Pengendalian Sedimen Pengendalian Sedimen dan Erosidan Erosi

Pengantar Transpor Sedimen

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.

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.

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

T

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

T1 T2

I II

I II

Sedimen Dasar SaluranT1 = T2 seimbang stabilT1 < T2 erosi degradasiT1 > T2 pengendapan agradasi

ProsesPerbandingan T

Proses sedimen transpor

Estuari: sebagian air pantai yang setengah tertutupyang mempunyai hubungan bebas dengan laut terbuka, dan di dalamnya air laut cukup terencerkan oleh air tawar yang berasaldari drainasi daratan

sudetan

gerusan

endapan

delta

endapan/silt

gerusan

Klasifikasi Sedimen

Berdasarkan sumber asalnyaBerdasarkan mekanismenya

BerdasarkanSumber

AsalSedimen

AngkutanMaterial Dasar

Wash Load

Bed Load

Suspended Load

BerdasarkanMekanisme

Sedimen

Suspended Load

Ts, butir/partikel bergerak diatas dasar secara melayang. Berat partikel dikompensasi oleh gerak turbulensi air. Ts biasanya diukurSedimen suspensi sulit dihitung karena adanya turbulensi

USDH-48

Suspended Sediment Sampler

Bed Load

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

Sediment Grabber

The Ekman Grabber

Benthos Minirover MK II

Wash Load

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

Angkutan Sedimen (Suspensi)

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

Sifat-sifat Zat Cair

Berat VolumeViskositasTipe AliranRumus KecepatanPersamaan Tegangan GesekNilai kekasaran

Berat Volume (Density)

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

T 0 4 12 16 21 32 (˚C)ρw 999.87 1000 999.5 999 998 995 (kg/m3)

ρw air tawar 1000 (kg/m3)

ρw air laut 1026 (kg/m3)

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/detKekentalan dinamis dan kekentalan kinematis juga merupakan fungsi dari temperatur, danpengaruh temperatur ini sangat signifikan.

T 0 5 10 15 20 25 30 35 40 (˚C)ע 1.79 1.52 1.31 1.14 1.01 0.9 0.8 0.72 0.65 (10-6 m2/det)

Tipe Aliran

1. Invisid dan viskos2. Kompresibel dan tak kompresibel3. Laminer dan turbulen4. Mantap dan tak mantap5. Seragam dan tak seragam6. Satu, dua dan tiga dimensi7. Rotasional dan tak rotasional8. Subkritik, kritik, superkritik

o

oo

Dinding Hidraulik Licin

Karena adanya lapis batas laminer setebal δ, maka gaya-gaya viskositas lebih dominan.

z

uu z

104log..75,5 *

h

uv42

log..75,5 *ūz = v pada z = 0,4h

(IL)

(IIL)

Dinding Hidraulik Kasar

Pengaruh gaya viskositas dikalahkan oleh kekasaran dinding k.

k

zuuz

33log..75,5 *

k

huv

12log..75,5 *ūz = v pada z = 0,368h

(IK)

(IIK)

Dinding Hidraulik Licin/Kasar

Colebrook dan White telah menggabungkan rumus IIL dan IIKmenjadi :

72

12log..75,5 *

k

huv (III)

Karena : Shgu ..*

Maka : hSk

hv

72

12log.18

SRcv .

7

212

log.18

k

Rc

Distribusi tegangan gesek pada suatu vertikal adalah (aliran uniform):

Sedangkan tegangan gesek pada dasar, dirumuskan sebagai :

atau

atau

)1(h

zSh oz

000 gRSRS

000 ghShS

20 U 0ghSU

dimana

Dengan :u* : kecepatan gesek,

uz : kecepatan pada suatu titik yang berjarak z dari dasar

: kecepatan rata-rata pada suatu vertikal, : tebal lapisan sub-viskous/ sub laminer, h : kedalaman aliran, R : jari-jari hidraulik, C : koefisien kekasaran menurut Chezy, k : kekasaran dasar saluran, : berat jenis air, dan S : kemiringan dasar saluran.

U

ContohDiketahui 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.

)12

(log75,5 * k

huU

m/d 140,0001,0281,90* ghSu

m/d 16,2)05,0

212(log140,075,5

U

)05,0

33(log198,075,5

zuz

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

Distribusi Kecepatan

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Kecepatan (m/det)

Ked

alam

an (m

)

Sifat-sifat Butiran Sedimen1. 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.

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.

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.

