Perbandingan Gerusan Lokal Yang Terjadi Di Sekitar Abutmen Dinding Vertikal Tanpa Sayap Dan Dengan Sayap Pada Saluran Lurus (Eksperimen)
BAB I
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang
Sungai memiliki perananan yang sangat penting bagi mahkluk hidup
terutama bagi kehidupan manusia. Hal tersebut dapat dibuktikan dengan
pemanfaatan sungai yang makin lama makin meluas, mulai dari sarana
transportasi, sumber air baku, sumber tenaga listrik, wahana rekreasi dan
sebagainya.
Menurut Chow (1992), Saluran yang mengalirkan air dengan suatu
permukaan bebas disebut saluran terbuka. Menurut asalnya saluran dapat
digolongkan menjadi saluran alam (natural) dan saluran buatan (artificial).
Saluran alam meliputi semua alur air yang terdapat secara alamiah di bumi, mulai
dari anak selokan kecil di pegunungan, selokan kecil, sungai kecil dan sungai
besar sampai ke muara sungai.
Sungai merupakan suatu saluran drainase yang terbentuk secara alami
yang mempunyai fungsi sebagai saluran. Air yang mengalir di dalam sungai akan
mengakibatkan proses penggerusan tanah dasarnya. Penggerusan yang terjadi
secara terus menerus akan membentuk lubang-lubang gerusan di dasar sungai.
Proses gerusan dapat terjadi karena adanya pengaruh morfologi sungai yang
berupa tikungan atau adanya penyempitan saluran sungai.
Dalam perancangan konstruksi jembatan harus diperhitungkan beberapa
aspek seperti letak jembatan, aspek hidraulik sungai serta bentuk abutmen yang
18
Universitas Sumatera Utara
akan memberikan pola aliran di sekitarnya. Struktur jembatan umumnya terdiri
dari dua bangunan penting, yaitu struktur bangunan atas dan struktur bangunan
bawah. Salah satu struktur utama bangunan bawah jembatan adalah abutmen
jembatan yang selalu berhubungan langsung dengan aliran sungai. Aliran yang
terjadi pada sungai biasanya disertai proses penggerusan/erosi dan endapan
sedimen/deposisi. Gerusan (scouring) merupakan suatu proses alamiah yang
terjadi di sungai sebagai akibat pengaruh morfologi sungai (dapat berupa tikungan
atau bagian penyempitan aliran sungai) atau adanya bangunan air (hydraulic
structur) seperti: jembatan, bendung, pintu air, dll. Morfologi sungai merupakan
salah satu faktor yang menentukan dalam proses terjadinya gerusan, hal ini
disebabkan aliran saluran terbuka mempunyai permukaan bebas (free surface).
Kondisi aliran saluran terbuka berdasarkan pada kedudukan permukaan bebasnya
cenderung berubah sesuai waktu dan ruang, disamping itu ada hubungan
ketergantungan antara kedalaman aliran, debit air, kemiringan dasar saluran dan
permukaan saluran bebas itu sendiri.
Adanya bangunan air menyebabkan perubahan karakteristik aliran seperti
kecepatan dan atau turbulensi sehingga menimbulkan perubahan transfor sedimen
dan terjadinya gerusan. Adanya abutmen jembatan akan menyebabkan perubahan
pola aliran sungai dan terbentuknya aliran tiga dimensi di sekitar abutmen
tersebut. Perubahan pola aliran tersebut akan menimbulkan terjadinya gerusan
lokal di sekitar konstruksi abutmen. Gerusan yang dihasilkan secara langsung
akibat adanya suatu bangunan dinamakan gerusan lokal (local scouring). Proses
terjadinya gerusan lokal biasanya dipicu oleh tertahannya angkutan sedimen yang
19
Universitas Sumatera Utara
dibawa bersama aliran oleh struktur bangunan dan peningkatan turbulensi aliran
akibat gangguan suatu struktur.
