran minimum yaitu 0.433 m/det dan tinggi muka air minimum yaitu 0.115 m dan pada pilar jembatan menggunakan tirai sayap beton kecepatan aliran maksimum yaitu 0.853m/det dan tinggi muka air maksimum yaitu 0.072 m sedangkan kecepatan aliran minimum yaitu 0.333 m/det dan tinggi muka air minimum yaitu 0.102 m. yang berarti semakin tinggi kecepatan aliran maka semakin rendah tinggi muka air
2. Kedalaman gerusan yang terjadi di sekitar pilar tanpa tirai dan pilar yang menggunakan tirai mengalami peningkatan kedalaman gerusan di depan (hulu) pilar, sisi (kanan dan kiri) pilar dan belakang (hilir) pilar, yang pada awalnya besar kemudian semakin lama penambahan kedalaman gerusan semakin mengecil hingga pada saat tertentu mencapai kesetimbangan (equilibrium scour depth).
B. Saran
Dari pengamatan di dalam penelitian ini penulisan memberikan saran- saran untuk penelitian lebih lanjut, yaitu :
1. Perlu dilakukan penelitian lanjutan dengan menggunakan variasi bentuk tirai dan pilar formasi tirai
2. Perlu memperhatikan pompa air yang digunakan pada penelitian agar aliran tetap konstan selama running berlangsung.
DAFTAR PUSTAKA
Andy Dictanata, Lutjito. 2016. “Pengaruh Penempatan Tirai Satu Baris Pada Pilar Jembatan Terhadap Kedalaman Gerusan”, Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan FT UNY, Yogyakarta.
Arie Perdana Putra. Mudjiatko. Siswanto. 2014. “Model Laboratorium Gerusan Lokal Pada Pilar Jembatan Tipe Grouped Cylinder”, Mahasiswa Jurusan Teknik Sipil, Dosen Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Universitas Riau, Pekanbaru.
Ariyanto, Anton. Bakeman Ikhsan, J., Hidayat, W. 2006. “Analisis Bentuk Pilar Jembatan Terhadap Potensi Gerusan Lokal”. Jurnal APTEK Vol. 2 No.1
Bambang Suciroso, Suprapto, Suyitno Hadi Putro, 2010, ”Rancang Bangun Alat Ukur Kecepatan Aliran (Current Meter) Pada Aliran Rendah”, Yogyakarta, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Yogyakarta, Rekayasa Bidang Teknologi.
Fathona Fajri Junaidi. 2014. “Analisis Distribusi Kecepatan Aliran Sungai Musi (Ruas Jembatan Ampera Sampai Dengan Pulau Kemaro), Mahasiswa Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya.
Istiarto. 2011. “Problematika Jembatan”
Jazaul Ikhsan, Wahyudi Hidayat.2017. “Pengaruh Bentuk Pilar Jembatan Terhadap Potensi Gerusan Lokal”. Jurusan Teknik Sipil, Universitas Muhammadiyah Yogyakarta.
Muchtar Agus Tri Windarta, Didik Purwantoro. 2016. “Pengaruh Penempatan Tirai Segitiga Lurus Dan Segitiga Lengkung Terhadap Kedalaman Gerusan Lokal”, Jurusan Pendidikan Teknik Sipil dan Perencanaan FT UNY.
Nenny, Hamzah Al Imran. 2014. “Pengaruh Kecepatan Aliran Terhadap Gerusan Lokal Disekitar Pilar Heksagonal (Uji Model Laboratorium)”, Jurusan Teknik Sipil dan Perencanaan Fakultas Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah Makassar.
Putro, Suyitno Hadi. "Studi Komparasi Hasil Ukur Kedalaman Gerusan Sekitar Pilar Di Tikungan Berdasarkan Rumus Empiris Terhadap Hasil Ukur Dari Eksperimen Dengan Metode Pengukuran Realtime."
Sudarman. 2011 dalam Sudira dan Tiny.2013. Sifat sungai dipengaruhi oleh bentuk DAS (http://sudarman28.blogspot.com)