PENGARUH PENEMPATAN BAFFLE BLOCKS TIPE CEKUNG SETENGAH LINGKARAN DAN PARABOLIK PADA BENDUNG Pengaruh Penempatan Baffle Blocks Tipe Cekung Setengah Lingkaran Dan Parabolik Pada Bendung Dengan Kolam Olak Tipe Solid Roller Bucket Terhadap Panjang Loncat Air

PENGARUH PENEMPATAN BAFFLE BLOCKS TIPE CEKUNG
SETENGAH LINGKARAN DAN PARABOLIK PADA BENDUNG
DENGAN KOLAM OLAK TIPE SOLID ROLLER BUCKET
TERHADAP PANJANG LONCAT AIR DAN KEHILANGAN ENERGI

Tugas Akhir

untuk memenuhi sebagian persyaratan
mencapai derajat Sarjana S-1 Teknik Sipil

diajukan oleh

diajukan oleh :

DWI SETYO NURRIZAL
NIM : D100110053
NIRM : 11.6.106.03010.50053

kepada

PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2015

LEMBAR PENGESAHAN
PENGARUH PENEMPATAN BAFFLE BLOCKS TIPE CEKUNG
SETENGAH LINGKARAN DAN PARABOLIK PADA BENDUNG
DENGAN KOLAM OLAK TIPE SOLID ROLLER BUCKET
TERHADAP PANJANG LONCAT AIR DAN KEHILANGAN ENERGI
Tugas Akhir
diajukan dan dipertahankan pada Ujian Pendadaran
Tugas Akhir dihadapan Dewan Penguji
pada tanggal …………………….
diajukan oleh :
DWI SETYO NURRIZAL
NIM : D100110053
NIRM : 11.6.106.03010.50053
Susunan Dewan Penguji
Pembimbing Utama

Pembimbing Pendamping

Jaji Abdurrosyid, S.T., M.T.
NIK. 691

Gurawan Djati W., S.T., M.Eng.
NIK. 782
Anggota,

Ir. Hermono S.B., M.Eng.
NIP : 110 032 522
Tugas Akhir ini diterima sebagai salah satu persyaratan
untuk mencapai derajat Sarjana S-1 Teknik Sipil
Surakarta, …………………………..
Dekan Fakultas Teknik,

Ketua Progdi Teknik Sipil

Ir. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D.
NIK. 682

Mochamad Solikin,S.T., M.T., Ph.D.
NIK. 792

ii

LEMBAR PERNYATAAN
‫ﻮ ﻋ ﻼﺳ‬
‫ﻪ ﮔ ﻮﷲ‬
Yang bertandatangan dibawah ini :
Nama
: Dwi Setyo Nurrizal
NIM
: D100110053
Fakultas/Progdi
: Teknik / Teknik Sipil
Judul Tugas Akhir : Pengaruh Penempatan Baffle Blocks Tipe Cekung
Setengah Lingkaran dan Parabolik Pada Bendung
dengan Kolam Olak Tipe Solid Roller Bucket Terhadap
Panjang Loncat Air dan Kehilangan Energi
Dengan ini menyatakan sebenar-benarnya bahwa :

1. Tugas Akhir dengan judul tersebut di atas adalah hasil penelitian kolaborasi
antara dosen pembimbing (Gurawan Djati Wibowo, S.T., M.Eng.) sebagai
peneliti utama dengan penulis (Dwi Setyo Nurrizal) sebagai peneliti
pendamping, dan dalam naskah ini tidak terdapat karya ilmiah yang pernah
diajukan oleh orang lain untuk memperoleh gelar akademik di suatu
Perguruan Tinggi, dan tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis
atau diterbitkan oleh orang lain baik sebagian atau keseluruhan, kecuali
secara tertulis dikutip dalam naskah ini dan diterbitkan dalam sumber kutipan
atau daftar pustaka.
2. Apabila ternyata dalam naskah skripsi ini dapat dibuktikan terdapat unsurunsur plagiat, saya bersedia skripsi ini digugurkan dan gelar akademik yang
saya peroleh dibatalkan, serta diproses dengan ketentuan hukum yang
berlaku.
3. Skripsi ini dapat dijadikan sumber pustaka yang merupakan hak bebas royalti
non ekslusif.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya untuk dipergunakan
sebagaimana mestinya.
‫ﻮ ﻜ ﻋ ﻼﺳ ﻮ‬
‫ﻮﷲ‬
‫ﻪ‬
yang menyatakan,

