PENINGKATAN KAPASITAS SPILLWAY DENGAN PERUBAHAN BENTUK PUNCAK TIPE DERET TRAPESIUM

commit to user

HALAMAN PERSETUJUAN

PENINGKATAN KAPASITAS

SPILLWAY

DENGAN PERUBAHAN BENTUK PUNCAK

TIPE DERET TRAPESIUM

 

I ncrement of Spillway Capacity by U sing Labyrinth Crest T rapezoid Series T ype 

SKRIPSI

Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Pada Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik

Universitas Sebelas Maret Surakarta

Disusun Oleh:

ENDAH PUTRI NURVIANA

I 0107158

 

Telah disetujui untuk dipertahankan di hadapan Tim Penguji Pendadaran Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret

Persetujuan: Dosen Pembimbing I

Dr. Ir. Mamok Soeprapto R, M. Eng. NIP. 19510710 198103 1 003

Dosen Pembimbing II

Ir. Adi Yusuf Muttaqin, MT NIP. 19581127 198803 1 001

commit to user HALAMAN PENGESAHAN

PENINGKATAN KAPASITAS

SPILLWAY

DENGAN PERUBAHAN BENTUK PUNCAK

TIPE DERET TRAPESIUM

 

Disusun Oleh:

ENDAH PUTRI NURVIANA

I 0107158

Telah dipertahankan di hadapan Tim Penguji Pendadaran Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret pada:

Hari : Rabu

Tanggal : 27 Juli 2011

Susunan Tim Penguji:

1. Dr. Ir. Mamok Soeprapto R, M.Eng ( ... ) NIP. 19510710 198103 1 003

2. Ir. Adi Yusuf Muttaqin, MT ( ... ) NIP. 19581127 198803 1 001

3. Ir. JB Sunardi W, M.Si

NIP.19471230 198410 1 001 ( ... ) 4. Ir. Susilowati, MSi

NIP.19480610 198503 2 001 ( ... ) Mengetahui,

a.n. Dekan Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret

Pembantu Dekan I

Kusno Adi Sambowo, ST, MSc, PhD NIP. 19691026 199503 1 002

Mengesahkan, Ketua Jurusan Teknik Sipil

Ir. Bambang Santosa, MT NIP. 19590823 198601 1 001

commit to user

v M

O T T O

“Doa, usaha, sabar & ikhlas”

“Hargai dan nikmatilah setiap proses yang sedang

kamu jalani untuk meraih segala sesuatu dalam

hidupmu, walaupun semua orang tak pernah (mau)

commit to user

P E R S E M

B A H A N

 

T er imak asih Y a A L L A H ,.

A t as nik mat yang sel al u Kau ber i.

 

Karya kecil ini kupersembahkan kepada: 

I bu’ Bapak

I bu Sri M ul y ani & Bapak Pray i t no

Bapak ibu’, Terimakasih atas doa dan sayang buat endah, terimakasih sudah  kerja keras banting tulang untuk memenuhi segala kebutuhan endah 

maafin endah selalu buat ibu’ ma bapak susah  endah sayaaang Ibu’ Bapak.. 

 

Adik-adikQ

D wi ky Pri y ambodo & Roro Gendi s A psari

Terimakasih selalu buatQ tersenyum 

 

CintaQ

A pri Rusdi Saput ro

 

Yoyo, makasih kamu selalu ada dalam suka dan dukaQ 

“ j i ka ada waktu, aku i ngi n menyel esai kan ki sah i ni dengan l ebi h bai k dan j i ka ada waktu, ku i ngi n waktu i t u yang menyatukan ki ta”

 

iv

commit to user

KATA

 

PENGANTAR

 

 

   

Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala limpahan  rahmat dan hidayah‐Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan tugas akhir  ini. 

 

Penyusunan tugas akhir ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar  sarjana pada Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta.  Penulis menyusun tugas akhir dengan judul “Peningkatan Kapasitas Spillway dengan  Perubahan Bentuk Puncak Tipe Deret Trapesium”, Mengetahui perilaku peningkatan  aras  permukaan  air  waduk  yang  terjadi  dengan  pelimpah  (spillway)  Ogee  dan  mengetahui kapasitas peningkatan debit yang melimpah mercu deret trapesium. Penulis  menyadari  sepenuhnya  bahwa  tanpa  bantuan  dari  berbagai  pihak  penulis  sulit  mewujudkan laporan tugas akhir ini. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini penulis  mengucapkan terimakasih: 

1. Pimpinan Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret 

2. Pimpinan Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret 

3. Dr. Ir. Mamok Soeprapto R, M. Eng selaku dosen pembimbing I. Terimakasih banyak  atas waktu, bimbingan, semangat yang bapak beri pada saya. 

4. Ir. Adi Yusuf Muttaqin, MT selaku dosen pembimbing II. Terimakasih banyak atas  bimbingannya pada saya. 

5. Ir. Budi utomo, MT selaku dosen Pembimbing Akademis. 

6. Ir. Agus Hari Wahyudi, MSc selaku Ketua Laboratorium Keairan dan Lingkungan  Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. 

7. Segenap Dosen Penguji Skripsi. 

8. Pak Nyoto selaku laboran Laboratorium Keairan dan Lingkungan Jurusan Teknik Sipil  Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Terimakasih telah banyak  membantu pembuatan alat. Tanpa bapak alat saya ga selesai pak. 

commit to user

10. My best friends, Citra Kharisma Putri, Samirta Mayangsari Radityaningsih, Saktia  Lesan  Dianasari,  Vebby  Permatasari  Subono..Ucapan  terima  kasih  tak  cukup  menggambarkan rasa terima kasihku pada kalian..senyum, tawa, tangis yang kita  lalui semoga mempererat kita menjadi saudara. 

11. Teman‐ teman berbagi suka: Abdoel, Agung, Ami, Ardyan, Bambang, Chitra Doni,  Hero, Sofyan, Zaky. Terima kasih canda tawa nya selama ini. 

12. Teman perjuanganku: Billa, Tiwi..akhirnya kita menyelesaikan skripsi ini. 

13. Teman‐teman satu atap Kos Puri Sanvina dan Grha Anindya terima kasih semangat  dan kebersamaan kita selama ini. 

14. Semua Teman‐teman Angkatan 2007, tetap semangat mencapai apa yang kita cita‐ citakan. 

Penulis menyadari bahwa tugas akhir   ini masih banyak kekurangan. Oleh karena itu,  penulis  mengharapkan  saran  dan  kritik  yang  membangun  demi  kesempurnaan  penelitian selanjutnya. Penulis berharap tugas akhir   ini dapat bermanfaat bagi semua  pihak pada umumnya dan penulis pada khususnya. 

 

 

       Surakarta,       Juli 2011 

   

      Penulis   

                   

commit to user

DAFTAR ISI 

HALAMAN JUDUL ...   i 

LEMBAR PERSETUJUAN ...   ii 

LEMBAR PENGESAHAN ...   iii 

MOTTO ...   iv 

PERSEMBAHAN ...   v 

ABSTRAK ...   vi 

KATA PENGANTAR ...   viii 

DAFTAR ISI ...   x 

DAFTAR TABEL ...   xii 

DAFTAR GAMBAR ...   xiii 

DAFTAR NOTASI ...   xv 

BAB 1 PENDAHULUAN  1.1  Latar Belakang Masalah ...   1 

1.2  Rumusan Masalah ...   2 

1.3  Batasan Masalah ...   3 

1.4  Tujuan Penelitian ...   3 

1.5  Manfaat Penelitian ...   3 

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA & LANDASAN TEORI  2.1   Tinjauan Pustaka ...   4 

  2.1.1  Umum ...   4 

  2.1.2  Waduk ...   5 

  2.1.3  Reservoir Routing ...   7 

  2.1.4  Pelimpah (Spillway) ...   10 

  2.1.5  Mercu Spillway (Crest) ...   11 

  2.1.6  Labyrinth ...   13

  2.1.7  Aliran Flume ...   14 

2.2  Landasan Teori ...   16 

  2.2.1  Spillway  Mercu Ogee ...   16 

  2.2.3  Spillway  Mercu Deret Trapesium ...   18   

BAB 3 METODE PENELITIAN 

commit to user

3.1  Umum…   ... 21 

3.2  Lokasi Penelitian ...   21 

3.3  Peralatan dan Bahan ...   21 

3.4  Langkah Penelitian ...   25 

  3.4.1  Persiapan Alat ...   25 

  3.4.2  Pengamatan dalam Percobaan ...   26 

  3.4.3  Pengolahan Data ...   28 

3.5  Diagram Alir Tahapan Penelitian ...   29 

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN  4.1  Alat Ukur Debit ...   30 

4.2  Debit Terukur pada Tiap Ketebalan Air ...   30 

4.3  Debit pada Tiap Ketebalan Air ...   41 

4.4  Pelimpahan Air Mercu Ogee dengan Mercu Deret Trapesium Tipe 1 dan  Tipe 2   ... 48 

4.5  Analisis Reservoir Routing ...   51 

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN  5.1  Kesimpulan ...   73 

5.2  Saran ...   73 

Daftar Pustaka ...   74  Lampiran A Data Penelitian 

Lampiran B Dokumentasi Penelitian  Lampiran C Kelengkapan Administrasi  

             

DAFTAR TABEL 

 

commit to user

Tabel 4.1  Hasil Pengamatan Debit Ukur Mercu Ogee ...   32 

Tabel 4.2  Perbandingan Qhb dengan Qpersamaan pada Mercu Ogee ...   34 

Tabel 4.3  Hasil Pengamatan Debit Ukur Mercu Tipe Deret Trapesium Tipe 1 ...   36 

Tabel 4.4  Perbandingan Qhb dengan Qpersamaan pada Mercu Deret Trapesium Tipe  1 ...   38 

Tabel 4.5  Hasil Pengamatan Debit Ukur Mercu Tipe Deret Trapesium Tipe 2 ...   40 

Tabel 4.6  Perbandingan Qhb dengan Qpersamaan pada Mercu Deret Trapesium Tipe  2 ...   41 

Tabel 4.7  Cd Mercu Ogee ...   42 

Tabel 4.8  Perbandingan Cd dengan Cdpersamaan pada Mercu Ogee ...   43 

Tabel 4.9  Cd Mercu Tipe Deret Trapesium Tipe 1 ...   44 

Tabel 4.10  Perbandingan Cd dengan Cdpersamaan pada Mercu Deret Trapesium  Tipe 1 ...   45 

Tabel 4.11  Cd Mercu Tipe Deret Trapesium Tipe 2 ...   46 

Tabel 4.12  Perbandingan Cd dengan Cd Persamaan pada Mercu Deret Trapesium  Tipe 2 ...   47 

Tabel 4.13  Cd Mercu Ogee dengan Cd Mercu Deret Trapesium ...   48 

Tabel 4.14  Perbandingan Qhb Mercu Ogee Dengan Qhb Mercu Deret Trapesium ...   49 

Tabel 4.15  Perhitungan Outflow Hydrograph Mercu Ogee ...   52 

Tabel 4.16  Outflow Mercu Ogee ...   55 

Tabel 4.17  Hasil Inflow Komulatif dan Outflow Komulatif pada Mercu Ogee ...   57 

