Mekanisme Perilaku Gerusan Lokal Pada Pilar Segiempat Dengan Variasi Debit
MEKANISME PERILAKU GERUSAN LOKAL PADA
PILAR SEGIEMPAT DENGAN VARIASI DEBIT
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian
Pendidikan sarjana teknik sipil
ANDY AZIS
09 0404 029
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2015
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Sungai adalah alur air yang terbentuk secara alami di muka bumi yang
mengalir dari mata air ke daerah alirannya menurut kondisi permukaan bumi yang
akhirnya menuju ke daerah terendah.Aliran yang terjadi pada sungai biasanya
disertai proses penggerusan/erosi dan endapan sedimen/deposisi. Proses
penggerusan yang terjadi dapat diakibatkan karena kondisi morfologi sungai dan
adanya bangunan sungai yang menghalangi aliran. Bangunan seperti pilar
jembatan dapat merubah pola aliran, sehingga secara umum dapat menyebabkan
terjadinya gerusan lokal. Penelitian tentang pola gerusan di sekitar pilar dengan
variasi debit aliran dilakukan untuk mempelajari pengaruh debit terhadap pola
gerusan dan besarnya kedalaman gerusan.
Penelitian gerusan di sekitar pilar dilakukan di Laboratorium Hidraulika
Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara menggunakan alat flume dengan panjang
8 m, tinggi 0,3 m dan lebar 0,076 m. Penelitian dilakukan dengan pengukuran pola
dan kedalaman gerusan disekitar pilar segiempat dengan debit aliran sebesar 0,5
liter/det, 1,0 liter/det, dan 1,5 liter/det. Material yang digunakan berupa pasir yang
lolos saringan No.10 dan tertahan saringan No.200 dengan nilai d50 = 0.51 mm.
Model diuji selama 250 menit untuk setiap kali running. Penelitian ini dilakukan
dengan kondisi aliran clear water scour .Dari hasil eksperimen yang telah
dilakukan didapat bahwa penambahan kedalaman gerusan pada menit-menit awal
terjadi sangat cepat dengan kedalaman gerusan bertambah seiring dengan lama
waktu pengamatan dan selanjutnya besanya penambahan kedalaman gerusan
semakin kecil setelah mendekati kondisi kesetimbangan (equilibrium scour
depth). Hasil penelitian menunjukan gerusan terbesar pada pilar terjadi pada
bagian hulu pilar pada titik pengamatan 5. Kedalaman gerusan maksimum dari
pilar segiempat terjadi pada debit 1,5 liter/det, sedangkan kedalaman gerusan
minimum terjadi pada debit 0,5 liter/det. Kedalaman gerusan yang terjadi semakin
bertambah seiring dengan peningkatan nilai debit. Nilai kedalaman gerusan
maksimum pada variasi debit aliran 0,5 liter/s, 1,0 liter/det, dan 1,5 liter/det secara
berturut-turut adalah 25 mm, 36 mm, 40 mm.
Salah satu faktor yang mempengaruhi proses gerusan adalah besarnya
debit aliran. Besar debit aliran mempengaruhi waktu yang diperlukan bagi gerusan
lokal pada kondisi clear-water scour sampai kedalaman terakhir, sehingga
semakin besar debit yang digunakan maka semakin banyak waktu yang diperlukan
untuk melakukan penggerusan.
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Allah SWT yang telah memberikan kesehatan dan
kesempatan kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulisan
Tugas Akhir yang berjudul “MEKANISME PERILAKU GERUSAN LOKAL
PADA PILAR SEGIEMPAT DENGAN VARIASI DEBIT” ini dimaksudkan
untuk mencapai gelar sarjana Teknik Sipil bidang studi struktur Departemen Teknik
Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Dalam penulisan Tugas Akhir ini, penulis menghadapi berbagai kendala,
tetapi karena bantuan dari berbagai pihak, penulisan Tugas Akhir ini dapat
terselesaikan. Pada kesempatan ini pula, penulis menyampaikan ucapan terima
kasih yang sebesar – besarnya kepada :
1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, sebagai Ketua Departemen Teknik
Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Ir. Syahrizal, M.T., sebagai Sekretaris Departemen Teknik Sipil
Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Ir. Syahrizal, M.T dan Ivan Indrawan, S.T, M.T, sebagai Dosen
Pembimbing yang telah banyak memberikan waktu, dukungan, masukan,
serta bimbingan kepada penulis untuk menyelesaikan tugas akhir ini.
