kuliah ke 3 pse wahyu

Kuliah ke-3

PENGENDALIAN
SEDIMEN DAN EROSI
Sifat-sifat Zat Cair
Sifat-sifat Butiran Sedimen

Sifat-sifat Zat Cair
 Beberapa sifat / karakteristik zat cair yang

berpengaruh terhadap proses angkutan sedimen :

rapat massa, ρ,
 viskositas,v, dan
 variabel-variabel aliran seperti : kecepatan, U
dan tegangan gesek, z.


Pada aliran seragam turbulen, rumus distribusi kecepatan dan kecepatan ratarata dapat dibedakan untuk dinding hidraulik licin, dan dinding hidraulik
kasar.

Dinding hidraulik licin:
 Distribusi kecepatan :

104 z
u z 5,75 u * log (
)

 Kecepatan rata-rata :

42 h
U 5,75 u * log (
)


Dinding Hidraulik kasar:
 Distribusi kecepatan :

33 z
u z 5,75 u * log (
)

k


Kecepatan rata-rata :

12 h
U 5,75 u * log (
)
k

 Hubungan antara kecepatan dengan kekasaran dasar

(koefisien kekasaran Chezy) dapat dirumuskan sebagai
berikut :

12 R
C 18 log
k
 Distribusi tegangan gesek pada suatu vertikal adalah

(aliran uniform):

z
 z  h So (1  )
h

 Sedangkan tegangan gesek pada dasar,

dirumuskan sebagai :

 0 RS 0 gRS 0
 atau

 0 hS 0  ghS 0
 atau

 0  U 

2

dimana

U   ghS 0

Dengan :
u* : kecepatan gesek,
uz : kecepatan pada suatu titik yang berjarak z dari dasar
U : kecepatan rata-rata pada suatu vertikal,

 : tebal lapisan sub-viskous/ sub laminer,
h : kedalaman aliran,
R : jari-jari hidraulik,
C : koefisien kekasaran menurut Chezy,
k : kekasaran dasar saluran,
 : berat jenis air, dan
S : kemiringan dasar saluran.

Contoh
 Diketahui suatu sungai memiliki kedalaman 2 m, tinggi

kekasaran 0,05 m, dan kemiringan dasar 0,001. Hitung
kecepatan aliran rata-rata dan gambarkan distribusi
kecepatannya.

u*  ghS 0  9,812 0,001 ...... m/d
12h
U 5,75u* log( )
k

122
U 5,75 0,198 log(
)3,05 m/d
0,05

33z
u z 5,750,198 log(
)
0,05
Z=0

→ Uz = 0

m/d

Z = 0,1

→

Uz = 2,07 m/d

Z = 0,4

→

Uz = 2,76 m/d

Z = 0,8

→

Uz = 3,10 m/d

Z = 1,2

→

Uz = 3,30 m/d

Z = 1,6

→

Uz = 3,44 m/d

Z = 2,0

→

Uz = 3,55 m/d

Sifat-sifat Butiran Sedimen
1. Umum
 Untuk menangani berbagai permasalahan pada sungai-

sungai alluvial, diperlukan pemahaman tentang sifatsifat/karakteristik material sedimen, baik material
sedimen sebagai satu kesatuan (bulk) maupun material
sedimen yang berdiri sendiri-sendiri (butiran lepas;
individual).

 Para ahli geologi mempelajari sifat-sifat sedimen lepas

dengan tujuan : untuk mengetahui asal mula dari
material sedimen, dan juga untuk mempelajari cara
sedimen tersebut berpindah (ditranspor).

 Sedangkan para ahli hidraulika mempelajari sifat-sifat

butiran lepas dalam kaitannya dengan fenomena
transpor dari material sedimen.

2. Ukuran Butiran
 Diantara beberapa sifat butiran sedimen, ukuran sedimen

merupakan salah satu sifat yang paling penting dan banyak
digunakan dalam bidang teknik sedimen.

 Ukuran butiran sangat mempengaruhi mudah tidaknya serta

banyak sedikitnya sedimen ditranspor.

 Jika semua partikel sedimen berbentuk bola, maka ukuran butiran

secara mudah dapat ditentukan, yaitu dengan menggunakan
parameter diameter butiran.

 Akan tetapi, dalam kenyataannya bentuk butiran penyusun material

dasar sungai adalah sangat tidak teratur, dari yang berbentuk
mendekati bulat sampai dengan bentuk yang sangat pipih,
sehingga sangat sulit untuk mendefenisikan ukuran dari butiran

yang mempunyai bentuk sangat tidak teratur tersebut.

 Penggunaan diameter butiran, sering tidak dapat

menggambarkan ukuran/bentuk butiran yang
sesungguhnya.