Abutmen merupakan bangunan jembatan yang terletak di pinggir sungai,
yang dapat mengakibatkan perubahan pola aliran. Bangunan seperti abutmen
jembatan selain dapat merubah pola aliran juga dapat menimbulkan perubahan
bentuk dasar saluran sepeti penggerusan. Gerusan lokal yang terjadi pada abutmen
biasanya terjadi gerusan pada bagian hulu abutmen dan proses deposisi pada
bagian hilir abutmen (Hanwar, 1999).
Keberadaan abutment di sebagian tebing sungai hingga masuk ke dalam
sungai
menyebabkan
lebar
sungai
mengalami
penyempitan
dan
akan
menimbulkan pengaruh pada perilaku aliran yang melewatinya. Perubahan
perilaku aliran yang direpresentasikan dalam kecepatan aliran ini akan
menimbulkan perubahan pula pada distribusi sedimen. Pada debit yang sama,
penyempitan badan sungai mengakibatkan bertambahnya kecepatan, yang
menyebabkan terjadinya gerusan lokal. Gerusan lokal di sekitar abutment, bisa
berupa live-bed scour ataupun clear water scour.
Fenomena alam ini tidak bisa diamati secara langsung. Salah satu metode
untuk menyederhanakannya adalah dengan pemodelan. Pemodelan fisik, yang
umumnya
menggunakan
model
geometrik,
sangat
membantu
dalam
memvisualisasikan baik gejala-gejala alam ataupun respon yang diberikan oleh
struktur akibat dari fenomena-fenomena alam tersebut. Untuk kasus sungai alam,
penyederhanaan dilakukan dengan memodelkannya sebagai saluran lurus.
20
Universitas Sumatera Utara
Mengingat kompleks serta pentingnya permasalahan di atas, kajian tentang
local scouring disekitar abutmen jembatanakibat adanya pengaruh debit terhadap
aliran, serta pengaruh bentuk abutmen pada sungai perlu mendapat perhatian
khusus, sehingga nantinya dapat diketahui mengenai pola aliran, pola gerusan
dan kedalaman gerusan yang terjadi dan selanjutnya dapat pula dicari upaya
pengendalian dan pencegahan gerusan pada pilar jembatan.
1.2. Perumusan Masalah
Perumusan masalah dalam mempelajari Perbandingan Gerusan Lokal
Yang Terjadi di Sekitar Abutmen Dinding Vertikal Tanpa Sayap dan dengan
Sayap pada Saluran Lurusadalah:
1. Bagaimana pengaruh masing-masing bentuk abutmen terhadap kedalaman
gerusan lokal disekitar abutmen tersebut?
2. Apa perkembangan yang terjadi pada kedalaman gerusan terhadap waktu?
3. Bagaimana pola gerusan yang terjadi di sekitar masing-masing bentuk
abutmen?
1.3. Tujuan Penelitian
Tujuan yang akan dicapai dalam penelitian ini:
1. Mengetahui pengaruh bentuk abutmen terhadap gerusan lokal di daerah
sekitar abutmen.
2. Memperoleh gambaran proses perkembangan gerusan terhadap waktu.
21
Universitas Sumatera Utara
3. Mendapatkan pola gerusan disekitar abutmen.
1.4. Batasan Penelitian
Penelitian ini mempunyai batasan sebagai berikut:
1. Penelitian menggunakan dua bentuk abutmen, yaitu abutmen dinding
vertikal tanpa sayap dan abutmen dinding vertikal bersayap.
2. Perilaku gerusan yang ditinjau adalah yang disekitar abutmen.
3. Material yang digunakan dalam penelitian ini adalah pasir yang
sebelumnya sudah disaring dan lolos ayakan no.8 dan tertahan di ayakan
no.100. Hal ini
dimaksudkan agar material yang dipakai
tidak
mengandung banyak lumpur. Pola aliran yang diamati adalah pola kontur
tiga dimensi dengan pengukuran kedalaman arah x, y dan z.
4. Aliran yang digunakan adalah aliran tanpa adanya kandungan sedimen
(clear water scour ).
5. Pengaruh dinding batas flume terhadap gerusan yang terjadi tidak
diperhitungkan.
