Analisis Hidrolis Bangunan Kantong Lumpur Pada Bendung Namu Sira-Sira Chapter III V

BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
III.1

Lokasi Penelitian
Peninjauan lokasi di mulai pada Semester B tahun ajaran 2015-2016 dan

dilaksanakan

dibendung Namu Sira-Sira

dan

secara

geografis terletak

3°26'20.53"N ( 98°29'7.09"E ). Pada gambar 3.1 dapat dilihat kondisi Bendungan
Namu Sira-Sira.

Gambar 3.1 Lokasi Penelitian

51
Universitas Sumatera Utara

52

Gambar 3.2 Lokasi Penelitian

III.2

Metode Penelitian
Metode yang dilakukan pada Tugas Akhir ini terlebih dahulu mencari

informasi tentang settling basin sungai Bingai, kemudian mengumpulkan data
terkait dan menganalisa data sedemikian rupa untuk mendapatkan kesimpulan
akhir. Secara garis besar alur pengerjaan dapat dilihat pada Gambar 3.3 berikut
ini.

Universitas Sumatera Utara

53

Tahapan-tahapan penelitian dapat dilihat pada Gambar 3.3 berikut ini:

ANALISIS HIDROLIS BANGUNAN KANTONG LUMPUR PADA
BENDUNG NAMU SIRA-SIRA

Survey Lokasi

Penyediaan Data

Primer
-

Sekunder

Survey
Dokumentasi
Pengambilan Sampel
Sedimen

-

Laporan Terkait
Peta Lokasi
Gambar Teknis

Menguji Sampel Sedimen
Laboraturium Meliputi
Analisa Butiran, Konsentrasi
Dan Specific Gravity
Melakukan perhitungan hidraulis
meliputi analisa angkutan sedimen dan
volume tampungan, analisa tinggi muka
air dan kehilangan energi serta analisa
kecepatan aliran

Membandingkan kondisi eksisting dan hasil analisa

Kesimpulan dan Saran

Gambar 3.3 Tahapan Penelitian Tugas Akhir

Universitas Sumatera Utara

54

III.3

Tahapan penelitian

1. Survey Lokasi
Pertama yang di lakukan dalam penilitian ini adalah survey lokasi, guna
untuk mngetahui kondisi dan topografi lokasi penelitian. Data yang
didapat di lapangan disebut data primer dan data yang mendukung
penelitian disebut data sekunder.

2. Penyediaan data
Dalam penyediaan data, ada dua data penting yang harus di dapatkan
yaitu:


Data Primer adalah data yang diperoleh dengan pengamatan dan
pengukuran di lapangan.Secara umum pengertian data primer adalah
data yang diperoleh dari sumber pertama/sumber data atau data yang
dikumpulkan peneliti secara langsung melalui obyek penelitian



Data sekunder adalah data yang mendukung penelitian dan
memberikan gambaran umum tentang hal-hal yang mencakup
penelitian. Pengumpulan data sekunder didapatkan melalui instansiinstansi yang terkait dalam permasalahan ini, seperti jurnal, buku
literatur, internet dan data-data yang digunakan. Secara umum
pengertian data sekunder adalah data yang diperoleh dari pihak kedua,
data ini biasanya sudah dalam keadaan diolah.

Universitas Sumatera Utara

55

3. Pengujian sampel sedimen

Disini dilakukan pengujian berupa Analisa Butiran, Konsentrasi dan
Spesific Gravity.

4. Analisa Data
Analisa ini untuk mengetahui perhitungan hidraulis meliputi analisa
angkutan sedimen, volume tampung, analisa tinggi muka air, kehilangan
energi serta analisa kecepatan aliran.

5. Kesimpulan dan Saran
Penarikan kesimpulan dapat dilakukan setelah hasil pengolahan data
diperoleh, ditambah dengan uraian dan informasi yang diperoleh di lapangan.

Universitas Sumatera Utara

BAB IV
ANALISA DAN PEMBAHASAN

IV.1. ANALISA DATA PRIMER
IV.1.1 Spesific grafity
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui besar Gs rata-rata atau berat jenis

rerata dari sedimen yang diambil. Sampel di ambil di saluran pembilas.

Gambar 4.1 Pintu Pembilas

56

Universitas Sumatera Utara

57

Gambar 4.2 Pengambilan Sampel di Saluran Pembilas
Dari hasil pengujian sampel di Laboratorium Mekanika Tanah didapat Gs rata-rata
sebesar 2,635. Berdasarkan hasil Gs tersebut maka sampel dapat diklasifikasikan
sebagai material pasir karena nilai Gs pasir terletak antara 2,63 sampai 2,65
(Laboratorium Mekanika Tanah F.T. USU).Hasil pengujian Spesific Gravity dapat
dilihat pada tabel 4.2 berikut ini.