Pembimbing Utama
Mahasiswa

Jaji Abdurrosyid, S.T., M.T.
NIK. 691

Dwi Setyo Nurrizal
NIM. D100110053

iii

MOTTO
Katakanlah: “Dialah Allah, yang Maha Esa”. (Surat Al-Ikhlas : 1).
Dan jika kamu menghitung-hitung nikmat Allah, niscaya kamu tak dapat
menentukan jumlahnya. Sesungguhnya Allah benar-benar Maha Pengampun lagi
Maha Penyayang. (An-Nahl : 18).
“Senyumanmu ketika bertemu saudaramu adalah sedekah.” (H.R. Tirmidzi).
Wahai orang-orang yang beriman, Rukuklah kamu, sujudlah kamu dan sembahlah
Tuhanmu, dan berbuatlah kebaikan, supaya kamu mendapat kemenangan.
(Surat Al-Haj : 77).

Dan orang-orang yang berjihad untuk (mencari keridhaan) Kami, benar-benar
akan Kami tunjukkan kepada mereka jalan-jalan Kami. Dan Sesungguhnya Allah
benar-benar beserta orang-orang yang berbuat baik. (Al-Ankabut : 69).
Raihlah Mimpimu dengan segala perjuanganmu, do’a dan usahamu. Jangan
mudah menyerah apapun itu adalah proses menuju sukses. (Dwi Setyo Nurrizal).

iv

PERSEMBAHAN

Bismillahirrohmanirrohim,
Untuk Ibu terimakasih untuk semuannya, atas segala perjuangan, do’a buat anakanaknya. Allah SWT selalu bersama orang-orang yang bertaqwa dan tawakkal di
jalan-Nya.

“ Surga Di Bawah Telapak Kaki Ibu”. Muliakan Ibu dan bahagiakan ibu.

Semoga Almarhum Bapak, Senantiasa mendapatkan ampunan atas segala dosa
dan kesalahan, dan mendapatkan tempat yang mulia di Sisi Allah SWT di Surga.
Amin Yarobbalalamin.

almamater
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

v

PRAKATA
‫ﻋ ﻼﺳ‬

‫ﻮ‬

‫ﻪ ﮔ ﻮﷲ‬

Alhamdulilah, segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT
atas limpahan rahmat, taufik dan hidayah-Nya sehingga penyusunan laporan
Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Tugas Akhir ini disusun guna melengkapi
persyaratan untuk menyelesaikan program studi S-1 pada Program Studi Teknik
Sipil Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Bersama ini penulis
mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah banyak memberikan
dukungan sehingga penyusun dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Kemudian dengan selesainya Tugas Akhir ini penulis juga mengucapkan
terima kasih kepada :
1). Bapak Ir. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2). Bapak Mochamad Solikin, S.T., M.T., Ph.D., selaku Ketua Program Studi
Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah Surakarta.
3). Bapak Jaji Abdurrosyid, S.T., M.T., selaku Pembimbing Utama sekaligus
sebagai Ketua Tim Penguji.
4). Bapak Gurawan Djati Wibowo, S.T., M.Eng., selaku Pembimbing
Pendamping sekaligus sebagai Sekertaris Tim Penguji.
5). Bapak Ir. Hermono S.B., M.Eng., selaku Anggota Tim Penguji.
6). Bapak Drs. Gotot Slamet Mulyono, M.T., selaku Dosen Pembimbing
Akademik.
7). Ibu dan kakak, adik serta semua keluarga dirumah, terimakasih untuk doa dan
kasih sayangnya.
8). Mbah Ruji, yang selalu mendoakan semua cucu-cucunya.
9). Teman-teman yang selalu memberi waktu, tenaga dan perhatiannya.
10). Pihak-pihak lain yang tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu.

vi

Semoga segala bantuan yang diberikan, senantiasa mendapatkan ridho dari
Allah SWT dan semoga Laporan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita
semua. Amin
‫ﻮ ﻜ ﻋ ﻼﺳ ﻮ‬

‫ﻮﷲ‬

‫ﻪ‬
Surakarta,

Maret 2015

Penyusun

vii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ..............................................................................................

i

LEMBAR PENGESAHAN ....................................................................................

ii

LEMBAR PERNYATAAN .................................................................................... iii
MOTTO ................................................................................................................... iv
PERSEMBAHAN ....................................................................................................

v

PRAKATA .............................................................................................................. vi
DAFTAR ISI ............................................................................................................ viii
DAFTAR TABEL....................................................................................................

x

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................... xi

DAFTAR NOTASI .................................................................................................. xiv
DAFTAR ISTILAH ................................................................................................ xv
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................... xvii
ABSTRAKSI ............................................................................................................ xviii
BAB

