Pengendalian Sedimen dan Erosi

1. Pengendalian Sedimen dan Erosi Pengantar Transpor Sedimen

2. Pentingnya transpor sedimen Hidraulika fluvial: pengetahuan transportasi sedimen merupakan dasar perencanaan bangunan pengendali sungai, perbaikan navigasi, pengendalian banjir, dll. Irigasi: perencanaan saluran stabil, pintu pengambilan, bangunan pengendap, dll. Teknik pantai: ramalan “litteral drift”, perencanaan bangunan pelindung pantai, pelabuhan, dll. Pengerukan: penyedotan, transportasi, dan pembuangan material hasil kerukan.

3. Hal-hal yang Berkaitan dengan Transpor Sedimen Kondisi alamiah: Pengendalian erosi tanah (konservasi tanah), perkiraan transpor sedimen di sungai, pembentukan delta, gerak sedimen di estuari, transpor sedimen sepanjang pantai. Gangguan keadaan alam oleh bangunan artifisial: Agradasi dan degradasi sebelum dan sesudah bangunan air, pengendapan sedimen dalam waduk, pengeluaran sedimen dari pintu pengambilan irigasi, bangunan pengendap, bangunan pelindung terhadap gerusan. Transportasi Air: Perancangan saluran stabil. Transportasi benda padat: Mengetahui debris, perjalanan pulp untuk pabrik kertas.

4. T dinyatakan dalam: berat, massa, volume tiap satuan waktu. T dinyatakan dalam N/det, kg/det, m3/det. T

5. Transpor sedimen untuk mengetahui: Keadaan seimbang (equilibrium) Erosi (erosion) Pengendapan (deposision/silting)

6. T1 T2 I II I II

7. Proses sedimen transpor sudetan Estuari: sebagian air pantai yang setengah tertutup yang mempunyai hubungan bebas dengan laut terbuka, dan di dalamnya air laut cukup terencerkan oleh air tawar yang berasal dari drainasi daratan delta endapan/ silt gerusan endapan gerusan

8. Klasifikasi Sedimen Berdasarkan sumber asalnya Berdasarkan mekanismenya Angkutan Material Dasar Bed Load Berdasarkan Sumber Asal Sedimen Berdasarkan Mekanisme Sedimen Wash Load Suspended Load

9. Suspended Load Ts, butir/partikel bergerak diatas dasar secara melayang. Berat partikel dikompensasi oleh gerak turbulensi air. Ts biasanya diukur Sedimen suspensi sulit dihitung karena adanya turbulensi

10. Suspended Sediment Sampler USDH-48

11. Bed Load Tb, butiran bergerak secara menggelinding (rolling), menggeser (sliding), meloncat (jumping) Tb biasanya dihitung dengan menggunakan rumus empiris maupun semi empiris Tb sulit dilakukan pengukuran karena metoda sampling belum mantap (kecuali laboratorium)

12. Sediment Grabber Benthos Minirover MK II The Ekman Grabber

13. Wash Load Tw, adalah butiran yang sangat halus dan berlindung diantara butir dasar (bed particle) Tw biasanya sulit dihitung maupun diukur

15. Angkutan Sedimen (Suspensi) Angkutan sedimen > aliran: akan mengendap (agradasi) Angkutan sedimen = aliran: seimbang (equilibrium) Angkutan sedimen < aliran: terkikis (degradasi)

16. Sifat-sifat Zat Cair Berat Volume Viskositas Tipe Aliran Rumus Kecepatan Persamaan Tegangan Gesek Nilai kekasaran

17. Berat Volume (Density) Berat volume air (ρw, kg/m3), besarnya bervariasi sesuai dengan temperaturnya.

18. Viskositas (Viscosity) Kekentalan dinamis (dynamic viscosity), μ, (Nd/m2 atau Pa detik) (poise) validitasnya tinggi untuk aliran laminer. 1 poise = 0,1 Pa detik Kekentalan kinematis (kinematic viscosity), ע, (m2/det) (stokes) 1 stokes = 10-4 m2/det Kekentalan dinamis dan kekentalan kinematis juga merupakan fungsi dari temperatur, danpengaruh temperatur ini sangat signifikan.

19. Tipe Aliran Invisid dan viskos Kompresibel dan tak kompresibel Laminer dan turbulen Mantap dan tak mantap Seragam dan tak seragam Satu, dua dan tiga dimensi Rotasional dan tak rotasional Subkritik, kritik, superkritik

20. Tipe Aliran o o o

21. Dinding Hidraulik Licin Karena adanya lapis batas laminer setebal δ, maka gaya-gaya viskositas lebih dominan. ūz = v pada z = 0,4h (IL) (IIL)

22. Dinding Hidraulik Kasar Pengaruh gaya viskositas dikalahkan oleh kekasaran dinding k. ūz = v pada z = 0,368h (IK) (IIK)

23. Dinding Hidraulik Licin/Kasar Colebrook dan White telah menggabungkan rumus IIL dan IIKmenjadi : (III) Karena : Maka :

24. Distribusi tegangan gesek pada suatu vertikal adalah (aliran uniform): Sedangkan tegangan gesek pada dasar, dirumuskan sebagai : atau atau dimana

25. Dengan : u* : kecepatan gesek, uz : kecepatan pada suatu titik yang berjarak z dari dasar : kecepatan rata-rata pada suatu vertikal, d : tebal lapisan sub-viskous/ sub laminer, h : kedalaman aliran, R : jari-jari hidraulik, C : koefisien kekasaran menurut Chezy, k : kekasaran dasar saluran, g : berat jenis air, dan S : kemiringan dasar saluran.

