PERENCANAAN DAN DESAIN SALURAN DRAINASE PERMUKAAN JALAN (Saluran Drainase Jalan Tanjung 21 B Kampus IPB) Oleh : Reskiana (F451120011) Mahasiswa Pascasarjana Teknik Sipil dan Lingkungan, IPB Email :
[email protected] a. Pendahuluan Pembangunan suatu gedung atau infrastruktur sebaiknya perlu memperhatikan infrastruktur pendukung seperti saluran drainase agar tidak mengganggu aktivitas dan kenyamanan pengguna dan menyebabkan kerusakan pada gedung/infrastruktur itu sendiri. Kelebihan air hujan pada suatu daerah dapat menimbulkan suatu masalah yaitu banjir atau genangan air, sehingga diperlukan adanya saluran drainase yang berfungsi menampung air hujan dan kemudian mengalirkannya ke kolam penampungan atau ke sungai. Saluran drainase jalan di dalam kampus IPB masih belum diperhatikan, terbukti masih adanya jalan-jalan tergenang pada saat hujan dengan intensitas yang tinggi dan dalam durasi yang singkat. Salah satu ruas jalan yang sering tergenang adalah jalan Tanjung 21 B kampus IPB I PB Dramaga tepatnya depan SMA Kornita dan jalan menuju Asrama Putra. Beberapa factor yang menyebabkan tergenangnya air di ruas jalan seperti tersumbatnya screening saluran drainase akibat sampah dedaunan atau plastic, desain saluran jalan yang tidak memperhatikan aspek hidrologi dan saluran drainase yang sudah rusak.
Gambar 1. Ruas Jalan Tanjung 21 B tergenang dan Saluran Draianse yang meluap b. Kondisi Saluran Drainase Permukaan Jalan di Wilayah Kampus Kampus IPB Kondisi saluran drainase permukaan jalan di sekitar kampus IPB tepatnya pada titik pengamatan Jalan Tanjung 21 B Kampus IPB Dramaga dapat dilihat pada Gambar berikut :
Gambar 2. Dimensi Saluran Drainase Jalan Tanjung 21 B Kampus IPB Dramaga
Gambar 3. Lokasi Pengamatan Saluran Drainase Jalan Tanjung 21 B Kampus IPB Dramaga c. Analisa Saluran Drainase Selokan (saluran) samping merupakan saluran yang dibuat pada sisi kanan dan kiri jalan yang berfungsi untuk menampung dan mebuang air yang berasal dari permukaan jalan dan daerah pengaliran sekitar jalan. Dalam merancang saluran samping jalan harus diperhatikan pengaruh material untuk saluran tersebut dengan kecepatan rencana aliran yang ditentukan oleh sifat hidrolis penampang saluran (kemiringan saluran). Dalam merancang saluran samping pada suatu jalan harus sesuai dengan kriteria dalam merancang suatu infrastruktur keairan dari segi analisis hidrologi dan hidrolika. Saluran drainase dapat dibedakan menjadi dua yaitu saluran drainase permukaan dan saluran drainase bawah permukaan. Pada studi kasus ini, saluran drainase yang diamati adalah saluran drainase permukaan dengan bentuk penampang trapesium. Adapun fungsi saluran drainase permukaan berdasarkan Petunjuk Desain Drainase Permukaan Jalan NO. 008/T/BNKT/1990 DIREKTORAT JENDERAL BINA MARGA DIREKTORAT PEMBINAAN JALAN KOTA, yaitu 1. Mengalirkan air hujan/air secepat mungkin keluar dari permukaan jalan dan selanjutnya dialirkan lewat saluran samping; menuju saluran pembuang akhir.