6. Menggunakan flume dengan panjang 8 m, tinggi 0.3 m dan lebar 0.076 m.
1.5. Manfaat Penelitian
Manfaat yang dapat diambil dalam penelitian ini antara lain adalah:
1. Hasil penelitian diharapkan memberikan pendalaman pengetahuan bagi
penulis mengenai gerusan lokal di sekitar abutmen, terutaman pada
22
Universitas Sumatera Utara
abutmen dinding vertikal tanpa sayang dan abutmen dinding vertikal
dengan sayap.
2. Hasil
dari
penelitian
diharapkan
memberikan
manfaat
dalam
pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi terutama pada bidang
studi hidrolika yang berkaitan dengan konsep gerusan lokal pada abutmen
jembatan.
3. Hasil penelitian ini diharapkan dapat digunakan sebagai masukan bagi
konsultan perencana dalam perencanaan bangunan air.
4. Hasil penelitian ini diharapkan dapat di jadikan salah satu sumber
informasi untuk pengembangan penelitian lebih lanjut.
1.6. Sistematika Penulisan
Penelitian ini disusun dalam lima Bab dengan sistematika penulisan
sebagai berikut:
BAB I Pendahuluan
Pendahuluan
menerangkan
tentang
latar
belakang
permasalahan,
perumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian dan
sistematika penelitian.
BAB II Tinjauan Pustaka
Bab ini memaparkan pokok-pokok kajian tentang definisi sungai,
gerusan, mekanisme gerusan, transport sedimen, pola aliran, awal gerak butiran,
faktor yang mempengaruhi gerusan di sekitar abutmen, persamaan gerusan untuk
23
Universitas Sumatera Utara
aliran beraturan.
BAB III Metodologi Penelitian
Bab ini membahas mengenai metode pengumpulan data dan langkah
langkah penelitian.
BAB IV Hasil Penelitian dan Pembahasan
Bab ini menguraikan data-data hasil penelitian dan pembahasan.
BAB V Kesimpulan dan Saran
Bab yang berisi kesimpulan dan saran yang berhubungan dengan penelitian
mengenai pengaruh variasi abutmen terhadap gerusan lokal di sekitar abutmen.
24
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang
Sungai memiliki perananan yang sangat penting bagi mahkluk hidup
terutama bagi kehidupan manusia. Hal tersebut dapat dibuktikan dengan
pemanfaatan sungai yang makin lama makin meluas, mulai dari sarana
transportasi, sumber air baku, sumber tenaga listrik, wahana rekreasi dan
sebagainya.
Menurut Chow (1992), Saluran yang mengalirkan air dengan suatu
permukaan bebas disebut saluran terbuka. Menurut asalnya saluran dapat
digolongkan menjadi saluran alam (natural) dan saluran buatan (artificial).
Saluran alam meliputi semua alur air yang terdapat secara alamiah di bumi, mulai
dari anak selokan kecil di pegunungan, selokan kecil, sungai kecil dan sungai
besar sampai ke muara sungai.
Sungai merupakan suatu saluran drainase yang terbentuk secara alami
yang mempunyai fungsi sebagai saluran. Air yang mengalir di dalam sungai akan
mengakibatkan proses penggerusan tanah dasarnya. Penggerusan yang terjadi
secara terus menerus akan membentuk lubang-lubang gerusan di dasar sungai.
Proses gerusan dapat terjadi karena adanya pengaruh morfologi sungai yang
berupa tikungan atau adanya penyempitan saluran sungai.
Dalam perancangan konstruksi jembatan harus diperhitungkan beberapa
aspek seperti letak jembatan, aspek hidraulik sungai serta bentuk abutmen yang
18
Universitas Sumatera Utara
akan memberikan pola aliran di sekitarnya. Struktur jembatan umumnya terdiri
dari dua bangunan penting, yaitu struktur bangunan atas dan struktur bangunan
bawah. Salah satu struktur utama bangunan bawah jembatan adalah abutmen
jembatan yang selalu berhubungan langsung dengan aliran sungai. Aliran yang
terjadi pada sungai biasanya disertai proses penggerusan/erosi dan endapan
sedimen/deposisi. Gerusan (scouring) merupakan suatu proses alamiah yang
terjadi di sungai sebagai akibat pengaruh morfologi sungai (dapat berupa tikungan
atau bagian penyempitan aliran sungai) atau adanya bangunan air (hydraulic
structur) seperti: jembatan, bendung, pintu air, dll. Morfologi sungai merupakan
salah satu faktor yang menentukan dalam proses terjadinya gerusan, hal ini
disebabkan aliran saluran terbuka mempunyai permukaan bebas (free surface).