4. Bapak Ir. Terunajaya, M.Sc, dan Ir. Alferido Malik., sebagai Dosen
Pembanding dan Penguji Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
5. Kedua orangtua, H. Nasrin Lubis dan Hj. Sofriani Nasution., yang tak
pernah berhenti memberikan doa, dukungan, motivasi, kasih sayang dan
Universitas Sumatera Utara
segalanya untuk saya selama ini. serta seluruh keluarga besar saya Bang
Indra Husein Lubis ST, Bang Dedi Kurniadi Lubis SH, serta adik saya
Muhammad Ikhsan dan Sobihannur
yang selalu mendukung dan
membantu saya dalam menyelesaikan tugas akhir ini
6. Seluruh Bapak dan Ibu Dosen Pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah membimbing dan memberikan
pengajaran kepada Penulis selama menempuh masa studi di Departemen
Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
7. Asisten Laboratorium Hidrolika Fakultas Teknik USU
8. Seluruh staf pegawai kak Lince, Kak Dina, Kak Dewik, Bang Julpan, Bang
Jul KP, Bang Edi , Bang Amin dan Mas Bandi dan juga semua pegawai
Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
9. Seluruh keluarga saya sipil 2009 yang telah sangat banyak membantu saya
mulai dari awal proses pengerjaan tugas akhir :Afriansyah, Cid Ritonga,
Septian (Udak), Kirun, Fuad, dan semuanya terkhusus kawan-kawan Sub
Jurusan TSA.
10. Teman-teman seperjuangan yang sudah duluan tamat.
11. Semua abang/kakak dan adik-adik angkatan yang telah membantu penulis
selama pengerjaan tugas akhir ini: Bang Gejond , Bang Indra , Muis,
Lumajun, Suryadi, Acong, Puter, Kembat yang selalu memberi canda dan
tawa serta temaan-teman lainya yang tidak bisa dituliskan satu-persatu
yang lainya.
12. Dan segenap pihak yang belum penulis sebut disini atas jasa-jasanya dalam
mendukung dan membantu penulis dari segi apapun, sehingga Tugas Akhir ini
dapat diselesaikan dengan baik.
Universitas Sumatera Utara
Saya menyadari bahwa dalam penyusunan tugas akhir ini masih jauh dari
kesempurnaan. Oleh karena itu saya menerima kritik dan saran yang bersifat
membangun dalam penyempurnaan tugas akhir ini.
Akhir kata saya mengucapkan terima kasih dan semoga tugas akhir ini dapat
bermanfaat bagi para pembaca.
Medan, Agustus 2015
Penulis
( Andy Azis )
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ............................................................................................................ i
KATA PENGANTAR .......................................................................................... ii
DAFTAR ISI ......................................................................................................... v
DAFTAR TABEL .............................................................................................. vii
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... viii
DAFTAR NOTASI .............................................................................................. xi
DAFTAR LAMPIRAN ..................................................................................... xiv
BAB I PENDAHULUAN .................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang …………................................................................................. 1
1.2 Perumusan Masalah …………......................................................................... 2
1.3 Pembatasan Masalah ........................................................................................ 2
1.4 Tujuan Penelitian ............................................................................................. 3
1.5 Manfaat Penelitian ........................................................................................... 3
1.6 Sistematika Penulisan .......................................................................................4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ....................................................................... 6
2.1 Sungai .............................................................................................................. 7
2.2 Pengertian Gerusan .......................................................................................... 8
2.3 Mekanisme Gerusan ....................................................................................... 10
2.4 Transpor Sedimen .......................................................................................... 17
2.5 Pola Aliran ..................................................................................................... 17
2.6 Awal Gerak Butiran ....................................................................................... 19
Universitas Sumatera Utara
2.7 Faktor yang Mempengaruhi Kedalaman Gerusan .......................................... 22
2.7.1 Kecepatan Aliran pada Alur Sungai ............................................................ 22
2.7.2 Gradasi Sedimen ......................................................................................... 25
2.7.3 Ukuran Pilar dan Ukuran Butir Material Dasar .......................................... 27
2.7.4 Kedalaman Dasar Sungai dari Muka Air .................................................... 31
2.7.5 Bentuk Pilar ................................................................................................ 32
2.7.6 Posisi Pilar (Sudut Kemiringan Pilar) ......................................................... 34
2.8 Persamaan Gerusan untuk Aliran Beraturan .................................................. 35
BAB III METODE PENELITIAN ................................................................... 38
3.1 Tempat Penelitian ........................................................................................... 38
3.2 Bahan Penelitian ............................................................................................. 38
3.3 Alat Penelitian ................................................................................................ 39
3.4 Alur Pelaksanaan Penelitian ........................................................................... 44