Tabel 4.18  Perhitungan Outflow Hydrograph Mercu Deret Trapesium Tipe 1 ...   59 

Tabel 4.19  Outflow Mercu Deret Trapesium Tipe 1 ...   62 

Tabel 4.20  Outflow Mercu Deret Trapesium Tipe 1 ...   64 

Tabel 4.21  Perhitungan Outflow Hydrograph Mercu Deret Trapesium Tipe 2 ...   66 

Tabel 4.22  Outflow Mercu Deret TrapesiumTipe 2 ...   69 

Tabel 4.23  Hasil Inflow Komulatif dan Outflow Komulatif pada Mercu Deret  Trapesium Tipe 2 ...   71   

     

DAFTAR GAMBAR 

commit to user

Gambar 2.1  Perubahan Penyimpanan Selama Periode Routing Δt ...   7 

Gambar 2.2  Pengembangan Fungsi Storage‐Outflow, Storage‐Elevation dan  Elevation‐Outflow ...   9 

Gambar 2.3  Spillway Terkendali...   10 

Gambar 2.4  Spillway Tak Terkendali ...   11 

Gambar 2.5  Piano Keys Labyrinth ... ` 14 

Gambar 2.6  Ortogonal Labyrinth ...   14 

Gambar 2.7  Grafik Koefisien Cd ...   17 

Gambar 2.8  Tampak Atas Mercu Deret Trapesium ...   18 

Gambar 2.9  Tampak Atas dan Potongan A‐A Mercu Ogee dan Mercu Deret  Trapesium ...   19 

Gambar 2.10  Mercu Spillway Tipe Deret Trapesium ...   19 

Gambar 2.11  Nilai Lebar Mercu Deret Trapesium ...   20 

Gambar 3.1  Flume ...   22 

Gambar 3.2  Mercu Deret Trapesium Tipe 1 ...   23 

Gambar 3.3  Mercu Deret Trapesium Tipe 2 ...   23 

Gambar 3.4  Spillway Tipe Ogee dan Spillway Tipe Deret Trapesium ...   24 

Gambar 3.5  Stopwatch ...   24 

Gambar 3.6  Mistar Ukur ...   25 

Gambar 3.7  Aliran Melalui Spillway Mercu Ogee ...   26 

Gambar 3.8  Aliran Melalui Spillway Modifikasi ...   27 

Gambar 3.9  Diagram Alir Tahapan Penelitian ...   29 

Gambar 4.1  Tampak Atas dan Potongan A‐A spillway Ogee ...   31 

Gambar 4.2  Flume dengan Spillway Mercu Ogee ...   32 

Gambar 4.3  Hubungan Ketebalan Air dengan Debit Terukur Mercu Ogee ...   33 

Gambar 4.4  Tampak Atas Mercu Deret Trapesium Tipe 1 ...   34 

Gambar 4.5  Tampak Atas dan Potongan A‐A spillway Mercu Deret Trapesium  Tipe 1 ...   35 

Gambar 4.6  Flume dengan Spillway Deret Trapesium Tipe 1 ...   36 

Gambar 4.7  Hubungan  Ketebalan  Air dengan Debit Terukur Mercu  Deret  Trapesium Tipe 1 ...   37 

Gambar 4.8  Tampak Atas Mercu Deret Trapesium Tipe 2 ...   38 

commit to user

Gambar 4.9  Tampak Atas dan Potongan A‐A spillway Mercu Deret Trapesium  Tipe 2 ...   38  Gambar 4.10  Flume  Untuk Spillway Deret Trapesium Tipe 2 ...   39  Gambar 4.11  Hubungan  Ketebalan  Air dengan Debit Terukur Mercu  Deret 

Trapesium Tipe 2 ...   40  Gambar 4.12  Hubungan Cd dengan H Hulu pada Mercu Ogee ...   43  Gambar 4.13  Hubungan Cd dengan H Hulu pada Mercu Deret Trapesium Tipe 1 .   45  Gambar 4.14  Hubungan Cd dengan H Hulu pada Mercu Deret Trapesium Tipe 2 .   47  Gambar 4.15  Perbandingan Cd Mercu Ogee dengan Cd Mercu Deret Trapesium 

Tipe 1 dan Cd Mercu Deret Trapesium Tipe 2 ...   48  Gambar 4.16  Perbandingan  Qhb  Mercu  Ogee  dengan  Qhb  Mercu  Deret 

Trapesium Tipe 1 dan Qhb Mercu Deret Trapesium Tipe 2 ...   49  Gambar 4.17  Nilai H terhadap (2s/∆t)+Q Mercu Ogee ...   53  Gambar 4.18  Nilai t terhadap Debit Mercu Ogee ...   56  Gambar 4.19  Nilai t terhadap Inflow Komulatif dan Outflow Komulatif Mercu 

Ogee ...   58  Gambar 4.20  Nilai H terhadap Besaran (2s/∆t)+Q Mercu Deret Trapesium Tipe 1   60  Gambar 4.21  Nilai t terhadap Debit Mercu Deret Trapesium Tipe 1 ...   63  Gambar 4.22  Nilai t terhadap Inflow Komulatif dan Outflow Komulatif Mercu 

Deret Trapesium Tipe 1 ...   65  Gambar 4.23  Nilai H  terhadap Besaran (2s/∆t)+Q Mercu Deret Trapesium Tipe 

2 ...   67  Gambar 4.24  Nilai t terhadap Debit Mercu Deret Trapesium Tipe 2 ...   70  Gambar 4.27  Nilai t terhadap Inflow Komulatif dan Outflow Komulatif Mercu 

Deret Trapesium Tipe 2 ...   72   

   

DAFTAR NOTASI 

v  Kecepatan aliran (m/dt)  µ  Kekentalan dinamik 

υ  Kekentalan kinematik (m2/dt)  xiv

commit to user

ρ 

Rapat massa fluida 

A  Luas penampang (m2) 

b   Lebar mercu (cm) 

Cd   Koefisien debit 

g  Percepatan gravitasi (cm/dt2) 

h  Tebal pengaliran di atas peluap (m) 

h  Tinggi air di hulu mercu (cm) 

hd   Tinggi energi rencana di atas mercu 

I  Inflow (m3/dt) 

K,n  Parameter untuk berbagai kemiringan hilir 

Q  Debit (m3/dt) 

Re  Bilangan Reynolds  S  Storage (m3/dt) 

Se  Kemiringan energi  

So  Kemiringan saluran 

SW  Kemiringan muka air  

t  Tebal ambang peluapan searah aliran (m) 

U  Kecepatan rata‐rata (m2/dt) 

V     Volume air (cm3) 

X,Y  Koordinat permukaan hilir  Δt  Interval waktu (dt)   

commit to user

BAB I

PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang Masalah

Air merupakan sumberdaya alam karunia Tuhan Yang Maha Esa yang tidak akan pernah habis dan selalu terbarukan. Hal ini disebabkan karena air mengikuti siklus hidrologi. Siklus hidrologi merupakan proses yang dilalui air dari atmosfer ke muka bumi dan kembali lagi ke atmosfer. Evaporasi dari tanah, laut, atau air permukaan terkondensasi membentuk awan yang selanjutnya menjadi hujan yang jatuh ke permukaan bumi. Siklus hidrologi sangat dipengaruhi oleh iklim, dan secara tidak langsung dipengaruhi oleh aktivitas manusia. Oleh karena itu, keberadaan air di bumi dalam skala jumlah, agihan, dan waktu berbeda.

Dalam beberapa tahun terakhir terjadi fenomena alam berupa climate change (perubahan iklim). Climate change ditandai dengan adanya perubahan temperatur dan curah hujan. Perubahan temperatur ini akan menyebabkan perubahan variabel atmosfer lainnya, yang pada akhirnya akan menyebabkan perubahan pola hujan dalam skala ruang, waktu, dan besaran (Agustin, 2010).

Besarnya intensitas hujan di Indonesia berbeda-beda di tiap daerah. Perbedaan besarnya intensitas hujan dan waktu kejadiannya akan berpengaruh dalam perencanaan berbagai macam bangunan air.

Penentuan besarnya intensitas hujan didasarkan pada besarnya jumlah curah hujan per satuan waktu atau intensitas curah hujan. Pada umumnya hujan yang lama intensitasnya kecil. Sedang hujan yang deras umumnya terjadi dalam waktu yang relatif pendek (Agustin, 2010).

Untuk menentukan besaran hujan dalam berbagai waktu di daerah tertentu, diperlukan analisis yang meliputi waktu, luas areal, dan ketinggian curah hujan.

commit to user

Waduk merupakan salah satu tampungan aliran air. Air yang masuk ke waduk berbeda-beda sesuai dengan intensitas hujan. Adanya perbedaan intensitas tersebut, menyebabkan aliran masuk waduk tidak menentu. Jika intensitas hujan meningkat menyebabkan aras (level) muka air waduk naik secara cepat. Keadaan ini harus dihindari karena dapat membahayakan konstruksi bendungan.

Untuk menghindari kerusakan konstruksi bendungan diperlukan kapasitas pelimpah (spillway) yang cukup memadai. Pelimpah yang dibangun biasanya direncanakan berdasarkan debit rencana pada besaran tertentu. Namun dengan adanya peningkatan intensitas hujan sangat dimungkinkan kapasitas spillway yang ada kurang memenuhi, sehingga kenaikan aras muka air lebih cepat dari yang diperkirakan. Kenaikan aras muka air secara cepat ini belum diantisipasi sehingga aras muka air dapat mencapai puncak tubuh bendungan secara cepat dan pada akhirnya dapat menimbulkan kerusakan total. Untuk mengantisipasi kenaikan yang begitu cepat diperlukan peningkatan kapasitas spillway yang ada.

Dalam penelitian ini kapasitas tersebut dicoba dengan labyrinth crest bentuk trapesium. Secara teoritis, crest ini dapat memiliki kapasitas debit yang besar karena memiliki lebar lintasan air yang besar. Percobaan ini dilakukan di laboratorium dengan menggunakan flume dengan spillway jenis mercu deret trapesium.

1.2

Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah maka dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut:

1) Bagaimana perilaku peningkatan aras muka air waduk yang terjadi pada spillway (pelimpah) Ogee?

2) Apakah model spillway deret trapesium dapat mengalirkan air yang lebih banyak daripada spillway Ogee?

commit to user

1.3

Batasan Masalah

Batasan-batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

1) Aliran pada saluran air dianggap seragam dan tetap (steady uniform flow). 2) Dasar saluran air dianggap kedap air dan pengaruh rembesan air diabaikan. 3) Tidak ada perubahan kemiringan flume.

4) Penelitian dilakukan dengan menggunakan Flume yang menjadi model saluran air dengan penampang 30x 30 cm2 dan panjang 180 cm.

5) Spillway dibuat 2 bentuk yaitu bentuk mercu Ogee dan bentuk mercu deret trapesium yang masing-masing ukuran lebarnya 18 cm.

6) Hasil pengukuran volume hydraulic bench dan pengukuran waktu oleh stop watch dianggap benar.

1.4

Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah:

1) Mengetahui perilaku aliran yang terjadi dengan pelimpah Ogee.

2) Mengetahui kapasitas peningkatan debit yang melimpah dengan mercu deret trapesium.

1.5

Manfaat Penelitian

Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut: 1) Praktis

Memberi informasi untuk mengatasi kenaikan aras muka air waduk yang dapat membahayakan tubuh bendungan.

2) Teoritis

commit to user

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA & LANDASAN TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

2.1.1 Umum

Trenberth dkk. (1995) menyatakan bahwa perubahan iklim didefinisikan sebagai perubahan pada iklim yang dipengaruhi oleh aktivitas manusia. Perubahan iklim global disebabkan karena peningkatan jumlah karbon dioksida (CO2) dan Metana

(CH4) di atmosfer.

