Gerusan
1. Pendahuluan
Menurut Laursen (1952) dalam Sucipto (2004), gerusan didefinisikan sebagai pembesaran dari suatu aliran yang disertai pemindahan material melalui aksi gerakan fluida. Gerusan merupakan fenomena alam yang disebabkan oleh aliran air yang mengikis dasar dan tebing saluran.Gerusan lokal (local scouring) terjadi pada suatu kecepatan aliran dimana sedimen ditranspor lebih besar dari sedimen yang disuplai.
Transpor sedimen bertambah dengan meningkatnya tegangan geser sedimen, gerusan terjadi ketika perubahan kondisi aliran menyebabkan peningkatan tegangan geser dasar.
Perbedaan tipe gerusan yang diberikan oleh Raudkivi dan Ettema (1982) dalam Sucipto (2004) adalah sebagai berikut:
a. Gerusan umum di alur sungai, tidak berkaitan sama sekali dengan ada atau tidak adanya bangunan sungai. Gerusan umum ini merupakan suatu proses alami yang terjadi pada saluran terbuka. Gerusan ini disebabkan oleh energi dari aliran air pada saluran atau sungai tersebut.
b. Gerusan dilokalisir di alur sungai, terjadi karena penyempitan aliran sungai menjadi terpusat.
c. Gerusan lokal di sekitar bangunan, terjadi karena pola aliran lokal di sekitar bangunan sungai. Gerusan lokal ini pada umumnya diakibatkan oleh adanya bangunan air, misalnya tiang, pilar atau abutment jembatan.
Gerusan dari jenis (2) dan (3) selanjutnya dapat dibedakan menjadi gerusan dengan air bersih (clear water scour) maupun gerusan dengan air bersedimen (live bed scour). Gerusan dengan air bersih berkaitan dengan suatu keadaan dimana dasar saluran di sebelah hulu bangunan dalam keadaan diam (tidak ada material yang terangkut) atau secara teoritik τo<τc. Sedangkan gerusan dengan air bersedimen terjadi ketika kondisi aliran dalam saluran menyebabkan material dasar bergerak. Peristiwa ini menunjukan bahwa tegangan geser pada saluran lebih besar dari nilai kritiknya atau secara teoritik τo>τc.
Menurut Laursen (1952) dalam Sucipto (2004), sifat alami gerusan mempunyai fenomena sebagai berikut :
1. Besar gerusan akan sama selisihnya antara jumlah material yang ditranspor keluar daerah gerusan dengan jumlah material yang ditranspor masuk ke dalam daerah gerusan.
2. Besar gerusan akan berkurang apabila penampang basah di daerah gerusan bertambah (misal karena erosi).
3.Untuk kondisi aliran akan terjadi suatu keadaan gerusan yang disebut gerusan batas, besarnya akan asimtotik terhadap waktu.
Gerusan Lokal (local scouring) dipengaruhi langsung oleh bentuk/pola aliran. Penggerusan lokal (Garde dan Raju, 1977) terjadi akibat adanya turbulensi air yang disebabkan oleh terganggunya aliran, baik besar maupun arahnya, sehingga menyebabkan hanyutnya material-material dasar atau tebing sungai/saluran. Turbulensi disebabkan oleh berubahnya kecepatan terhadap tempat, waktu dan keduanya.pengerusan lokal pada material dasar dapat terjadi secara langsung oleh kecepatan aliran sedemikain rupa sehingga daya tahan material terlampaui.
Secara teoristik tegangan geser yang terjadi lebih besar daripada tegangan geser kritis dari butiran dasar. Chabert dan Engeldinger (1956) dalam Breuser dan Raudkivi (1991) menyatakan lubang gerusan yang terjadi pada alur sungai umumnya merupakan korelasi antara kedalaman gerusan dengan kecepatan aliran sehingga lubang gerusan tersebut merupakan fungsi waktu. Sedangkan Breusers dan Raudkivi (1991) menyatakan bahwa kedalaman gerusan maksimum merupakan fungsi kecepatan geser. Kesetimbangan kedalaman gerusan dicapai pada daerah transisi antara livebed scour dan clear-water scour. Kesetimbangan gerusan tergantung pada keadaan yang ditinjau yaitu gerusan dengan air tanpa sedimen (clear-water scour) atau gerusan dengan air besedimen (live-bed scour).
E.4.3 Mekanisme gerusan
Pada saluran terbuka sering terjadi gerusan pada dinding dan dasar saluran. Proses penggerusan akan terjadi secara alami, baik karena pengaruh morfologi sungai seperti tikungan sungai atau penyempitan aliran sungai, atau pengaruh bangunan hidraulika yang menghalangi aliran seperti abutment jembatan. (Legono, 1990). Gerusan terjadi pada suatu kecepatan aliran tertentu dimana sedimen yang ditranspor lebih besar dari sedimen yang disuplai.
