Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pendahuluan Estuari merupakan badan air tempat terjadinya percampuran masa air laut
yang dipengaruhi oleh pasang surut dengan air tawar yang berasal dari daratan. Hal ini menyebabkan kondisi perairan ini sangat tergantung pada kondisi air laut dan air
tawar yang masuk kedalamnya. Semakin tinggi kandungan tersuspensi yang dibawa air tesebut semakin tinggi endapan lumpur di esturia. Nyabakken 1992 menyatakan
bahwa pembentukan endapan juga mendapat pengaruh dari laut, karena air laut juga mengandung banyak materi tersuspensi.
Menurut Pikard Emergy, 1993 permukaan dasar laut adalah tidak rata, topografi dasar lautan terdiri daripada kawasan gunung-gunung laut, lembangan,
pematang dan jurang pematang. Dasar lautan terbentuk dari sedimen-sedimen halus yang kebanyakan datang dari daratan yang dibawa turun oleh sungai atau melalui
tindakan angin, glasier dan bukit pasir. Bahan pembentukan dasar laut terdiri dari bahan organik, non organik dan bahan mineral.
Meningkatnya aktifitas manusia akhir-akhir ini disepanjang aliran sungai telah memberi pengaruh terhadap ekosistem muara. Kegiatan yang memberikan
dampak terhadap muara tersebut antara lain penebangan hutan dibagian hulu. Kegiatan ini menyebabkan meningkatnya pengikisan tanah di sepanjang aliran
sungai. Sebagai dampaknya jumlah sedimen di dalam sungai suspended solid
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
bertambah dan menyebabkan pendangkalan. Faktor yang mempengaruhi proses sedimenasi yang terjadi di muara antara lain aktivitas gelombang dan pola arus.
Garcia 1999 menyatakan : Semenjak peradaban manusia, proses sedimenasi mempengaruhi persediaan air, irigasi, pertanian, pengendalian banjir,
perpindahan sungai, proyek hydroelectric, navigasi, perikanan, dan habitat air. Beberapa tahun belakangan, ditemukan bahwa sedimen memiliki peran yang penting
dalam transportasi dan takdir dari bahan pencemaran : pengendalian sedimenasi menjadi hal yang sangat penting dalam manajemen kualitas air.
2.2 Sifat-sifat Sedimen Sifat sedimen yang paling mendasar adalah ukuran dan bentuknya, setelah itu
densitas dan kecepatan jatuh dan lain-lain.
2.2.1 Ukuran dan Bentuk Ukuran partikel adalah sifat yang paling mempengaruhi perpindahan
sedimen. Tabel 2.1 memperlihatkan klasifikasi ukuran partikel sedimen dengan satuannya dalam milimeter. Catat bahwa di kolom terakhir dalam tabel tersebut
diameter partikel D = 2
- φ
. Sekumpulan sedimen alami memiliki bentuk yang tidak seragam. Oleh
karena itu beberapa diameter tunggal digunakan untuk mengkarakterisasi grup dari butiran sedimen.
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
Tabel 2.1 Skala Klasifikasi Ukuran Partikel Sedimen Nama Kelas
Milimeter φ
Batu besar boulders 256
-8 Batu bulat cobbles
256-64 -8 sd -6
Kerikil sangat kasar very coarse gravel 64-32
-6 sd -5 Kerikil kasar coarse gravel
32-16 -5 sd -4
Kerikil sedang medium gravel 16-8
-4 sd -3 Kerikil halus fine gravel
8-4 -3 sd -2
Kerikil sangat halus very fine gravel 4-2
-2 sd -1 Pasir sangat kasar very coarse sand
2.0-1.0 -1 sd 0
Pasir kasar coarse sand 1.0-0.50
0 sd +1 Pasir sedang medium sand
0.50-0.25 +1 sd +2
Pasir halus fine sand 0.25-0.125
+2 sd +3 Pasir sangat halus very fine sand
0.125-0.0625 +3 sd +4
Lumpur kasar coarse silt 0.0625-0.031
+4 sd +5 Lumpur sedang medium silt
0.031-0.016 +5 sd +6
Lumpur halus fine silt 0.016-0.008
+6 sd +7 Lumpur sangat halus very fine silt
0.008-0.004 +7 sd +8
Lempung kasar coarse clay 0.004-0.0020
+8 sd +9 Lempung sedang medium clay
0.0020-0.0010 +9 sd +10
Lempung halus fine clay 0.0010-0.0005
+10 sd +11 Lempung sangat halus very fine clay
0.0005-0.00024 +11 sd +12
Koloid colloids 0.00024
+12 sd +13
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
Diameter tunggal tersebut ditentukan berdasarkan metode pengukuran yang ada. Ukuran diameter yang biasa digunakan adalah sebagai berikut:
a Diameter Triaxial a, b, dan c: Ukuran ini mepresentasikan ukuran dimensi
partikel mayor, antara dan minor yang diukur pada sumbu-sumbu yang saling tegak lurus.
b Diameter Ayakan D: Ukuran ini mengindikasikan ukuran bukaan dari
ayakan dimana partikel akan lewat. c
Diameter Sedimenasi D
s
: Ukuran ini mewakili diameter untuk bentuk, berat spesifik dan fall velocity yang sama seperti partikel yang sama cairan
sedimenasinya dengan temperatur yang sama. Hal ini juga disebut fall diameter diameter jatuh.
d Diameter nominal D
n
: Ini mewakili diameter bola yang memiliki volume yang sama dengan partikel tertentu.
e Diameter rerata geometrik D
g
: Ini adalah akar dari hasil perkalian ukuran maksimum dan ukuran minimum. Misalnya, pasir yang sangat kasar dengan
rentang ukuran 1.00 – 2.00 mm memiliki rata-rata geometrik 1.414 mm [yaitu 12
12
]. f
Diameter rerata D
m
: Ukuran ini mewakili ukuran partikel yang dihitung berdasarkan:
D
m
= p
1
D
1
+ p
2
D
2
+ …p
n
D
n
p
1
+ p
2
+…+ p
n
2.1 dimana p
1,
p
2,…..,
p
n
adalah fraksi butiran yang terkait dengan klasifikasi ukuran 1,2,….n dan D
1,
D
2
,……, D
n
adalah diameter rata-rata untuk klasifikasi ukuran 1,2,….n.