I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang ............................................................................... 1
B. Rumusan Masalah ........................................................................... 2
C. Tujuan Penelitian ............................................................................ 2
D. Batasan Masalah.............................................................................. 2
E. Manfaat Penelitian .......................................................................... 3

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................ 4
BAB III. LANDASAN TEORI
A. Tipe Aliran Pada Bendung .............................................................. 7
B. Debit Aliran..................................................................................... 8
C. Persamaan Energi Saluran Terbuka ................................................ 10
D. Bilangan Reynolds........................................................................... 11
E. Bilangan Froude.............................................................................. 12
F. Mercu Pelimpah .............................................................................. 13
G. Peredam Energi Tipe Roller Bucket ................................................ 15
H. Loncat Air ....................................................................................... 23
viii

BAB IV. METODOLOGI PENELITIAN
A. Lokasi Penelitian ............................................................................. 26
B. Bahan dan Peralatan ........................................................................ 26
C. Pengamatan ..................................................................................... 31
D. Perencanaan Model ......................................................................... 31
E. Running Penelitian .......................................................................... 35
F. Pelaksanaan Penelitian .................................................................... 38
G. Bagan Alur Penelitian ..................................................................... 40
BAB V. HASIL ANALISIS DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Pengujian ............................................................................... 41
B. Analisis Data dan Pembahasan ....................................................... 41
BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan ..................................................................................... 61
B. Saran................................................................................................ 61
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN

ix

DAFTAR TABEL

Tabel IV.1

Running Penelitian ......................................................................

35

Tabel V.1

Kecepatan Aliran ........................................................................

43

Tabel V.2

Koreksi Unjuk Kerja Loncat Air dengan Kehilangan Energi .....

58

x

DAFTAR GAMBAR

Gambar III.1

Vnotch : Triangular Thin-Plate Weir .........................................

8

Gambar III.2

Vnotch : Nilai Ce dan Kv .............................................................

9

Gambar III.3

Energi Dalam Aliran Saluran Terbuka Berubah Beraturan ........

10

Gambar III.4

Pola Penjalaran Gelombang di Saluran Terbuka.. ......................

13

Gambar III.5

Bentuk Mercu Tipe Ogee dan Tipe Bulat.. .................................

14

Gambar III.6

Bentuk-bentuk Bendung Mercu Ogee.........................................

14

Gambar III.7

Grafik Perencanaan Mercu Ogee ................................................

15

Gambar III.8

Kolam Olak Tipe Roller Bucket ..................................................

16

Gambar III.9

Pusaran Air pada Kolam Olak Tipe Solid Roller Bucket ............

17

Gambar III.10 Radius Minimum Lengkung Bucket............................................

19

Gambar III.11 Kedalaman Minimum Air di Hilir Bucket .................................

20

Gambar III.12 Kedalaman Maksimum Air di Hilir Bucket ..............................

21

Gambar III.13 Kedalaman Minimum Air yang Dapat Menyebabkan Pusaran
Terjadi di Luar Bucket ...............................................................

22

Gambar III.14 Loncatan Berombak ....................................................................

23

Gambar III.15 Loncatan Lemah ..........................................................................

23

Gambar III.16 Loncatan Berosilasi .....................................................................

24

Gambar III.17 Loncatan Tetap ............................................................................

24

Gambar III.18 Loncatan Kuat .............................................................................

24

Gambar IV.1

Air yang Digunakan Dalam Penelitian .......................................

26

Gambar IV.2

Kayu, Lem, Malam dan Meteran ................................................

27

Gambar IV.3

Saluran/Open Flume 30x60x1000 cm.........................................

27

Gambar IV.4

Bak Penampung Air ....................................................................

28

Gambar IV.5

Pompa Air ...................................................................................

28

Gambar IV.6

Kran Pengatur Debit....................................................................

29

Gambar IV.7

Tail Gate......................................................................................

29

Gambar IV.8

Pelimpah Ogee, Kolam Olak Solid Roller Bucket dan Baffle

Gambar IV.9

Blocks ..........................................................................................

30

Mistar Ukur pada Open Flume....................................................

30

xi

Gambar IV.10 Grafik Koefisien Peluapan Mercu Ogee Hubungan Antara p/hd

32

Gambar IV.11 Tampang Lintang Bendung Tipe Ogee dan
Kolam Olak Tipe Solid Roller Bucket .........................................

34

Gambar IV.12 Baffle Block Tipe Cekung Setengah Lingkaran ..........................