2. Mencegah aliran air yang berasal dari daerah pengaliran disekitar jalan masuk ke daerah perkerasan jalan. 3. Mencegah kerusakan lingkungan di sekitar jalan akibat aliran air. Dalam garis besar, perencanaan selokan atau saluran drainase samping mencakup 3 (tiga) tahap proses sebagai berikut: a. Analisis hidrologi b. Perhitungan hidrolika c. Gambar Rencana Analisis hidrologis dilakukan atas dasar data curah hujan, topografi daerah, karakteristik daerah pengaliran serta frekuensi banjir rencana. Hasil analisis hidrologi adalah besarnya debit air yang h arus ditampung oleh selokan samping. Selanjutnya atas dasar debit yang kita peroleh maka dimensi selokan samping dapat kita rencanakan berdasarkan analisa/perhitungan hidrolika. Beberapa tahapan yang perlu dilakukan untuk analisis hidrologi sbb: 1. Analisa Data curah hujan selama beberapa tahun dari stasiun pencatat curah hujan. a. Penentuan series data Data maksimum tahunan (maximum annual series). Data parsial (partial annual series) b. Analisa frekuensi dengan kala ulang 2, 5, 10 tahun dst. Distribusi Normal Distribusi Log Normal Distribusi Gumbel Distribusi Log Pearson III Frekuensi banjir rencana ditetapkan berdasarkan pertimbangan kemungkinankemungkinan kerusakan terhadap bangunan-bangunan di sekitar jalan akibat banjir. Dengan asumsi "tingkat kerusakan sedang" masih dianggap wajar, maka frekuensi banjir rencana untuk selokan samping dipilih 5 tahun. 2. Analisa intensitas hujan Data curah hujan harian (Mononobe)
I
R24 24 24
2/3
tc
…………………………pers. 1
Keterangan : I
= Intensitas Hujan (mm/jam)
R24
= curah Hujan Maksimum dalam 24 jam (mm)
Tc
= lamanya curah hujan (menit)
3. Perhitungan debit banjir
Analisa hidrologi untuk mengetahui besar debit puncak aliran genangan air banjir dihitung dengan menggunakan metode Rasional.
Q
Cs CIA ….……………………..Pers 2.
Dimana : Q
Cs
= Debit puncak aliran (m3/detik)
2 tc 2 tc
td
………………..Pers 3.
C
= Koefisien Limpasan (Tabel 1)
I
= Intensitas hujan selama waktu konsentrasi (mm/jam)
A = Luas Daerah Genangan air/banjir (m2) 4. Koefiesien Run Off/Limpasan (C) Kocfisien pengaliran adalah kocfisicn yang besarnya tergantung pada kondisi permukaan tanah, kemiringan medan, jenis tanah, lamanya hujan di daerah pengaliran. Table 1. Koefisien Pengaliran (C)
Sumber : Petunjuk Desain Drainase Permukaan Jalan NO. 008/T/BNKT/1990 DIREKTORAT JENDERAL BINA MARGA DIREKTORAT PEMBINAAN JALAN KOTA . 5. Luas daerah Aliran (A) Batas-batas daerah pengaliran ditetapkan berdasarkan peta topografi, pada umumnya dalam skala 1 :50.000-1 : 25.000. Jika luas daerah pengaliran relatip kecil diperlukan peta dalam skala yang lebih besar. Dalam praktek sehari-hari, sering terjadi, tidak tersedia peta topography ataupun peta pengukuran lainnya yang memadai sehingga menetapkan batas daerah pengaliran merupakan suatu pekejaan yang sulit. Jika tidak memungkinkan memperoleh peta topography yang memadai, asumsi. Berikut dapat dipakai sebagai bahan pembanding
L
= Batasdaerah pengaliran yang diperhitungkan
6. Waktu Konsentrasi Penentuan waktu konsentrasi dengan menggunakan rumus empiris dari Kirpich sebagai berikut :
tc
0.0195
Dimana :
L
0.77
………………………….pers. 4
S tc
= waktu konsentrasi (menit)
L
= Panjang Saluran (m)
S
= Kemiringan saluran (m)
Kemiringan saluran (S) diperoleh dari data elevasi pada peta kontur ataupun perangkat lunak Google Aearth dan jarak horizontal yang didapatkan dari hasil observasi di lapangan. Kemirigan saluran dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini :
S
X Y
Slope (S)
100%
∆x
Dimana : ∆X
= beda elevasi (m)
Y
= Jarak Horizontal
S
= Kemiringan Saluran
Y
Gambar 4. Kemiringan saluran
Analisis Dimensi Saluran dapat dilakukan dengan memperhitungkan hidrolika saluran. beberapa tahap yang dilakukan : 1. Perhitungan kapasitas saluran drainase eksisting dan rencana Perhitungan dilakukan dengan menggunakan rumus Manning yang merupakan dasar dalam menentukan saluran.
V Q R
1
R 2 / 3
n V A A P
S 1 / 2 ..................................... Pers.5. ..................................... Pers 6. ..................................... Pers 7.