3.4.1 Persiapan Peralatan ..................................................................................... 44
3.4.2 Percobaan Pendahuluan .............................................................................. 45
3.4.3 Pelaksanaan Penelitian ................................................................................ 45
3.4.4 Analisis Hasil Percobaan ............................................................................. 49
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pemeriksaan Material Dasar .......................................................................... 50
4.2 Karakteristik Aliran ........................................................................................ 51
4.3 Aplikasi Program Surfer ................................................................................ 53
4.4 Kedalaman Gerusan…………...……………………………………………..η7
4.4.1 Perkembangan Kedalaman Gerusan terhadap Waktu.................................. 57
4.4.2 Perkembangan Kedalaman Gerusan Maksimum
Universitas Sumatera Utara
terhadap Waktu pada Pilar Silinder ...................................................................... 62
4.4.3 Pola Gerusan di Sekitar Pilar....................................................................... 65
4.4.4 Pengaruh Debit Aliran terhadap Kedalaman Gerusan................................. 73
4.5 Perhitungan Empiris Kedalaman Gerusan Lokal ........................................... 75
4.5.1 Karakteristik Aliran ..................................................................................... 73
4.5.2 Kedalaman Gerusan Lokal Menurut Persamaan Raudkivi.......................... 87
4.5.3 Kedalaman Gerusan Lokal Menurut Persamaan Melville
dan Satherland ...................................................................................................... 88
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................. 93
5.1 Kesimpulan .................................................................................................... 93
5.2 Saran ............................................................................................................... 94
DAFTAR PUSTAKA .........................................................................................95
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Koefisien Bentuk Abutmen (Mellvile, 1997) ...................................... 27
Tabel 2.2 Koefisien Faktor Bentuk Pilar ............................................................. 31
Tabel 4.1 Analisa Gradasi Butiran ...................................................................... 48
Tabel 4.2 Karakteristik Aliran ............................................................................. 50
Tabel 4.3 Kedalaman gerusan pada saat waktu puncak ...................................... 61
Tabel 4.4 Kedalaman Gerusan Maksimum di Sekitar Pilar Segiempat sebagai
Fungsi Debit Aliran.............................................................................. 71
Tabel 4.5 Perbandingan hasil penelitian dengan penelitian sebelumnya ............ 87
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Skema Klasifikasi Aliran .................................................................. 7
Gambar 2.2 Mekanisme gerusan akibat pola aliran air disekitar pilar ............... 11
Gambar 2.3 Hubungan kedalaman gerusan (ys) dengan waktu .......................... 12
Gambar 2.4 Hubungan kedalaman gerusan (ys) dengan kecepatan geser (u*) ... 13
Gambar 2.5 Hubungan kedalaman gerusan (ys) dengan kecepatan geser (u*)
dan waktu (t).................................................................................... 15
Gambar 2.6 Pola arus penyebab gerusan lokal pada pilar silinder ..................... 18
Gambar 2.7 Diagram Shield, hubungan tegangan geser kritis dengan
Bilangan Reynold ............................................................................ 20
Gambar 2.8 Kedalaman gerusan sebagai fungsi waktu....................................... 22
Gambar 2.9 Kedalaman gerusan lokal maksimum rata -rata
untuk pilar silinder ………………………………………………...23
Gambar 2.10 Kedalaman gerusan setimbang di sekitar pilar fungsi ukuran
butir relatif untuk kondisi aliran air bersih ...................................... 24
Gambar 2.11 Koefisien simpangan baku (K ) fungsi standar deviasi geometri
ukuran butir .................................................................................... 25
Gambar 2.12 Hubungan kedalaman gerusan seimbang (yse)
dengan ukuran butir relatif (b/d50) untuk kondisi
aliran air bersih dan bersedimen ……………………………….…28
Gambar 2.13 Hubungan koefisien reduksi ukuran butir relatif K (b/d50)
dengan ukuran butir relatif (b/d50) untuk kondisi aliran air bersih
Universitas Sumatera Utara
dan bersedimen .............................................................................. 28
Gambar 2.14 Hubungan koefisien aliran (Kd ) dan kedalaman aliran relatif
(y0/b) dengan ukuran relatif (b/d50) ................................................ 29
Gambar 2.15 Koefisien arah sudut aliran (K ) pada pilar ................................... 33
Gambar 3.1 Alat Recirculating Sediment Flume................................................. 39
Gambar 3.2 Tampak atas pilar pada flume (tanpa skala) ................................... 39
Gambar 3.3 Hook and Point Gauge ................................................................... 40
Gambar 3.4 Pintu Air .......................................................................................... 40
Gambar 3.5 Stop Watch ...................................................................................... 41
Gambar 3.6 Model 3 dimensi pilar silinder ........................................................ 41
Gambar 3.7 Diagram alur penelitian .................................................................. 45
Gambar 3.7 Diagram alur uji laboratorium ........................................................ 46