26. Contoh Diketahui suatu sungai memiliki kedalaman 2 m, tinggi kekasaran 0,05 m, dan kemiringan dasar 0,001. Hitung kecepatan aliran rata-rata dan gambarkan distribusi kecepatannya.

27. Z = 0 → Uz = 0 m/d Z = 0,1 → Uz = 1,46 m/d Z = 0,4 → Uz = 1,95 m/d Z = 0,8 → Uz = 2,19 m/d Z = 1,2 → Uz = 2,33 m/d Z = 1,6 → Uz = 2,43 m/d Z = 2,0 → Uz = 2,51 m/d

29. Sifat-sifat Butiran Sedimen 1. Umum Untuk menangani berbagai permasalahan pada sungai-sungai alluvial, diperlukan pemahaman tentang sifat-sifat/karakteristik material sedimen, baik material sedimen sebagai satu kesatuan (bulk) maupun material sedimen yang berdiri sendiri-sendiri (butiran lepas; individual). Para ahli geologi mempelajari sifat-sifat sedimen lepas dengan tujuan : untuk mengetahui asal mula dari material sedimen, dan juga untuk mempelajari cara sedimen tersebut berpindah (ditranspor). Sedangkan para ahli hidraulika mempelajari sifat-sifat butiran lepas dalam kaitannya dengan fenomena transpor dari material sedimen.

30. 2. Ukuran Butiran Diantara beberapa sifat butiran sedimen, ukuran sedimen merupakan salah satu sifat yang paling penting dan banyak digunakan dalam bidang teknik sedimen. Ukuran butiran sangat mempengaruhi mudah tidaknya serta banyak sedikitnya sedimen ditranspor. Jika semua partikel sedimen berbentuk bola, maka ukuran butiran secara mudah dapat ditentukan, yaitu dengan menggunakan parameter diameter butiran. Akan tetapi, dalam kenyataannya bentuk butiran penyusun material dasar sungai adalah sangat tidak teratur, dari yang berbentuk mendekati bulat sampai dengan bentuk yang sangat pipih, sehingga sangat sulit untuk mendefenisikan ukuran dari butiran yang mempunyai bentuk sangat tidak teratur tersebut.

31. Penggunaan diameter butiran, sering tidak dapat menggambarkan ukuran/bentuk butiran yang sesungguhnya. Oleh karenanya, ukuran butiran sering didefinisikan dengan cara lain, yaitu dengan menggunakan : volume butiran, kecepatan endap, atau ukuran ayakan/saringan Metode penentuan ukuran butiran dengan volume atau kecepatan endap dilakukan dengan prinsip menyamakan volume atau kecepatan endap butiran sembarang dengan butiran berbentuk bola.

32. Beberapa definisi yang biasa digunakan untuk menyatakan suatu ukuran butiran adalah : diameter nominal, diameter jatuh (fall velocity), diameter sedimentasi (sedimentation diameter), diameter saringan, ukuran sumbu triaxial.

33. Diameter nominal, dn Diameter nominal dari butiran didefinisikan sebagai diameter bola dengan rapat massa dan volum yang sama. Dalam beberapa kasus tertentu, kadang-kadang seseorang lebih tertarik pada ukuran butiran, yang dikaitkan dengan gerakan butiran dalam zat cair daripada ukuran fisik dari butiran itu sendiri.

34. Diameter Jatuh Diameter jatuh dari butiran didefinisikan sebagai diameter bola dengan berat jenis spesifik 2,65 yang mempunyai kecepatan jatuh standar sama dengan kecepatan jatuh butiran. Kecepatan jatuh standar didefinisikan sebagai kecepatan jatuh dari butiran dalam air suling, pada suhu 24C.

35. Diameter Sedimentasi Diameter sedimentasi adalah merupakan diameter bola yang mempunyai berat spesifik dan kecepatan pengendapan yang sama dengan butiran sedimen, dalam zat cair yang sama dan pada kondisi yang sama pula.

36. Diameter saringan/ayakan Untuk menentukan ukuran butiran dengan saringan (diameter saringan), biasanya digunakan beberapa saringan dengan ukuran lubang yang berbeda; hal ini dimaksudkan untuk mengelompokkan material sedimen ke dalam beberapa kelompok ukuran yang berbeda. Pengukuran diameter butiran dengan cara ini dilakukan untuk butiran yang mempunyai diameter lebih besar dari 0.0625 mm, sesuai dengan ukuran saringan terkecil. Diameter saringan, d, dari suatu butiran adalah ukuran dari lubang saringan pada mana butiran dapat lewat (lolos) saringan. Dengan demikian, diameter nominal dan diameter ayakan untuk butiran yang berbentuk bola nilainya adalah sama, sedangkan untuk material sedimen pada umumnya, diameter saringan biasanya sedikit lebih besar dibandingkan dengan diameter nominal.

