Hidrolika Saluran Terbuka Geometris Penampang Saluran

Tanda-tanda adanya kemungkinan terjadinya perembesan dalam jumlah besar dapat dilihat dari peta tanah. Penyelidikan tanah dengan cara pemboran dan penggalian sumuran uji di alur saluran akan lebih banyak memberikan informasi mengenai kemungkinan terjadinya rembesan. Pasangan mungkin hanya diperlukan untuk ruas-ruas saluran yang panjangnya terbatas. Pada perencanaan saluran pasangan, kecepatan maksimum dianjurkan pada pemakaiannya untuk aliran subkritis berikut ini :  Pasangan batu : kecepatan maksimum 2 ms  Pasangan beton : kecepatan maksimum 3 ms  Ferrocemen : kecepatan 3 ms Kecepatan maksimum yang diizinkan juga akan menentukan kecepatan rencana untuk dasar saluran tanah dengan pasangan campuran. Prosedur perencanaan saluran untuk saluran dengan pasangan tanah adalah sama dengan prosedur perencanaan saluran tanah. Di dalam saluran ferrocemen dengan penampang tapal kuda disyaratkan tidak timbul atau terjadi endapan dalam saluran. Maka minimum kecepatan aliran ditetapkan V 0,6 ms agar pasir ataulumpur tidak mengendap disepanjang saluran.

2.5 Hidrolika Saluran Terbuka

Saluran yang mengalirkan air dengan suatu permukaan bebas disebut saluran terbuka. Menurut asalnya, saluran dapat digolongkan menjadi saluran alam dan saluran buatan. Saluran alam meliputi semua alur air yang terdapat secara alami di bumi, mulai dari anak selokan di pegunungan, selokan kecil, kali, sungai kecil, dan sungai besar sampai ke muara sungai. Aliran air di bawah tanah dengan permukaan bebas juga dianggap sebagai saluran terbuka Chow, 1989. Universitas Sumatera Utara Sifat-sifat hidrolis saluran alam biasanya sangat tidak menentu. Dalam beberapa hal dapat dibuat anggapan pendekatan yang cukup sesuai dengan pengamatan dan pengalaman sesungguhnya sedemikian rupa, sehingga persyaratan aliran pada saluran pada saluran ini tidak dapat diterima untuk penyelesaian analisis hidrolika teoritis. Sedangkan saluran buatan seperti saluran pelayaran, saluran pembangkit listrik, saluran irigasi dan talang, parit pembuangan, pelimpah tekanan, saluran banjir, saluran pengangkutan kayu, selokan, dan sebagainya termasuk model saluran yang dibuat di laboratorium untuk keperluan penelitian. Sifat-sifat hidrolik saluran semacam ini dapat diatur menurut keinginan atau dirancang untuk memenuhi persyaratan tertentu. Oleh karena itu, penerapan teori hidrolika untuk saluran buatan dapat membuahkan hasil yang cukup sesuai dengan kondisi sesungguhnya. Gambar 2.1 Bentuk Saluran Terbuka aTrapesium, bPersegi, cSegitiga, dSetengah Lingkaran, eTak Beraturan