Perubahan iklim memperlihatkan variasi abnormal dari iklim bumi dan selanjutnya mempengaruhi curah hujan dan suhu udara. Untuk wilayah Asia Tenggara, terjadi kenaikan suhu sekitar 2,5-4 ºC dengan kisaran 2-6 ºC dan curah hujan yang lebih banyak (Sulistyowati, 2006).

Perubahan iklim telah menyebabkan fluktuasi curah hujan tinggi dan mengubah pola distribusi hujan dengan kecenderungan daerah yang basah semakin basah, dan daerah yang kering semakin kering. Di negara dengan empat musim, siklus musim (seasonal cycle) telah terpengaruh oleh perubahan iklim yang ditandai dengan meningkatnya intensitas hujan pada musim dingin, berkurangnya hujan di musim panas, dan peningkatan suhu (Dunne dkk., 2008).

UNDP-Indonesia (2007) menyatakan bahwa ada kecenderungan sebagian wilayah Indonesia, terutama wilayah yang terletak di sebelah selatan katulistiwa, dapat mengalami musim kemarau yang lebih panjang dan musim hujan yang lebih pendek dengan perubahan pola hujan yang cukup drastis.

Hujan rerata tahunan menunjukkan peningkatan sebesar 7% selama satu dekade, dikarenakan meningkatnya intensitas hujan pada bulan Oktober sampai Maret dan menurunnya intensitas hujan selama Juli sampai September.

commit to user

Waduk merupakan salah satu tampungan air. Air yang masuk ke waduk berbeda-beda sesuai dengan intensitas hujan. Adanya perberbeda-bedaan intensitas tersebut, menyebabkan aliran masuk waduk tidak menentu. Jika intensitas hujan meningkat menyebabkan aras air waduk naik secara cepat. Kondisi ini membahayakan tubuh bendungan jika kapasitas pelimpah tidak mampu menurunkan aras muka air secara tepat waktu.

2.1.2 Waduk

Waduk adalah tampungan air sediaan untuk berbagai kebutuhan. Waduk dibangun dengan cara membuat bendungan, kemudian dialiri air sampai waduk tersebut penuh. Bendungan atau dam adalah konstruksi yang dibangun untuk menahan laju air, sehingga puncak aliran turun. Selain itu, waduk dapat memiliki fungsi dan manfaat lain.

Menurut Erman Mawardi (2006), bendungan terdiri dari beberapa komponen, yaitu:

1. Badan bendungan (body of dams)

Adalah tubuh bendungan yang berfungsi sebagai penghalang air. 2. Pondasi (foundation)

Adalah bagian dari bendungan yang berfungsi untuk menjaga kekuatan konstruksi bendungan.

3. Pintu air (gates)

Digunakan untuk mengatur keluarnya air untuk segala keperluan. Bagian yang penting dari pintu air adalah:

a. Daun pintu (gate leaf)

Adalah bagian dari pintu air yang menahan tekanan air dan dapat digerakkan untuk membuka, mengatur, dan menutup aliran air.

b. Rangka pengatur arah gerakan (guide frame)

Adalah alur dari baja atau besi yang dipasang masuk ke dalam beton, digunakan untuk menjaga agar gerakan daun pintu sesuai dengan yang direncanakan.

commit to user

c. Angker (anchorage)

Adalah baja atau besi yang ditanam di dalam beton dan digunakan untuk menahan rangka pengatur arah gerakan, agar dapat memindahkan muatan dari pintu air ke dalam konstruksi beton.

d. Hoist

Adalah alat untuk menggerakkan daun pintu air agar dapat dibuka dan ditutup dengan mudah.

4. Bangunan pelimpah (spillway)

Adalah bangunan beserta instalasinya untuk mengalirkan air yang masuk ke dalam waduk agar tidak membahayakan keamanan bendungan. Bagian-bagian penting dari bangunan pelimpah:

a. Saluran pengarah dan pengatur aliran (controle structures)

Digunakan untuk mengarahkan dan mengatur aliran air agar kecepatan aliran datang kecil tetapi debit airnya besar.

b. Saluran pengangkut air

Makin tinggi bendungan, makin besar perbedaan antara aras muka air tertinggi di dalam waduk dengan aras muka air sungai di sebelah hilir bendungan. Apabila kemiringan saluran pengangkut debit air dibuat kecil, maka ukurannya akan sangat panjang dan berakibat bangunan menjadi mahal. Oleh karena itu, kemiringannya terpaksa dibuat besar, dengan sendirinya disesuaikan dengan keadaan topografi setempat.

c. Bangunan peredam energi (energy dissipator)

Digunakan untuk meredam energi air agar tidak merusak bagian saluran dan bagian hilir saluran pengangkut air.

Dengan adanya bendungan maka ada tampungan air. Jumlah tampungan air waduk tergantung dari inflow yang tergantung pada intensitas air hujan yang ada. Intensitas hujan juga dapat menaikan aras muka air di waduk. Untuk mengurangi peningkatan aras muka air waduk, spillway harus mampu melimpahkan air yang berada di atas mercu spillway. Untuk mengetahui kinerja sebuah waduk dilakukan analisis reservoir routing.

commit to user 2.1.3 Reservoir Routing

Reservoir Routing adalah proses untuk memperhitungkan aliran keluar (outflow hidrograph) dari sebuah reservoir, berdasarkan aliran masuk (inflow hidrograph) dan karakteristik aliran keluar melalui bangunan pelimpah.

Horison waktu dibagi menjadi interval durasi Δt, diindeks oleh j, yaitu, t=0, Δt,

2Δt, . . . , j Δt, (j+1) Δt,…,dan persamaan kontinuitas terintegrasi atas setiap interval waktu, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.1. Menurut Chow dkk. (1988), reservoir routing dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan dan pendekatan sebagai berikut:

￨ 礠螸 ￨_∆t ∆t 礠 ￨_∆t ∆t 礠 (2.1)

Dengan:

dS = Storage (m3/dt) I(t) = Inflow (m3/dt) Q(t) = Debit Outflow (m3/dt)

Δt = Interval waktu (dt)

Sumber: Chow (1988)

Gambar 2.1 Perubahan Penyimpanan Selama Periode Routing Δt.

inflow

outflow

time

commit to user

Nilai arus masuk tersebut pada awal dan akhir dari interval waktu ke j-th adalah IJ

dan Ij+1, dan nilai-nilai yang keluar adalah Qj dan Qj+1. Dalam hal ini baik inflow

maupun outflow, diukur sebagai data sampel. Jika variasi masuk dan keluar selama interval mendekati linear, perubahan dalam penyimpanan lebih dari interval, Sj ─ Sj+1, dapat ditemukan dengan menulis ulang persamaan sebagai

berikut:

螸j+1 ─ Sj = Δt─ (2.2)

Dengan:

螸j+1 , Sj = Storage (m3/dt) j+1 , Ij = Inflow (m3/dt)

j+1 , Qj = Debit Outflow (m 3

/dt)

Nilai Qj dan Sj diketahui pada interval waktu ke-j dari perhitungan selama selang

waktu sebelumnya. Oleh karena itu, Persamaan (2.2) berisi dua variabel yang diketahui, yaitu Qj+1 dan Sj+1. Persamaan (2.2) dapat juga ditulis dalam bentuk

persamaan sebagai berikut:

∆t 1 1 t (2.3)

Ilustrasi mengenai outflow ditampilkan pada Gambar 2.2.

Untuk menghitung outflow, Qj+1 dari Persamaan (2.3), diperlukan fungsi

storage-outflow dan Q. Metode untuk mengembangkan fungsi ini menggunakan hubungan elevasi, volume, outflow yang ditampilkan dalam Gambar 2.2. Hubungan antara elevasi air permukaan dan waduk dapat diturunkan dengan planimetering peta topografi atau dari survei lapangan. Hubungan elevasi debit diperoleh dari persamaan hidrolik sesuai dengan jenis spillway. Nilai Δt diambil sebagai interval waktu hidrograf inflow. Untuk nilai elevasi air permukaan tertentu, nilai-nilai penyimpanan S dan debit Q ditentukan (bagian (a) dan (b) dalam Gambar 2.2). Nilai 2s/Δt+Q dapat dihitung dan untuk selanjutnya diplot pada grafik. Sumbu horizontal dengan nilai arus perpindahan Q pada sumbu vertikal (bagian (c) dalam Gambar 2.2).

commit to user

Sumber: Chow (1988)

Gambar 2.2 Pengembangan Fungsi Storage-Outflow, Storage-Elevation dan Elevation-Outflow.

Dalam penelusuran aliran melalui selang waktu j, semua persyaratan di sisi kanan Persamaan (2.3) diketahui, sehingga

t

dapat dihitung. Nilai dari Qj+1

dapat ditentukan dari fungsi volume-outflow 2s/Δt+Q lawan Q, baik secara grafis atau dengan interpolasi linear dari nilai Q. Untuk mengatur data yang dibutuhkan pada interval waktu berikutnya, nilai

t

dihitung dengan persamaan:

t t 2 (2.4)

Perhitungan ini kemudian diulang untuk periode penelusuran aliran berikutnya.

outflow outflow

storage

Water surface

elevation Storage-outflow

function

Water surface elevation

(b) (c)

commit to user 2.1.4 Pelimpah (Spillway)

Pelimpah (Spillway) adalah suatu struktur yang digunakan untuk mengalirkan air yang ada di atas mercu ke daerah hilir. Spillway meloloskan banjir, sehingga air tidak melampaui tanggul atau tubuh bendungan. Fungsinya untuk menghindari kerusakan bendungan.

Air yang melimpah melalui spillway mempunyai kecepatan jatuh yang besar. Oleh sebab itu kecepatan aliran harus dikurangi sebelum memasuki saluran yang berada di hilirnya.

Sifat-sifat hidrolik saluran alam biasanya sangat tidak menentu, sedangkan sifat- sifat hidrolik pada saluran buatan dapat diatur menurut keinginan atau dirancang untuk tujuan tertentu.

Menurut Rowan (2010), jenis spillway dapat dibedakan menjadi: 1) Spillway Terkendali

Spillway terkendali memiliki struktur mekanik atau pintu air untuk mengatur laju aliran air, seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.3. Desain ini memungkinkan mengatur aras muka air waduk yang akan digunakan untuk penyimpanan air sepanjang tahun, dan saat banjir pintu air dioperasikan untuk pengendalian banjir daerah hilir.

Sumber: Rowan (2010)

commit to user

2) Spillway Tidak Terkendali

Spillway tidak terkendali tidak memiliki pintu, seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.4. Ketika air naik di atas puncak spillway air dari waduk mulai mengalir. Semua volume penyimpanan dalam waduk di atas puncak spillway hanya dapat digunakan untuk penyimpanan sementara air banjir, sehingga waduk sebagai pengendali banjir dapat berfungsi dengan baik.

Sumber: Rowan (2010)

Gambar 2.4 Spillway Tak Terkendali

Spillway dirancang berdasarkan hujan rencana. Adanya climate change berpengaruh pada peningkatan aras muka air di waduk. Sehingga perlu dikaji kapasitas alir spillway yang dipasang. Peran spillway dalam melimpahkan air cukup besar, apabila kapasitas spillway ditingkatkan kemungkinan fungsi pengendalian banjir berkurang. Disisi lain, peningkatan kapasitas spillway bisa mengurangi laju permukaan air, sehingga tubuh bendungan aman dari overtoping. Dalam penelitian ini digunakan spillway tidak terkendali dengan bentuk Ogee dan bentuk mercu deret trapesium.