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
g. Diameter median D
50
: Diameter terkait dengan nilai 50 persen lebih kecil menurut berat atau volume dalam kurva distribusi ukuran
gradation curve. Umumnya, D
p
digunakan untuk menyatakan bahwa p persen berat atau volume dari sampel memiliki diameter lebih kecil
daripada D
p
.
2.2.1.2 Pengukuran Distribusi Ukuran Penetuan ukuran berdasarkan saringan dapat digunakan untuk partikel sampai
dengan 50 µm, tapi akan memberikan hasil yang baik sampai dengan 75 µm. Ukuran
saringan dibuat berdasarkan deret geometrik dengan setiap saringan 2
14
lebih besar dari yang sebelumnya. Jika pasir cukup seragam
σ
g
sudah cukup kecil, tahapan 2
14
sebaiknya digunakan.
2.2.2 Analisa Settling untuk Partikel Kecil 2.2.2.1 Distribusi Ukuran Partikel
Dengan ayakan distribusi ukuran partikel dari sampel material dasar dapat di peroleh, yang secara umum memperlihatkan hubungan antara persentase dari berat
dibanding ukuran partikel, dinyatakan dengan gradasi garis lengkung. Gambar.2.1 memperlihatkan contoh dari gradasi garis lengkung. Distribusi ukuran kumulatif dari
kebanyakan sampel dapat ditaksir menggunakan distribuslog-normal, jadi dengan menggunakan skala probabilitas logaritma, dapat diperoleh kurang lebih garis
lurus. Untuk distribusi log-normal, diameter rerata geometri dapat dinyatakan sebagai berikut:
2 1
16 84
D D
D
g
= 2.2
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
dimana D
84
dan D
16
adalah diameter yang mengindikasikan bahwa 84 persen dan 16 persen berat dari diameter sampel memiliki diameter yang lebih kecil dari D
84
dan D
16
. D
g
untuk distribusi log-normal sama dengan D
50
. Deviasi standar geometrik,
σ
g
, berkaitan dengan D
g
dan ditentukan sebagai berikut:
[ ]
16 84
2 1
D D
D D
g g
g
+ =
σ 2.3
Untuk distribusi ukuran butiran log-normal, diameter rerata, D
m
, dinyatakan sebagai berikut:
[ ]
2 n
ln 0.5
exp
σ
g m
D D
=
2.4
Gambar 2.1 Gradasi lengkung dari analisa agregat tanah
Dalam literatur geologi, diameter sering digambarkan dalam unit φ, dimana φ
= -log2D
50
D
50
dalam mm, φ = 0 untuk D
50
= 1 mm, dan φ = 1 untuk D
50
= 0.5 mm
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
Perhitungan dengan cara lain dari distribusi adalah skewness, yang terjadi ketika distribusi ukuran sedimen tidak simetris yang diberikan sebagai berikut
φ φ
φ
σ φ
α
50
− =
d
M
2.5
Suatu skewness yang negatif mengindikasikan bahwa distribusi condong kepada ukuran phi yang kecil ukuran butiran yang besar. Duane 1964
menunjukkan bahwa skewness yang negatif adalah suatu indikator akan suatu lingkungan yang mudah longsor, untuk material yang lebih halus dipisahkan oleh
aksi arus dan gelombang. Dengan kata lain, lingkungan deposisi akan memiliki nilai skewness yang positif.
Otto 1939 dan Inman 1952 mendefenisikan diameter rata-rata sebagai berikut
2
16 84
φ φ
φ
− =
M
2.6 Sebelumnya cari nilai
φ dengan Persamaan sebagai berikut
2 ln
ln D −
=
φ 2.7
Masukkan nilai φ
84
dan φ
16
kedalam Persamaan 2.6
Penyortiran dari sampel pasir ditujukan untuk batas dari ukuran yang dihadirkan. Suatu penyortiran yang sempurna akan berisi pasir berdiameter sama
seluruhnya, sedangkan penyortiran yang jelek berisi suatu ukuran yang rentangnya luas.
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
Pengukuran secara numerik dari penyortiran adalah standar deviasi σ
φ
yang didefenisikan sebagai berikut
2
16 84
φ φ
σ
φ
− =
2.8
Gambar 2.2 Grafik frekuensi kumulatif normal dan distribusi tidak simetris
2.2.2.2 Bentuk Partikel Selain diameter sebagai ukuran partikel, bentuk dan kebundaran juga penting.
Bentuk menggambarkan pola dari partikel tanpa referensi untuk ketajaman dari
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
pinggirannya, sedangkan kebundaran tergantung dari ketajaman atau radius dari lengkungan pinggirannya. Sebagai contoh, partikel yang rata memiliki kecepatan
jatuh yang lebih kecil dibandingkan yang berbentuk bola, namun dalam kasus bed load ia akan lebih susah dipindahkan. Beberapa definisi yang digunakan untuk
menyatakan karakter bentuk adalah: a.
Kebulatan Sphericity: perbandingan luas permukaan bola yang mempunyai volume yang sama dengan partikel, dengan luas permukaan
dari partikel tersebut. b.
Kebundaran Roundness: perbandingan rata-rata radius lengkungan pinggiran, dengan radius dari lingkaran, yang dapat dicocokkan dalam
luasan proyeksi maksimum partikel. c.
Faktor bentuk Shape Factor: S.F.= ca.b
12
dengan a, b, dan c sebagai dimensi mayor, antara dan minor dari ukuran partikel. Untuk bola, S.F.=
1; pasir alami, S.F.~0.7. Kebulatan dan kebundaran sulit untuk ditentukan dalam prakteknya, namun faktor bentuk memiliki aplikasi
dalam praktek. Sebagai contoh, kecepatan jatuh partikel dapat diekspresikan oleh diameter nominal, faktor bentuk, dan bilangan
Reynolds.
2.2.3 Kecepatan Jatuh Fall Velocity Fall Velocity adalah kecepatan jatuh terminal sebuah partikel sedimen di air
suling yang tenang. Kacepatan ini merefleksikan ukuran, bentuk, dan berat partikel, serta karakteristik fluidanya. Pikirkan sebuah bola berdiameter D dilepaskan dengan
kecepatan nol didalam air yang tenang. Saat kecepatan W meningkat, resistensi air
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
mengurangi percepatan menuju keseimbangan. Pada keseimbangan, gaya gravitasi diimbangi oleh gaya dorong drag force dan kecepatan terminal W
T
terjadi. Persamaan kecepatan jatuh dapat dikembangkan dengan menggunakan prinsip
impuls-momentum:
∑ ∫
∑
+ ∀
=
CS y
CV y
y
V.A v
d v
dt d
F 2.9
Mengacu pada Gambar 2.3, gaya-gayanya adalah gaya gravitasi F
g
, gaya apung F
B
, dan gaya dorong F
D
.
