Studi Kasus Pilar Persegi dan Pilar Lingkaran

TUGAS AKHIR
ANALISIS NUMERIK GERUSAN LOKAL PADA PILAR
(Studi Kasus Pilar Persegi dan Pilar Lingkaran, Aliran Subkritik)
Diajukan Guna Memenuhi Persyaratan Untuk
Mencapai Jenjang Strata-1 (S1), Jurusan Teknik Sipil,
Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah
Yogyakarta
Disusun Oleh :
M. RIZKI FIRDAUS
NIM : 20130110202
JURUSAN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH YOGYAKARTA
2017
i
HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN
MOTTO :
“MENYELESAIKAN SESUATU YANG SUDAH SAYA MULAI ADALAH
SESUATU YANG MUTLAK UNTUK SAYA”
PERSEMBAHAN :
Penulis mempersembahkan Tugas Akhir ini untuk :
1.
Ibunda Hj. Nurmah dan Ayahanda Drs. H. Mustamin Ibrahim tercinta yang
telah menjadi perantara Allah yang paling pokok dalam mendukung dengan
penuh kasih sayang dan kesabaran.
2.
Abang tercinta Armansyah, kakak tercinta Laila Miratunnisa, abang Adi
Indra Sholihin, dan kakak Iffa Nurhidayah yang selalu mendoakan dan selalu
memberi mendukung. Semoga kita bisa menjadi kebanggaan untuk keluarga.
3.
Sahabat dan keluarga saya di Jogja Kurniawan, Wahid, Risky, Alit, Yogi,
Nurman, Visnu, Maya, Bela, Lita, Putri, Rarat, Tiwi, Uli, Rehni, dan Via yang
berjuang bersama untuk sukses.
4.
Sahabat yang sudah saya anggap sebagai keluarga Rama dan Alit
5.
Kakak Dian dan Iman yang mrupakan saudara dari kampung halaman yang
bersama sama merantau ke jogja dan merupakan teman nongkrong
6.
Teman teman kost Mas Lutfi, Mas Rian, Mas Ahong, Mas Maulana, Mas
Evan, Mas Boim, Amri, Bayu, Bagus, Yoga, Oky, Afiq, Bagas, Agam, Bang
Novan, Risdi yang sudah menjadi teman ngobrol saya selama 4 tahun ini.
7.
Mentor terbaik Mas Azmi, yang bukan hanya pembimbing tapi juga teman
ngobrol yang baik.
8.
Sahabat seperjuangan Penelitian Suikogako, Tim iRIC, Tim Hecras dan Tim
Fisik, khususnya Cikal, Dedy, Fadli, Septya, Nini, Rizqia, Arwan, Dea,
Anisa, Arie, Adit, Dhani, Anjelita, dll yang berjuang bersama menyelesaikan
penelitian.
9.
Kelas D Sipil 2013. Teman dan sahabat selama menempuh kuliah bersama.
10. Seluruh rekan-rekan seperjuangan Teknik Sipil 2013.
ii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL................................................................................................ i
HALAMAN PENGESAHAN ..................................................................................... ii
HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN .......................................................... iii
KATA PENGANTAR .............................................................................................. iv
DAFTAR ISI ............................................................................................................ vi
DAFTAR GAMBAR .............................................................................................. viii
DAFTAR TABEL ................................................................................................... xii
INTISARI .............................................................................................................. xiii
BAB I PENDAHULUAN ........................................................................................1
A. Latar Belakang Masalah ...........................................................................1
B. Rumusan Masalah....................................................................................2
C. Tujuan Penelitian .....................................................................................2
D. Manfaat Penelitian ...................................................................................3
E. Batasan Masalah ......................................................................................3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................................4
BAB III LANDASAN TEORI .....................................................................................7
A. Gerusan...................................................................................................7
1. Mekanisme Gerusan .........................................................................7
2. Gerusan Lokal ..............................................................................10
3. Pola Gerusan Lokal di Sekitar Pilar .............................................11
4. Faktor Yang Mempengaruhi Gerusan ..........................................12
B. Aliran14
1. Debit Aliran ...................................................................................14
2. Kecepatan Aliran Rata-rata .............................................................15
3. Bilangan Reynolds..........................................................................15
4. Bilangan Froude.............................................................................16
5. Koefisien Kekasaran Manning .........................................................17
C. Pilar jembatan........................................................................................19
D. IRIC: Nays2DH 1.0 .............................................................................21
1. Karakteristik Model Aliran..............................................................22
iii
2. Karakteristik Pemodelan Transportasi Sedimen dan Perubahan Dasar
Sungai ...........................................................................................23
3. Lain-lain ........................................................................................23
4. Persamaan dalam Aliran Aliran .......................................................23