2.1.5 Mercu Spillway (Crest)

Mercu spillway adalah bagian teratas spillway dimana aliran dari hulu dapat melimpah ke hilir. Fungsinya sebagai pelimpah aliran air waduk. Letak mercu

commit to user

spillway bersama tubuh spillway diusahakan tegak lurus arah aliran masuk spillway agar aliran yang menuju spillway terbagi rata.

Bentuk puncak pelimpah dibagi menjadi: 1) Pelimpah ambang tipis (tajam)

Pelimpah disebut pelimpah ambang tipis bila arus yang terjadi tidak menempel pada ambang atau dengan batasan t<0,5 h, dengan t adalah tebal ambang peluapan searah aliran, dan h sebagai tinggi pengaliran di atas peluap.

2) Pelimpah ambang lebar

Disebut pelimpah ambang lebar bila arus yang terjadi menempel pada ambang atau t>0,66 h.

Beberapa jenis spillway yang sudah digunakan di Indonesia, menurut Suyono (2007) sebagai berikut:

1) Tipe spillway Ogee dengan pintu digunakan di: a. Bendungan Cirata (Kabupaten Purwakarta) b. Waduk Gajah Mungkur (Kabupaten Wonogiri) c. Bendungan Selorejo (Kabupaten Malang) d. Bendungan Wlingi (Kabupaten Blitar) e. Bendungan Sengguruh (Kabupaten Malang)

2) Tipe spillway Ogee tanpa pintu digunakan di: a. Waduk Darma (kabupaten kuningan) b. Bendungan Penjalin (Kabupaten Brebes) c. Bendungan Cacaban (Kabupaten Tegal) d. Bendungan Nglangon (Kabupaten Purwodadi) e. Bendungan Kedung Ombo (Jawa Tengah) f. Bendungan Sempor (Kabupaten Kebumen)

g. Bendungan Wadaslintang (Kabupaten Wonosobo) h. Bendungan Song Putri (Kabupaten Wonogiri) i. Bendungan Palasari (Bali)

commit to user

3) Tipe spillway morning glory digunakan di: a. Bendungan Cileunca (Kabupaten Bandung) b. Bendungan Cipanunjang (Kabupaten Bandung) c. Bendungan Jatiluhur (Kabupaten Purwakarta)

2.1.6 Labyrinth

Bentuk mercu Ogee sangat banyak digunakan. Untuk meningkatkan kapasitas debit pelimpahan air umumnya digunakan mercu labyrinth. Mercu labyrinth sering digunakan untuk mengendalikan tumpahan, karena labyrinth akan melimpahkan aliran yang lebih besar pada saat yang sama ketika melimpah pada bentuk mercu Ogee (Tullis, 1995).

Pada umumnya labyrinth ini dibuat dengan dinding vertikal. Dinding vertikal dari labyrinth tersebut dapat dibangun dengan mudah tetapi labyrinth memiliki kelemahan, yaitu:

1) Dinding vertikal tidak menguntungkan bagi aliran muatan besar. 2) Memerlukan perkuatan yang memadai.

Tullis (1995) mengatakan sejak tahun 2000, kajian dan tes model untuk desain labyrinth telah dibuat di Aljazair, Cina, Prancis, India, Swiss dan Vietnam. Desain mencoba mengoptimalkan efisiensi struktural dan ekonomi. Lebih dari 100 bentuk dipelajari dan banyak solusi, tetapi yang paling menguntungkan yaitu desain yang didasarkan pada dua prinsip berikut:

1) Dinding memiliki bentuk persegi panjang yang mirip dengan tuts piano (piano keys), jadi diberi nama Piano Keys (PK). Bentuk PK ditampilkan pada Gambar 2.5.

commit to user Sumber: hydrocoop.org (2010)

Gambar 2.5 Piano Keys labyrinth

2) Dinding ortogonal untuk aliran cenderung menguntungkan terutama untuk pembuangan besar. Bentuk ortogonal labyrinth ditampilkan pada Gambar 2.6.

Sumber: Erman Mawardi (2006)

Gambar 2.6 Ortogonal Labyrinth

2.1.7 Aliran Flume

Secara umum, saluran air terbagi menjadi dua yaitu saluran tertutup dan saluran terbuka. Saluran pada flume merupakan saluran terbuka. Pengaliran saluran terbuka dipengaruhi oleh gravitasi.

commit to user

Saluran terbuka dapat digolongkan menjadi dua, yaitu saluran alami dan saluran buatan. Sifat hidrolis saluran alami sangat tidak menentu. Sehingga dalam analisis perlu pengalaman dan pemahaman yang baik mengenai anggapan-anggapan yang digunakan. Sedangkan saluran buatan adalah saluran yang dibuat dan direncanakan oleh manusia. Saluran irigasi adalah salah satu contoh saluran buatan.

Debit aliran adalah jumlah air per satuan waktu yang dapat diperoleh dari hasil perkalian antara luas penampang basah saluran dengan kecepatan rerata atau dapat dinyatakan:

Q = V .A (2.5)

Dengan: Q = Debit (m3/dt) V = Kecepatan rerata (m2/dt) A = Luas penampang basah (m2)

Bila ditinjau berdasarkan perubahan kedalaman dan kecepatan aliran, maka aliran dibedakan menjadi:

1) Aliran tetap (Steady Flow)

Aliran tetap (Steady Flow) terjadi apabila kedalaman, luas penampang, kecepatan dan debit pada setiap penampang saluran adalah sama selama jangka waktu tertentu. Aliran tetap memiliki kemiringan saluran (So), kemiringan muka air (SW), dan kemiringan energi (Se) sama. Pada keadaan

aliran tetap, berlaku Hukum Kontinuitas.

Aliran tetap memiliki sifat: a) aliran seragam (uniform flow) terjadi bila kecepatan aliran tidak berubah dan kedalaman saluran sama pada setiap penampang, keadaan ini terjadi pada saluran laboratorium atau saluran irigasi. b) aliran tak seragam (non uniform flow) adalah aliran dimana kedalaman tidak sama pada setiap penampang. Non uniform flow/varied flow digolongkan pada dua keadaan yaitu:

a. Gradually varied flow terjadi pada saluran akibat pembendungan atau pada gelombang banjir.

commit to user

b. Rapidly varied flow terjadi pada loncatan air atau pada penyempitan bukaan pintu.

2) Aliran tak tetap (Unsteady Flow)

Aliran tak tetap (Unsteady Flow) terjadi apabila kedalaman atau kecepatan aliran yang terjadi selalu berubah. Pada keadaan aliran tidak tetap, berlaku Hukum Kontinuitas.

Aliran tidak tetap memiliki sifat: a) aliran seragam (uniform flow) terjadi bila kecepatan aliran tidak berubah dan kedalaman saluran sama pada setiap penampang, keadaan ini terjadi pada saluran laboratorium, saluran irigasi. b)sebaliknya, bila kedalaman tidak sama pada setiap penampang disebut aliran tak seragam (non uniform flow). Non uniform flow/varied flow digolongkan pada dua keadaan yaitu:

a. Gradually varied flow adalah aliran berubah sedikit demi sedikit di sepanjang aliran, sehingga lengkung garis aliran dianggap lurus.

b. Rapidly varied flow adalah aliran yang terjadi bila kedalaman aliran berubah secara tiba-tiba.

2.2 Landasan Teori

2.2.1 Spillway Mercu Ogee

Banyak spillway menggunakan tipe mercu Ogee. Mercu Ogee adalah sebuah mercu bendung yang memiliki bentuk tirai. Oleh karena itu, mercu ini tidakakan memberikan tekanan sub atmosfir pada permukaan mercu sewaktu bendungmengalirkan air pada debit rencana. Untuk debit rendah, air akan memberikan tekanan ke bawah pada mercu.

Untuk merencanakan permukaan mercu Ogee bagian hilir, Direktorat Jenderal Pengairan (1986) telah mengembangkan persamaan berikut:

= (2.8)

Dengan :

commit to user

hd = tinggi energi rencana di atas mercu

k,n = parameter untuk berbagai kemiringan hilir

Persamaan antara tinggi energi dan debit untuk bendung tipe Ogee (Direktorat Jenderal Pengairan, 1986) adalah sebagai berikut:

. . . , _(2.9)

Dengan:

Q =Debit (cm3/dt)

Cd =Koefisien debit (=C0 C1 C2)

C0 = Konstanta (=1,30)

C1 = Fungsi p/hd dan H1/hd (Gambar 2.7)

C2 = Faktor koreksi untuk permukaan hulu (=1)

g = Percepatan gravitasi (cm/dt2(≈ 981)) b = Lebar mercu (cm)

H = Tebal air di hulu mercu (cm)

Grafik fungsi p/hd dan H1/hd ditunjukan pada Gambar 2.7.

Sumber: Direktorat Jenderal Pengairan (1986) Gambar 2.7 Grafik Koefisien Cd

commit to user 2.2.3 Spillway Tipe Deret Trapesium

Dalam upaya meningkatkan kapasitas spillway, para ahli telah mengembangkan teori dan modifikasi terhadap mercu Ogee. Taylor (1970) mencoba mengubah bentuk puncak yang biasanya menggunakan mercu Ogee dengan menggunakan bentuk mercu segitiga. Berdasarkan percobaan tersebut, selanjutnya Hay dan Taylor (1970) mengadakan percobaan dengan bentuk trapesium.

Seperti halnya mercu Ogee, mercu tipe deret trapesium juga dapat dipakai untuk mengatur aras muka air. Pengaturan aras muka air dengan bentuk tersebut didasarkan pada upaya pencegahan terjadinya fluktuasi yang besar. Hal ini dapat dicapai karena bentuk trapesium mempunyai lebar bukaan atau lintasan air lebih besar dibanding dengan bentuk Ogee. Tinggi ambang pelimpah dibuat sama dengan tinggi ambang pelimpah asli.

Dengan mercu tipe trapesium, aras muka air waduk dapat dijaga agar fluktuasi aras muka air waduk sekecil mungkin. Secara kasar, kapasitas debit yang dihasilkan mercu ini dapat mencapai 200% dibanding mercu Ogee. Untuk sketsa bentuk spillway tipe deret trapesium ditunjukan pada Gambar 2.8, Gambar 2.9, dan Gambar 2.10.

commit to user

Gambar 2.9 Tampak Atas dan Potongan A-A Mercu Ogee dan Mercu Deret Trapesium

Sumber:mcdlifesciences.com (2010)

Gambar 2.10 Mercu Spillway Tipe Deret Trapesium

Persamaan untuk memperkirakan debit yang mengalir melalui spillway menurut

Tullis (2008) adalah:

commit to user

dengan:

Q = debit (cm3/dt) Cd = koefisien debit

= 0,1714 ln (H/P) + 0,8671

H = ketebalan air di hulu mercu (cm) P = tinggi spillway

g = percepatan gravitas (cm/dt2(≈ 981))

b = lebar mercu (cm) = a + b + c + d + e + f + g + h + i

Nilai lebar mercu (b) ditunjukan pada Gambar 2.11 berikut:

Gambar 2.11 Nilai Lebar Mercu Deret Trapesium

a

b

c d

e

f g

h

commit to user

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Umum

Metode penelitian adalah tahap-tahap penelitian yang sistematis runtut dan berkesinambungan. Metode ini disusun untuk memperoleh hasil yang maksimal serta untuk menghindari timbulnya kesulitan yang mungkin terjadi pada saat penelitian (Agustin,2010).

