ALIRAN PADA SALURAN MENIKUNG DASAR RATA DAN DASAR TERGERUS (Flow on Flat and Eroded-Bed Curved Channel)

SUMIADI,ST,MT., Prof.D r. Ir. BambangA gusK ironoto

2014 | Disertasi | S3 Ilmu Teknik Sipil

Sungai alam yang umumnya dijumpai di Indonesia berupa sungai bermeander khususnya di daerah hilir yang banyak melewati daerah pemukiman maupun industri. Kerusakan tebing sering ditemukan pada tebing sisi luar dan pengendapann di sisi dalam tikungan. Sementara itu, teori yang digunakan dalam perencanaan bangunan pengaman tebing sungai masih mengadopsi teori-teori aliran di saluran lurus. Kenyataannya karakteristik aliran di saluran menikung berbeda jauh dibandingkan dengan aliran di saluran lurus. Adanya gaya sentrifugal menyebabkan terjadinya peningkatan aliran sekunder yang berdampak kepada perubahan struktur aliran termasuk karakteristik turbulen. Untuk memahami perubahan karakteristik aliran dan turbulen tersebut dilakukan penelitian di laboratorium menggunakan flume menikung 180, lebar 50 cm dan tinggi 40 cm. Material dasar berupa pasir dengan diameter median, d50: 1 mm dan rapat massa 2.67 gr/cm3. Kondisi butiran dasar di approach flow adalah kritik dengan kedalaman aliran 15.9 cm. Setelah dilakukan pengaliran secara kontinu selama 30 jam diperoleh kondisi topografi dasar yang stabil. MicroADV 16MHz digunakan untuk mengukur kecepatan tiga dimensi dengan frekuensi 50 data per detik. Hasil penelitian menunjukkan bahwa lintasan gerusan maksimum terjadi di bagian tengah saluran dan bergeser ke sisi luar tikungan pada daerah outlet. Sedangkan endapan maksimum sepanjang saluran menikung terjadi di sisi dalam tikungan. Sedangkan lintasan kecepatan maksimum pada daerah entrance cenderung mendekati sisi dalam belokan selanjutnya bergeser ke tengah dan mendekati dasar saluran selanjutnya bergeser lagi ke sisi luar tikungan di daerah outlet. Komponen tegangan Reynolds arah tangensial ̅̅̅̅̅ ̅ bernilai negatif pada sisi luar di daerah entrance dan pada sisi dalam di sudut  = 90 sampai outlet. Hal ini menunjukkan bahwa gradien kecepatan pada daerah tersebut juga bernilai negatif. Sedangkan tegangan Reynolds positif terjadi di sisi luar tikungan pada sudut  = 90 sampai 180 yang mengindikasikan gradien kecepatnnya juga positif. Akibat perubahan karakteristik aliran, distribusi vertikal intensitas turbulen di saluran menikung sudah tidak mengikuti persamaan eksponensial yang diusulkan oleh Nezu (1977). Sedangkan rasio intensitas turbulen tangensial dan radial terdistribusi mengikuti persamaan eksponensial. Perubahan karakteristik aliran di saluran menikung juga mempengaruhi nilai dan distribusi energi kinetik turbulen. Jika pada saluran lurus, lokasi energy kinetic turbulen maksimum berada di dekat dasar, maka pada saluran menikung ( = 90-120), lokasinya berada di dekat permukaan air. Secara umum parameter turbulen: tegangan Reynolds, intensitas turbulen dan energy kinetic turbulen di dekat dasar pada saluran menikung dasar rata lebih besar dibandingkan dengan dasar tergerus. Selanjutnya aplikasi metode Clauser dan metode distribusi tegangan Reynolds untuk menentukan nilai kecepatan geser dasar di saluran menikung menunjukkan bahwa metode Clauser menghasilkan nilai kecepatan geser yang lebih besar dengan perbedaan rerata sebesar 20.693%. Kata kunci: tegangan Reynolds, energy kinetik turbulen, kecepatan geser, saluran menikung

Rivers in Indonesia is meanders, especially in downstream section that flow through residential and industrial areas. River bank erosion is often being found on the outer side and sedimentation at the inner side of the bend. Meanwhile, the theory used for river bank protection structure design is still base on flow in a straight channel. The characteristics of flow in the curve channel are much different than that in a straight channel. The existence of centrifugal force causes an increase in secondary flow, which affects flow characteristics changes, including the characteristics of turbulence. To understand the changes in the flow and turbulence characteristics, it conducted a research using a 180 open channel bend, 50 cm wide and 40 cm high. Bed materials such as sand are used, with median diameter, d50: 1 mm and mass density of 2.67 g/cm3. The bed material in the approach flow is critical with a 15.9 cm depth. After continuous running for 30 hours, it obtained stable bed topography. MicroADV 16MHz is used to measure the three-dimensional velocity with a frequency of 50 data per second. The results show that the path of maximum scour occurs in the middle of the channel and shifted to the outside of the bend in the outlet area. Maximum sediment along the curved channel occurs in the inside of the bend. While the path of maximum scour on the side of the entrance tend to approach the next turn then shifts to the center and close to the bottom line, then shifted again to the outer side of the bend in the outlet of the bend. Reynolds stress component on tangential direction is negative on the outer side of the entrance area and on the inner side at the  = 90  to outlet of the bend. While the positive Reynolds stress occurs on the outer bank at the  = 90 to 180bend angle. Due to the changes in the flow characteristics, the vertical distribution of turbulent intensity in the curved channel has not followed the exponential equation of Nezu (1977). Meanwhile, the ratio of tangential and radial turbulent intensity is distributed following an exponential equation. Changes in flow characteristics in curved channels also affect the value and distribution of turbulent kinetic energy. If the straight flow, the location of the maximum turbulent kinetic energy is near the bed, then in the curved channel  = 90  -120 , it is located near the water surface. In general, turbulent parameters: Reynolds stress, turbulent intensity and turbulent kinetic energy near the bed on the flat-bed are greater than at the eroded-bed curved channel. Furthermore, the application Clauser method and Reynolds stress distribution method to determine the shear velocity in the curved channel shows that the Clauser method produces greater shear velocity values with a mean difference of 20.693%. Key words: Reynolds stress, turbulence kinetic energy, shear velocity, curved channel

Kata Kunci : tegangan Reynolds, energy kinetik turbulen, kecepatan geser, saluran menikung; Reynolds stress, turbulence kinetic energy, shear velocity, curved channel