B D
g y
F F
F F
− −
=
∑
2.10 Gaya Gravitasi dijabarkan sebagai berikut
s g
D F
=
3
6 2.11
dimana
3
6 D
adalah volume bola dan γ
s
adalah berat spesifik bola. Gaya apung adalah karena adanya air yang dipindahkan.
D F
B 3
6 =
2.12 dimana
γ adalah berat spesifik air. Gaya dorong resistensi adalah:
2 4
2 2
W D
C F
D D
= 2.13
dimana C
D
adalah koefisien dorong, yang merupakan fungsi bilangan Reynolds untuk bola lihat Gambar 2.4. C
D
adalah perbandingan antara gaya dorong per unit luas
2
4 D
dengan tekanan dinamik
=
2 2
2 1
4 W
D F
C
D D
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
Gambar 2.3 Kecepatan Jatuh
Gambar 2.4 Koefisien dorong untuk bola sebagai fungsi dari bilangan Reynolds Vanoni, 1975
D F
g
F
B
F
D
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
Perubahan momentum dalam volume kontrol yaitu =
∑
V. A v
CS v
dan laju bersih dari pengaliran momentum yaitu
dt dW
D d
v dt
d
CV v
v
= ∀
∫
3
4 2.14
Persamaan momentum adalah hasil dari subsitusi Persamaan 2.10 dengan 2.14 kedalam Persamaan 2.5 untuk menghasilkan
dt dW
D W
D C
D D
v D
v
=
−
−
3 2
2 3
3
6 2
4 6
6 2.15
Karena sifat hubungan yang rumit antara C
D
dan bilangan Reynolds, Persamaan 2.14 tidak dapat secara langsung diintegrasikan. Bilangan Reynolds
dapat dituliskan sebagai berikut:
v WD
R
e
=
2.16
Untuk rentang R
e
1, Hukum Stoke diekspresikan sebagai berikut
e D
R C
24 =
2.17
Kita dapat mensubsitusikan Persamaan 2.16 kedalam Persamaan 2.17 dan menggunakan hasil C
D
ke dalam Persamaan 2.13
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
WD 3
2 4
v WD
24 C
2 4
2 2
D D
2 2
v W
D F
W D
C F
D D
ρ ρ
π ρ
π
=
=
=
2.18
yang dinamakan Persamaan Stoke.
Persamaan kecepatan jatuh untuk R
e
1 dapat dihasilkan dengan subsitusi Persamaan 2.18 untuk menggantikan
2 4
2 2
W D
C
D
dalam Persamaan 2.15, lalu diintegrasi untuk memperoleh
−
−
−
=
2 2
18 exp
1 1
18 D
vt v
g D
W
s s
2.19
Jika t → ∞, kecepatan jatuh ini adalah kecepatan terminal:
− =
1 18
2
v g
D W
s T
2.20a atau
−
= v
g D
W
s T
18
2
2.20b
Gambar 2.5 menggambarkan kecepatan jatuh sebagai fungsi waktu untuk Persamaan 2.19 dan 2.20.
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
Sebagai alternatif, kita dapat menggunakan Persamaan 2.15 dengan dWdt = 0 untuk menghasilkan kecepatan jatuh menjadi
2 4
6 6
2 2
3 3
=
−
−
T D
s
W D
C D
D 2.21
Solusi untuk W
T
:
2 1
1 3
4
−
= g
C D
W
s D
T
2.22
Partikel sedimen tidaklah betul-betul bola, dan untuk diameter tertentu, berdasarkan analisis ayakan, biasanya mereka memiliki kecepatan jatuh yang sedikit
lebih kecil daripada bola dengan diameter yang sama. Umumnya, hukum Stoke dapat digunakan untuk partikel graviti pada rentang lanau dan lempung yang jatuh ke
dalam air. Karena kecepatannya yang sangat kecil, mereka biasanya tidak dijumpai dalam jumlah yang besar di dasar sungai. Mereka biasanya disebut muatan hanyut
wash load karena mereka hanyut bersama sistem air.
Ada dua jenis dorongan drag, yaitu: 1.
Dorongan bentuk Form drag, yaitu disebabkan oleh perbedaan yang tekanan antara bagian depan dan belakang partikel
2. Dorongan Permukaan Surface drag, yaitu disebabkan oleh pergesekan
sepanjang permukaan dari partikel.
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
Gambar 2.5 Velocity vs waktu
Kedua jenis gaya tersebut adalah gaya inersia dan gaya viscous. Hukum Stoke, untuk R
e
1, mengabaikan gaya inersia. Menurut Oseen 1927 perkiraan untuk C
D
yaitu:
+ =
e e
D
R R
C 16
3 1
24 2.23
dan Goldstein 1929 menaksirkan R
e
≤ 2
+
+ −
+ =
... 480
. 20
71 1280
19 16
3 1
24
3 2
e e
e e
D
R R
R R
C 2.24
Lihat Gambar 2.4 untuk koefisien dorong sebagai fungsi bilangan Reynolds.
Ketika sejumlah partikel tersebar didalam fluida, kecepatan jatuh akan berbeda dari partikel tunggal karena adanya interferensi antar partikel. Jika hanya
ada beberapa partikel yang berdekatan, mereka akan jatuh dalam kelompok dengan kecepatan yang lebih tinggi daripada partikel yang jatuh sendiri. Di lain pihak, jika
partikel tersebar merata di dalam fluida, interferensi antar partikel yang berdekatan
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
akan cenderung mengurangi besarnya kecepatan jatuh. Banyak peneliti mempelajari pengaruh konsentrasi terhadap kecepatan jatuh.
2.2.4 Densiti Sesungguhnya semua sedimen berasal dari material batu, oleh sebab itu
segala unsur material induk parent material dapat ditemukan di sedimen. Sebagai contoh, fragmen dari induk batuan ditemukan di batu besar dan kerikil, kuarsa pada
pasir, silika pada lumpur, dan feldspars dan mika pada tanah liat. Densiti dari kebanyakan sedimen yang lebih kecil dari 4 mm adalah 2.650 kgm
3
graviti spesifik, s = 2.65. Densiti dari mineral lempung clay berkisar dari 2.500 sampai 2.700
kgm
3
.