BAB IV METODE PENELITIAN .............................................................................39
A. Studi Literatur .......................................................................................39
B. Data Hasil Pengujian Laboratorium.........................................................39
C. Alur Simulasi Penelitian......................................................................42
D. Alur Simulasi Penelitian......................................................................44
E. Langkah-Langkah Simulasi Iric Nays2DH 1.0 ...................................45
E. Skenario Running ................................................................................56
BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN ......................................................................57
A. Data Penelitian ......................................................................................57
B. Analisis Kecepatan Aliran .....................................................................58
C. Analisis Arah Kecepatan Aliran ..............................................................64
D. Analisis Elevasi Dasar Saluran................................................................67
1. Tinjauan Potongan I-I .....................................................................72
2. Tinjauan Potongan II-II ...................................................................73
3. Tinjauan Potongan III-III ................................................................75
4. Tinjauan Potongan IV-IV ................................................................76
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN .....................................................................79
A. Kesimpulan ...........................................................................................79
B. Saran ...................................................................................................80
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
iv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 3.1
Mekanisme Aliran Akibat Pola Aliran Air di Sekitar Pilar ........................ 7
Gambar 3.2
Hubungan kedalaman gerusan dengan waktu ............................................ 8
Gambar 3.3
Hubungan kedalaman gerusan dengan kecepatan geser ............................. 8
Gambar 3.4
Pola kedalaman gerusan lokal pada pilar jajar genjang ............................ 11
Gambar 3.5
Pola kedalaman gerisan lokal pada pilar bulat .......................................... 11
Gambar 3.6
Pola kedalaman gerisan lokal pada pilar bujur sangkar ........................... 11
Gambar 3.6
Kedalaman gerusan setimbang di sekitar pilar fungsi ukuran butir relative
untuk kondisi aliran air bersih .................................................................. 13
Gambar 4.1
Tampak atas flume ..................................................................................... 39
Gambar 4.2
Tampak samping flume .............................................................................. 39
Gambar 4.3
Model pilar lingkaran dan persegi ............................................................. 40
Gambar 4.4
Kedalaman aliran kondisi subkritik ........................................................... 41
Gambar 4.5
Model simulasi software iRIC:Nays2DH 1.0 ............................................ 43
Gambar 4.6
Flowchart simulasi model matematik ........................................................ 44
Gambar 4.7
Tampilan awal Dekstop ............................................................................. 45
Gambar 4.8
Tampilan pemilihan solver ........................................................................ 45
Gambar 4.9
Tampilan pemilihan grid ........................................................................... 46
Gambar 4.10 Tampilan pemilihan tipe grid line............................................................. 46
Gambar 4.11 Cross Section Shape................................................................................... 47
Gambar 4.12 Channel Shape Parameters ....................................................................... 47
Gambar 4.13 Bed and Channel Shape ............................................................................. 48
Gambar 4.14 Tampilan grid ............................................................................................ 48
Gambar 4.15 Tampilan membuat pilar ............................................................................ 49
Gambar 4.16 Kotak dialog Select file to import .............................................................. 49
Gambar 4.17 Kotak dialog Polygon Import Setting ........................................................ 50
Gambar 4.18 Pilar bentuk persegi setelah di input kedalam software iRIC Nays2DH
1.0 .............................................................................................................. 50
Gambar 4.19 Pilar bentuk lingkaran setelah di input kedalam software iRIC Nays2DH
1.0 .............................................................................................................. 50
Gambar 4.20 Tampilan copy obstacle ............................................................................. 51
Gambar 4.21 Pilihan polygon value................................................................................. 51
Gambar 4.22 Membuat dasar pilar tetap.......................................................................... 52
Gambar 4.23 Pilih Movable Bed...................................................................................... 52