Kondisi aliran saluran terbuka berdasarkan pada kedudukan permukaan bebasnya
cenderung berubah sesuai waktu dan ruang, disamping itu ada hubungan
ketergantungan antara kedalaman aliran, debit air, kemiringan dasar saluran dan
permukaan saluran bebas itu sendiri.
Adanya bangunan air menyebabkan perubahan karakteristik aliran seperti
kecepatan dan atau turbulensi sehingga menimbulkan perubahan transfor sedimen
dan terjadinya gerusan. Adanya abutmen jembatan akan menyebabkan perubahan
pola aliran sungai dan terbentuknya aliran tiga dimensi di sekitar abutmen
tersebut. Perubahan pola aliran tersebut akan menimbulkan terjadinya gerusan
lokal di sekitar konstruksi abutmen. Gerusan yang dihasilkan secara langsung
akibat adanya suatu bangunan dinamakan gerusan lokal (local scouring). Proses
terjadinya gerusan lokal biasanya dipicu oleh tertahannya angkutan sedimen yang
19
Universitas Sumatera Utara
dibawa bersama aliran oleh struktur bangunan dan peningkatan turbulensi aliran
akibat gangguan suatu struktur.
Abutmen merupakan bangunan jembatan yang terletak di pinggir sungai,
yang dapat mengakibatkan perubahan pola aliran. Bangunan seperti abutmen
jembatan selain dapat merubah pola aliran juga dapat menimbulkan perubahan
bentuk dasar saluran sepeti penggerusan. Gerusan lokal yang terjadi pada abutmen
biasanya terjadi gerusan pada bagian hulu abutmen dan proses deposisi pada
bagian hilir abutmen (Hanwar, 1999).
Keberadaan abutment di sebagian tebing sungai hingga masuk ke dalam
sungai
menyebabkan
lebar
sungai
mengalami
penyempitan
dan
akan
menimbulkan pengaruh pada perilaku aliran yang melewatinya. Perubahan
perilaku aliran yang direpresentasikan dalam kecepatan aliran ini akan
menimbulkan perubahan pula pada distribusi sedimen. Pada debit yang sama,
penyempitan badan sungai mengakibatkan bertambahnya kecepatan, yang
menyebabkan terjadinya gerusan lokal. Gerusan lokal di sekitar abutment, bisa
berupa live-bed scour ataupun clear water scour.
Fenomena alam ini tidak bisa diamati secara langsung. Salah satu metode
untuk menyederhanakannya adalah dengan pemodelan. Pemodelan fisik, yang
umumnya
menggunakan
model
geometrik,
sangat
membantu
dalam
memvisualisasikan baik gejala-gejala alam ataupun respon yang diberikan oleh
struktur akibat dari fenomena-fenomena alam tersebut. Untuk kasus sungai alam,
penyederhanaan dilakukan dengan memodelkannya sebagai saluran lurus.
20
Universitas Sumatera Utara
Mengingat kompleks serta pentingnya permasalahan di atas, kajian tentang
local scouring disekitar abutmen jembatanakibat adanya pengaruh debit terhadap
aliran, serta pengaruh bentuk abutmen pada sungai perlu mendapat perhatian
khusus, sehingga nantinya dapat diketahui mengenai pola aliran, pola gerusan
dan kedalaman gerusan yang terjadi dan selanjutnya dapat pula dicari upaya
pengendalian dan pencegahan gerusan pada pilar jembatan.