Gambar 4.1 Gradasi sedimen .............................................................................. 49
Gambar 4.2 Data hasil penelitian dibuat dalam format excel (*.xls) .................. 51
Gambar 4.3 Tampilan jendela kerja Surfer ......................................................... 52
Gambar 4.4 Tampilan menu worksheet............................................................... 52
Gambar 4.5 Tampilan penyimpanan data worksheet dalam bentuk *.bln........... 52
Gambar 4.6 Tampilan new data grid…............................................................... η3
Gambar 4.7 Tampilan hasil konversi dalam bentuk *.grid.................................. 53
Gambar 4.8 Tampilan new contour map............................................................. 53
Gambar 4.9 Tampilan contour dari data *.grd..................................................... 54
Gambar 4.10 Perkembangan kedalaman gerusan terhadap waktu pada pilar
segiempat debit Q = 0,5 liter/det ..................................................... 56
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.11 Perkembangan kedalaman gerusan terhadap waktu pada pilar
segiempat debit Q = 1,0 liter/det ..................................................... 51
Gambar 4.12 Perkembangan kedalaman gerusan terhadap waktu pada pilar
segiempat debit Q = 1,5 liter/det ..................................................... 59
Gambar 4.13 Perkembangan kedalaman gerusan maksimum terhadap waktu
pada pilar segiempat ........................................................................ 60
Gambar 4.14 Perkembangan kedalaman gerusan maksimum pilar silinder
terhadap waktu pada saat t puncak ............................................... 61
Gambar 4.15 Kontur Pola Gerusan pada Pilar Segiempat dengan
Debit 0,5 liter/det.......................................................................... 64
Gambar 4.16 Isometri Pola Gerusan pada Pilar Segiempat dengan Debit
0,5 liter/det ...................................................................................... 65
Gambar 4.17 Kontur Pola Gerusan pada Pilar Segiempat dengan
Debit 1,0 liter/det ............................................................................ 67
Gambar 4.18 Isometri Pola Gerusan pada Pilar Segiempat dengan Debit
1,0 liter/det ...................................................................................... 67
Gambar 4.19 Kontur Pola Gerusan pada Pilar Segiempat dengan
Debit 1,5 liter/det ........................................................................... 69
Gambar 4.20 Isometri Pola Gerusan pada Pilar Segiempat dengan
Debit 1,5 liter/det ........................................................................ 70
Gambar 4.21 Kedalaman gerusan maksimum pada pilar segiempat sebagai
Fungsi variasi debit....................................................................... 72
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
A
luas penampang aliran
m2
B
lebar saluran
m
b
lebar pilar jembatan
m
C
koefisien Chezy
m1/2/dt
Do
kedalaman material
m
Ds
kedalaman gerusan maksimum
m
d
diameter butiran
m
d50
diameter butiran, 50 % material lebih kecil dari d50
m
Fr
bilangan Froude
-
f
konstanta
-
g
percepatan gravitasi
m2/dt
Gs
Spesific Grafity
-
H
kedalaman aliran
m
ho
kedalaman aliran mula-mula
m
K1
koefisien bentuk pilar
-
K2
koefisien sudut embankmen terhadap aliran
-
Ki
faktor koreksi
-
Kd
faktor ketinggian aliran
-
Kdt
faktor ukuran pilar
-
Ks
faktor bentuk pilar
-
Kα
faktor posisi pilar
-
K
fungsi dari standar deviasi geometrik ukuran distribusi butiran
-
ks
koefisien kekasaran Nikuradse
m
Universitas Sumatera Utara
LA
diameter pilar
m
Q
debit aliran
m3/dt
R
jari-jari hidraulik
m
Re
bilangan Reynolds
-
S
kemiringan memanjang
-
Sc
kemiringan kritis
-
Sf
kemiringan gradien energy
-
So
kemiringan dasar saluran
-
T
waktu total running
dt
t
waktu
dt
t1
waktu seketika ym=b
dt
tp
waktu pada saat t puncak
dt
U
kecepatan aliran rata-rata
m/dt
Uc
kecepatan kritik
m/dt
U*
kecepatan geser
m/dt
U*c
kecepatan geser kritik
m/dt
ym
kedalaman maksimum gerusan pada saat t
m
ym,e
kedalaman gerusan maksimum pada saat setimbang
m
Δ
rapat massa relatif
-
ά
perbandingan bukaan (B-L)/B
-
κ
konstanta Von Karman
-
ν
viskositas kinematik
m2/dt
γ
berat jenis material dasar
-
ρ
massa jenis air kg/m3
Universitas Sumatera Utara
α
sudut datang aliran
-
o
tegangan gesek dasar
N/m2
c
tegangan geser kritik
N/m2
parameter Shields
-
eksponen, fungsi ukuran sedimen dan geometri halangan
-
*
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Lampiran Data Gradasi Sedimen
Lampiran 2 Lampiran Data Perkembangan Kedalaman Gerusan terhadap waktu
pada Pilar Segiempat dengan Debit 0,5 liter/det
Lampiran 3 Lampiran Data Perkembangan Kedalaman Gerusan terhadap waktu
pada Pilar Segiempat dengan Debit 1,0 liter/det
Lampiran 4 Lampiran Data Perkembangan Kedalaman Gerusan terhadap waktu
pada Pilar Segiempat dengan Debit 1,5 liter/det
Lampiran 5 Dokumentasi
Universitas Sumatera Utara
PILAR SEGIEMPAT DENGAN VARIASI DEBIT
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian
Pendidikan sarjana teknik sipil
ANDY AZIS
09 0404 029
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2015
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Sungai adalah alur air yang terbentuk secara alami di muka bumi yang
mengalir dari mata air ke daerah alirannya menurut kondisi permukaan bumi yang
akhirnya menuju ke daerah terendah.Aliran yang terjadi pada sungai biasanya
disertai proses penggerusan/erosi dan endapan sedimen/deposisi. Proses
penggerusan yang terjadi dapat diakibatkan karena kondisi morfologi sungai dan
adanya bangunan sungai yang menghalangi aliran. Bangunan seperti pilar
jembatan dapat merubah pola aliran, sehingga secara umum dapat menyebabkan
terjadinya gerusan lokal. Penelitian tentang pola gerusan di sekitar pilar dengan
variasi debit aliran dilakukan untuk mempelajari pengaruh debit terhadap pola
gerusan dan besarnya kedalaman gerusan.