Gambar 4.24 Manning’s roughness coeffision ................................................................ 52
Gambar 4.25 Input nilai koefisien manning .................................................................... 53
v
Gambar 4.26 Tampilan untuk mengatur calcilation condition ........................................ 53
Gambar 4.27 Tampilan Solver Type ................................................................................ 53
Gambar 4.28 Menu Boundary Condition ........................................................................ 54
Gambar 4.29 Tampilan untuk memasukkan debit ........................................................... 54
Gambar 4.30 Tampilan menu Time ................................................................................. 55
Gambar 4.31 Tampilan Solver Type ................................................................................ 55
Gambar 4.32 Menu Simulation ........................................................................................ 55
Gambar 4.33 Tampilan running iRIC: Nays2DH ............................................................ 56
Gambar 5.1
Penampang saluran pada simulasi software iRIC Nays2DH 1.0 ............... 57
Gambar 5.2
Bentuk pilar jembatan pada simulasi software iRIC Nays2DH 1.0 .......... 58
Gambar 5.3
Hasil simulasi software iRIC : Nays2DH 1.0 dengan output velocity
(ms-1) pada waktu ke-179 detik pilar bentuk persegi ............................... 59
Gambar 5.4
Hasil analisa vektor kecepatan aliran di sekitar pilar persegi model fisik 59
Gambar 5.5
Hasil simulasi software iRIC : Nays2DH 1.0 dengan output velocity
(ms-1) pada waktu ke-179 detik pilar bentuk lingkaran ........................... 61
Gambar 5.6
Hasil analisa vektor kecepatan aliran di sekitar pilar lingkaran model
fisik ........................................................................................................... 62
Gambar 5.7
Hasil pola aliran pada bentuk pilar persegi untuk model matematik ........ 64
Gambar 5.8
Pola aliran dari hulu sampai hilir pilar persegi model fisik ...................... 64
Gambar 5.9
Hasil pola aliran pada bentuk pilar lingkaran untuk model matematik .... 66
Gambar 5.10 Pola aliran dari hulu sampai hilir pilar lingkaran model fisik................... 66
Gambar 3.1
Mekanisme Aliran Akibat Pola Aliran Air di Sekitar Pilar ........................ 7
Gambar 3.2
Hubungan kedalaman gerusan dengan waktu ............................................ 8
Gambar 3.3
Hubungan kedalaman gerusan dengan kecepatan geser ............................. 8
Gambar 3.4
Pola kedalaman gerusan lokal pada pilar jajar genjang ............................ 11
Gambar 3.5
Pola kedalaman gerisan lokal pada pilar bulat .......................................... 11
Gambar 3.6
Pola kedalaman gerisan lokal pada pilar bujur sangkar ........................... 11
Gambar 3.6
Kedalaman gerusan setimbang di sekitar pilar fungsi ukuran butir
relative untuk kondisi aliran air bersih ..................................................... 13
Gambar 4.1
Tampak atas flume ..................................................................................... 39
Gambar 4.2
Tampak samping flume .............................................................................. 39
Gambar 4.3
Model pilar lingkaran dan persegi ............................................................. 40
Gambar 4.4
Kedalaman aliran kondisi subkritik ........................................................... 41
Gambar 4.5
Model simulasi software iRIC:Nays2DH 1.0 ............................................ 43
Gambar 4.6
Flowchart simulasi model matematik ........................................................ 44
Gambar 4.7
Tampilan awal Dekstop ............................................................................. 45
Gambar 4.8
Tampilan pemilihan solver ........................................................................ 45
vi
Gambar 4.9
Tampilan pemilihan grid ........................................................................... 46
Gambar 4.10 Tampilan pemilihan tipe grid line............................................................. 46
Gambar 4.11 Cross Section Shape................................................................................... 47
Gambar 4.12 Channel Shape Parameters ....................................................................... 47
Gambar 4.13 Bed and Channel Shape ............................................................................. 48
Gambar 4.14 Tampilan grid ............................................................................................ 48
Gambar 4.15 Tampilan membuat pilar ............................................................................ 49
Gambar 4.16 Kotak dialog Select file to import .............................................................. 49
Gambar 4.17 Kotak dialog Polygon Import Setting ........................................................ 50
Gambar 4.18 Pilar bentuk persegi setelah di input kedalam software iRIC Nays2DH
1.0 .............................................................................................................. 50
Gambar 4.19 Pilar bentuk lingkaran setelah di input kedalam software iRIC Nays2DH
1.0 .............................................................................................................. 50
Gambar 4.20 Tampilan copy obstacle ............................................................................. 51
Gambar 4.21 Pilihan polygon value................................................................................. 51