1.2. Perumusan Masalah
Perumusan masalah dalam mempelajari Perbandingan Gerusan Lokal
Yang Terjadi di Sekitar Abutmen Dinding Vertikal Tanpa Sayap dan dengan
Sayap pada Saluran Lurusadalah:
1. Bagaimana pengaruh masing-masing bentuk abutmen terhadap kedalaman
gerusan lokal disekitar abutmen tersebut?
2. Apa perkembangan yang terjadi pada kedalaman gerusan terhadap waktu?
3. Bagaimana pola gerusan yang terjadi di sekitar masing-masing bentuk
abutmen?
1.3. Tujuan Penelitian
Tujuan yang akan dicapai dalam penelitian ini:
1. Mengetahui pengaruh bentuk abutmen terhadap gerusan lokal di daerah
sekitar abutmen.
2. Memperoleh gambaran proses perkembangan gerusan terhadap waktu.
21
Universitas Sumatera Utara
3. Mendapatkan pola gerusan disekitar abutmen.
1.4. Batasan Penelitian
Penelitian ini mempunyai batasan sebagai berikut:
1. Penelitian menggunakan dua bentuk abutmen, yaitu abutmen dinding
vertikal tanpa sayap dan abutmen dinding vertikal bersayap.
2. Perilaku gerusan yang ditinjau adalah yang disekitar abutmen.
3. Material yang digunakan dalam penelitian ini adalah pasir yang
sebelumnya sudah disaring dan lolos ayakan no.8 dan tertahan di ayakan
no.100. Hal ini
dimaksudkan agar material yang dipakai
tidak
mengandung banyak lumpur. Pola aliran yang diamati adalah pola kontur
tiga dimensi dengan pengukuran kedalaman arah x, y dan z.
4. Aliran yang digunakan adalah aliran tanpa adanya kandungan sedimen
(clear water scour ).
5. Pengaruh dinding batas flume terhadap gerusan yang terjadi tidak
diperhitungkan.
6. Menggunakan flume dengan panjang 8 m, tinggi 0.3 m dan lebar 0.076 m.
1.5. Manfaat Penelitian
Manfaat yang dapat diambil dalam penelitian ini antara lain adalah:
1. Hasil penelitian diharapkan memberikan pendalaman pengetahuan bagi
penulis mengenai gerusan lokal di sekitar abutmen, terutaman pada
22
Universitas Sumatera Utara
abutmen dinding vertikal tanpa sayang dan abutmen dinding vertikal
dengan sayap.
2. Hasil
dari
penelitian
diharapkan
memberikan
manfaat
dalam
pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi terutama pada bidang
studi hidrolika yang berkaitan dengan konsep gerusan lokal pada abutmen
jembatan.
3. Hasil penelitian ini diharapkan dapat digunakan sebagai masukan bagi
konsultan perencana dalam perencanaan bangunan air.
4. Hasil penelitian ini diharapkan dapat di jadikan salah satu sumber
informasi untuk pengembangan penelitian lebih lanjut.
1.6. Sistematika Penulisan
Penelitian ini disusun dalam lima Bab dengan sistematika penulisan
sebagai berikut:
BAB I Pendahuluan
Pendahuluan
menerangkan
tentang
latar
belakang
permasalahan,
perumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian dan
sistematika penelitian.
BAB II Tinjauan Pustaka
Bab ini memaparkan pokok-pokok kajian tentang definisi sungai,
gerusan, mekanisme gerusan, transport sedimen, pola aliran, awal gerak butiran,
faktor yang mempengaruhi gerusan di sekitar abutmen, persamaan gerusan untuk
23
Universitas Sumatera Utara
aliran beraturan.
BAB III Metodologi Penelitian
Bab ini membahas mengenai metode pengumpulan data dan langkah
langkah penelitian.
BAB IV Hasil Penelitian dan Pembahasan
Bab ini menguraikan data-data hasil penelitian dan pembahasan.
BAB V Kesimpulan dan Saran
Bab yang berisi kesimpulan dan saran yang berhubungan dengan penelitian
mengenai pengaruh variasi abutmen terhadap gerusan lokal di sekitar abutmen.
24
Universitas Sumatera Utara