BAB I KLASIFIKASI dan SIFAT SALURAN TERBUKA
Tujuan Pembelajaran Umum: 1. Mahasiswa dapat menjelaskan arti saluran terbuka dan karakteristik alirannya; 2. Mahasiswa dapat menjelaskan manfaat dan kegunaan saluran terbuka dalam konstruksi bangunan sipil. Tujuan Pembelajaran Khusus: 1. Mahasiswa dapat menjelaskan pengertian aliran dalam saluran terbuka dan perbedaannya dengan aliran dalam pipa; 2. Mahasiswa dapat menjelaskan klasifikasi aliran dan karakternya; 3. Mahasiswa dapat menjelaskan manfaat dan kegunaan saluran terbuka dalam konstruksi bangunan sipil.
Hidrolika : adalah cabang dari ilmu mekanika pada umumnya, khususnya mekanika air yang akan membahas tentang karakteristik aliran dan gaya-gaya yang ditimbulkan oleh air yang diam maupun yang bergerak/mengalir. Aplikasi hidrolika dalam rekayasa teknik sipil adalah untuk menentukan dimensi hidrolis sesuai dengan kuantitas air yang mengalir dan besarnya gaya-gaya akibat air yang bekerja pada bangunan-bangunan bangunan-bangunan keairan, berikut ini : - jaringan saluran irigasi - jaringan saluran drainase - bendung dan bendungan bendungan - pelabuhan, groin, yetty, yetty, dan dinding mengaman pantai - prasarana pembangkit listrik tenaga air (PLTA) - alur transportasi air, dll. Jenis saluran : 1. Saluran tertutup, aliran dalam pipa 2. Saluran terbuka, aliran dengan permukaan bebas Kedua jenis saluran ini memiliki persamaan dan perbedaan (lihat gambar 1.1). Saliran terbuka te rbuka permukaan airnya dipengaruhi oleh tekanan atmosfir, sedangkan saluran tertutup tidak mempunyai permukaan bebas (penampang pipa penuh terisi air) dan tidak terpengaruh oleh tekanan atmosfir. 1
EGL
2
V 1 /2g
h f
2
2
V 1 /2g 2
V 2 /2g
H GL
p1 / g g p2 / g g
y1
S f
h f
S w
V 2 /2g
V
y2
1 V
z 1
2
z 2 Bid. persamaan /datum
2
z 1
S o
bid. persamaan /datum
z 2
Gambar 1.1 Perbandingan antara saluran tertutup dan saluran terbuka. H idroli ka 2, ADJI-2013
1- 1
Pada saluran terbuka y1 dan y dan y2 merupakan kedalaman aliran yang diukur dari permukaan air sampai ke dasar saluran, sedang saluran tertutup p1 dan p2 adalah tinggi tekanan air (head) yang diukur dari garis tengah pipa sampai ke permukaan air di piezometer. 1.1 Klasifikasi Aliran : Banyak macam ragam jenis ragam jenis aliran tergantung sisi mana yang kita meninjau. 1.1.1 Tinjauan terhadap keadaan aliran (State of Flow) : 1. Bilangan Reynold, Re Reynold, Re (pengaruh kekentalan) : V R Re Keterangan : V = kecepatan aliran (m/det) v = kekentalan kinematik A R = jari-jari hidrolik, R P Aliran dapat dibedakan menjadi : bila Re < < 2100 a) Aliran laminer, bila Re b) Aliran transisi, bila 2100 < Re < Re < < 2400 c) Aliran turbulen, bila Re bila Re > > 2400 V 2. Bilangan Froude, Fr = = aliran dapat dibedakan menjadi : gD
a) Aliran sub kritis, gaya gravitasi gravitasi bumi > gaya gaya inersia, aliran lambat, Fr lambat, Fr < < 1 b) Aliran kritis, gaya gravitasi bumi = gaya inersia, Fr inersia, Fr = 1 c) Aliran super kritis, gaya gravitasi gravitasi bumi < gaya gaya inersia, aliran cepat, Fr cepat, Fr > 1 1.1.2 Berdasarkan ruang dan waktu: Aliran dapat dibedakan sesuai dengan kriterianya Aliran seragam (uniform flow)
dV Aliran mantap (Steady flow)
dQ dt
dx
0, a 0 Aliran berubah secara lambat-laun (Gradually varied flow)
0 Aliran berubah-ubah (non-uniform flow)
dV dx
Aliran (Flow)
0, a
dV dx
Aliran berubah secara tiba-tiba (Rapidly varied flow)
V Aliran berubah secara spasial (Spatially varied flow)
Aliran seragam (uniform flow)
dV Aliran tak mantap (Unsteady flow)
dQ dt
dx
0, a
dV dt Jenis aliran unsteady ini tidak dipelajari di level pendidikan D3
0 Aliran berubah-ubah (non-uniform flow)
dV dx
0, a
dV dx
V
dV dt
Gambar 1.2 Klasifikasi aliran berdasarkan berdasarkan ruang dan waktu H idroli ka 2, ADJI-2013
1- 2
1.1.3 Jenis saluran ditinjau terhadap asal kejadiannya kejadiannya : a) Saluran alami. - bentuk, arah, kekasaran permukaan : tidak teratur - tidak prismatis ( A A1≠ A2, S o : tidak tetap) Contoh : sungai, parit b) Saluran buatan. - bentuk, arah, kekasaran permukaan : teratur - prismatis ( A A1= A2, S o : tetap) Contoh : saluran irigasi, drainase, talang tala ng air, dll. 1.1.4 Jenis saluran ditinjau terhadap bentuk penampangnya : a) Saluran berpenampang exponensial, bila A = k ym. b) Saluran berpenampang non-exponensial, non-exponensial, bila A ≠ k ym. dimana : A = A = luas penampang saluran k = = konstante y = y = kedalaman aliran m = eksponensial = pangkat.