Penelitian gerusan di sekitar pilar dilakukan di Laboratorium Hidraulika
Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara menggunakan alat flume dengan panjang
8 m, tinggi 0,3 m dan lebar 0,076 m. Penelitian dilakukan dengan pengukuran pola
dan kedalaman gerusan disekitar pilar segiempat dengan debit aliran sebesar 0,5
liter/det, 1,0 liter/det, dan 1,5 liter/det. Material yang digunakan berupa pasir yang
lolos saringan No.10 dan tertahan saringan No.200 dengan nilai d50 = 0.51 mm.
Model diuji selama 250 menit untuk setiap kali running. Penelitian ini dilakukan
dengan kondisi aliran clear water scour .Dari hasil eksperimen yang telah
dilakukan didapat bahwa penambahan kedalaman gerusan pada menit-menit awal
terjadi sangat cepat dengan kedalaman gerusan bertambah seiring dengan lama
waktu pengamatan dan selanjutnya besanya penambahan kedalaman gerusan
semakin kecil setelah mendekati kondisi kesetimbangan (equilibrium scour
depth). Hasil penelitian menunjukan gerusan terbesar pada pilar terjadi pada
bagian hulu pilar pada titik pengamatan 5. Kedalaman gerusan maksimum dari
pilar segiempat terjadi pada debit 1,5 liter/det, sedangkan kedalaman gerusan
minimum terjadi pada debit 0,5 liter/det. Kedalaman gerusan yang terjadi semakin
bertambah seiring dengan peningkatan nilai debit. Nilai kedalaman gerusan
maksimum pada variasi debit aliran 0,5 liter/s, 1,0 liter/det, dan 1,5 liter/det secara
berturut-turut adalah 25 mm, 36 mm, 40 mm.
Salah satu faktor yang mempengaruhi proses gerusan adalah besarnya
debit aliran. Besar debit aliran mempengaruhi waktu yang diperlukan bagi gerusan
lokal pada kondisi clear-water scour sampai kedalaman terakhir, sehingga
semakin besar debit yang digunakan maka semakin banyak waktu yang diperlukan
untuk melakukan penggerusan.
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Allah SWT yang telah memberikan kesehatan dan
kesempatan kepada penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulisan
Tugas Akhir yang berjudul “MEKANISME PERILAKU GERUSAN LOKAL
PADA PILAR SEGIEMPAT DENGAN VARIASI DEBIT” ini dimaksudkan
untuk mencapai gelar sarjana Teknik Sipil bidang studi struktur Departemen Teknik
Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Dalam penulisan Tugas Akhir ini, penulis menghadapi berbagai kendala,
tetapi karena bantuan dari berbagai pihak, penulisan Tugas Akhir ini dapat
terselesaikan. Pada kesempatan ini pula, penulis menyampaikan ucapan terima
kasih yang sebesar – besarnya kepada :
1. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, sebagai Ketua Departemen Teknik
Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Ir. Syahrizal, M.T., sebagai Sekretaris Departemen Teknik Sipil
Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Ir. Syahrizal, M.T dan Ivan Indrawan, S.T, M.T, sebagai Dosen
Pembimbing yang telah banyak memberikan waktu, dukungan, masukan,
serta bimbingan kepada penulis untuk menyelesaikan tugas akhir ini.