Universitas Sumatera Utara

58

1. No. Percobaan
I
No.Piknometer (50mL)
1
Berat piknometer (W1)
42,36
Berat piknometer+tanah (W2)
69,92
Berat tanah (W2 – W1)
27,56
o
Temperatur (T C)
27
Berat piknometer +air pada ToC
91,73
(W4)
Faktor koreksi
0,9995
Berat

piknometer+air+tanah
74,66
sebelum koreksi (W3)
Berat
piknometer+air+tanah
74,62
setelah koreksi (W3’)
Isi tanah (gr)
10,45
Spesific Gravity
2,636
Gs
2,635
Tabel 4.1 Hasil Uji Spesific Gravity

II
2
38,15
69,45
31,30

27
92,31
0,9995
72,89
72,85
11,88
2,634
2,635

IV.1.2. Konsentrasi Sedimen
Adapun proses pengujian di laboratorium untuk mengetahui parameter
konsentrasi sedimen (C)
Hasil pengujian konsentrasi dapat dilihat pada tabel 4.2.

No.

Volume Air
(Liter)

1

2
3
4
5

1
1
1
1
1

Berat Saringan
(gr)

Berat Sampel tertampung
(gr)

1,22
1,44
1,23
1,46
1,21
1,53
1,24
1,42
1,23
1,45
Tabel 4.2 Hasil Uji Konsentrasi Sedimen

Konsentrasi,C
(mg/L)
200
250
280
180
210

Konsentrasi rata-rata dari sedimen (fraksi pasir) adalah sebesar
mg/L.

̅ = 224

Universitas Sumatera Utara

59

Gambar 4.3 Pengujian konsentrasi sedimen dengan saringan Whatman no.1

IV.2. Analisa Angkutan Sedimen dan Volume Tampungan
IV.2.1. Perhitungan Angkutan Sedimen
Untuk memperkirakan besar angkutan sedimen dan volume angkutan
sedimen perlu diketahui terlebih dahulu data – data dan parameter yang akan.
Sedimen yang dihitung adalah angkutan sedimen yang masuk ke intake akibat
adanya turbulensi aliran pada pintu pengambilan dan nantinya akan terendap pada
kantong lumpur. Berikut ini adalah penjelasan parameter dalam perhitungan
angkutan sedimen ini:

Universitas Sumatera Utara

60

Intake Gate

EL.141.76

1,7m

Suspended Load

3m

EL.138.76

a:
1,3
m Bed Load

3

Q= 9,7 m /s

EL.140.00

Gambar 4.4 Sedimen pada pintu pengambilan

2m

2m

EL.141.76

3m

EL.140.00
EL.138.76
S = 0,003

Gambar 4.5 Tampak melintang pintu pengambilan

Universitas Sumatera Utara

61

Data-data yang diketahui adalah sebagai berikut:


Debit Aliran (Q)

= 9,7 m3/detik



Debit Aliran 1 jalur (Qn)

= 9,7/2 = 4,85 m3/detik



Diameter partikel (d)

= 0,02 mm



Percepatan gravitasi (g)

= 9,81 m/detik2



Koefisien manning (n)

= 0,015



Kemiringan dasar sungai (s) = 0,003 (dibelakang pintu pembilas)



Lebar jalur (b)

=2m



Kedalaman aliran (Df)

= 1,7 m



Luas penampang (A)

= 2 x 1,7 = 3,4 m2



Kedalaman Hidrolik (D)

= A/T = 3,4/2 = 1,7 m



Tebal pengendapan

= 1,3 m (sesuai tinggi ambang)



Konsentrasi sedimen

= 224 mg/L



Berat jenis (γs)

= 2.635 kg/m3 = 2,635 Ton/m3

-

Kandungan muatan layang

= 95 %

-

Rasio muatan layang

= 0,01 %

-

Viskositas air suhu 27oC

= 0,00000087 m2/detik

IV.2.2 Analisa Angkutan Sedimen Metode Lane and Kalinske (1941)


Dari persamaan 2-26:

;



Dari persamaan 2-27:
= (9,81 x 1,7 x 0,003)1/2 = 0,223 m/detik

-

Dari gambar 2.7 untuk F.B.7 dan diameter 0,2 mm didapat ω = 0,027m.detik

Universitas Sumatera Utara

62

-

Dari gambar 2.13 untuk koefisien PL dari ω/U* didapat 0,027/0,21 maka
0,128.