Metode yang dipakai untuk mendapatkan data dalam penelitian ini adalah dengan percobaan langsung atau eksperimen di laboratorium. Penelitian ini dilakukan dengan serangkaian kegiatan pendahuluan, untuk mencapai validitas hasil yang maksimal. Kemudian, untuk mendapatkan kesimpulan akhir, data hasil penelitian diolah dan dianalisis dengan kelengkapan studi pustaka.

3.2 Lokasi Penelitian

Lokasi penelitian:

Laboratorium Hidrolika, Fakultas Teknik, Jurusan Teknik Sipil, Universitas Sebelas Maret.

3.3 Peralatan dan Bahan

Peralatan yang digunakan antara lain:

1) Flume

Merupakan alat utama dalam percobaan pelimpah air. Flume ditunjukan pada Gambar 3.1. Flume ini, sebagian besar komponennya terbuat dari akrilik dan memiliki bagian-bagian penting, yaitu:

a. Saluran air, merupakan tempat untuk meletakkan model pelimpah. Saluran berupa talang dengan penampang 30x30 cm2 dan panjang 180 cm. Saluran terbuat dari akrilik sehingga memiliki dinding transparan untuk mempermudah pengamatan.

commit to user

b. Hydraulic Bench, bak penampung yang berfungsi menampung air yang

akan dialirkan ke talang maupun yang keluar dari saluran dan menghitung debit yang digunakan sepanjang percobaan.

c. Pompa air, terletak di Hydraulic Bench, berfungsi untuk memompa air agar bisa didistribusikan sepanjang talang air.

d. Kran debit, merupakan kran yang berfungsi mengatur besar-kecilnya debit yang keluar dari pompa.

e. Reservoir, merupakan tempat yang berfungsi untuk menampung/

menerima limpahan air dari saluran air.

commit to user

2) Pelimpah

Model dibuat dari akrilik dan kayu. Model pelimpah terdiri dari 2 bagian seperti yang ditunjukan dalam Gambar 3.4.

a. Bagian atas

Bagian ini bisa dilepas pasang. Pada penelitian pertama dipasang mercu Ogee, dan penelitian berikutnya diganti dengan mercu modifikasi.Bagian ini dibuat dari akrilik. Mercu Ogee dimodifikasi menjadi mercu deret trapesium. Pada penelitian ini mercu deret trapesium terdapat 2 tipe yang digambarkan pada Gambar 3.2 dan Gambar 3.3.

Gambar 3.2 Mercu Deret Trapesium Tipe 1

Gambar 3.3 Mercu Deret Trapesium Tipe 2

b. Bagian bawah

Bagian utama spillway yang tidak bisa diubah-ubah. Bagian ini dibuat dari kayu. Tampak atas dan samping mercu Ogee dan mercu modifikasi deret trapesium dapat dilihat pada Gambar 3.4.

commit to user

Gambar 3.4 Spillway Tipe Ogee dan Spillway Tipe Deret Trapesium

3) Stopwatch

Stopwatch dipakai untuk mengukur waktu pada perhitungan debit aliran.

Stopwatch ditampilkan pada Gambar 3.5.

Gambar 3.5 Stopwatch

4) Mistar ukur

Mistar ukur atau meteran digunakan untuk mengukur ketinggian air. Mistar ukur ditampilkan pada Gambar 3.6.

Bag. Atas Mercu Ogee Bag. bawah

Bag. Atas

Mercu modifikasi Bag. bawah

commit to user

Gambar 3.6Mistar Ukur

Bahan-bahan yang dipakai selama penelitian yaitu: 1) Air bersih

Aliran air yang digunakan adalah air bersih, air yang tidak membawa sedimen. 2) Malam

Sebagai pelapis yang menutupi celah antara pelimpah dengan dasar atau dinding flume dan celah antara balok kayu dengan dinding flume.

3.4 Langkah Penelitian

3.4.1 Persiapan Alat

Persiapan alat dalam penelitian ini sebagai berikut:

1) Membuat flume lengkap dengan kerangka penyangga dan tandon air di hulu dan hilirnya. Flume mempunyai penampang 30 x 30 cm2 dan panjang 180 cm 2) Membuat model spillway Ogee.

3) Membuat model spillway deret trapesium. 4) Menyetel Hydraulic Bench dan pompa air. 5) Memasang mistar ukur.

6) Memasang model spillway pada tempat yang sudah disediakan dan menutup celah antara spillway dengan dinding dan dasar saluran, agar tidak bocor. Persiapan alat tidak hanya diawal, tetapi juga pada setiap pergantian setting

commit to user

3.4.2 Pengamatan Dalam Percobaan

a. Pengamatan pada spillway mercu Ogee

Data-data yang dicatat saat penelitian berlangsung, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.7 adalah sebagai berikut:

1) Debit flume

Debit ini dinaikan dengan perubahan tertentu hmaks (ketebalan air maksimum yang dapat dicapai oleh kemampuan pompa).

2) Tinggi muka air di hulu crest

Ketebalan air pada ketinggian (H).

3) Tinggi muka air di atas puncak spillway Ogee Ketebalan air di atas puncak spillway Ogee (H1).

4) Tinggi spillway (P)

Data ini diukur dengan mistar ukur.

Gambar 3.7 Aliran Melalui Spillway Mercu Ogee Keterangan gambar:

H = Tebal muka air di hulu Spillway Ogee

H1 = Tebal muka air di atas puncak Spillway Ogee

Q 1,2,dst = Debit air ke- 1, 2, sampai debit yang dihasilkan pada ketebalan air

maksimum yang dapat dicapai pompa

P = Tinggi spillway H1

commit to user

b. Pengamatan pada spillway mercu deret trapesium

Data-data yang dicatat saat penelitian berlangsung, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.8 adalah sebagai berikut:

1) Debit flume

Debit ini dinaikan dengan perubahan tertentu hmaks (ketebalan air maksimum yang dapat dicapai oleh kemampuan pompa).

2) Tinggi muka air di hulu crest

Ketebalan air pada ketinggian (H).

3) Tinggi muka air di atas puncak spillway tipe deret trapesium Ketebalan air di atas puncak spillway deret trapesium (H1).

4) Tinggi spillway (P)

Data ini diukur dengan mistar ukur.

Gambar 3.8 Aliran Melalui Spillway Modifikasi Keterangan gambar:

H = Tebal muka air di hulu Spillway deret trapesium

H1 = Tebal muka air di atas puncak Spillway deret trapesium

Q 1,2, dst = Debit air ke- 1, 2, sampai debit yang dihasilkan pada ketebalan air

maksimum yang dapat dicapai pompa

P = Tinggi spillway H1

commit to user

3.4.2 Pengolahan Data

Data yang telah diperoleh dari pengamatan percobaan dianalisis dengan cara membandingkan percobaan saat menggunakan spillway mercu Ogee dan setelah pemasangan spillway mercu deret trapesium tipe 1 dan tipe 2. Pengolahan data mengacu pada rumus-rumus yang telah dicantumkan pada Bab 2 mengenai landasan teori.

commit to user

3.5 Diagram Alir Tahapan Penelitian

Mulai

Persiapan alat& bahan Setting flume + pompa air

Memasang spillway mercu Ogee

Aliran pada flume hingga ketebalan (h) = 0,25 cm

Mencatat debit (QOgee)

Ya

Tidak

Memasang spillway

mercu tipe deret trapesium tipe 1

Aliran pada flume hingga ketebalan (h) = 0,25 cm

Mencatat debit (Qtrap1)

h<h maks

h<h maks (h maks: ketebalan air maksimal yang dapat dicapai oleh kemampuan pompa)

Tidak

Ya Tambah aliran

h = h + 0,25 cm

Tambah aliran

h = h + 0,25 cm

commit to user

Gambar 3.10 Diagram Alir Tahapan Penelitian

Membandingkan QOgee dengan Qtrap1 dan Qtrap2 & CdOgee dengan Cdtrap1 dan Cdtrap2

Selesai Membandingkan hasil analisis dengan teori yang sudah ada

Hasil dan Kesimpulan

Menghitung koefisien Cd QOgee, Qtrap1 dan Qtrap2

A

Memasang spillway

mercu tipe deret trapesium tipe 2

Aliran pada flume hingga ketebalan (h) = 0,25 cm

Mencatat debit (Qtrap2)

h<h maks

Tambah aliran

h = h + 0,25 cm

Tidak Ya

commit to user

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Alat Ukur Debit

Alat ukur debit yang digunakan dalam penelitian ini adalah hydraulic bench. Alat ukur hydraulic bench ini dianggap benar, sehingga tidak perlu adanya kalibrasi. Hal ini dilakukan karena current meter yang ada tidak dapat digunakan. Current meter tidak dapat berfungsi karena ketebalan aliran di flume relatif kecil, sehingga baling-baling current meter tidak dapat berada di bawah permukaan air secara keseluruhan, dengan kata lain current meter tidak dapat digunakan untuk mengukur kecepatan dari flume meskipun pada keadaan debit maksimum.

Volume hydraulic bench adalah 10.000 cm3. Dengan mencatat waktu yang diperlukan hydraulic bench dari keadaan kosong hingga penuh, maka dapat diketahui besar debit aliran yang ada di flume pada tiap ketebalan air. Caranya dengan membagi volume (V) dengan lama waktu pengisian (t).

4.2 Debit Terukur pada Tiap Ketebalan Air

Ketebalan air di hulu mercu spillway diatur dengan peningkatan ketebalan 0,25 cm. Ketebalan air di atas crest dan waktu pengisian hydraulic bench pada tiap ketebalan air diukur. Sehingga besaran debit tiap ketebalan air dapat diketahui. Perlakuan ini diterapkan baik pada penggunaan mercu Ogee maupun penggunaan mercu deret trapesium.

Sesuai dengan persamaan yang telah dijelaskan pada Bab 2 untuk debit terukur, maka besaran debit tiap ketebalan air yang melimpah mercu spillway baik yang berbentuk Ogee maupun deret trapesium dapat dihitung seperti berikut:

commit to user

a. Perhitungan Debit Terukur (Qhb) Mercu Ogee

Bentuk mercu Ogee ditampilkan pada Gambar 4.1.

Gambar 4.1 Tampak Atas dan Potongan A-A Spillway Ogee

Perhitungan Debit Terukur Mercu Ogee

H2= tinggi di hulu crest = 1,00 cm

V = volume air = 10.000,00 cm3

t2 = lama waktu pengamatan alat ukur = 110,47 dt

Data H2, V, t2 diperoleh dari pengamatan selama percobaan berlangsung

commit to user

Gambar 4.2 Flume dengan Spillway Mercu Ogee

ಈ

ಈ _110,4710000

= 90,5223 cm3/dt

Berdasarkan hasil perhitungan, debit terukur (Qhb) pada ketebalan 1,00 cm adalah

90,5223 cm3/dt. Untuk selanjutnya besaran debit setiap ketebalan air yang melimpah mercu Ogee ditampilkan pada Tabel 4.1 dan grafik hubungan ketebalan air (H) dengan debit (Q) ditunjukan pada Gambar 4.3.