4. Bapak Ir. Terunajaya, M.Sc, dan Ir. Alferido Malik., sebagai Dosen
Pembanding dan Penguji Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
5. Kedua orangtua, H. Nasrin Lubis dan Hj. Sofriani Nasution., yang tak
pernah berhenti memberikan doa, dukungan, motivasi, kasih sayang dan
Universitas Sumatera Utara
segalanya untuk saya selama ini. serta seluruh keluarga besar saya Bang
Indra Husein Lubis ST, Bang Dedi Kurniadi Lubis SH, serta adik saya
Muhammad Ikhsan dan Sobihannur
yang selalu mendukung dan
membantu saya dalam menyelesaikan tugas akhir ini
6. Seluruh Bapak dan Ibu Dosen Pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah membimbing dan memberikan
pengajaran kepada Penulis selama menempuh masa studi di Departemen
Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
7. Asisten Laboratorium Hidrolika Fakultas Teknik USU
8. Seluruh staf pegawai kak Lince, Kak Dina, Kak Dewik, Bang Julpan, Bang
Jul KP, Bang Edi , Bang Amin dan Mas Bandi dan juga semua pegawai
Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
9. Seluruh keluarga saya sipil 2009 yang telah sangat banyak membantu saya
mulai dari awal proses pengerjaan tugas akhir :Afriansyah, Cid Ritonga,
Septian (Udak), Kirun, Fuad, dan semuanya terkhusus kawan-kawan Sub
Jurusan TSA.
10. Teman-teman seperjuangan yang sudah duluan tamat.
11. Semua abang/kakak dan adik-adik angkatan yang telah membantu penulis
selama pengerjaan tugas akhir ini: Bang Gejond , Bang Indra , Muis,
Lumajun, Suryadi, Acong, Puter, Kembat yang selalu memberi canda dan
tawa serta temaan-teman lainya yang tidak bisa dituliskan satu-persatu
yang lainya.
12. Dan segenap pihak yang belum penulis sebut disini atas jasa-jasanya dalam
mendukung dan membantu penulis dari segi apapun, sehingga Tugas Akhir ini
dapat diselesaikan dengan baik.
Universitas Sumatera Utara
Saya menyadari bahwa dalam penyusunan tugas akhir ini masih jauh dari
kesempurnaan. Oleh karena itu saya menerima kritik dan saran yang bersifat
membangun dalam penyempurnaan tugas akhir ini.
Akhir kata saya mengucapkan terima kasih dan semoga tugas akhir ini dapat
bermanfaat bagi para pembaca.
Medan, Agustus 2015
Penulis
( Andy Azis )
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ............................................................................................................ i
KATA PENGANTAR .......................................................................................... ii
DAFTAR ISI ......................................................................................................... v
DAFTAR TABEL .............................................................................................. vii
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... viii
DAFTAR NOTASI .............................................................................................. xi
DAFTAR LAMPIRAN ..................................................................................... xiv
BAB I PENDAHULUAN .................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang …………................................................................................. 1
1.2 Perumusan Masalah …………......................................................................... 2
1.3 Pembatasan Masalah ........................................................................................ 2
1.4 Tujuan Penelitian ............................................................................................. 3
1.5 Manfaat Penelitian ........................................................................................... 3
1.6 Sistematika Penulisan .......................................................................................4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ....................................................................... 6
2.1 Sungai .............................................................................................................. 7
2.2 Pengertian Gerusan .......................................................................................... 8
2.3 Mekanisme Gerusan ....................................................................................... 10
2.4 Transpor Sedimen .......................................................................................... 17
2.5 Pola Aliran ..................................................................................................... 17
2.6 Awal Gerak Butiran ....................................................................................... 19
Universitas Sumatera Utara
2.7 Faktor yang Mempengaruhi Kedalaman Gerusan .......................................... 22
2.7.1 Kecepatan Aliran pada Alur Sungai ............................................................ 22
2.7.2 Gradasi Sedimen ......................................................................................... 25
2.7.3 Ukuran Pilar dan Ukuran Butir Material Dasar .......................................... 27
2.7.4 Kedalaman Dasar Sungai dari Muka Air .................................................... 31
2.7.5 Bentuk Pilar ................................................................................................ 32
2.7.6 Posisi Pilar (Sudut Kemiringan Pilar) ......................................................... 34
2.8 Persamaan Gerusan untuk Aliran Beraturan .................................................. 35
BAB III METODE PENELITIAN ................................................................... 38
3.1 Tempat Penelitian ........................................................................................... 38