2.2.5 Hubungan Relasi Penting Lainnya a
Densiti Relatif Relative Density, ∆
ρ ρ
ρ − =
∆
s
2.25 dimana
s
ρ , adalah densiti sedimen dan ρ adalah densiti air b Berat Spesifik Spesific Weight partikel tanah tenggelam,
γ
s
′ γ
γ γ
− =
s s
2.26 dimana
γ
s
adalah berat spesifik partikel sedimen, Nm
3
, dan γ adalah
berat spesifik air, Nÿ
ÿ
. c
Grain Reynoÿÿs ÿÿmberÿÿR
NS
ÿÿ
v WD
R
N NS
=
2.27
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
dimana D
N
adalah diameter nominal sedimen, m, dan W adalah kecepatan jatuh yang terkait dengan D
N
, mdtk. d
Parameter Sedimentasi
3 2
N s
D G
=
2.28 dimana v adalah viskositas kinematik, ft
2
dtk atau m
2
dtk; D
N
adalah diameter nominal butiran, ft atau m; dan
γ
s
’ adalah berat spesifik sedimen tenggelam, lbft
3
atau Nm
3
. e
Porositas, n V
V n
v
= 2.29
dimana V
v
adalah volume rongga dan V adalah volume sedimen.
2.3 Bed Form dan Flow Resistence 2.3.1 Bed Forms
Aliran permukaan bebas di atas dasar pasir yang dapat tererosi menghasilkan jenis dan bentuk dasar saluran yang berbeda. Tipe dan dimensi suatu dasar
tergantung kepada sifat-sifat aliran, cairan, dan material dasar. Tabel 2.1 mendeskripsikan jenis konfigurasi dasar yang mempengaruhi kekasaran suatu
saluran alluvial. Gambar 2.6 memperlihatkan kondisi dasar saluran yang disusun menurut laju angkutan endapan yang meningkat. Karena terdapat hubungan yang erat
antara resistensi aliran, bentuk, dasar dan laju dari perpindahan sedimen, penting untuk diketahui kondisi yang menyebabkan perbedaan suatu dasar saluran. Gambar
2.7 memperlihatkan diagram dasar yang dibuat oleh Vanoni 1974 untuk kedalaman aliran sampai 10 ft 3m dan juga antara 100 dan 600
µm. Jenis dasar diklasifikasikan kedalam rejim rendah untuk jenis aliran subkritikal, dan rejim yang
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
tinggi untuk jenis aliran super kritikal, dengan zona transisi dekat yang dengan aliran kritis. Bentuk dasar menurut rejim-rejim aliran ini adalah sebagai berikut:
Gambar 2.6 Bentuk dasar saluran yang disusun sesuai dengan meningkatnya perpindahan sedimen. Aliran semakin meningkat dari gambar a ke f. Vanoni,1974
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
Gambar 2.7 a Kurva permukaan untuk pasir yang baik D
50
= 100 ~ 200 µm.b
Kurva untuk jenis pasir yang baik sampai medium D
50
= 200 ~ 300 µm. c Kurva
untuk jenis pasir yang medium D
50
= 300 ~ 400 µm. d Kurva untuk jenis pasir
medium sampai kasar D
50
= 400 ~ 600 µm Shen dan Julien,1993.
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
1. Rejim rendah
Bergelombang ripples
Bukit pasir dunes 2. Zona Transisi
Bentuk dasar bervariasi dari dunes sampai ke antidunes.
3. Rejim tinggi
Dasar rata dengan gerakan sedimen
Antidunes
Antidunes pecah breaking antidunes
Gelombang berdiri standing waves
Luncuran dan kolam chups and pools Faktor yang mempengaruhi bentuk dasar dan resistensi terhadap aliran termasuk
kedalaman air, kemiringan, dan densiti cairan, konsentrasi material halus, ukuran material dasar, gradasi material dasar, kecepatan jatuh partikel sedimen,bentuk
tampang saluran, daya rembesan, dan lainnya. Lihat Simons dan Senturk 1977 dan Yang 1996 untuk diskusi selanjutnya.
2.3.2 Pengertian Perpindahan Sedimen Tabel 2.2 memperlihatkan berbagai definisi perpindahan sedimen. Material
yang halus seperti lanau dan lempung dapat berpindah sangat mudah begitu mereka memasuki saluran dan tersapu habis dengan hanya meninggalkan jejak yang
tertinggal di permukaan dasar. Akibatnya, Persamaan perpindahan sedimen tidak dapat digunakan. Wash load adalah bagian dari total suspended load yang lebih halus
dari material dasar. Perpindahan material yang lebih besar yang ditemukan pada material dasar dinamakan bed-material load. Total load adalah kombinasi dari wash
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
load ditambah bed-material load. Bila wash load tidak ada, bed material load dan total load dapat dipertukarkan. Material dasar pada umumnya diekspresikan sebagai
berat sedimen per unit waktu tonhari atau Ns.
Perpindahan sedimen:
Tabel 2.2 Definisi Perpindahan sedimen
Nontransported Sedimen: Material dasar sedimen tak bergerak dari ukuran yang sama yang menghasilkan bed material load
Sedimen load : Material dalam suspensi danatau dalam perpindahan
Bed-Material Load : Laju total nilai dari material dasar yang berpindah disuatu
lokasi di sungai bed load dan suspended load Bed Load
: Gerakan material di atau dekat dasar sungai dengan berguling rolling, bergelincir sliding, dan kadang-
kadang masuk sebentar kedalam aliran dalam beberapa Total
sedimen load Bed material
load
Wash load
Bed load
Suspended bed material load
Suspended load
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
diameter diatas dasar jumping Bed material yang bergerak secara terus bersentuhan dengan dasar
Wash Load : Bagian dari total suspended load yang lebih halus dari
material dasar wash load dibatasi oleh persediaan bukan hidraulik
Suspended Load : Mencakup keduanya baik suspended bed material load
dan wash load. Sedimen yang bergerak dalam suspensi
2.3.3 Resistensi aliran Resistensi aliran bervariasi menurut bentuk dasar yang diwakili oleh
kekasarannya, yang dapat dijabarkan melalui PersamaanManning sebagai berikut:
2 1
3 2
1
f
S R
n V
=
2.30 dimana V adalah kecepatan rata-rata aliran ms, R adalah jari-jari hidraulik m, dan
S
f
adalah kemiringan energi tanpa dimensi. Total kekasaran dapat dibagi menjadi kekasaran butiran atau kekasaran kulit yang disebabkan adanya bentuk dasar. Total
koefisien kekasaran Manning dapat dituliskan sebagai berikut:
f g
n n
n +
=
2.31 dimana n
g
adalah koefisien Manning untuk kekasaran butiran dan n
f
adalah koefisien Manning untuk kekasaran bentuk. Einstein dan Barbarossa 1952 pertama kali
memisahkan resistensi total menjadi resistensi butiran dan resistensi bentuk.