Tabel 4.1 Hasil Pengamatan Debit Ukur Mercu Ogee No. H di hulu

crest (cm)

H di atas crest (cm)

Volume (cm3)

t (dt)

Qhb

(cm3/dt)

1 0,75 0,50 10.000 587,20 17,03

2 1,00 0,60 10.000 110,40 90,52

3 1,25 0,75 10.000 58,03 172,30

4 1,50 1,00 10.000 43,31 230,89

5 1,75 1,20 10.000 33,44 299,04

6 2,00 1,30 10.000 23,25 430,11

7 2,25 1,40 10.000 16,66 600,24

8 2,50 1,50 10.000 12,75 784,31

H1

commit to user

Lengkung hubungan H dan Q yang ditampilkan pada Gambar 4.3 dicari persamaannya agar dapat diinterpolasi. Berdasarkan coba-coba menggunakan software curve expert, diperoleh persamaan yang paling tepat, yaitu persamaan yang menunjukan nilai r mendekati 1. Dari hasil tersebut diperoleh persamaan lengkung rational function dengan nilai r = 0,9992.

Gambar 4.3 Hubungan Ketebalan Air dengan Debit Terukur Mercu Ogee

Dari Gambar 4.3 dapat dilihat hubungan ketebalan air di hulu (H) dan debit terukur (Q). Simbol segi empat menunjukan nilai debit terukur pada ketebalan air tertentu. Garis menunjukan debit hasil persamaan lengkung rational function. Perbandingan nilai debit terukur dengan debit hasil persamaan lengkung rational function ditunjukan dalam Tabel 4.2.

0 200 400 600 800 1000

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Q

(

cm

3 /d

t)

commit to user

Tabel 4.2 Perbandingan Qhb dengan Qpersamaan pada Mercu Ogee

No. H di hulu crest (cm)

Qhb

(cm3/dt)

Qpersamaan

(cm3/dt)

Delta (%)

1 0,75 17,03 23,62 +16,21

2 1,00 90,52 86,93 -2,02

3 1,25 172,30 155,09 -5,26

4 1,50 230,89 231,72 +0,18

5 1,75 299,04 321,95 +3,69

6 2,00 430,11 433,80 +0,43

7 2,25 600,24 581,10 -1,62

8 2,50 784,31 790,44 +0,39

b. Perhitungan Debit Terukur (Qhb) Mercu Deret Trapesium

1.) Debit Terukur (Qhb) Mercu Deret Trapesium Tipe 1

Bentuk mercu deret trapesium tipe 1 ditampilkan pada Gambar 4.4 dan Gambar 4.5.

commit to user

Gambar 4.5 Tampak Atas dan Potongan A-A Spillway Mercu Deret Trapesium Tipe 1

Perhitungan Debit Terukur Mercu Deret Trapesium Tipe 1 H1= tinggi di hulu crest = 1,00 cm

V = volume air = 10.000,00 cm3 t1 = lama waktu pengamatan alat ukur = 80,69 dt

Data H1, V, t1 diperoleh dari pengamatan selama percobaan berlangsung

commit to user

Gambar 4.6 Flume dengan Spillway Deret Trapesium Tipe 1

ಈ

ಈ 10000_80,69

= 123,9311 cm3/dt

Berdasarkan hasil perhitungan, debit terukur (Qhb) pada ketebalan 1,00 cm adalah

123,9311 cm3/dt. Untuk selanjutnya besaran debit setiap ketebalan air yang melimpah mercu deret trapesium ditampilkan pada Tabel 4.3 dan Gambar 4.7.

Tabel 4.3 Hasil Pengamatan Debit Ukur Mercu Tipe Deret Trapesium Tipe 1 No. H di hulu

crest (cm)

H di atas crest (cm)

Volume (cm3)

t (dt)

Qhb

(cm3/dt)

1 1,00 0,60 10.000 80,69 123,93

2 1,25 0,75 10.000 23,22 430,66

3 1,50 1,00 10.000 15,81 632,51

4 1,75 1,20 10.000 12,32 811,69

5 2,00 1,30 10.000 9,22 1.084,60

H1

commit to user

Lengkung hubungan H dan Q yang ditampilkan Gambar 4.6 dicari persamaannya agar dapat diinterpolasi. Berdasarkan coba-coba menggunakan software curve expert diperoleh persamaan yang paling tepat, yaitu persamaan yang menunjukan nilai r mendekati 1. Dari hasil tersebut diperoleh persamaan lengkung Logarithm function dengan nilai r = 0,9949.

Gambar 4.7 Hubungan Ketebalan Air dengan Debit Terukur Mercu Deret Trapesium Tipe 1

Dari Gambar 4.7 dapat dilihat hubungan ketebalan air di hulu (H) dan debit terukur (Q). Simbol segi empat menunjukan nilai debit terukur pada ketebalan air tertentu. Garis menunjukan debit hasil persamaan lengkung Logarithm function menggunakan software curve expert. Perbandingan nilai debit terukur dengan debit hasil persamaan lengkung Logarithm function menggunakan software curve expert ditunjukan dalam Tabel 4.4.

0 200 400 600 800 1000 1200

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Q

(

cm

3

/d

t)

commit to user

Tabel 4.4 Perbandingan Qhb dengan Qpersamaan pada Mercu Deret Trapesium Tipe 1

No. H di hulu crest (cm)

Qhb

(cm3/dt)

Qpersamaan

(cm3/dt)

Delta (%)

1 1,00 123,93 116,85 -2,94

2 1,25 430,66 413,27 -2,06

3 1,50 632,51 655,45 +1,78

4 1,75 811,69 860,22 +2,90

5 2,00 1.084,60 1.037,60 -2,21

2.) Debit Terukur (Qhb) Mercu Deret Trapesium Tipe 2

Bentuk mercu deret trapesium tipe 2 ditampilkan pada Gambar 4.8 dan Gambar 4.9.

Gambar 4.8 Tampak Atas Mercu Deret Trapesium Tipe 2

Gambar 4.9 Tampak Atas dan Potongan A-A Spillway Mercu Deret Trapesium Tipe 2

commit to user

Perhitungan Debit Terukur Mercu Deret Trapesium Tipe 1 H1= tinggi di hulu crest = 1,00 cm3

V = volume air = 10.000,00 cm3 t1 = lama waktu pengamatan alat ukur = 80,69 dt

Data H1, V, t1 diperoleh dari pengamatan selama percobaan berlangsung

seperti yang digambarkan pada Gambar 4.10.

Gambar 4.10 Flume Untuk Spillway Deret Trapesium Tipe 2

ಈ

ಈ _98,696010000

= 101,3212 cm3/dt

Berdasarkan hasil perhitungan, debit terukur (Qhb) pada ketebalan 1,00 cm adalah

101,3212 cm3/dt. Untuk selanjutnya besaran debit setiap ketebalan air yang melimpah mercu deret trapesium tipe 2 ditampilkan pada Tabel 4.5 dan hubungan H dengan Q ditunjukan pada Gambar 4.11.

H1

commit to user

Tabel 4.5 Hasil Pengamatan Debit Ukur Mercu Tipe Deret Trapesium Tipe 2 No. H di hulu

crest (cm)

H di atas crest (cm)

Volume (cm3)

t (dt)

Qhb

(cm3/dt)

1 1,00 0,60 10.000 98,70 101,32

2 1,25 0,75 10.000 24,99 400,12

3 1,50 1,00 10.000 16,32 612,67

4 1,75 1,20 10.000 12,76 783,68

5 2,00 1,30 10.000 10,25 975,24

Lengkung hubungan H dan Q yang ditampilkan Gambar 4.9 dicari persamaannya agar dapat diinterpolasi. Berdasarkan coba-coba menggunakan software curve expert diperoleh persamaan yang paling tepat, yaitu persamaan yang menunjukan nilai r mendekati 1. Dari hasil tersebut diperoleh persamaan lengkung Logarithm function dengan nilai r = 0,9993.

Gambar 4.11 Hubungan Ketebalan Air dengan Debit Terukur Mercu Deret Trapesium Tipe 2

Dari Gambar 4.11 dapat dilihat hubungan ketebalan air di hulu (H) dan debit terukur (Q). Simbol segi empat menunjukan nilai debit terukur pada ketebalan air tertentu. Garis menunjukan debit hasil persamaan lengkung Logarithm function. Perbandingan nilai debit terukur dengan debit hasil persamaan lengkung Logarithm function ditunjukan dalam Tabel 4.6.

0 200 400 600 800 1000 1200

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Q ( cm 3 /d t) H (cm)

commit to user

Tabel 4.6 Perbandingan Qhb dengan Qpersamaan pada Mercu Deret Trapesium Tipe 2

No. H di hulu crest (cm)

Qhb

(cm3/dt)

Qpersamaan

(cm3/dt)

Delta (%)

1 1,00 101,32 108,89 +3,60

2 1,25 400,12 385,07 -1,92

3 1,50 612,67 610,74 -0,16

4 1,75 783,68 801,53 +1,13

5 2,00 975,24 966,80 -0,43

4.3 Debit pada Tiap Ketebalan Air

Sesuai dengan persamaan yang telah dijelaskan pada Bab 2 untuk debit hitung yang melintas mercu Ogee, maka besaran debit tiap ketebalan air yang melimpah mercu spillway baik yang berbentuk Ogee maupun berbentuk deret trapesium dapat dihitung seperti berikut:

a. Perhitungan Koefisien Cd Mercu Ogee

Q2 = debit =90,5223cm3/dt

Cd = koefisien debit (=C0 C1 C2)

C0 = konstanta untuk pelimpasan sempurna (=1,30)

C1 = fungsi p/hd dan H1/hd

P = tinggi tubuh spillway = 15 cm

hd = tinggi air di hulu = 1 cm

H1 = tinggi air di hulu keadaan tenang = 1 cm

C2 = faktor koreksi untuk permukaan hulu (=1)

g = percepatan gravitasi = 981 cm/dt2

b = lebar mercu = 18 cm

H2 = tinggi air di atas hulu = 1 cm

ಈ 2

3 ꆰm ,

2 3 90,5223 2

3 ꆰm 18 1 ,

2

commit to user

ꆰm 90,5223

18 1 , ₉₈₁

ꆰm 0,29 Cd = C0 C1 C2

0,29 = 1,3 x C1 x 1

C1 = 0,22

Dengan cara yang sama, maka besaran Cd untuk tiap ketebalan air di atas mercu Ogee ditampilkan pada Tabel 4.7 dan hubungan H dan Cd ditunjukan pada Gambar 4.12.

Tabel 4.7 Cd Mercu Ogee No. H di hulu

crest (cm)

H di atas crest (cm)

b (cm)

g (cm/dt2)

Qhb

(cm3/dt)

Cd C1

1 0,75 0,50 18 981 17,03 0,09 0,07 2 1,00 0,60 18 981 90,52 0,29 0,22 3 1,25 0,75 18 981 172,30 0,40 0,31 4 1,50 1,00 18 981 230,89 0,41 0,32 5 1,75 1,20 18 981 299,04 0,42 0,32 6 2,00 1,30 18 981 430,11 0,50 0,38 7 2,25 1,40 18 981 600,24 0,58 0,45 8 2,50 1,50 18 981 784,31 0,65 0,50

Lengkung hubungan H dan Cd yang ditampilkan pada Gambar 4.12 dicari persamaannya agar dapat diinterpolasi. Berdasarkan coba-coba menggunakan software curve expert diperoleh persamaan yang paling tepat, yaitu persamaan yang menunjukan nilai r mendekati 1. Dari hasil tersebut diperoleh persamaan lengkung Polynomial function 1,14 2,58 1,45 0,28 dengan nilai r = 0,9909.

commit to user

Gambar 4.12 Hubungan Cd dengan H Hulu pada Mercu Ogee

Dari Gambar 4.12 dapat dilihat hubungan ketebalan air di hulu (H) dan koefisien debit (Cd). Simbol segi empat menunjukan nilai koefisien debit pada ketebalan air tertentu. Garis menunjukan koefisien debit hasil persamaan lengkung Polynomial function. Perbandingan nilai koefisien debit dengan koefisien debit hasil persamaan lengkung Logarithm function ditunjukan dalam Tabel 4.8.