-

Untuk nilai n/(D1/6) = 0,015/(1,71/6) = 0.013, maka didapat koefisien PL adalah
≈ 0,4

0,0307 kg/detik
-

2,652 Ton/hari
Maka volume sedimennya (Qs) =

=

= 1,006 m3/hari

IV.2.3 Analisa Angkutan Sedimen Metode Einstein
 Dari persamaan (2-28):
;
-

Dari persamaan (2-29)
; menurut chapter 5 pada buku Sediment Transport Chih Ted
Yang, d65 dapat diasumsikan menjadi d oleh karena itu:
= 0,004 m



=

=

= 44,193

 Dari gambar 2.14 untuk nilai




=

=

=

= 44,193 harga x adalah 1,000

= 0,002
= 0,00235

=

= 0,302

Universitas Sumatera Utara

63

 Untuk nilai Z = 0,302 dan A’ = 0,00235 dari gambar grafik 2.15 didapat I1 =
15 dan dari gambar grafik 2.16 didapat -I2 = -23

0,0127 kg/detik


1,972 Ton/hari

 Maka volume sedimennya (Qs) =

=

= 0,748 m3/hari

IV.2.4 Analisa Angkutan Sedimen Metode Seksi Hidrometri
̅



9,386 Ton/hari


Maka volume sedimennya (Qs) =

=

= 3,562 m3/hari

Dari hasil perhitungan di atas, metode yang memiliki nilai estimasi jumlah
angkutan sedimen yang tidak jauh berbeda adalah Lane and Kalinske dan Einstein
dan estimasi yang dipilih adalah Lane and Kalinske mengacu pada estimasi yang
lebih tinggi atau dengan kata lain estimasi angkutan endapan yang terjadi pada
saluran intake menuju kantong lumpur adalah 2,652 Ton/hari yang memiliki volume
1,006 m3/hari

Universitas Sumatera Utara

Volume Sedimen (m^3)

64

150
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0

Lane and Kalinske
Einstein
Seksi Hidrometri

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Waktu (hari)

Gambar 4.6 Grafik perbandingan hasil perhitungan angkutan sedimen

Universitas Sumatera Utara

65

IV.2.5 Perhitungan Volume Tampungan Kantong Lumpur
Untuk menghitung volume tampungan kantong lumpur perlu diketahui data
bentuk geometrik bangunan seperti yang tertera pada gambar berikut ini:

32,3

S = 1/150
Z =1,915 m

0,30 m
125 m

Gambar 4.7 Sketsa melintang kantong lumpur

5m
10m

5m

Menuju Saluran Primer

125 m

Gambar 4.8 Sketsa tampak atas kantong lumpur
Diasumsikan bahwa sedimen akan jatuh mengikuti aliran pada jarak 32,3 meter
sehingga volume tampungan dapat dihitung dengan persamaan 2.23 yaitu:
Qv = b x { W’ x L1 + D x (L-L1)}

Universitas Sumatera Utara

66

Qv = 5 x { 1,915 x 32,3 + 0,30 x (125-32,3)}
Qv = 448,322 m3
IV.3. Analisa Hidraulis
IV.3.1. Perhitungan Elevasi Muka Air pada Kantong Lumpur
Data yang diketahui:





-

Dimensi dan elevasi:
Lebar intake (bi)
Lebar 1 kantong lumpur (bs)
Jumlah jalur (N)
Panjang kantong lumpur (L)
Kemiringan dasar kantong
Elevasi ambang intake
Parameter Hidraulis:
Debit pengambilan (Qi)
Debit pembilasan (Qf)
Koefisien Manning (n)

=2m
=5m
=2
= 125 m
= 1/150
= 138,67 m
= 9,7 m3/detik
= 11,64 m3/detik (1,2 x Qi)
= 0,015

Bendung Namu Sira- Sira
Q intake = 9,7 m3/detik

A

Saluran Pembilas (Flushing Channel)

B
C

E

D

G

H

F

I

Menuju
Saluran Utama

Kantong Lumpur

Gambar 4.9 Sketsa situasi kantong lumpur

Universitas Sumatera Utara

67



Titik A (Sungai menuju intake)
Kecepatan aliran pada inlet disarankan untuk dirancang sebesar 0,7 sampai

1,0 m/detik. Dengan menggunakan dimensi luas penampang intake maka didapatkan
kecepatan aliran sebesar:
-

Debit aliran (Q) = 9,7 m3/detik, maka debit untuk 1 jalur
Qi = 9,7/2= 4,85 m3/detik

-

Luas penampang intake dapat dihitung dengan:
Ai = bi x hi
Ai = 2 x 1,7
Ai = 3,4 m2

-

Keliling basah dapat dihitung dengan:
PA = bi+2hi
PA = 2 + (2 x 1,7)
PA = 5,4 m

-

Jari-jari hidraulis dapat dihitung dengan:

-

RA = Ai/PA
RA= 3,4/5,4
RA = 0,629 m

-

Kecepatan aliran pada inlet dapat dihitung dengan:
vA = Qi/Ai
vA= 4,85/5,4
vA = 0,898 = 0,9 m/s (OK)