 Oleh karenanya, ukuran butiran sering didefinisikan

dengan cara lain, yaitu dengan menggunakan :
 volume butiran,
 kecepatan endap, atau
 ukuran ayakan/saringan

 Metode penentuan ukuran butiran dengan volume

atau kecepatan endap dilakukan dengan prinsip
menyamakan volume atau kecepatan endap butiran
sembarang dengan butiran berbentuk bola.

 Beberapa definisi yang biasa

digunakan untuk menyatakan suatu
ukuran butiran adalah :
1. diameter nominal,
2. diameter jatuh (fall velocity),
3. diameter sedimentasi
(sedimentation diameter),
4. diameter saringan,
5. ukuran sumbu triaxial.

Diameter nominal, dn
 Diameter nominal dari butiran

didefinisikan sebagai diameter bola yang
mempunyai volume yang sama dengan
volume butiran.
 Dalam beberapa kasus tertentu, kadangkadang seseorang lebih tertarik pada
ukuran butiran, yang dikaitkan dengan
gerakan butiran dalam zat cair daripada
ukuran fisik dari butiran itu sendiri.

Diameter Jatuh
 Diameter jatuh dari butiran didefinisikan

sebagai diameter bola dengan berat jenis
spesifik 2,65 yang mempunyai kecepatan
jatuh standar sama dengan kecepatan jatuh
butiran. Kecepatan jatuh standar didefinisikan
sebagai kecepatan jatuh dari butiran dalam
air suling, pada suhu 24C.

Diameter Sedimentasi
 Diameter sedimentasi adalah merupakan

diameter bola yang mempunyai berat spesifik
dan kecepatan pengendapan yang sama
dengan butiran sedimen, dalam zat cair yang
sama dan pada kondisi yang sama pula.

Diameter saringan/ayakan
 Untuk menentukan ukuran butiran dengan saringan

(diameter saringan), biasanya digunakan beberapa
saringan dengan ukuran lubang yang berbeda; hal ini
dimaksudkan untuk mengelompokkan material sedimen ke
dalam beberapa kelompok ukuran yang berbeda.
Pengukuran diameter butiran dengan cara ini dilakukan
untuk butiran yang mempunyai diameter lebih besar dari
0.0625 mm, sesuai dengan ukuran saringan terkecil.

 Diameter saringan, d, dari suatu butiran adalah ukuran dari

lubang saringan pada mana butiran dapat lewat (lolos)
saringan. Dengan demikian, diameter nominal dan
diameter ayakan untuk butiran yang berbentuk bola nilainya
adalah sama, sedangkan untuk material sedimen pada
umumnya, diameter saringan biasanya sedikit lebih besar
dibandingkan dengan diameter nominal.

Kurva gradasi ukuran butiran sedimen

Sumbu triaxial
 Sumbu triaxial terdiri dari sumbu panjang,

sumbu pendek dan sumbu menengah,
dimana ketiga sumbu tersebut saling tegak
lurus satu sama lain. Dalam hal ini a
ditetapkan sebagai sumbu panjang, b sumbu
menengah, dan c sebagai sumbu pendek.
c
a

b

Klasifikasi Ukuran Butiran
 Klasifikasi ukuran butiran yang biasa digunakan oleh para

ahli hidraulika adalah klasifikasi ukuran butiran yang
diusulkan oleh The Subcommittee on Sediment
Terminology dari AGU (American Geophysical Union).
Ukuran butiran ditetapkan berdasarkan ukuran saringan
(untuk butiran kasar) dan ukuran/diameter sedimentasi
(untuk butiran halus).
 Dalam literatur dikenal juga beberapa klasifikasi ukuran

butiran yang lain, seperti misalnya klasifikasi menurut U.S.
Bureau of Public Roads, klasifikasi menurut Atterberg, dan
klasifikasi menurut U.S. Bureau of Soils.

Interval/range
(mm)

Nama

Interval/range
(mm)

Nama

4096 - 2048

Batu sangat besar
(Very Large Boulders)

1/2 - 1/4

Pasir sedang
(Medium Sand)

2048 - 1024

Batu besar
(Large Boulders)

1/4 - 1/8

Pasir halus
(Fine Sand)

1024 - 512

Batu sedang
(Medium Boulders)

1/8 - 1/16

Pasir sangat halus
(Very Fine Sand)

512 - 256

Batu kecil
(Small Boulders)

1/16 - 1/32

Lumpur kasar
(Coarse Silt)

256 - 128

Kerakal besar
(Large Cobbles)

1/32 - 1/64

Lumpur sedang
(Medium Silt)

128 - 64

Kerakal kecil
(Small Cobbles)

1/64 - 1/128

Lumpur halus
(Fine Silt)

64 - 32

Kerikil sangat kasar
(Very Coarse Gravel)

1/128 - 1/256

Lumpur sangat halus
(Very Fine Silt)