Berbagai pendekatan telah dilaporkan dalam literatur untuk menentukan koefisien kekasaran bagi saluran yang dipenuhi sedimen. Lihat Yen 1996 dan Yang
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
1996 untuk mereview hal ini. Koefisien kekasaran Manning yang ditetapkan oleh Chow 1959, pada Tabel dapat dipakai untuk beberapa jenis dasar saluran.
Persamaan Strickler 1923 dapat digunakan untuk menghitung faktor kekasaran Manning untuk dasar dan tebing sungai berdasarkan ukuran sedimen yang
ada di tebing dan dasar sungai:
21
6 1
50
D n
= 2.32
dimana D
50
adalah ukuran median sedimen
6 .
25
6 1
50
D n
= 2.33
2.4 Perpindahan Sedimen 2.4.1 Incipient Motion
Incipient motion suatu partikel dasar dapat dianggap sebagai kondisi kritis antara transport dan no transport. Amati partikel A di Gambar 2.7 dengan maksud
untuk menganalisa kondisi yang mengakibatkan incipient motion suatu partikel. Jika partikel memiliki diameter D
s
, luas permukaan efektif adalah proporsional D
s 2
. Gaya F
x
, yang bekerja pada partikel adalah shear force akibat dari shear stress, τ
o
yang dituliskan sebagai berikut:
o x
D C
F
τ
2 1
=
2.34 dimana C
1
adalah konstanta proposionalitas dan C
1
D
s 2
adalah luas efektif. Anggap bahwa jarak y
1
sebanding dengan D
s
jadi y
1
= C
2
D
s
. Lalu momen over turning aliran tersebut adalah
τ
o
C
1
D
s 2
C
2
D
s
. Momen over turning diimbangi
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
oleh berat tenggelam dari partikel tersebut yang sebanding dengan γ
s
- γ D
s 3
. Waktu Momen over turning dan momen righting adalah sama pada saat incipient motion.
Shear stress pada saat incipient motion merupakan critical shear stress, τ
c
= τ
o
. Menyamakan overturning dan momen righting
s s
s s
s c
D C
D C
D C
D C
4 3
3 2
2 1
γ γ
τ
− =
2.35a
4 4
3 3
2 1
s s
s c
D C
C D
C C
γ γ
τ
− =
2.35b
Gambar 2.8 Incipient Motion. Anggap bahwa gaya hidraulik yang bekerja pada partikel tersebut sepenuhnya akibat dari shear stess, I
o
, yang bekerja di area permukaan.
Solusi untuk critical shear stress
s s
c
D C
C C
C γ
γ τ
− =
2 1
4 3
2.36 atau
s s
c
D C
γ γ
τ −
= 2.37
dimana C = C
3
C
4
C
1
C
2
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
Analisa dimensi dapat digunakan untuk menurunkan critical shear stress lebih lengkap. Shear stress tidak berdimensi dihasilkan dengan rumus sebagai berikut
v D
c s
s c
= −
s
D φ
2.38a
=
∗
v D
u
s c
φ 2.38b
dimana
v D
u
s c
∗
adalah Bilangan Reynold shear velocity dan ρ
τ
c c
u =
∗
2.39 adalah critical shear velocity. Bagian sebelah kiri dari Persamaan 2.35a,b adalah
dimensi shear stress tak berdimensi, τ
.
s s
c
D γ
γ τ
τ −
=
∗
2.40
Hubungan antara τ
dan R
c
yang dikembangkan oleh Shields 1936 dinamakan Diagram Shields, diperlihatkan pada Gambar 2.9 Diagram ini
memperlihatkan hubungan eksperimental yang dimaksud oleh Persamaan 2.38a,b. Diagram Shields dapat digunakan untuk mengevaluasi critical shear stress shear
stress pada saat incipient motion. Untuk menggunakan diagram Shields, pertama harus dihitung yang dapat digunakan untuk menempatkan
τ pada kurva diagram
Shields
s s
s
gD v
D
−1 1
, γ
γ
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
Gambar 2.9 Diagram Shields d
s
= D
s
Vanoni,1975, p.96
Dengan τ
, critical shear stress dapat dihitung dengan menyusun kembali Persamaan 2.32 menjadi
s s
c
D γ
γ τ
τ −
=
∗
2.41a
s s
D γ
γ γ
τ 1
− =
∗
2.41b Shear stress aktualnya dapat dihitung dengan menggunakan
RS
o
γ τ =
2.42 Lalu dilakukan perbandingan antara
τ
c
dan τ
o
. Jika τ
o
lebih besar dari τ
c
, perpindahan dapat terjadi.
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
2.4.2 Fungsi Perpindahan Sedimen Tabel berisi beberapa fungsi sedimen transport yang umum dengan informasi
dasar tentang pengembangan dan penggunaannya.
Tabel 2.3 Informasi Dasar tentang pengembangan dan penggunaan fungsi sedimen transport yang umum digunakan.
Nama Fungsi
Tipe Ukuran
Sedimen mm
Dikembangkan di
Komentar
Ackers- White
Total Load
0,04 – 2,5 Data flume
Memberikan gambaran yang baik untuk sedimen ringan pada flume laboratorium dan
sungai alami. Colby
Total Load
0,10 – 0,8 Data flume
dan stream Temperatur pada 60
o
F. Fungsi ini direkomendasikan untuk sungai berpasir
dengan kedalaman kurang dari 10 ft. Efektif untuk kecepatan 1 sampai 10 fts. Kisaran
kedalaman 0.10 – 10 ft. Duboys
Bed Load
0,01 – 4,0 Flume kecil
Formula ini tidak cocok digunakan untuk sungai berdasar pasir yang mengangkut
suspended load. Engelund
Hansen Total
Load Ukuran
lebih besar dari 0,15
mm Data flume
besar Cukup memuaskan untuk memprediksi
sedimen discharge pada sungai berpasir.