Tabel 4.8 Perbandingan Cd dengan Cdpersamaan pada Mercu Ogee

No. H di hulu crest (cm)

Cd (cm3/dt)

Cdpersamaan

(cm3/dt)

Delta (%)

1 0,75 0,09 0,10 +5,94

2 1,00 0,29 0,28 -2,36

3 1,25 0,40 0,38 -3,03

4 1,50 0,41 0,43 +2,06

5 1,75 0,42 0,46 +4,04

6 2,00 0,50 0,49 -1,31

7 2,25 0,58 0,55 -2,76

8 2,50 0,65 0,67 +1,29

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

C

d

commit to user

b. Perhitungan Koefisien Cd Mercu Deret Trapesium

1.) Perhitungan Koefisien Cd Mercu Deret Trapesium Tipe 1 Koefisien Cd mercu deret trapesium dihitung sebagai berikut:

Q1 = debit =123,9311 cm3/dt

Cd = koefisien debit

g = percepatan gravitasi = 981 cm/dt2

b = lebar mercu = 30 cm

H1 = tinggi air di hulu crest = 1 cm

ಈ 2

3 ꆰm , 2

123,9311 2

3 ꆰm 30 1 , √2 981

ꆰm 123,9311

30 1 , _{√2 981}

ꆰm 0,14

Dengan cara yang sama, maka besaran koefisien Cd untuk tiap ketebalan air di atas mercu Ogee ditampilkan pada Tabel 4.9 dan hubungan H dan Cd yang ditunjukan pada Gambar 4.13.

Tabel 4.9 Cd Mercu Deret Trapesium Tipe 1 No. H di hulu

crest (cm)

H di atas crest (cm)

b (cm)

g (cm/dt2)

Qhb

(cm3/dt)

Cd

1 1,00 0,75 30 981 123,93 0,14

2 1,25 1,00 30 981 430,66 0,35

3 1,50 1,25 30 981 632,51 0,39

4 1,75 1,50 30 981 811,69 0,40

5 2,00 1,75 30 981 1.084,60 0,43 Lengkung hubungan H dan Cd yang ditampilkan pada Gambar 4.11 dicari persamaannya agar dapat diinterpolasi. Berdasarkan coba-coba menggunakan software curve expert diperoleh persamaan yang paling tepat, yaitu persamaan yang menunjukan nilai r mendekati 1. Dari hasil tersebut diperoleh persamaan lengkung Gompertz function 0,41 , , dengan nilai r = 0,9948.

commit to user

Gambar 4.13 Hubungan Cd dengan H Hulu pada Mercu Deret Trapesium Tipe 1

Dari Gambar 4.13 dapat dilihat hubungan ketebalan air di hulu (H) dan koefisien debit (Cd). Simbol segi empat menunjukan nilai koefisien debit pada ketebalan air tertentu. Garis menunjukan koefisien debit hasil persamaan lengkung Gompertz function. Perbandingan nilai koefisien debit dengan koefisien debit hasil persamaan lengkung Gompertz function ditunjukan dalam Tabel 4.10.

Tabel 4.10 Perbandingan Cd dengan Cdpersamaan pada Mercu Deret Trapesium Tipe

1

No. H di hulu crest (cm)

Cd (cm3/dt)

Cdpersamaan

(cm3/dt)

Delta %

1 1,00 0,14 0,14 0,00

2 1,25 0,35 0,35 0,00

3 1,50 0,39 0,40 +1,36

4 1,75 0,40 0,41 +1,33

5 2,00 0,43 0,41 -2,07

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

C

d

commit to user

2.) Perhitungan Koefisien Cd Mercu Deret Trapesium Tipe 2

Adapun perhitungan koefisien Cd mercu deret trapesium dihitung sebagai berikut:

Q1 = debit = 101,3212 cm3/dt

Cd = koefisien debit

g = percepatan gravitasi = 981 cm/dt2

b = lebar mercu = 30 cm

H1 = tinggi air di hulucrest = 1 cm

ಈ 2

3 ꆰm , 2

101,3212 2

3 ꆰm 30 1 , √2 981

ꆰm 101,3212

30 1 , _{√2 981}

ꆰm 0,11

Dengan cara yang sama, maka besaran koefisien Cd untuk tiap ketebalan air di atas mercu Ogee ditampilkan pada Tabel 4.11 dan hubungan H dan Cd ditunjukan pada Gambar 4.14.

Tabel 4.11 Cd Mercu Deret Trapesium Tipe 2 No. H di hulu

crest (cm)

H di atas crest (cm)

b (cm)

g (cm/dt2)

Qhb

(cm3/dt)

Cd

1 1,00 0,75 30 981 101,32 0,11

2 1,25 1,00 30 981 400,12 0,32

3 1,50 1,25 30 981 612,67 0,38

4 1,75 1,50 30 981 783,68 0,38

5 2,00 1,75 30 981 975,24 0,39

Lengkung hubungan H dan Cd yang ditampilkan Gambar 4.12 dicari persamaannya agar dapat diinterpolasi. Berdasarkan coba-coba menggunakan software curve expert diperoleh persamaan yang paling tepat yaitu persamaan yang menunjukan nilai r mendekati 1. Dari hasil tersebut diperoleh persamaan lengkung Gompertz function 0,39 , , dengan nilai r = 0,9995.

commit to user

Gambar 4.14 Hubungan Cd dengan H Hulu pada Mercu Deret Trapesium Tipe 2

Dari Gambar 4.14 dapat dilihat hubungan ketebalan air di hulu (H) dan koefisien debit (Cd). Simbol segi empat menunjukan nilai koefisien debit pada ketebalan air tertentu. Garis menunjukan koefisien debit hasil persamaan lengkung Gompertz function. Perbandingan nilai koefisien debit dengan koefisien debit hasil persamaan lengkung Gompertz function ditunjukan dalam Tabel 4.12.

Tabel 4.12 Perbandingan Cd dengan Cdpersamaan pada Mercu Deret Trapesium Tipe

2

No. H di hulu crest (cm)

Qhb

(cm3/dt)

Qpersamaan

(cm3/dt)

Delta %

1 1,00 0,11 0,11 0,00

2 1,25 0,32 0,32 0,00

3 1,50 0,38 0,38 0,00

4 1,75 0,38 0,39 +0,46

5 2,00 0,39 0,39 0,00

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

C

d

commit to user

4.4 Pelimpahan Air Mercu Ogee dengan Pelimpahan Air Mercu Deret Trapesium Tipe 1 dan Tipe 2

Dari percobaan yang telah dilakukan didapat hasil hubungan antara H dengan nilai Cd antara mercu Ogee dengan mercu deret trapesium tipe 1 dan tipe 2, yang dapat dilihat pada Tabel 4.13 dan Gambar 4.15. Dan didapat pula hasil hubungan debit pelimpahan air mercu Ogee dengan debit pelimpahan air mercu deret trapesium tipe 1 dan debit pelimpahan air mercu deret trapesium tipe 2 pada Tabel 4.14 dan Gambar 4.16.

Tabel 4.13 Cd Mercu Ogee dengan Cd Mercu Deret Trapesium No. H di hulu crest

(cm)

Cd Mercu Ogee

Cd MDT Tipe 1

Cd MDT Tipe 2

1 0,75 0,09 - -

2 1,00 0,29 0,14 0,11

3 1,25 0,40 0,35 0,32

4 1,50 0,41 0,39 0,38

5 1,75 0,42 0,40 0,38

6 2,00 0,50 0,43 0,39

7 2,25 0,58 - -

8 2,50 0,65 - -

Gambar 4.15 Perbandingan Cd Mercu Ogee dengan Cd Mercu Deret Trapesium Tipe 1 dan Cd Mercu Deret Trapesium Tipe 2

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

C d H (cm) Mercu Ogee Polyn 'Mercu Ogee' Mercu Deret Trapesium Tipe 1 Gompertz 'Mercu Deret Trapesium Tipe 2' Mercu Deret Trapesium Tipe 2

commit to user

Tabel 4.14 Perbandingan Qhb Mercu Ogee dengan Qhb Mercu Deret Trapesium

No. H

(cm)

QhbMercu Ogee (cm3/dt)

QhbMDT

Tipe 1 (cm3/dt)

Peningkt. Tipe 1 (cm3/dt)

Peningkt. Tipe 1

(%)

QhbMDT

Tipe 2 (cm3/dt)

Peningkt. Tipe 2 (cm3/dt)

Peningkt. Tipe 2

(%)

1 0,75 17,03 - - - - -

2 1,00 90,52 123,93 33,41 36,91 101,32 10,80 11,93

3 1,25 172,30 430,66 258,36 149,94 400,12 227,82 132,22

4 1,50 230,89 632,51 401,62 173,94 612,67 381,77 165,35

5 1,75 299,04 811,69 512,65 171,43 783,68 484,63 162,06

6 2,00 430,11 1.084,59 654,49 152,17 975,24 545,14 126,74

7 2,25 600,24 - - - - -

8 2,50 784,31 - - - - -

Gambar 4.16 Perbandingan Qhb Mercu Ogee dengan Qhb Mercu Deret

Trapesium Tipe 1 dan Qhb Mercu Deret Trapesium Tipe 2 0 200 400 600 800 1000 1200

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Q ( cm 3 /d t) H (cm) Mercu Ogee Rational 'Mercu Ogee' Mercu Deret Trapesium Tipe 1

Polyn 'mercu Deret Trapesium Tipe 1'

Mercu Deret Trapesium Tipe 2

Polyn 'Mercu Deret Trapesium Tipe 2'

commit to user

Pada Tabel 4.8 dapat diketahui perbedaan debit pelimpah air mercu Ogee dengan mercu deret trapesium tipe 1 dan tipe 2. Debit minimum mercu Ogee sebesar 17,0299 cm3/dt, terjadi ketika ketebalan air 0,75 cm. Debit maksimum sebesar 784,3137 cm3/dt, terjadi ketika ketebalan air 2,5 cm. Pada ketebalan air 0,75 cm merupakan debit minimum karena dibawah ketebalan 0,75 cm tidak ada lagi debit yang terhitung oleh hydraulic bench. Debit maksimum terjadi ketika ketebalan air 2,5 cm dikarenakan pompa air hanya mampu menghasilkan debit maksimal pada ketebalan 2,5 cm.

Penyebab ini terjadi pula pada mercu deret trapesium tipe 1 dan tipe 2, debit minimum mercu deret trapesium tipe 1 sebesar 123,9311 cm3/dt, terjadi ketika ketebalan air 1 cm. Debit minimum mercu deret trapesium tipe 2 sebesar 101,3212 cm3/dt, terjadi ketika ketebalan air 1 cm. Debit maksimum mercu deret trapesium tipe 1 sebesar 1084,599 cm3/dt terjadi pada ketebalan air 2 cm dan debit maksimum mercu deret trapesium tipe 1 sebesar 975,2444 cm3/dt terjadi pada ketebalan air 2 cm.