32 - 16

Kerikil kasar
(Coarse Gravel)

1/256 - 1/512

Lempung kasar
(Coarse Clay)

16 - 8

Kerikil sedang
(Medium Gravel)

1/512 - 1/1024

Lempung sedang
(Medium Clay)

8-4

Kerikil halus
(Fine Gravel)

1/1024 - 1/2048

Lempung halus
(Fine Clay)

4-2

Kerikil sangat halus
(Very Fine Gravel)

1/2048 - 1/4096

Lempung sangat halus
(Very Fine Clay)

2-1

Pasir sangat kasar
(Very Coarse Sand)

1 - 1/2

Pasir kasar
(Coarse Sand)

Koloid

Bentuk Butiran
 Bentuk butiran adalah merupakan salah satu sifat sedimen yang

sering dianggap ikut berpengaruh terhadap proses sedimentasi.
Bentuk butiran sedimen dapat mempengaruhi kecepatan aliran
pada lokasi dimana butiran sedimen dasar bergerak; disamping
itu dianggap pula bahwa bentuk butiran mempengaruhi
kecepatan endap, proses angkutan sedimen dasar, dll.

 Untuk dapat mendefinisikan suatu bentuk butiran maka

digunakan suatu koefisien/paremeter tertentu. Banyak jenis
koefisien/parameter yang telah diusulkan oleh para ahli; namun
koefisien/parameter tersebut pada prinsipnya dapat
dikelompokkan menjadi 3 bagian, yaitu:
 koefisien yang didasarkan pada volume butiran,
 koefisien yang didasarkan pada proyeksi luasan butiran,
dan
 koefisien yang didasarkan pada sumbu triaxial (sumbu
panjang, sumbu pendek dan sumbu menengah)

Koefisien Berdasarkan Volume Butiran
 Salah satu koefisen/parameter yang sering

digunakan untuk mendefinisikan bentuk butiran
berdasarkan volume butiran adalah sphericity.
Sphericity didefinisikan sebagai perbandingan antara
luas permukaan bola  yang mempunyai volume
sama dengan volume butiran  dengan luas
permukaan butiran. Untuk butiran berbentuk bola,
nilai sphericity akan sama dengan satu, sedangkan
untuk bentuk yang lain, nilai sphericity kurang dari
satu. Dengan kata lain, koefisien sphericity
cenderung digunakan untuk mendefinisikan bentuk
suatu butiran terhadap bentuk bola.

Nilai sphericity untuk beberapa bentuk butiran

0.5

0.55

0.6

0.65

0.7

0.75

0.8

0.85

0.90

0.95

Koefisien Berdasarkan Proyeksi Luasan Butiran
 Butiran/partikel sedimen berada dalam kondisi paling

stabil apabila sumbu pendek berada pada posisi vertikal.
Dengan dasar ini, proyeksi luasan yang tegak lurus
dengan sumbu pendek tersebut dapat digunakan
sebagai dasar untuk menentukan koefisien; dalam hal ini
dikenal suatu koefisien yang disebut sebagai koefisien
roundness.

 Koefisien roundness digunakan untuk menunjukkan

keruncingan dari ujung-ujung butiran sedimen. Dengan
demikian, nilai roundness dapat memberikan gambaran
apakah ujung-ujung butiran berbentuk bulat/lengkung
atau runcing. Roundness didefinisikan sebagai
perbandingan antara jari-jari lengkung rerata dari ujungujung butiran sedimen dengan jari-jari lengkung
maksimum yang membentuk suatu bola (atau dengan
jari-jari nominal butiran).

Nilai roundness untuk beberapa bentuk butiran

0.1

0.6

0.2

0.7

0.3

0.8

0.4

0.9

0.5

1.0

Koefisien Berdasarkan Sumbu Triaxial
 Kecepatan endap dari butiran sedimen dipengaruhi

oleh bentuknya, dan suatu parameter yang
selanjutnya disebut sebagai faktor bentuk (shape
factor), yaitu

Shape factor 

c
ab

 Untuk butiran berbentuk bola, nilai shape factor ini

akan sama dengan satu, sedangkan untuk butiran
dengan bentuk selain bola, nilai shape factor lebih
kecil dari satu.

Kecepatan Endap (Settling Velocity)
 Persamaan Stokes untuk kecepatan endap butiran

berbentuk bola :

d2
w
( s   )
18 


 dengan :

w = kecepatan endap butiran bola
d = diameter butiran bola
 = viskositas dinamik zat cair
 s = berat jenis butiran
 = berat jenis zat cair

Bentuk lain dari persamaan Stokes

24  24
CD 

w d  Re
 Dengan :

CD

: koefisien drag / koefisien seret

ρ
Re

: rapat massa
: angka Reynolds