34

Gambar IV.13 Baffle Block Tipe Cekung Parabolik ...........................................

35

Gambar IV.14 Bagan Alur Penelitian .................................................................

40

Gambar V.1

Letak Kecepatan di Hulu Bendung (v1),
di Atas Bendung (vcr) dan di Hilir Kolam Olak (v2) ...................

Gambar V.2

Hubungan Antara Variasi Debit Q (cm3/dt) dengan Kedalaman
Aliran h (m) .................................................................................

Gambar V.3

42

44

Hubungan Antara Variasi Debit Q (cm3/dt) dengan
Kecepatan Aliran v (cm/dt) .........................................................

44

Gambar V.4

Tekanan pada Puncak Mercu Bendung .......................................

46

Gambar V.5

Profil Muka Air yang Melintasi Tubuh Bendung dengan
Data Kedalaman Aliran h (cm) ...................................................

Gambar V.6

Profil Muka Air yang Melintasi Tubuh Bendung dengan
Data Kecepatan Aliran v (cm/dt) ................................................

Gambar V.7

47

Hubungan Antara Posisi Horisontal (x) (cm) Bendung dengan
Kedalaman Aliran h2 trial (cm) ...................................................

Gambar V.8

47

48

Hubungan Antara Posisi Horisontal (x) (cm) Bendung dengan
Kecepatan Aliran v (cm/dt) .........................................................

48

Gambar V.9

Penempatan Baffle Blocks pada Kolam Olak ..............................

49

Gambar V.10

Arah Aliran pada Baffle Blocks ½ Lingkaran .............................

51

Gambar V.11

Arah Aliran pada Baffle Blocks Parabolik ..................................

51

3

Gambar V.12

Hubungan Variasi Debit (cm /dt) dengan Bilangan Reynolds ...

Gambar V.13

Hubungan Variasi Debit (cm3/dt) dengan Kehilangan
Energi (cm)..................................................................................

Gambar V.14

54

Hubungan Perbandingan Kehilangan Energi Terhadap Energi
Awal (hf/E1) dengan Angka Reynolds Awal (Re1) .....................

Gambar V.15

52

54

3

Hubungan Variasi Debit (cm /dt) dengan Panjang
Loncat Air (cm) ...........................................................................
xii

57

Gambar V.16

Hubungan Perbandingan Panjang Loncat Air Terhadap Tinggi
Bendung (Lj/P) dengan Angka Reynolds Awal (Re1) .................

xiii

57

DAFTAR NOTASI

Notasi III.1

Debit melalui Vnotch Weir (m3/dt) .............................................

9

Notasi III.2

Nilai Kv (ft) .................................................................................

9

Notasi III.3

Persamaan energi aliran sejajar atau berubah beraturan .............

11

Notasi III.4

Persamaan Energi (energy equation) ..........................................

11

Notasi III.5

Bilangan Reynolds.......................................................................

11

Notasi III.6

Bilangan Froude..........................................................................

12

Notasi III.7

Persamaan loncat air ...................................................................

25

Notasi III.8

Selisih kehilangan energi ............................................................

25

Notasi III.9

Selisih kehilangan energi ............................................................

25

Notasi V.1

Persamaan debit aliran ................................................................

42

Notasi V.2

Persamaan konservasi momentum ..............................................

45

Notasi V.3

Persamaan gaya yang ditahan baffle blocks ................................

50

Notasi V.4

Persamaan efisiensi energi ..........................................................

53

Notasi V.5

Persamaan Hubungan Perbandingan Kehilangan Energi Terhadap
Energi Awal (hf/E1) dengan Angka Reynolds Awal (Re1)..........

Notasi V.6

55

Persamaan Hubungan Perbandingan Panjang Loncat Air
Terhadap Tinggi Bendung (Lj/P) dengan Angka Reynolds Awal
(Re1) ............................................................................................

xiv

58

DAFTAR ISTILAH

A

: luas penampang aliran (m2)

b

: lebar saluran (m)

B

: lebar bendung (cm)

Cd

: koefisien debit

Ce

: koefisien tampang saluran

E

: energi (m)

E1

: energi di hulu mercu (m)

E2

: energi setelah pusaran (m)

Fr

: angka Froude

F1

: gaya hidrostatis pias 1 (dyne)

F2

: gaya hidrostatis pias 2 (dyne)

g

: percepatan gravitasi (m/dt2)

h1

: kedalaman air di hulu mercu (m)

h2

: kedalaman muka air hilir setelah pusaran (m)

hcr

: kedalaman air di atas mercu (m)

hf

: kehilangan energi (m)