Gambar 4.22 Membuat dasar pilar tetap.......................................................................... 52
Gambar 4.23 Pilih Movable Bed...................................................................................... 52
Gambar 4.24 Manning’s roughness coeffision ................................................................ 52
Gambar 4.25 Input nilai koefisien manning .................................................................... 53
Gambar 4.26 Tampilan untuk mengatur calcilation condition ........................................ 53
Gambar 4.27 Tampilan Solver Type ................................................................................ 53
Gambar 4.28 Menu Boundary Condition ........................................................................ 54
Gambar 4.29 Tampilan untuk memasukkan debit ........................................................... 54
Gambar 4.30 Tampilan menu Time ................................................................................. 55
Gambar 4.31 Tampilan Solver Type ................................................................................ 55
Gambar 4.32 Menu Simulation ........................................................................................ 55
Gambar 4.33 Tampilan running iRIC: Nays2DH ............................................................ 56
Gambar 5.1
Penampang saluran pada simulasi software iRIC Nays2DH 1.0 ............... 57
Gambar 5.2
Bentuk pilar jembatan pada simulasi software iRIC Nays2DH 1.0 .......... 58
Gambar 5.3
Hasil simulasi software iRIC : Nays2DH 1.0 dengan output velocity
(ms-1) pada waktu ke-179 detik pilar bentuk persegi ............................... 59
Gambar 5.4
Hasil analisa vektor kecepatan aliran di sekitar pilar persegi
model fisik ................................................................................................ 59
Gambar 5.5
Hasil simulasi software iRIC : Nays2DH 1.0 dengan output velocity
(ms-1) pada waktu ke-179 detik pilar bentuk lingkaran ........................... 61
Gambar 5.6
Hasil analisa vektor kecepatan aliran di sekitar pilar lingkaran model
fisik ........................................................................................................... 62
Gambar 5.7
Hasil pola aliran pada bentuk pilar persegi untuk model matematik ........ 64
vii
Gambar 5.8
Pola aliran dari hulu sampai hilir pilar persegi model fisik ...................... 64
Gambar 5.9
Hasil pola aliran pada bentuk pilar lingkaran untuk model matematik .... 66
Gambar 5.10 Pola aliran dari hulu sampai hilir pilar lingkaran model fisik................... 66
Gambar 5.11 Hasil elevasi dasar model matematik untuk pilar bentuk
lingkaran .................................................................................................. 67
Gambar 5.12 Hasil analisa kontur elevasi dasar disekitar pilar bentuk lingkaran
pada model fisik ..................................................................................... 68
Gambar 5.13 Hasil elevasi dasar model matematik untuk pilar bentuk
lingkaran ................................................................................................. 69
Gambar 5.14 Hasil analisa elevasi dasar disekitar pilar bentuk persegi pada
model fisik ............................................................................................... 69
Gambar 5.15 Potongan elevasi dasar saluran hulu pilar pada setiap bentuk pilar
lingkaran (a) dan persegi (b) ...................................................................... 71
Gambar 5.16 Grafik elevasi dasar saluran potongan I-I hulu pilar bentuk bentuk
bentuk lingkaran hasil penelitian model fisik dan matematik .................... 72
Gambar 5.17 Grafik elevasi dasar saluran potongan I-I hulu pilar bentuk persegi hasil
penelitian model fisik dan matematik ....................................................... 72
Gambar 5.18 Grafik elevasi dasar saluran potongan II-II tengah pilar bentuk
lingkaran hasil penelitian model fisik dan matematik .............................. 73
Gambar 5.19 Grafik elevasi dasar saluran potongan II-II tengah pilar bentuk persegi
hasil penelitian model fisik dan matematik............................................... 74
Gambar 5.20 Grafik elevasi dasar saluran potongan III-III hilir pilar 1 bentuk
lingkaran hasil penelitian model fisik dan matematik .............................. 75
Gambar 5.21 Grafik elevasi dasar saluran potongan III-III hilir pilar 1 bentuk persegi
hasil penelitian model fisik dan matematik............................................... 75
Gambar 5.22 Grafik elevasi dasar saluran potongan IV-IV hilir pilar 2 bentuk
lingkaran hasil penelitian model fisik dan matematik .............................. 77
Gambar 5.23 Grafik elevasi dasar saluran potongan IV-IV hilir pilar 2 bentuk persegi
hasil penelitian model fisik dan matematik............................................... 77
viii
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Koefisien kekasaran manning ....................................................................... 18
Tabel 3.2 Koefisien faktor bentuk pilar .......................................................................... 20
Tabel 4.1 Parameter Hidraulik .......................................................................................... 54
Tabel 5.1 Perbandingan kecepatan aliran di sekitar pilar persegi ..................................... 60
Tabel 5.2 Perbandingan kecepatan aliran di sekitar pilar lingkaran .................................. 63
ix