2.6 Aliran Air Pada Saluran Terbuka

Berdasarkan perubahan kedalaman aliran sesuai dengan ruang dan waktu, aliran pada saluran terbuka dapat digolongkan menjadi dua jenis aliran yaitu aliran tunak dan aliran taktunak. Aliran dalam saluran terbuka dikatakan tetap atau tunak steady bila kedalaman aliran tidak berubah atau bias dianggap konstan selama suatu selang waktu tertentu. Aliran dalam saluran terbuka dikatakan taktunak unsteady bila kedalaman aliran pada saluran berubah sesuai dengan waktu Chow, 1989. a b c d e Universitas Sumatera Utara Sebagian besar persoalan tentang saluran terbuka umumnya memerlukan penelitian mengenai perilaku aliran dalam keadaan tunak. Namun bila perubahan keadaan aliran sesuai dengan waktu, merupakan masalah utama yang harus diperhatikan maka aliran harus dianggap bersifat taktunak seperti banjir dan gelombang merupakan contoh aliran tak tunak. Gambar 2.2 Aliran Pada Saluran Terbuka Sumber: Chow, 1989 Keadaan atau perilaku aliran dalam saluan terbuka pada dasarnya ditentukan oleh pengaruh kekentalan dan gravitasi sehubungan dengan gaya-gaya inersia aliran. Tegangan permukaan air dalam keadaan tertentu dapat pula mempengaruhi perilaku aliran, tetapi pengaruh ini tidak terlalu besar dalam masalah saluran terbuka pada umumnya yang ditemui dalam perekayasaan. Berdasarkan pengaruh kekentalan viscosity, aliran dapat dibedakan menjadi tiga jenis yaitu: 1. Aliran Laminer Aliran laminer terjadi bila gaya kekentalan relatif sangat besar dibandingkan dengan kelembamannya sehingga kekentalan berpengaruh besar pada prilaku aliran. Dalam aliran ini, butir-butir air seolah-olah bergerak menurut lintasan tertentu yang teratur. Universitas Sumatera Utara 2. Aliran Turbulen Aliran tubulen terjadi bila gaya kekentalan relatif lemah dibandingkan dengan kelembamannya. Pada aliran ini, butir-butir air bergerak menurut lintasan yang tidak teratur dan tidak tetap membentuk aliran yang berputar-putar, namun butir-butir tersebut tetap menunjukkan gerak maju dalam aliran secara keseluruhan. 3. Aliran Transisi Aliran transisi merupakan aliran peralihan dari aliran laminer menjadialiran turbulen. Berdasarkan pengaruh gaya tarik bumi aliran dibedakan menjadi aliran subkritis, kritis, dan superkritis. Aliran disebut subkritis apabila gangguan yang terjadi di suatu titik pada aliran dapat menjalar ke arah hulu misalnya batu dilemparkan ke dalam aliran sehingga menimbulkan gelombang. Aliran sub kritis dipengaruhi oleh kondisi hilir, dengan kata lain keadaan di hilir akan mempengaruhi aliran di sebelah hulu dan dalam kondisi seperti ini bilangan Froude Fr 1. Aliran disebut kritis apabila kecepatan aliran sama dengan kecepatan rambat gelombang, dalam kondisi seperti ini bilangan Froude Fr = 1. Aliran disebut superkritis apabila kecepatan aliran cukup tinggi biasanya disebut cepat atau menjeram, sehingga gangguan yang terjadi tidak menjalar ke hulu dan dalam keadaan seperti ini dan dalam kondisi seperti ini bilangan Froude Fr 1Chow, 1989. Bilangan Forude Fr didefinisikan sebagai kecepatan rata-rata v dibagi akardarigravitasi dan kedalaman air y dan ditulis: Fr = √ 2.1 Universitas Sumatera Utara

2.6.1 Aliran Seragam

Pada saluran terbuka dikatakan aliran seragam uniform flow yaitu bila kecepatan aliran tidak berubah atau konstan terhadap jarak, garis aliran lurus dan sejajar dan kedalaman aliran sama pada setiap penampang saluran. Hal ini berarti bahwa saluran harus mempunyai bentuk tampang identik. Aliran seragam tidak dapat terjadi pada kecepatan aliran yang besar atau kemiringan saluran yang sangat besar. Aliran dalam saluran irigasi termasuk dalam aliran yang seragam, dengan catatan tidak ada perubahan penampang secara mendadak pada saluran tersebut Chow, 1989. Kedalaman, luas basah, kecepatan, dan debit pada setiap penampang pada saluran yang lurus adalah konstan serta garis energi, muka air dan dasar saluran saling sejajar berarti kemiringanya sama adalah merupakan ciri-ciri pokok aliran seragam. Gambar 2.3 Aliran Seragam uniform flow Sumber : Chow, 1989 Suatu aliran seragam dapat bersifat tunak dan taktunak, tergantung apakah kedalamannya berubah sesuai dengan perubahan waktu. Aliran seragam yang tunak steady uniformflow merupakan jenis aliran pokok yang dibahas dalam hidrolika saluran terbuka dengan kedalaman aliran tidak berubah selama waktu tertentu yang telah diperhitungkan. Penetapan bahwa suatu aliran bersifat seragam tak tunak unsteady uniform flow harus dengan syarat bahwa permukaan air berfluktuasi sepanjang waktu dan tetap sejajar dasar saluran tetapi hal ini merupakan suatu keadaan yang praktis tidak mungkin terjadi. Kedalaman konstan Universitas Sumatera Utara

2.6.2 Aliran Berubah

Pada saluran terbuka dikatakan aliran berubah varied flow atau tak seragam yaitu bila kedalaman dan kecepatan aliran di sepanjang saluran berubah atau tidak konstan, garis tenaga tidak sejajar dengan garis muka air dan dasar saluran. Aliran berubah dapat dibagi menjadi dua kelompok sebagai berikut Chow, 1989 :

1. Aliran berubah tiba-tiba rapidly varied flow

Aliran berubah tiba-tibaterjadi jika kedalaman alirannya mendadak berubah pada jarak yang cukup pendek atau parameter hidraulis berubah secara mendadak. Aliran tiba-tiba disebut juga sebagai gejala setempat local phenomenon, seperti loncatan hidrolik, terjunan dan penurunan hidrolik.