Lj

: panjang pusaran air (m)

M

: momentum (dyne)

Q

: debit aliran (m3/dt)

R

: jari-jari hidraulik (m)

Re

: bilangan Reynolds

V

: kecepatan rata-rata aliran (m/dt)

Vcr

: kecepatan awal aliran di atas mercu (m/dt)

V1

: kecepatan di hulu mercu (m/dt)

V2

: kecepatan setelah pusaran (m/dt)

Vcr

: kecepatan kritis di mercu bendung (m/dt)

W

: berat air pada volume kontrol (dyne)

υ

: kekentalan kinematik (m2/dt)

xv

θ1

: sudut antar gaya hidrostatik dengan kemiringan tubung bendung pada
pias 1 ( o )

θ2

: sudut antar gaya hidrostatik dengan kemiringan tubung bendung pada
pias 2 ( o )

θt

: sudut kemiringan punggung bendung ( o )

w

: berat jenis air (dyne/cm3)



: rapat masa dari air (1 gr/cm3)

xvi

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran I

Penentuan Debit Rencana

Lampiran II

Tabel Rencana Debit

Lampiran III

Hasil Pengamatan Penelitian

Lampiran IV

Tabel Kecepatan Aliran dan Bilangan Reynolds

Lampiran V

Tabel Kehilangan Energi

Lampiran VI

Tabel Analisis Muka Air di atas Tubuh Bendung Dengan
Konservasi Momentum

Lampiran VII Gambar Model Bendung
Lampiran VIII Gambar Penempatan Baffle Blocks
Lampiran IX

Tabel Kekentalan Viskositas

Lampiran X

Lembar Konsultasi

xvii

ABSTRAKSI
Beberapa rekayasa yang dilakukan manusia untuk memenuhi kebutuhan air
adalah dengan teknologi penyimpan air (dengan dibangunnya bendungan dan
embung), sedangkan untuk dapat mengalirkan dari sungai ke sawah dapat
dilakukan dengan pembangunan bendung dan saluran irigasi. Peninggian muka air
karena bendung akan mengakibatkan adanya aliran yang deras di bagian hilir
bendung. Jika dalam suatu aliran terjadi perubahan jenis aliran dari superkritis ke
subkritis, maka akan terjadi loncatan air (hydraulic jump). Untuk mereduksi
energi yang terdapat di dalam aliran tersebut, maka pada kolam olak bendung
biasanya dipasang baffle blocks. Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui
pengaruh penempatan baffle blocks tipe cekung setengah lingkaran dan parabolik
terhadap panjang loncat air dan kehilangan energi.
Penelitian dilakukan di Laboratorium Hidraulika Program Studi Teknik Sipil
Fakultas Teknik UMS. Penelitian ini menggunakan open flume berukuran
30x60x1000 cm dengan kemiringan dasar saluran 0,005. Menggunakan pelimpah
ogee dengan kemiringan tubuh bendung 0,6:1, dan menggunakan kolam olak tipe
solid roller bucket dengan baffle blocks tipe cekung setengah lingkaran dan
parabolik ukuran 5/12 R. Penelitian dilakukan dengan 11 seri, masing-masing seri
dilakukan empat tahap running dengan empat macam variasi debit, sehingga total
running yang dilakukan sebanyak 44 running. Pada setiap debitnya kemudian
dilakukan pengujian panjang loncat air dan kehilangan energi.
Hasil penelitian menunjukkan beberapa kesimpulan, pertama, susunan baffle
blocks yang paling baik untuk meredam energi aliran adalah baffle blocks tipe
cekung parabolik dengan posisi pada awal radius lengkung kolam olak, berlaku
untuk semua nilai debit (seri P2.Q). Kedua, posisi baffle blocks yang paling
efektif untuk mereduksi panjang loncat air adalah baffle blocks tipe cekung
parabolik dengan posisi di antara awal dan tengah lengkung kolam olak, berlaku
untuk semua nilai debit (seri P3.Q). Ketiga, Unjuk kerja dari bentuk dan posisi
baffle blocks yang paling efektif untuk meredam energi aliran dan mereduksi
panjang loncat air adalah baffle blocks tipe cekung parabolik dengan posisi di
antara awal dan tengah lengkung kolam olak, berlaku untuk semua nilai debit (seri
P3.Q).
Kata kunci : pelimpah ogee, solid roller bucket, baffle blocks tipe cekung
setengah lingkaran dan parabolik, panjang loncat air, kehilangan energi.

xviii