37. Kurva gradasi ukuran butiran sedimen

38. Sumbu triaxial Sumbu triaxial terdiri dari sumbu panjang, sumbu pendek dan sumbu menengah, dimana ketiga sumbu tersebut saling tegak lurus satu sama lain. Dalam hal ini a ditetapkan sebagai sumbu panjang, b sumbu menengah, dan c sebagai sumbu pendek. c a b

39. Klasifikasi Ukuran Butiran Klasifikasi ukuran butiran yang biasa digunakan oleh para ahli hidraulika adalah klasifikasi ukuran butiran yang diusulkan oleh The Subcommittee on Sediment Terminology dari AGU (American Geophysical Union). Ukuran butiran ditetapkan berdasarkan ukuran saringan (untuk butiran kasar) dan ukuran/diameter sedimentasi (untuk butiran halus). Dalam literatur dikenal juga beberapa klasifikasi ukuran butiran yang lain, seperti misalnya klasifikasi menurut U.S. Bureau of Public Roads, klasifikasi menurut Atterberg, dan klasifikasi menurut U.S. Bureau of Soils.

41. Bentuk Butiran Bentuk butiran adalah merupakan salah satu sifat sedimen yang sering dianggap ikut berpengaruh terhadap proses sedimentasi. Bentuk butiran sedimen dapat mempengaruhi kecepatan aliran pada lokasi dimana butiran sedimen dasar bergerak; disamping itu dianggap pula bahwa bentuk butiran mempengaruhi kecepatan endap, proses angkutan sedimen dasar, dll. Untuk dapat mendefinisikan suatu bentuk butiran maka digunakan suatu koefisien/paremeter tertentu. Banyak jenis koefisien/parameter yang telah diusulkan oleh para ahli; namun koefisien/parameter tersebut pada prinsipnya dapat dikelompokkan menjadi 3 bagian, yaitu: koefisien yang didasarkan pada volume butiran, koefisien yang didasarkan pada proyeksi luasan butiran, dan koefisien yang didasarkan pada sumbu triaxial (sumbu panjang, sumbu pendek dan sumbu menengah)

42. Koefisien Berdasarkan Volume Butiran Salah satu koefisen/parameter yang sering digunakan untuk mendefinisikan bentuk butiran berdasarkan volume butiran adalah sphericity. Sphericity didefinisikan sebagai perbandingan antara luas permukaan bola  yang mempunyai volume sama dengan volume butiran  dengan luas permukaan butiran. Untuk butiran berbentuk bola, nilai sphericity akan sama dengan satu, sedangkan untuk bentuk yang lain, nilai sphericity kurang dari satu. Dengan kata lain, koefisien sphericity cenderung digunakan untuk mendefinisikan bentuk suatu butiran terhadap bentuk bola.

43. Nilai sphericity untuk beberapa bentuk butiran 0.5 0.55 0.7 0.6 0.65 0.75 0.85 0.8 0.90 0.95

44. Koefisien Berdasarkan Proyeksi Luasan Butiran Butiran/partikel sedimen berada dalam kondisi paling stabil apabila sumbu pendek berada pada posisi vertikal. Dengan dasar ini, proyeksi luasan yang tegak lurus dengan sumbu pendek tersebut dapat digunakan sebagai dasar untuk menentukan koefisien; dalam hal ini dikenal suatu koefisien yang disebut sebagai koefisien roundness. Koefisien roundness digunakan untuk menunjukkan keruncingan dari ujung-ujung butiran sedimen. Dengan demikian, nilai roundness dapat memberikan gambaran apakah ujung-ujung butiran berbentuk bulat/lengkung atau runcing. Roundness didefinisikan sebagai perbandingan antara jari-jari lengkung rerata dari ujung-ujung butiran sedimen dengan jari-jari lengkung maksimum yang membentuk suatu bola (atau dengan jari-jari nominal butiran).

45. Nilai roundness untuk beberapa bentuk butiran 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

46. Koefisien Berdasarkan Sumbu Triaxial Kecepatan endap dari butiran sedimen dipengaruhi oleh bentuknya, dan suatu parameter yang selanjutnya disebut sebagai faktor bentuk (shape factor), yaitu Untuk butiran berbentuk bola, nilai shape factor ini akan sama dengan satu, sedangkan untuk butiran dengan bentuk selain bola, nilai shape factor lebih kecil dari satu.

47. Kecepatan Endap (Settling Velocity) Persamaan Stokes untuk kecepatan endap butiran berbentuk bola : dengan : w= kecepatan endap butiran bola d = diameter butiran bola m = viskositas dinamik zat cair gs = berat jenis butiran g = berat jenis zat cair

48. Bentuk lain dari persamaan Stokes Dengan : CD : koefisien drag / koefisien seret ρ : rapat massa Re : angka Reynolds