Laursen Total
Load 0,01– 4,08
Data flume Diharapkan dapat dipakai hanya untuk
sedimen alami dengan specific gravity 2,65. Dapat diadaptasi untuk sungai dangkal dengan
pasir halus dan lanau kasar.
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
Meyer- Peter
Muller Bed
Load 0,40 – 30,0 Data Saluran
Tidak dapat digunakan untuk aliran dengan suspended load yang besar. Fungsi ini
dikalibrasi untuk pasir kasar dan kerikil. Direkomendasikan untuk sungai dengan
material dasar saluran lebih kasar dari 5 mm kedalaman 1 sampai 1,2 m.
Schoklitch Bed Load
0,30 – 5,0 Data flume
kecil Formula bed load yang seharusnya tidak
digunakan untuk sungai berpasir yang menggangkut banyak sedimen dalam
suspensi. Shields
Bed Load
1,7 – 2,50 Data flume
Sedimen digunakan dalam percobaan adalah kasar dengan shear velocitis yang rendah.
Hampir semua sedimen yang berpindah adalah bed load.
Toffaleti Total
Load 0,062 – 16 Data stream
Porsi bed load dapat dihitung menggunakan fungsi bed load contoh, Schoklitsch, atau
Meyer-Peter dan Muller. Fungsi seharusnya tidak digunakan untuk material ringan dan
kasar namun dapat diadaptasi untuk sungai alami bverdasar pasir dengan specific gravity
2,65. Yang’s
Stream Power
Function Total
Load 0,015
– 1,71
Data stream Fungsi ini efektif untuk sedimen dengan
specific gravity 2,65. Formula pasir Yang dapat diadaptasi untuk flume laboratorium
dengan dasar pasir dan sungai alami – dengan wash load diabaikan. Formula kerikil Yang
adalah untuk bed material berukuran antara 2 dan 10 mm
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
2.4.3 Armoring Armoring adalah proses pengikisan lapisan dasar saluran secara terus
menerus oleh terangkutnya partikel halus sampai sebuah lapisan terbentuk yang resisten terhadap pengikisan karena discharge tertentu. Lapisan kasar yang tetap ada
di permukaan disebut lapisan armoring. Armoring adalah kondisi yang bersifat sementara karena debit yang lebih besar dapat menghancurkan lapisan armor dan
lapisan tersebut dapat terbentuk kembali saat debit berkurang. Terbentuknya lapisan resisten dengan partikel yang relatif lebih besar adalah hasil dari perpindahan partikel
yang halus karena erosi.
2.5 Bed Load Formula Partikel dapat berpindah sebagai dasar di sepanjang dasar saluran karena
aliran. Bagian ini menjelaskan beberapa dari Persamaan yang biasa digunakan untuk bed load untuk sungai berdasar pasir.
2.5.1 Formula Duboys Duboys 1879 mengembangkan formula sebagai berikut:
[ ]
c s
g −
= 2.43
dimana ψ adalah koefisien tergantung dari rata-rata ukuran dasar sedimen, kg
3
ms; τ
o
= γ d S = shear stress dasar; τ
c
adalah critical bed shear stress dalam kgm
2
; γ
adalah berat spesifik air dalam Nm
3
; d adalah kedalaman air dalam m; dan S adalah kemiringan saluran.
Parameter ψ dan τ
c
diberikan pada Gambar 2.10 sebagai fungsi rata-rata ukuran pasir.
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
Gambar 2.9 Grafik koefisien ψ dan τ
c
oleh Duboys
2.5.2 Formula Meyer- Peter dan Muller Meyer-Peter dan Muller 1948 mengembangkan formula empiris untuk bed
load discharge pada sungai alami, yaitu sebagai berikut
2 3
2 3
6 1
90
0698 .
. 368
.
−
=
m s
s s
D S
d n
D Q
Q g
2.44
dimana g
s
= bed load discharge, kgdtk-m Q = Total discharge air, m
3
dtk Q
s
= Bagian discharge air yang mempengaruhi dasar dalam m
3
dtk D
90
= ukuran partikel yang 90 persen dari campuran dasar lebih halus, mm
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
D
m
= diameter efektif dari campuran material dasar mm d
= kedalaman aliran rata-rata, m S
= gradien energi n
s
= nilai kekasaran Manning untuk dasar sungai
Untuk saluran yang lebar dan licin Q
s
Q = 1 dan
V S
d n
s 2
1 3
2
486 .
1 =
2.45 Dimana V adalah kecepatan aliran rata-rata dalam mdtk.
Jika kekasaran dinding sungai dipertimbangkan, rumus berikut dapat dipakai: Untuk saluran persegi panjang:
3 2
2 3
1 2
1
−
+ =
m w
w m
s
n n
T d
n n
2.46
3 2
2 1
1
+
=
s w
w s
n n
T d
Q Q
2.47
Untuk saluran trapesium:
3 2
2 3
2 1
2
1 1
2 1
− +
+ =
m w
m s
n n
B z
d n
n
2.48
3 2
2 1
2
1 2
1 1
+ +
=
s w
s
n n
B z
d Q
Q 2.49
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
dimana n
w
= nilai kekasaran untuk tepi saluran n
m
= nilai kekasaran untuk total saluran T
w
= lebat atas, m B = lebar dasar, m
Z = kemiringan sisi saluran ukuran
fraksi jumlah
n ;
i D
b n
1 t
si
= =
∑
= m
D D
si
= diameter butiran rata-rata dari sedimen didalam fraksi ukuran i i
b
= Berat fraksi material dasar dalam fraksi ukuran tertentu.
2.5.3 Formula Schoklitsch Formula Schoklitsch 1935 dapat dituliskan sebagai berikut:
1. Material Unigranular D
50
:
2 3
7 ,
86 q
T Q
S D
G
w s
− =
2.50 dimana:
q = 0,00532dS
43
D = D diameter butiran rata-rata, cm
G
s
= bed load discharge, mdtk S
= energi gradient Q = discharge m
3
dtk T
w
= lebar dalam m q
s
= discharge kritis, m
3
dtk per m lebar
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
2. Campuran dengan ukuran yang berbeda D
si 2
3 1
1 .