Beberapa definisi yang biasa digunakan untuk menyatakan suatu ukuran butiran adalah :

1.diameter nominal, 2.diameter jatuh (fall velocity), 3.diameter sedimentasi

(sedimentation diameter), 4.diameter saringan, 5.ukuran sumbu triaxial.

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.

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 24C.

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.

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.

Kurva gradasi ukuran butiran sedimen

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.

a

b

c

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.

Pasirkasar(Coarse Sand)

1 - 1/2

KoloidPasirsangatkasar(Very Coarse Sand)

2 - 1

Lempung sangathalus

(Very Fine Clay)

1/2048 -1/4096

Kerikil sangathalus(Very Fine Gravel)

4 - 2

Lempung halus(Fine Clay)

1/1024 -1/2048

Kerikil halus(Fine Gravel)

8 - 4

Lempung sedang(Medium Clay)

1/512 - 1/1024Kerikil sedang(Medium Gravel)

16 - 8

Lempung kasar(Coarse Clay)

1/256 - 1/512Kerikil kasar(Coarse Gravel)

32 - 16

Lumpur sangathalus

(Very Fine Silt)

1/128 - 1/256Kerikil sangatkasar(Very Coarse

Gravel)

64 - 32

Lumpur halus(Fine Silt)

1/64 - 1/128Kerakalkecil(Small Cobbles)

128 - 64

Lumpur sedang(Medium Silt)

1/32 - 1/64Kerakal besar(Large Cobbles)

256 - 128

Lumpur kasar(Coarse Silt)

1/16 - 1/32Batukecil(Small Boulders)

512 - 256

Pasirsangathalus(Very Fine Sand)

1/8 - 1/16Batusedang(Medium Boulders)

1024 - 512

Pasirhalus(Fine Sand)

1/4 - 1/8Batubesar(Large Boulders)

2048 - 1024

Pasirsedang(Medium Sand)

1/2 - 1/4Batusangatbesar(Very Large Boulders)

4096 - 2048

NamaInterval/range (mm)

NamaInterval/range (mm)

Pasirkasar(Coarse Sand)

1 - 1/2

KoloidPasirsangatkasar(Very Coarse Sand)

2 - 1

Lempung sangathalus

(Very Fine Clay)

1/2048 -1/4096

Kerikil sangathalus(Very Fine Gravel)

4 - 2

Lempung halus(Fine Clay)

1/1024 -1/2048

Kerikil halus(Fine Gravel)

8 - 4

Lempung sedang(Medium Clay)

1/512 - 1/1024Kerikil sedang(Medium Gravel)

16 - 8

Lempung kasar(Coarse Clay)

1/256 - 1/512Kerikil kasar(Coarse Gravel)

32 - 16

Lumpur sangathalus

(Very Fine Silt)

1/128 - 1/256Kerikil sangatkasar(Very Coarse

Gravel)

64 - 32

Lumpur halus(Fine Silt)

1/64 - 1/128Kerakalkecil(Small Cobbles)

128 - 64

Lumpur sedang(Medium Silt)

1/32 - 1/64Kerakal besar(Large Cobbles)

256 - 128

Lumpur kasar(Coarse Silt)

1/16 - 1/32Batukecil(Small Boulders)

512 - 256

Pasirsangathalus(Very Fine Sand)

1/8 - 1/16Batusedang(Medium Boulders)

1024 - 512

Pasirhalus(Fine Sand)

1/4 - 1/8Batubesar(Large Boulders)

2048 - 1024

Pasirsedang(Medium Sand)

1/2 - 1/4Batusangatbesar(Very Large Boulders)

4096 - 2048

NamaInterval/range (mm)

NamaInterval/range (mm)

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, dankoefisien yang didasarkan pada sumbu triaxial (sumbu panjang, sumbu pendek dan sumbu menengah)

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.

Nilai sphericity untuk beberapa bentuk butiran

0.5 0.70.650.60.55

0.850.75 0.8 0.90 0.95

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).

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

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.

Shape factorc

ab

Kecepatan Endap (Settling Velocity)

Persamaan Stokes untuk kecepatan endap butiran berbentuk bola :

dengan :

w = kecepatan endap butiran bolad = diameter butiran bola

= viskositas dinamik zat cairs = berat jenis butiran = berat jenis zat cair

wd

s 2

18 ( )

Bentuk lain dari persamaan Stokes

Dengan :CD : koefisien drag / koefisien seret

ρ : rapat massaRe : angka Reynolds

Cw dD 24 24

Re