-

Tinggi garis energi (velocity head) dapat dihitung dengan:
=

-

= 0,041 m

Maka elevasi garis energi pada titik A adalah:
Elevasi dasar + hi + 0,041 = 138,67+ 1,7 + 0,041 = 140,411 m
Kehilangan Energi:

Universitas Sumatera Utara

68

Kehilangan energi pada inlet:

fi adalah koefisien kehilangan energi pada inlet = 0,1 (untuk ujung bulat)

m

-

Tinggi air yang terjadi (hi’) = hi – hli = 1,7 – 0,045 = 1,655 m

-

Elevasi muka air A (WLA) :
Elevasi ambang + hi’ = 138,67 + 1,655 = 140,325 m

-

Elevasi garis energi A (EA):
WLA + velocity head A = 140,325 + 0,041= 140,366 m


-

Titik A’ (Inlet menuju pintu pengambilan dan trash rack)
Tinggi air di A’ (hA’) = WLA – Elevasi dasar A
Tinggi air di A’ (hA’) = 140,366 – 138,760 = 1,606 m

-

Luas penampang di A’
Ai’ = bi x hA’
Ai’ = 2 x 1,606
Ai’ = 3,212 m2

-

Jari-jari hidraulis di A’
RA’ = Ai/PA’
RA’ = 3,212 /(2 + 1,606 + 1,606)
RA’ = 0,616 m

-

Jari – jari hidraulis rata - rata (Rm):
Rm = (RA+RA’)/2
Rm = (0,629 + 0,616)/2

Universitas Sumatera Utara

69

Rm = 0,622 m/s
-

Kecepatan aliran A’
vA’ = Qi/Ai
vA’ = 4,85/3,212
vA’ = 1,509 m/detik

-

Kecepatan rata-rata (vm):
vm = (vA+vA’)/2
vm = (0,9 + 1,509)/2
vm = 1,204 m/s

-

Kehilangan energi akibat friksi dapat dihitung dengan:
(

)2 L

(

0,000576 m
-

)2 x 1,7

Tinggi garis energi (velocity head) di A’ dapat dihitung dengan:
=

= 0,116 m

-

Kehilangan energi total dari titik A ke titik A’:



Elevasi Muka Air di titik A’:
WLA’ = WLA -

= 141,76 – 0,2 = 141,56 m

Universitas Sumatera Utara

70

Elevasi Pengambilan = EL.141.35 m

1,5 m = hi

Q = 29,5 m3/s

EL141.76 m
EL.140.00 m

EL.138.76 m
A

1,8 m

A
’’

Gambar 5.0 Aliran pada Pintu Pengambilan

Universitas Sumatera Utara

56

Universitas Sumatera Utara

BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
VI.1 Kesimpulan
Dari hasil pengerjaan Tugas Akhir ini dapat diambil beberapa poin
kesimpulan sebagai berikut.
1. Perkiraan jumlah angkutan sedimen yang masuk ke intake menggunakan tiga
metode estimasi yaitu Lane and Kalinske, Einstein dan Seksi Hidrometri.
Besar estimasi angkutan sedimen yang digunakan adalah metode Lane and
Kalinske sebesar 2,652 Ton/hari dan memiliki volume sedimen 1,006 m3/hari.
2. Dalam proses pengaliran air dari sungai kemudian disadap oleh intake dan
melewati kantong lumpur yang nantinya menuju saluran primer mengalami
kehilangan tinggi energi sebesar 0,16793 m, kehilangan tersebut antara lain
disebabkan oleh kehilangan tinggi tekanan, perubahan elevasi, kehilangan
energi akibat gesekan dan perubahan penampang saluran.
3. Pembilasan pada kantong lumpur di lakukan setiap 12 sampai 15 hari.
4. Kecepatan aliran rata – rata pada proses pembilasan di saluran pembilasan
diketahui 3,925 m/detik, hal ini sesuai dengan ketentuan bahwa pada saat
membilas sedimen secara hidraulis kecepatan aliran harus berada pada
kecepatan 1,5 m/detik atau lebih.

79
Universitas Sumatera Utara

80

VI.1 Saran
1. Jadi saran yang dapat saya simpulkan, dalam operasi kantong lumpur pada
saat kantong lumpur hampir penuh sebaiknya dilakukan pembilasan dan
jangan menunggu sampai terlalu penuh. Ini dilakukan untuk menghindari
terjadinya penggerusan kembali partikel angkutan sedimen yang telah
terendap dalam kantong lumpur terutama fraksi pasir, yang dapat
menyebabkan terangkutnya kembali sedimen dan dapat masuk ke saluran
irigasi.
2. Sebaiknya kantong lumpur harus dijaga dan di perhatikan secara rutin untuk
menjaga kualitas dan keutuhan dari kantong lumpur,agar kantong lumpur
dapat berjalan dengan baik ,karena kantong lumpur sangat berpengaruh untuk
menjaga kualitas air.

Universitas Sumatera Utara