25 q
q S
D i
g g
n i
si b
n i
i s
s
− =
=
∑ ∑
= =
2.51
dimana: q
= 0,0638D
si
S
43
n = jumlah fraksi ukuran dalam campuran material dasar D
si
= diameter butiran rata-rata, m g
s
= G
s
T
w
; bedload discharge,kgdtk-m i
b
= fraksi, berat material dasar dalam sebuah fraksi ukuran tertentu
2.6 Suspended Load Suspensi sedimen terjadi karena adanya turbulen walaupun faktor lain,
misalnya arus tambahan, halangan, impak partikel, juga memiliki peranan. Untuk menghitung suspended load, variasi konsentrasi sedimen pada potongan vertikal dari
aliran sungai harus dihitung. Gambar 2.11 memperlihatkan distribusi kecepatan, distribusi konsentrasi, dan distribusi shear stress. Saat ekuilibrium, terjadi
keseimbangan antara laju partikel yang jatuh karena gravitasi, W
•
C dan laju partikel- partikel tersebut naik kembali oleh gerakan eddy,
y C
m
∂ ∂
ε , dimana W adalah
kecepatan jatuh partikel sedimen, C adalah konsentrasi sedimen, ε
m
adalah koefisien transfer massa vertikal akibat gerakan eddy, dan y adalah arah vertikal. Saat
ekuilibrium,
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
Gambar 2.11 Sketsa definisi sedimen yang tersuspensi. Prasuhn,1987
. =
∂ ∂
+ y
C C
W
m
ε 2.52
yang merupakan Persamaan difusi.
Pemecahan Persamaan 2.52 dapat dilakukan dengan menggunakan hubungan fluid shear stress berikut ini:
dy du
m
ρ ε
τ = 2.53
dan sebuah distribusi kecepatan vertikal logaritmik seperti Persamaanvon Karman- Prandtl:
A y
k u
u +
= log
303 ,
2 2.54
dimana ρ
τ =
u adalah shear velocity, k
≈ 0.4 untuk hampir semua aliran air bersih, dan A adalah konstanta yang tergantung kepada licin dan kasarnya batas.
Mendiferensikan Persamaan 2.54 terhadap y menghasilkan
ky u
dy du
∗
= 2.55
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
yang dapat disubsitusikan ke dalam Persamaan 2.53 dan diselesaikan untuk ε
m
sebagai berikut:
ky u
dy du
m
∗
= =
2.56
Mengacu pada Gambar 2.11, shear stress pada dasar saluran adalah τ
, S
y RS
= =
2.57 dimana jari-jari hydraulik R = y
, yang merupakan kedalaman.
Pada kedalaman intermediat y, shear stress adalah S
y y
− =
γ τ
2.58 Rasio
ττ adalah
y S
y S
y y
y y
− =
− =
2.59
Sehingga
−
= −
= 1
y y
y y
y
τ τ
τ 2.60
Persamaan 2.60 dapat disubsitusikan ke dalam Persamaan 2.56 untuk menghasilkan distribusi vertikal nilai
ε
m
seperti berikut:
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
y y
- 1
ky y
y 1
u ky
m
=
− =
∗
u 2.61
Mensubsitusi Persamaan2.61 ke Persamaan difusi 2.52 memberikan
dy dC
y y
ky u
−
− =
− =
∗ m
1 dy
dC CW
2.62
Menyusun kembali
y y
y dy
k u
Wy C
dC −
=
∗
2.63
dan mengintegrasikan dari tinggi referensi a lihat Gambar 2.11 untuk tinggi sembarang y memberikan
z a
y
a y
a y
y y
C C
−
− =
2.64
Gambar 2.11 adalah grafik pembuktian Persamaan 2.64 dimana k
u W
z
∗
= .
Gambar 2.12 ini memprediksi variasi vertikal suatu konsentrasi sedimen untuk nilai parameter z yang berbeda.
Discharge sedimen per unit lebar, g
ss
, melalui elemen ketinggian dy adalah
∫
=
y a
y ss
udy C
g
2.65
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
Einstein 1950 mengintegrasikan Persamaan ini dengan menggunakan Persamaan2.64 untuk C
y
dan Persamaan kecepatan logaritmatik.
Gambar 2.12 Distribusi konsentrasi vertikal relatif CC. Bandingkan dengan persamaan. Untuk bentang sungai yang besar ukuran dan nilai
z Vanoni,1975.
2.7 Total Sedimen Load Bagian ini menampilkan formula Colby, formula Ackers-White, dan formula
Yang. Ketiga formula tersebut dipilih untuk menggambarkan total sedimen load bed material load formula.
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
2.7.1 Formula Colby’s Colby 1964 merekomendasikan diagram pada Gambar 2.12 dan Gambar
2.13 berdasarkan investigasi sedimen transport load sebagai fungsi dari kecepatan aliran rerata, kedalaman, viskositas, temperatur air, dan konsentrasi sedimen halus
dari debit pasir per ft lebar saluran. Debit material dasar dapat ditentukan dengan formula Colby Colby,1964
672 .
1 1
CF AF
V V
A g
B c
s
− +
− =
2.66
Gambar 2.13 Efek taksiran dari temperatur air dan konsentrasi sedimen halus dalam hubungan debit pasir dengan kecepatan rata-rata Colby,1964. Grafik a
berdasarkan ukuran sedimen 0.2 sampai 0.3 mm. Untuk ukuran sedimen yang lain, faktor koreksi diperlukan dari grafik b dari Shen dan Julien,1993.
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
Gambar 2.13 Hubungan antara debit pasir dengan kecepatan rerata untuk 6 ukuran median 1 dari pasir dasar, 4 kedalaman aliran, dan temperatur air 60
F Colby,1964.dari Shen dan Julien,1993.
dimana
A = Koefisien yang berhubungan dengan D
50
AF = Koefisien pengatur untuk temperature air dan konsentrasi dari sedimen halus Gambar 2.13a berdasarkan ukuran sedimen dari 0.2 sampai 0.3
mm. Untuk ukuran lain, koreksi CF, dari Gambar 2.13b diperlukan
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
CF = efek persentase untuk ukuran partikel medium yang berbeda Gambar 2.13b
V = kecepatan rerata, mdtk V
c
= kecepatan kritis, mdtk d = kedalaman rata-rata, m
D
50
= ukuran partikel, mm, dimana 50 persen dari berat suatu material dasar adalah lebih halus.