1.2 Unsur-Unsur Geometris Penampang Saluran (Lihat Tabel 1.1)
a) Luas penampang melintang ( A), A), adalah : Luas cairan yg dipotong oleh penampang melintang dan tegak lurus pada arah aliran. b) Keliling basah ( P ), ), adalah : Panjang dasar dan sisi – sisi sisi sampai permukaan permukaan cairan. c) Jari-jari hidrolis ( R), R), adalah : Perbandingan luas penampang melintang (A) dan keliling basah (P). d) Lebar puncak (T ( T ), ), adalah : Lebar permukaan air bagian atas. e) Kedalaman hidrolis ( D), D), adalah : Perbandingan luas penampang melintang ( A ( A)) dan lebar puncak (T ( T ). ). f) Faktor penampang ( Z c) untuk aliran kritis, adalah : Perkalian antara luas l uas penampang melintang ( A) A) dan akar dari kedalaman hidrolik ( D). D). g) Faktor penampang ( Z o) untuk aliran seragam, adalah : Perkalian antara luas penampang melintang ( A ( A)) dan pangkat dua pertiga dari jari-jari hidrolis ( R). R).
H idroli ka 2, ADJI-2013
1- 3
Tabel 1.1 Unsur-unsur geometris saluran Bentuk penampang
Empat Persegi Panjang
Trapeseum
T
T
y
Unsur geometrik
b
Luas penampang, A
A=b.y
Keliling basah, P
Jari-jari hidrolis, R
Segitiga
Lingkaran
T
1
y
z
1
T
y
q
z
do
b
P = b + 2y
R
b y b 2y
2
A = (b + z.y) y
P b 2.y R
A=z.y
1 z2
b z y y b 2 y
1 z
2
P2y
1 z2 z y
R 2
1 z 2
A
1 8
T=b
T b 2 z y
T=2zy
θ sin θ d o 2
P
R
Lebar puncak, T
1 2
D=y
D
b zy y b 2 zy
D
1 2
y
θ do
1 sin θ 1 do θ 4 θ
T sin d o 2 atau : T 2
Kedalaman hidrolis, D
y
q
D
y d o y
1 θ sin θ
do
sin θ/2 8
Catatan : q dalam satuan radian, dan 1 radian = ……….. derajat
1.3 Distribusi Kecepatan Kecepatan Dengan adanya gesekan antara badan air dengan udara dan sepanjang selimut saluran, maka kecepatan dalam saluran tidak terbagi merata dalam penampang saluran. Kecepatan maksimum dalam saluran biasa, umumnya terjadi di bawah permukaan bebas sedalam 0,05 sampai 0,25 kedalaman alirannya. A esekan
y
A
gesekan Potongan A-A ( Distribusi Kecepatan )
Gambar 1.3 Distribusi kece atan dalam saluran .
1.4 Contoh Soal :
Diketahui : Saluran bentuk Epp dengan data seperti pada gambar di bawah. Ditanya : unsur-unsur geometik saluran tersebut ( A, P, R, T, D) ? D) ? Jawab : A = A = by = by = 4x3 = 12 m 2. y = 3 m P = = b+2y = b+2y = 4+(2x3) = 10 m R = A/P = = 12/10 = 1,2 m T = b = b = 4 m b = 4 m D = A/T = = 12/4 = 3 m.
H idroli ka 2, ADJI-2013
1- 4
1.5 Latihan Soal : 1) Penampang saluran berbentuk berbentuk trapezium dengan dengan data seperti gambar gambar dibawah ini, hitung unsur-unsur geometrik saluran tersebut, bila z = 1 ?
1
y=3m
z B=4m
2) Penampang saluran berbentuk lingkaran lingkaran dengan data seperti pada gambar gambar di bawah o ini, hitunglah unsur-unsur geometrik saluran tersebut , bila θ = 200 ? T
do = 0,4 m q
H idroli ka 2, ADJI-2013
y
1- 5
DAFTAR PUSTAKA
1. Chow, V.T., Hidrolika Saluran Terbuka, Erlangga, Jakarta , 1989. 2. Giles, Ranald V.,Teori dan Soal-Soal Mekanika Fluida dan Hidrolika, Edisi kedua Erlangga, Jakarta, 1984. 3. Gunawan T., Soal & Penyelesaian Hidrolika, 2007. 4. Kodoatie, Robert J., Hidrolika Terapan, 2002. 5. Maryono, Agus, Hidrolika Terapan, 2003. 6. Raju, K.G. Rangga, Aliran Melalui Saluran Terbuka, Erlangga, Jakarta, 1988. 7. Subramanya K.,Flow in Open Channel, 1987
H idroli ka 2, ADJI-2013
1- 6