Dimana : V
= kecepatan aliran dalam saluran (m/detik)
K
= Koefisien Kehalusan
R
= Radius Hidrolis (m)
S
= Kemiringan saluran
A
= Luas Penampang Basah saluran (m2)
P
= Keliling basah saluran (m)
Q
= Debit aliran (m3/detik)
N
= Koefisien kekasaran manning
Gambar 5. Penampang hidrolik saluran terbuka bentuk trapezium Tabel 2. Elemen Geometri Penampang Hidrolik
Table 3. Nilai Koefisien Kekasaran Manning (n)
2. Perhitungan luas penampang basah saluran rencana Tahapan perhitungan luas penampang basah saluran rencana sama seperti dengan perhitungan kapasitas saluran drainase eksisting. Namun yang membedakannya adalah dimensi saluran tersebut.
d. Desain Saluran Drainase Jalan 1. Perhitungan Curah Hujan dan Rencana Data curah hujan yang digunakan yaitu data curah hujan Bogor tahun 2003 – 2012 dengan stasiun pengamatan di Lapangan Udara Atang Sanjaya, Kabupaten Bogor. Data curah hujan tersebut cukup representatif karena jarak dari stasiun pengamatan ke Jalan Tanjung 21 B Kampus Dramaga sekitar 29 km. Curah hujan rencana dan curah hujan berdasarkan periode ulang tertentu diperoleh dari perhitungan analisis frekuensi. Perhitungan analisis frekunsi yang dilakukan menggunakan lima distribusi berbeda. Kelima jenis distribusi tersebut yaitu distribusi normal, distribusi log normal, distribusi Pearson III, distribusi Log Pearson III dan distribusi Gumbel. Hasil analisis dari kelima jenis distribusi tersebut disajikan pada Tabel 5 berikut : Tabel 5. Rekapitulasi perhitungan curah hujan rencana dari analisis frekuensi
Sumber : Data Sekunder, 2013 Dari beberapa curah hujan rencana, hanya satu yang digunakan untuk dijadikan input perhitungan berikutnya. Pada perhitungan ini, digunakan periode ulang 5 tahun. Periode ulang 5 tahun dianggap wajar untuk menghindari kemungkinan kerusakan jalan akibat genangan. Selanjutnya dipilih satu jenis distribusi yang memiliki rata-rata error dan deviasi yang terkecil. Distribusi yang memiliki kedua nilai terkecil tersebut dianggap sebagai distribusi yang mewakili di daerah Kabupaten Bogor. Nilai dari rata-rata error dan deviasi dari masing-masing distribusi disajikan pada 6 berikut :
Gambar 6. Grafik yang menunjukkan rata-rata persentase error dan deviasi dari masingmasing distribusi. Berdasarkan Gambar 6, terlihat bahwa distribusi Gumbel memiliki nilai rata-rata persentase error dan deviasi yang lebih kecil. Berdasarkan data tersebut, distribusi Gumbel merupakan distribusi yang representatif terhadap penyebaran curah hujan di Kabupaten Bogor. Oleh karena itu, curah hujan rencana periode ulang 5 tahun yang digunakan yaitu curah hujan distribusi Gumbel dengan nilai 44.60 mm/hari. 2. Perhitungan Kapasitas Saluran Drainase Eksisting Berdasarkan hasil pengukuran saluran drainase di lapangan di dapat data penampang saluran drainase seperti terlihat pada Gambar berikut :
Gambar. 7. Penampang Saluran Eksisting Drainase di Jalan Kapasitas saluran eksisting daerah sekitar Jalan Tanjung 21 B Kampus Dramaga IPB dapat dihitung dengan menggunakan persamaan Manning yang merupakan dasar dalam menentukan dimensi saluran.
Q V R R
V A 1
R 2 / 3
n 1
S 1 / 2
V
100%
y
dim ana A
y dim ana y 2 0.153m
jadi V
x
S
2
100%
30
0.161m 2 , dan
0.067 0.011
n
0.305m
1
x(0.153) 2 / 3 0.011 6.69 m / det ik
(0.067)1 / 2
6.69 m / det ik 0.161 m 2
Q
V A
Q
1.077 m 3 / det ik
Berdasarkan hasil perhitungan, maka diperoleh debit saluran drainase yang ada sebesar 1.077 m3 /detik. 3. Perhitungan Debit Banjir Rencana Perhitungan waktu aliran air di atas permukaan tanah sampai ujung saluran (t d )
t d
L
30 m
V
6.69 m / det ik
1
4.48 det ik
60
0.075 menit
menit
Perhitungan waktu konsentrasi (tc)
tc
0.0195
L
0.77
0.0195
S
0.77
30
0.76 menit
0.067
perhitungan Koefisien Cs
Cs
2tc 2tc
2 0.76 (2 0.76 )
td
0.95
0.075
Perhitungan Intensitas Hujan (I) 2/3
I
I
R24 24 24
2/3
tc
287 mm / jam
44.60 mm 24 jam 1 1000
24 0.76 menit
meter
1 3600
1 60
det ik
287 mm / jam jam 7.97 10
5
m / det ik
Perhitungan Debit Banjir Rencana (Qp) Luas tangkapan air pada daerah saluran drainase sekitar 31.300m 2 diperoleh dengan menggunakan perangkat lunak
Google Earth kemudian dihitung luasnya
menggunakan website penghitung luas dengan alamat www.earthpoint.us .