3.2 Bahan Penelitian ............................................................................................. 38
3.3 Alat Penelitian ................................................................................................ 39
3.4 Alur Pelaksanaan Penelitian ........................................................................... 44
3.4.1 Persiapan Peralatan ..................................................................................... 44
3.4.2 Percobaan Pendahuluan .............................................................................. 45
3.4.3 Pelaksanaan Penelitian ................................................................................ 45
3.4.4 Analisis Hasil Percobaan ............................................................................. 49
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pemeriksaan Material Dasar .......................................................................... 50
4.2 Karakteristik Aliran ........................................................................................ 51
4.3 Aplikasi Program Surfer ................................................................................ 53
4.4 Kedalaman Gerusan…………...……………………………………………..η7
4.4.1 Perkembangan Kedalaman Gerusan terhadap Waktu.................................. 57
4.4.2 Perkembangan Kedalaman Gerusan Maksimum
Universitas Sumatera Utara
terhadap Waktu pada Pilar Silinder ...................................................................... 62
4.4.3 Pola Gerusan di Sekitar Pilar....................................................................... 65
4.4.4 Pengaruh Debit Aliran terhadap Kedalaman Gerusan................................. 73
4.5 Perhitungan Empiris Kedalaman Gerusan Lokal ........................................... 75
4.5.1 Karakteristik Aliran ..................................................................................... 73
4.5.2 Kedalaman Gerusan Lokal Menurut Persamaan Raudkivi.......................... 87
4.5.3 Kedalaman Gerusan Lokal Menurut Persamaan Melville
dan Satherland ...................................................................................................... 88
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................. 93
5.1 Kesimpulan .................................................................................................... 93
5.2 Saran ............................................................................................................... 94
DAFTAR PUSTAKA .........................................................................................95
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Koefisien Bentuk Abutmen (Mellvile, 1997) ...................................... 27
Tabel 2.2 Koefisien Faktor Bentuk Pilar ............................................................. 31
Tabel 4.1 Analisa Gradasi Butiran ...................................................................... 48
Tabel 4.2 Karakteristik Aliran ............................................................................. 50
Tabel 4.3 Kedalaman gerusan pada saat waktu puncak ...................................... 61
Tabel 4.4 Kedalaman Gerusan Maksimum di Sekitar Pilar Segiempat sebagai
Fungsi Debit Aliran.............................................................................. 71
Tabel 4.5 Perbandingan hasil penelitian dengan penelitian sebelumnya ............ 87
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Skema Klasifikasi Aliran .................................................................. 7
Gambar 2.2 Mekanisme gerusan akibat pola aliran air disekitar pilar ............... 11
Gambar 2.3 Hubungan kedalaman gerusan (ys) dengan waktu .......................... 12
Gambar 2.4 Hubungan kedalaman gerusan (ys) dengan kecepatan geser (u*) ... 13
Gambar 2.5 Hubungan kedalaman gerusan (ys) dengan kecepatan geser (u*)
dan waktu (t).................................................................................... 15
Gambar 2.6 Pola arus penyebab gerusan lokal pada pilar silinder ..................... 18
Gambar 2.7 Diagram Shield, hubungan tegangan geser kritis dengan
Bilangan Reynold ............................................................................ 20
Gambar 2.8 Kedalaman gerusan sebagai fungsi waktu....................................... 22
Gambar 2.9 Kedalaman gerusan lokal maksimum rata -rata
untuk pilar silinder ………………………………………………...23
Gambar 2.10 Kedalaman gerusan setimbang di sekitar pilar fungsi ukuran
butir relatif untuk kondisi aliran air bersih ...................................... 24
Gambar 2.11 Koefisien simpangan baku (K ) fungsi standar deviasi geometri
ukuran butir .................................................................................... 25
Gambar 2.12 Hubungan kedalaman gerusan seimbang (yse)
dengan ukuran butir relatif (b/d50) untuk kondisi
aliran air bersih dan bersedimen ……………………………….…28
Gambar 2.13 Hubungan koefisien reduksi ukuran butir relatif K (b/d50)
dengan ukuran butir relatif (b/d50) untuk kondisi aliran air bersih
Universitas Sumatera Utara
dan bersedimen .............................................................................. 28
Gambar 2.14 Hubungan koefisien aliran (Kd ) dan kedalaman aliran relatif
(y0/b) dengan ukuran relatif (b/d50) ................................................ 29
Gambar 2.15 Koefisien arah sudut aliran (K ) pada pilar ................................... 33
Gambar 3.1 Alat Recirculating Sediment Flume................................................. 39
Gambar 3.2 Tampak atas pilar pada flume (tanpa skala) ................................... 39