2. Aliran berubah lambat-laun gradually varied flow

Aliran berubah lambat-laun terjadi jika parameter hidraulis seperti kecepatan dan tampang basah berubah secara progresif dari satu tampang ke tampang yang lain. Apabila di ujung hilir saluran terdapat bendung maka akan terjadi profil muka air pembendungan dimana kecepatan aliran akan berkurang atau diperlambat, sedangkan apabila terdapat terjunan maka profil aliran akan menurun dan kecepatan akan bertambah atau dipercepat contoh aliran pada sungai. Gambar 2.4 Aliran Berubah varied flow Sumber : Chow, 1989 Perubahan kedalaman setiap saat Universitas Sumatera Utara

2.7 Geometris Penampang Saluran

Saluran irigasi merupakan saluran terbuka dan pengaliran air pada saluran terbuka dipengaruhi oleh gravitasi. Potongan melintang saluran yang paling ekonomis adalah saluran yang dapat melewatkan debit maksimum untuk luas penampang basah, kekasaran dan kemiringan dasar tertentu. Berdasarkan persamaan kontinuitas, tampak jelas bahwa untuk luas penampang melintang tetap, debit maksimum dicapai jika kecepatan aliran maksimum Chow, 1989. Bentuk yang paling umum dipakai untuk saluran berdinding tanah yang tidak dilapisi adalah bentuk trapesium, sebab stabilitasi kemiringan dindingnya dapat disesuaikan. Bentuk persegi panjang dan segitiga merupakan bentuk khusus selain dari bentuk trapezium. Bentuk persegi panjang yang mempunyai sisi tegak, biasanya dipakai untuk saluran yang dibangun dengan bahan yang stabil, seperti pasangan batu, padas, logam atau kayu. Penampang segitiga hanya dipakai untuk saluran kecil, selokan, dan untuk penyelidikan di laboratorium. Penampang lingkaran banyak dipakai untuk saluran pembuangan air kotor dan gorong-gorong sedang maupun kecil. Penampang parabola dipakai sebagai pendekatan untuk saluran alam berukuran sedang maupun kecil. Penampang persegi panjang yang ujungnya dibulatkan merupakan modifikasi dari penampang persegi panjang. Penampang segitiga yang ujung bawahnya bulat merupakan bentuk pendekatan parabola, biasanya terjadi akibat penggalian menggunakan sekop. Unsur-unsur geometris adalah sifat-sifat suatu penampang saluran yang dapat diuraikan seluruhnya berdasarkan geometri penampang dan kedalaman aliran. Unsur- unsur geometris penampang saluran tersebut meliputi luas penampang melintang, keliling basah, lebar dasar saluran, jari-jari hidrolik, lebar puncak, kedalaman aliran, factor penampang dan kemiringan talud 1 : m. Universitas Sumatera Utara Geometris penampang basah saluran bentuk terapesium sebagai berikut : A = B + m.y y 2.2 P = B + 2.y √ 2.3 di mana : A = luas penampang B = lebar dasar saluran m m = kemiringan talud y = kedalaman air m P = keliling tampang saluran m Geometris penampang basah saluran bentuk persegi panjang sebagai berikut : A = B . y 2.4 P = B + 2.y 2.5 di mana : A = luas tampang B = lebar dasar saluran m y = kedalaman air m P = keliling tampang saluran m Dengan menggunakan keliling dan luas tampang basah saluran maka dapat diketahui Jari-jari hidrolik saluran yaitu perbandingan luas penampang basah saluran dengan keliling tampang basah dari saluran tersebut, dengan rumus : R = 2.6 di mana : R = jari-jari hidrolis tampang basah m A = luas penampang basah m P = keliling tampang basah m Gambar 2.5 Penampang Trapesium dan Persegi Panjang Saluran m 1 B y B Universitas Sumatera Utara

2.8 Debit Aliran Pada Saluran