Qp
Cs CIA
Qp
0.95 0.70 7.97 10
Qp
1.66 m 3 / det ik
5
m / det ik 31.300 m
2
Dari hasil perhitungan di atas diperoleh debit puncak (Qp) sebesar 1.66 m3 /detik sedangkan debit yang bisa ditampung oleh saluran drainase (Q) adalah 1.077 m3 /detik, berarti ada debit sebesar 0.583 m3 /detik yang meluap dan menggenangi jalan pada saat intensitas hujan tinggi. Oleh karena itu diperlukan desain saluran drainase yang bisa menampung debit banjir puncak sebesar 1.66 m 3./detik 4. Perhitungan Luas Penampang basah Saluran Rencana Kapasitas saluran drainase rencana di Jalan Tanjung 21 B kampus IPB Dramaga dapat dihitung dengan menggunakan persamaan manning (5, 6 dan 7) yang merupakan dasar dalam menentukan dimensi saluran. Luas penampang basah saluran berbentuk trapezium (A) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan : 2
(
b
A
h
A
0.35
A
0.29 m
z )
h
2
(
0.15 0.35
2)
2
Keterrangan : b
= lebar saluran drainase (cm)
h
= kedalaman saluran (cm)
keliling basah saluran berbentuk trapezium (P) dapat dihitung dengan menggunakan rumus :
P b
2h( 1 z 2 )
P 0.15
2(0.35)( 1 2
2
P 1.71 m Berdasarkan perhitungan di atas, maka perhitungan radius hidrolis (R) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :
R
A
0.29 m 2
P
1.71 m
0.169 m
Berdasarkan uraian persamaan 5 di atas maka perhitungan kecepatan aliran ratarata dalam saluran (V) adalah :
V V V
1 n
R 2 / 3 S 1 / 2 1
(0.169) 2 / 3 (0.067)1 / 2
0.011 7.09 m / det ik
Perhitungan debit saluran rencana (Q) daerah sekitar jalan Tanjung Kampus IPB Dramaga dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 6 :
Q
V A
Q
7.09 m / det ik 0.29 m 2
Q
2.05 m 3 / det ik
Berdasarkan hasil perhitungan dimensi saluran drainase dengan luas penampang basah saluran adalah 0.29 m 2 sehingga debit maksimum yang bisa ditampung oleh saluran drainase yang didesain adalah 2.05 m 3/detik sedangkan debit puncak banjir periode 5 tahun adalah 1.66 m 3/detik. Dengan demikian dimensi ini bisa digunakan untuk saluran drainase. Dimensi Desain Saluran Drainase (m) A b y h Θ 0.5 0.15 0.35 0.50 53˚
Gambar 8. Penampang Melintang Desain Saluran Drainase Jalan Kesimpulan Banjir atau genangan yang terjadi di jalan Tanjung 21 B Kampus Dramaga IPB disebabkan karena aliran permukaan pada saat intensitas hujan tinggi tidak tertampung oleh saluran drainase yang ada dimana saluran tersebut hanya bisa menampung debit 1.077 m 3/ detik sedangkan debit puncak pada periode ulang banjir 5 tahun adalah 1.66 m 3/detik. Oleh karena didesain saluran drainase yang memenuhi criteria debit banjir puncak dengan dimensi tinggi saluran 50 cm atau 0.5 m dan lebar saluran bawah 15 cm atau 0.15 m serta
lebar saluran bagian atas 50 cm atau 0.5 m. Dengan dimensi tersebut maka debit yang bisa ditampung saluran adalah 2.05 m 3/detik. Hal ini sesuai dengan criteria drainase jalan yang direkomendasikan oleh Direktorat Jenderal Bina Marga Direktorat Pembinaan Jalan Kota yang merekomendasikan saluran drainase dengan panjang saluran 100 m, maka kedalaman saluran 50 cm. DAFTAR PUSTAKA Direktorat Bina Marga . 1990. Petunjuk Disain Drainase Permukaan Jalan. Departemen Pekerjaan Umum. Jakarta.