B = eksponen yang memiliki nilai ,
1 untuk
5 ,
2 =
c
V-V B
2.67a
, 1
untuk 453
, 1
138 50
≥ =
− c
.
V-V D
B
2.67b Prosedur berikut digunakan dalam mengevaluasi debit material dasar :
Langkah 1 Hitung kecepatan kritis, V
c
’
33 50
1
4673 ,
. .
c
D d
V =
2.68 Langkah 2 Tentukan eksponen B dengan nilai V-V
c
. Langkah 3 Tentukan nilai A:
Untuk D
50
= 0.1 mm A = 1.453 d
0.61
D
50
= 0.2 mm A = 1.329 d
0.48
D
50
= 0.3 mm A = 1.4d
0.3
D
50
= 0.4 mm A = 1.26 d
0.3
D
50
= 0.8 mm A = 1.099 d
0.3
Langkah 4 Tentukan faktor koreksi CF dari Gambar 2.13 Langkah 5 Tentukan koefisien, AF, dari kurva koreksi pada Gambar 2.13
Langkah 6 Hitung g
s
menggunakan Persamaan 2.66
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
2.7.2 Formula Ackers-White Ackers dan White 1973 mengembangkan fungsi debit sedimen yang umum
dalam 3 grup tak berdimensi: D
g
ukuran, F
gr
mobilitas, dan G
gr
debit. Prosedur perhitungan konsentrasi debit material dasar adalah sebagai berikut:
Langkah 1 Hitung diameter butiran tak berdimensi menggunakan:
3 1
2 50
1
−
= v
S g
D D
g gr
2.69 dimana
D
50
= ukuran median partikel, dalam m g
= percepatan gravitasi, mdtk
2
S
g
= specific gravity sedimen V
= viscositas kinematik, m
2
dtk
Langkah 2 Tentukan nilai parameter a, C
A
, n, dan m yang digunakan dalam Persamaan2.72 yang berkaitan dengan D
gr
, yang dihitung untuk 2 kisaran ukuran material dasar. Untuk ukuran menengah, 1
≤ D
gr
≤ 60, D
gr
= 1 0.04 mm ukuran lanau sampai D
gr
= 60 2.5 mm ukuran pasir:
53 .
3 log
log 86
. 2
log 34
. 1
66 .
9 14
. 23
. log
56 .
00 .
1
2
− −
= +
= +
= −
=
gr gr
A gr
gr gr
D D
C D
m D
A D
n
2.70
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
untuk ukuran lebih kasar, D
gr
60: n = 0.00
A = 0.17 m = 1.5
C
A
= 0.025
Langkah 3 Hitung mobilitas partikel, F
gr
:
n
g n
gr
D d
V S
gD u
−
− =
1
50 50
log 32
1 F
2.71
dimana d = kedalaman rata-rata, m
u = shear velocity
τ ρ
12
, mdtk V = kecepatan rerata, mdtk
α = koefisien Persamaankekasaran turbulen dengan nilai 10 n = transisi eksponen tergantung ukuran sedimen
Langkah 4 Hitung parameter sedimen transport, G
gr
:
m gr
A gr
A F
C G
− =
1 2.72
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
Langkah 5 Hitung konsentrasi bed material discharge:
= d
u V
D S
G C
n g
gr 50
6
10 2.73
dimana C adalah konsentrasi dari bed material discharge, dalam bagian per juta ppm berat
Langkah 6 Merubah konsentasi menjadi unit yang cocok:
ft cfs
g ft
gal .
ppm gal
lbs .
ppm C
g
s
× ×
× =
3 6
1 48
7 1
10 34
8 2.74
2.7.3 Formula Yang Unit Stream Power 2.7.3.1 Formula Pasir Yang
Yang mengembangkan Persamaanuntuk menghitung konsentrasi bed material discharge. Persmaan ini diaplikasikan untuk dasar pasir sungai dan berdasarkan
analisa dimensi dan konsep unit stream power. Yang mendefenisikan unit stream power sebagai ukuran energi potensial yang tidak teratur per unit berat air,
memperlihatkan hasil dari velocity dan kemiringan. unit dimensi stream power untuk transportasi pasir Yang 1973 sebagai
berikut:
−
−
− +
− −
=
W S
V W
VS W
u .
v WD
. .
W u
. v
WD .
. C
cr
log log
314 log
409 799
1 log
475 log
286 435
5 log
50 50
2.75
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
dimana dimensi velocity kritis saat incipient motion dapat dituliskan sebagai berikut: 70
2 1
untuk 66
06 log
5 2
50 50
+ −
= v
D u
. .
. v
D u
. W
V
cr
2.76a
v D
u .
W V
cr 50
70 untuk
05 2
≤ =
2.76b dimana
C = konsentrasi bed material discharge ppm oleh berat W = Rata-rata fall velocity mdtk partikel sedimen dengan diameter D
50
D
50
= ukuran partikel m v = kinematik viscosity m
2
dtk u
= shear velocity mdtk;
ρ τ
=
∗
u V = Rata-rata velocity mdtk
S = energi kemiringan V
cr
= Rata-rata aliran velocity mdtk saat incipient motion
2.7.3.2 Formula Gravel Yang dimensi unit stream power formula Yang 1984 untuk transportasi kerikil
yaitu:
−
−
− +
− −
=
W S
V W
VS W
u v
WD W
u v
WD C
cr
log log
282 .
log 305
. 784
. 2
log 816
. 4
log 633
. 681
. 6
log
50 50
2.77
dimensi kritis velocity saat incipient motion dijelaskan pada persamaan2.76a,b.
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
Untuk menghitung total discharge dari golongan material menggunakan formula kerikil atau pasir, konsentrasi total bed-material discharge dapat dihitung
menggunakan:
i n
i b
C i
C
∑
=
=
1
2.78
dimana n = nilai dari ukuran pecahan di bed material
i
b
= berat pecahan dari bed material C
i
= konsentrasi ukuran pecahan,i ppm
Ilga Widya Panca Iskandar : Studi Karakteristik Sedimen Di Perairan Pelabuhan Belawan, 2008. USU Repository © 2009
BAB III KONDISI FISIK DAN LINGKUNGAN PERAIRAN BELAWAN