Pertemuan 13 Hidrolika Saluran Terbuka

1. Pertemuan 13Hidrolika Saluran Terbuka Matakuliah : S0054 / Mekanika Fluida dan Hidrolika Tahun : 2006 Versi : 1

2. Learning Outcomes Pada akhir pertemuan ini, diharapkan mahasiswa akan mampu : • rumus-rumus dasar dan analisa aliran dalam saluran terbuka

3. Outline Materi • Klasifikasi Aliran Saluran Terbuka • Distribusi Kecepatan • Distribusi Tekanan

4. Aliran • Aliran dalam saluran terbuka mempunyai permukaan bebas yang disebut open channel flow • Permukaan bebas mempunyai tekanan sama dengan tekanan atmosfir • Zat cair yang mengalir pada saluran terbuka mempunyai bidang kontak hanya pada dinding dan dasar saluran • Saluran alamiah dan buatan dapat terdiri dari: • Galian tanah dengan atau tanpa lapisan penahan • Terbuat dari pipa , beton, batu atau material lain • Dapat berbentuk persegi, segitiga, trapesium, lingkaran

5. Klasifikasi Aliran • Aliran Steady Flow dan Unsteady Flow • Aliran Uniform Flow dan Nonuniform flow • Aliran berubah lambat laun dan berubah tiba-tiba • Aliran laminair dan Turbulen • Aliran Subkritis, Kritis dan Superkritis

6. Distribusi Kecepatan • Kecepatan aliran dalam saluran biasanya sangat bervariasi dari satu titik ke titik lain • Disebabkan adanya tegangan geser di dasar dan dinding saluran • Kecepatan aliran komponen arah vertikal dan lateral biasanya kecil dan diabaikan sehingga kecepatan yang searah dengan arah aliran yang diperhitungkan

7. Distribisui Tekanan • Kondisi statis • Aliran horisontal, Paralel • Aliran paralel tidak seragam

8. PERHITUNGAN ALIRAN SERAGAM (UNIFORM FLOW) • Hantaran dari suatu penampang saluran • Faktor penampang untuk perhitungan aliran seragam • Eksponen hidorlik untuk perhitungan aliran seragam • Karakteristik aliran dalam gorong-gorong tertutup dengan aliran saluran terbuka • Aliran melalui penampang saluran dengan kekasaran majemuk • Menentukan kecepatan dan kedalaman normal • Penentuan kemiringan normal dan kemiringan kritis

9. HANTARAN DARI SUATU PENAMPANG SALURAN : • Debit Seragam = • Q = V A = C.A RX SY = K SY • Dengan K = C A R X • K = hantaran (conveyance) dari penampang saluran, merupakan ukuran kemampuan penghantar dari penampang saluran, karena berbanding lurus dengan Q. Bila y = ½ ; maka Q = k • Hantaran menjadi • Persamaan ini dipakai untuk menghitung hantaran bila debit dan kemiringan saluran telah diketahui. • Bila dipakai rumus Chezy : K = C A R½

10. FAKTOR PENAMPANG UNTUK PERHITUNGAN ALIRAN SERAGAM • Persamaan umum eksponen hidrolik “N” • Tabel 2.1 : untuk besaran A, T, P dan B • Gambar 10.2. : kurva-kurva nilai N.

11. EKSPONEN HIDROLIK UNTUK PERHITUNGAN ALIRAN SERAGAM • Karena hantaran “K” merupakan fungsi kedalaman aliran Y, dapat dianggap bahwa : • KZ = C YH • di mana : C = koefisien • N = parameter, yang disebut “Eksponen Hidrolik “ • Persamaan umum eksponen hidrolik “N” • Tabel 2.1 : untuk besaran A, T, P dan B • Gambar 10.2. : kurva-kurva nilai N.

12. KARAKTERISTIK ALIRAN DALAM GORONG-GORONG TERTUTUP DENGAN ALIRAN SALURAN TERBUKA • Gambar 10.3: Penentuan N secara grafis dengan penggambaran logaritmik. Gambar 10.4: Penampang tipikal saluran dengan variasi nilai N terhadap kedalaman.

14. GAMBAR 10.3 : Penentuan N secara grafis dengan penggambaran logaritmis

15. GAMBAR 10.4 : Penampang tipikal saluran dengan variasi nilai N terhadap kedalaman

16. ALIRAN MELALUI PENAMPANG SALURAN DENGAN KEDALAMAN MAJEMUK • Pada saduran sederhana, kekasaran sepanjang keliling basah dapat dibedakan dengan jelas pada setiap bagian keliling basah, tetapi kecepatan rata-rata dapat dihitung dengan rumus aliran seragam tanpa harus membagi-bagi penampang tersebut. • Untuk penerapan rumus Manning perlu ditentukan nilai “n” ekivalen

18. Koefisien kekasaran ekivalen dapat diperoleh dengan persamaan berikut :

19. Lotter [12] menganggap bahwa jumlah debit aliran sama dengan jumlah dari debit masing-masing bagian luas penampang. Sebab itu, koefisien kekasaran ekivalen adalah dengan R1 , R2 , ….. , RN adalah jari-jari hidrolik masing-masing bagian luar penampang. Untuk penampang saluran sederhana, dianggap bahwa : R1 = R2 = ….. = RN = R

20. Saluran Berpenampang Majemuk • Penampang melintang suatu saluran dapat terdiri dari beberapa bagian yang setiap bagiannya berbeda kekasarannya. • Misalnya suatu saluran aluvial sebagai akibat banjir musiman biasanya terdiri dari saluran utamadan dua buah saluran sisi (Gambar 10.6). Saluran sisi biasanya terdiri lebih kasar

21. Saluran sisi biasanya terdiri lebih kasar dibandingkan dengan saluran utama, sehingga kecepatan rata-rata dalam saluran sisi. Pada keadaan seperti ini, rumus Manning dapat diterapkan secara terpisah terhadap setiap bagian untuk menentukan kecepatan rata-rata pada setiap bagian penampang. Selanjutnya debit pada setiap bagian penampang dapat dihitung. Dengan demikian, jumlah debit sama dengan jumlah dari debit-debit ini. Kecepatan rata-rata untuk keseluruhan penampang saluran adalah sama dengan jumlah debit dibagi jumlah luas basah.

23. Akibat perbedaan yang ada di antara kecepatan-kecepatan pada bagian penampang koefisien distribusi kecepatan dari keseluruhan penampang akan berbeda dengan kecepatan pada bagian penampang.

24. MENENTUKAN KECEPATAN DAN KEDALAMAN NORMAL • Metode Aljabar  contoh : 1 • Metode Grafis  contoh : 2

25. PENENTUAN KEMIRINGAN NORMAL DAN KEMIRINGAN KRITIS

26. Contoh : 1 • Saluran trapesium mempunyai lebar dasar 20 kaki kemiringan tebing 2 : 1 dan n = 0,025. • Tentukan kemiringan normal pada kedalaman normal 3,36 kaki bila debit meja 400 kaki kubik per detik. • Tentukan kemiringan kritis dan kedalaman normalnya bila debitnya 400 kaki kubik per detik. • Tentukan kemiringan kritis pada kedalaman normal 3,36 kaki dan hitung debitnya.

27. Contoh 2 : • Tentukan kemiringan batas untuk saluran persegi panjang (Gambar 10.8) dengan b = 10 kaki dan n = 0,015.