Debit yang melimpah mercu deret trapesium tipe 1 dibandingkan dengan mercu Ogee mengalami peningkatan minimum 36,91 % dan 173,94%. Terdapat peningkatan yang cukup besar antara debit yang melimpah mercu Ogee dengan debit yang melimpah mercu deret trapesium tipe 1 dan tipe 2. Hal ini disebabkan karena perbedaan lebar penampang yang dilewati air ketika melimpah. Pada mercu Ogee lebar penampang 18 cm dan pada mercu deret trapesium 30 cm. Perbedaan lebar penampang ini mempengaruhi debit yang dihasilkan ketika air sudah melimpah.

Debit yang dihasilkan mercu deret trapesium mempunyai nilai yang tinggi dibanding dengan debit yang dihasilkan mercu Ogee. Tetapi kenaikan ini bersifat relatif, karena pada ketebalan tertentu debit yang dihasilkan mencapai maksimum dan akan mengalami penurunan saat ketebalan tertentu.

commit to user

Ini dijadikan kajian baru untuk mengetahui model mercu lain agar didapat peningkatan kapasitas debit yang dihasilkan air setelah melimpah spillway. Keadaan ini adalah keadaan yang diharapkan, karena dengan besarnya debit yang dihasilkan maka keadaan waduk akan aman dan tampungan kapasitas air waduk juga tetap. Peningkatan kenaikan air waduk terjadi sekecil mungkin dan konstruksi pelimpah pun aman.

4.5 Analisis

Reservoir Routing

Reservoir Routing adalah proses untuk memperhitungkan aliran keluar (outflow hidrograph) dari sebuah reservoir, berdasarkan aliran masuk (inflow hidrograph) dan karakteristik aliran keluar melalui bangunan pelimpah. Reservoir Routing dilakukan untuk mengetahui waktu (t) yang digunakan pelimpah untuk melewatkan air menuju hilirnya. Berikut adalah langkah-langkah menghitung outflow hydrograph:

1. Perhitungan outflow hydrograph mercu Ogee

Perhitungan reservoir routing menggunakan asumsi penampang dengan lebar 200x200 cm3, dengan lebar mercu Ogee 30 cm.

Perhitungan storage outflow function: H2 = 0,25 cm

Q2 = ꆰ ,

= 1,3 30 0,25 , = 8,31 cm3/dt S2 = 200 x 200 x 0,25

= 10.000,00 cm3

(2s/∆t)+Q = (2 x 10000/30) + 8,31 = 674,97 cm3/dt

Tabel 4.22 Outflow Mercu Deret Trapesium Tipe 2

time time inflow Ij+Ij+1

2

∆ ಈ

2

∆ ಈ Outflow

indeks j (I)

(dt) (dt) (cm3/dt) (cm3/dt) (cm3/dt) (cm3/dt) (cm3/dt)

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)

1 _{0,00 0,00 0,00 0,00}

2 _{0,50 333,33 333,33 332,98 333,33 0,18}

3 _{1,00 666,67 1.000,00 1.216,06 1.332,98 58,46}

4 _{1,50 1.000,00 1.666,67 2.808,55 2.882,73 37,09}

5 _{2,00 1.333,33 2.333,33 5.071,17 5.141,89 35,36}

6 _{2,50 1.666,67 3.000,00 6.945,45 8.071,17 562,86}

7 _{3,00 2.000,00 3.666,67 9.420,03 10.612,11 596,04}

8 _{3,50 2.333,33 4.333,33 12.553,64 13.753,37 599,87}

9 _{4,00 2.666,67 5.000,00 15.701,54 17.553,64 926,05}

10 _{4,50 3.000,00 5.666,67 16.123,06 21.368,21 2.622,58}

11 _{5,00 3.333,33 6.333,33 17.350,56 22.456,39 2.552,91}

12 _{5,50 3.000,00 6.333,33 17.547,24 23.683,90 3.068,33}

13 _{6,00 2.666,67 5.666,67 16.511,74 23.213,90 3.351,08}

14 _{6,50 2.333,33 5.000,00 14.731,86 21.511,74 3.389,94}

15 _{7,00 2.000,00 4.333,33 12.640,61 19.065,19 3.212,29}

16 _{7,50 1.666,67 3.666,67 10.566,78 16.307,27 2.870,25}

17 _{8,00 1.333,33 3.000,00 8.718,77 13.566,78 2.424,00}

18 _{8,50 1.000,00 2.333,33 7.196,38 11.052,11 1.927,86}

19 _{9,00 666,67 1.666,67 6.018,85 8.863,04 1.422,10}

20 9,50 333,33 1.000,00 5.157,03 7.018,85 930,91

21 _{10,00 0,00 333,33 4.560,54 5.490,36 464,91}

22 _{10,50 0,00 4.297,71 4.560,54 131,41}

23 _{11,00 4.330,35 4.297,71 -16,32}

24 _{11,50 4.330,35 -75,51}

commit to user

Grafik yang menggambarkan hubungan nilai t terhadap debit mercu deret

trapesium tipe 2 ditunjukan pada Gambar 4.24.

Gambar 4.24 Nilai t terhadap Debit Mercu Deret Trapesium Tipe 2

Dari Gambar 4.24 dapat dilihat simbol segi empat menunjukan nilai inflow dan

simbol segitiga menunjukan nilai outflow. Grafik menggambarkan perbedaan

nilai dari inflow dan outflow pada mercu Ogee. Inflow masuk reservoir akan

menyebar ke seluruh luasan permukaan reservoir, penyebaran ini memerlukan

waktu untuk sampai lokasi mercu deret trapesium tipe 2. Waktu yang dibutuhkan mercu deret trapesium tipe 2 untuk melimpahkan air ke hilir mercu mencapai 10,5

menit. Setelah didapat outflow, berikut hasil data inflow komulatif dan outflow

komulatif mercu deret trapesium tipe 2 ditampilkan pada Tabel 4.23.

-500.00 0.00 500.00 1,000.00 1,500.00 2,000.00 2,500.00 3,000.00 3,500.00 4,000.00

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00

d

eb

it

(

cm

3/d

t)

t(menit)

inflow outflow

Trapesium Tipe 2

No. Time

(dt)

Inflow komulatif

(cm3/dt)

Outflow komulatif

(cm3/dt)

1 0,00 0,00 0,00

2 0,50 333,33 0,18

3 1,00 1.000,00 58,64

4 1,50 2.000,00 95,72

5 2,00 3.333,33 131,08

6 2,50 5.000,00 693,94

7 3,00 7.000,00 1.289,98

8 3,50 9.333,33 1.889,85

9 4,00 12.000,00 2.815,89

10 4,50 15.000,00 5.438,47

11 5,00 18.333,33 7.991,39

12 5,50 21.333,33 11.059,71

13 6,00 24.000,00 14.410,80

14 6,50 26.333,33 17.800,74

15 7,00 28.333,33 21.013,03

16 7,50 30.000,00 23.883,28

17 8,00 31.333,33 26.307,28

18 8,50 32.333,33 28.235,14

19 9,00 33.000,00 29.657,24

20 9,50 33.333,33 30.588,15

21 10,00 33.333,33 31.053,06

Grafik yang menggambarkan hubungan inflow komulatif dan outflow komulatif

commit to user

Gambar 4.25 Nilai t terhadap Inflow Komulatif dan Outflow Komulatif Mercu

Deret Trapesium Tipe 2

Dari Gambar 4.25 dapat dilihat simbol segi empat menunjukan nilai inflow

komulatif dan simbol segitiga menunjukan outflow komulatif mercu deret

trapesium tipe 2. Saat air melimpah melewati mercu deret trapesium tipe 2,

didapat outflow yang mempunyai nilai lebih rendah, hal ini dilakukan agar tidak

terjadi banjir pada hilir.

-5,000.00 0.00 5,000.00 10,000.00 15,000.00 20,000.00 25,000.00 30,000.00 35,000.00 40,000.00

0.00 5.00 10.00 15.00

d

eb

it

(

cm

3/d

t)

t (menit)

inflow komulatif outflow komulatif

commit to user

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil analisis, maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut:

1. a. Nilai Cd dan debit yang dihasilkan mercu Ogee berbanding lurus dengan ketebalan air di hulu crest. Semakin besar ketebalan air di hulu crest,

semakin besar pula nilai Cd dan debit yang dihasilkan mercu Ogee.

b. Variasi debit yang diperoleh pada ketebalan air 0,75 cm, 1,00 cm, sampai ketebalan maksimal 2,50 cm pada mercu Ogee berturut-turut 17,03 cm3/dt, 90,52 cm3/dt, 172,30 cm3/dt, 230,89 cm3/dt, 299,04 cm3/dt, 430,11 cm3/dt 600,24 cm3/dt, 784,31 cm3/dt, menghasilkan nilai Cd antara lain 0,09; 0,29; 0,40; 0,41; 0,42; 0,50; 0,58; dan 0,65.

2. Mercu deret trapesium memiliki kapasitas peningkatan debit sebesar 36,91% hingga 173,94%. Hal ini membuktikan keberhasilan dari penggunaan mercu deret trapesium untuk meningkatkan kapasitas

spillway. Peningkatan debit ini bersifat relatif.

5.2 Saran

Saran untuk studi selanjutnya adalah perlu menambah kapasitas pompa pada

flume. Hal ini berfungsi untuk:

1. Mendapat variasi ketebalan air yang lebih banyak, sehingga data yang diperoleh lebih banyak.

2. Bisa mengadakan kalibrasi alat, sehingga dapat mengetahui kebenaran data yang diambil dari hydroulic bench.

commit to user

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil analisis, maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut:

1. a. Nilai Cd dan debit yang dihasilkan mercu Ogee berbanding lurus dengan ketebalan air di hulu crest. Semakin besar ketebalan air di hulu crest,

semakin besar pula nilai Cd dan debit yang dihasilkan mercu Ogee.

b. Variasi debit yang diperoleh pada ketebalan air 0,75 cm, 1,00 cm, sampai ketebalan maksimal 2,50 cm pada mercu Ogee berturut-turut 17,03 cm3/dt, 90,52 cm3/dt, 172,30 cm3/dt, 230,89 cm3/dt, 299,04 cm3/dt, 430,11 cm3/dt 600,24 cm3/dt, 784,31 cm3/dt, menghasilkan nilai Cd antara lain 0,09; 0,29; 0,40; 0,41; 0,42; 0,50; 0,58; dan 0,65.

2. Mercu deret trapesium tipe 1 memiliki kapasitas peningkatan debit sebesar 36,91% hingga 173,94%. Mercu deret trapesium tipe 2 memiliki kapasitas peningkatan debit sebesar 11,93% hingga 165,35%. Hal ini membuktikan keberhasilan dari penggunaan mercu deret trapesium untuk meningkatkan kapasitas spillway. Peningkatan debit ini bersifat relatif.

5.2 Saran

Saran untuk studi selanjutnya adalah perlu menambah kapasitas pompa pada

flume. Hal ini berfungsi untuk:

3. Mendapat variasi ketebalan air yang lebih banyak, sehingga data yang diperoleh lebih banyak.

4. Bisa mengadakan kalibrasi alat, sehingga dapat mengetahui kebenaran data yang diambil dari hydroulic bench.