Gambar 3.3 Hook and Point Gauge ................................................................... 40
Gambar 3.4 Pintu Air .......................................................................................... 40
Gambar 3.5 Stop Watch ...................................................................................... 41
Gambar 3.6 Model 3 dimensi pilar silinder ........................................................ 41
Gambar 3.7 Diagram alur penelitian .................................................................. 45
Gambar 3.7 Diagram alur uji laboratorium ........................................................ 46
Gambar 4.1 Gradasi sedimen .............................................................................. 49
Gambar 4.2 Data hasil penelitian dibuat dalam format excel (*.xls) .................. 51
Gambar 4.3 Tampilan jendela kerja Surfer ......................................................... 52
Gambar 4.4 Tampilan menu worksheet............................................................... 52
Gambar 4.5 Tampilan penyimpanan data worksheet dalam bentuk *.bln........... 52
Gambar 4.6 Tampilan new data grid…............................................................... η3
Gambar 4.7 Tampilan hasil konversi dalam bentuk *.grid.................................. 53
Gambar 4.8 Tampilan new contour map............................................................. 53
Gambar 4.9 Tampilan contour dari data *.grd..................................................... 54
Gambar 4.10 Perkembangan kedalaman gerusan terhadap waktu pada pilar
segiempat debit Q = 0,5 liter/det ..................................................... 56
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.11 Perkembangan kedalaman gerusan terhadap waktu pada pilar
segiempat debit Q = 1,0 liter/det ..................................................... 51
Gambar 4.12 Perkembangan kedalaman gerusan terhadap waktu pada pilar
segiempat debit Q = 1,5 liter/det ..................................................... 59
Gambar 4.13 Perkembangan kedalaman gerusan maksimum terhadap waktu
pada pilar segiempat ........................................................................ 60
Gambar 4.14 Perkembangan kedalaman gerusan maksimum pilar silinder
terhadap waktu pada saat t puncak ............................................... 61
Gambar 4.15 Kontur Pola Gerusan pada Pilar Segiempat dengan
Debit 0,5 liter/det.......................................................................... 64
Gambar 4.16 Isometri Pola Gerusan pada Pilar Segiempat dengan Debit
0,5 liter/det ...................................................................................... 65
Gambar 4.17 Kontur Pola Gerusan pada Pilar Segiempat dengan
Debit 1,0 liter/det ............................................................................ 67
Gambar 4.18 Isometri Pola Gerusan pada Pilar Segiempat dengan Debit
1,0 liter/det ...................................................................................... 67
Gambar 4.19 Kontur Pola Gerusan pada Pilar Segiempat dengan
Debit 1,5 liter/det ........................................................................... 69
Gambar 4.20 Isometri Pola Gerusan pada Pilar Segiempat dengan
Debit 1,5 liter/det ........................................................................ 70
Gambar 4.21 Kedalaman gerusan maksimum pada pilar segiempat sebagai
Fungsi variasi debit....................................................................... 72
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
A
luas penampang aliran
m2
B
lebar saluran
m
b
lebar pilar jembatan
m
C
koefisien Chezy
m1/2/dt
Do
kedalaman material
m
Ds
kedalaman gerusan maksimum
m
d
diameter butiran
m
d50
diameter butiran, 50 % material lebih kecil dari d50
m
Fr
bilangan Froude
-
f
konstanta
-
g
percepatan gravitasi
m2/dt
Gs
Spesific Grafity
-
H
kedalaman aliran
m
ho
kedalaman aliran mula-mula
m
K1
koefisien bentuk pilar
-
K2
koefisien sudut embankmen terhadap aliran
-
Ki
faktor koreksi
-
Kd
faktor ketinggian aliran
-
Kdt
faktor ukuran pilar
-
Ks
faktor bentuk pilar
-
Kα
faktor posisi pilar
-
K
fungsi dari standar deviasi geometrik ukuran distribusi butiran
-
ks
koefisien kekasaran Nikuradse
m
Universitas Sumatera Utara
LA
diameter pilar
m
Q
debit aliran
m3/dt
R
jari-jari hidraulik
m
Re
bilangan Reynolds
-
S
kemiringan memanjang
-
Sc
kemiringan kritis
-
Sf
kemiringan gradien energy
-
So
kemiringan dasar saluran
-
T
waktu total running
dt
t
waktu
dt
t1
waktu seketika ym=b
dt
tp
waktu pada saat t puncak
dt
U
kecepatan aliran rata-rata
m/dt
Uc
kecepatan kritik
m/dt
U*
kecepatan geser
m/dt
U*c
kecepatan geser kritik
m/dt
ym
kedalaman maksimum gerusan pada saat t
m
ym,e
kedalaman gerusan maksimum pada saat setimbang
m
Δ
rapat massa relatif
-
ά
perbandingan bukaan (B-L)/B
-
κ
konstanta Von Karman
-
ν
viskositas kinematik
m2/dt
γ
berat jenis material dasar
-
ρ
massa jenis air kg/m3
Universitas Sumatera Utara
α
sudut datang aliran
-
o
tegangan gesek dasar
N/m2
c
tegangan geser kritik
N/m2
parameter Shields
-
eksponen, fungsi ukuran sedimen dan geometri halangan
-
*
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Lampiran Data Gradasi Sedimen
Lampiran 2 Lampiran Data Perkembangan Kedalaman Gerusan terhadap waktu
pada Pilar Segiempat dengan Debit 0,5 liter/det
Lampiran 3 Lampiran Data Perkembangan Kedalaman Gerusan terhadap waktu
pada Pilar Segiempat dengan Debit 1,0 liter/det
Lampiran 4 Lampiran Data Perkembangan Kedalaman Gerusan terhadap waktu
pada Pilar Segiempat dengan Debit 1,5 liter/det
Lampiran 5 Dokumentasi
Universitas Sumatera Utara