E.4.2 Transpor Sedimen
Gerusan yang terjadi pada suatu saluran terlepas dari ada dan tidaknya bangunan sungai selalu berkaitan dengan peristiwa transpor sedimen. Transpor sedimen merupakan suatu peristiwa terangkutnya material dasar sungai yang terbawa aliran sungai. Kironoto (1997) dalam Mira (2004), menyebutkan bahwa akibat adanya aliran air timbul gaya-gaya aliran yang bekerja pada material sedimen. Gaya-gaya tersebut mempunyai kecenderungan untuk menggerakkan / menyeret material sedimen. Untuk material sedimen kasar (pasir dan batuan / granular), gaya untuk melawan gaya-gaya aliran tersebut tergantung dari besar butiran sedimen. Untuk material sedimen halus yang mengandung fraksi lanau (silt) atau lempung (clay) yang cenderung bersifat kohesif, gaya untuk melawan gaya-gaya aliran tersebut lebih disebabkan kohesi daripada berat material (butiran) sedimen. Tiga faktor yang berkaitan dengan awal gerak butiran sedimen yaitu :
saluran stabil adalah suatu keadaan dimana gerusan dan pengendapan tidak terjadi di sepanjang sungai atau saluran. Dalam proses mempelajari gerusan, tidak lepas dari karakteristik sedimen yang ada.
E.5 Perencanaan Saluran Untuk Aliran Uniform
Aliran seragam (uniform flow) adalah karakteristik suatu aliran, dimana variabel aliran (kecepatan, kedalaman aliran, dll) tidak berubah terhadap perubahan suatu penampang saluran dan sebaliknya jika varibel aliran berubah terhadap perubahan penampang maka jenis aliran tersebut adalah aliran tidak seragam (non-uniform flow). Saluran untuk aliran uniform adalah saluran dengan karakteristik dasar saluran sebagai berikut: Tidak tergerus (nonerodible channel) Mudah tergerus (erodible channel) Berlapis rumput Karena pada penelitian ini tidak membahas point ke-(1) dan ke- (3) maka, pada bagian selanjutnya hanya membahas saluran mudah tergerus (erodible channel) saja.
Secara teoristik tegangan geser yang terjadi lebih besar daripada tegangan geser kritis dari butiran dasar. Chabert dan Engeldinger (1956) dalam Breuser dan Raudkivi (1991) menyatakan lubang gerusan yang terjadi pada alur sungai umumnya merupakan korelasi antara kedalaman gerusan dengan kecepatan aliran sehingga lubang gerusan tersebut merupakan fungsi waktu. Sedangkan Breusers dan Raudkivi (1991) menyatakan bahwa kedalaman gerusan maksimum merupakan fungsi kecepatan geser. Kesetimbangan kedalaman gerusan dicapai pada daerah transisi antara livebed scour dan clear-water scour. Kesetimbangan gerusan tergantung pada keadaan yang ditinjau yaitu gerusan dengan air tanpa sedimen (clear-water scour) atau gerusan dengan air besedimen (live-bed scour).
E.4.3 Mekanisme gerusan
Pada saluran terbuka sering terjadi gerusan pada dinding dan dasar saluran. Proses penggerusan akan terjadi secara alami, baik karena pengaruh morfologi sungai seperti tikungan sungai atau penyempitan aliran sungai, atau pengaruh bangunan hidraulika yang menghalangi aliran seperti abutment jembatan. (Legono, 1990). Gerusan terjadi pada suatu kecepatan aliran tertentu dimana sedimen yang ditranspor lebih besar dari sedimen yang disuplai.
E.4.2 Transpor Sedimen
Gerusan yang terjadi pada suatu saluran terlepas dari ada dan tidaknya bangunan sungai selalu berkaitan dengan peristiwa transpor sedimen. Transpor sedimen merupakan suatu peristiwa terangkutnya material dasar sungai yang terbawa aliran sungai. Kironoto (1997) dalam Mira (2004), menyebutkan bahwa akibat adanya aliran air timbul gaya-gaya aliran yang bekerja pada material sedimen. Gaya-gaya tersebut mempunyai kecenderungan untuk menggerakkan / menyeret material sedimen. Untuk material sedimen kasar (pasir dan batuan / granular), gaya untuk melawan gaya-gaya aliran tersebut tergantung dari besar butiran sedimen. Untuk material sedimen halus yang mengandung fraksi lanau (silt) atau lempung (clay) yang cenderung bersifat kohesif, gaya untuk melawan gaya-gaya aliran tersebut lebih disebabkan kohesi daripada berat material (butiran) sedimen. Tiga faktor yang berkaitan dengan awal gerak butiran sedimen yaitu :
- kecepatan aliran dan diameter / ukuran butiran,
- gaya angkat yang lebih besar dari gaya berat butiran, dan
- gaya geser kritis Secara teoritis,
saluran stabil adalah suatu keadaan dimana gerusan dan pengendapan tidak terjadi di sepanjang sungai atau saluran. Dalam proses mempelajari gerusan, tidak lepas dari karakteristik sedimen yang ada.
E.5 Perencanaan Saluran Untuk Aliran Uniform
Aliran seragam (uniform flow) adalah karakteristik suatu aliran, dimana variabel aliran (kecepatan, kedalaman aliran, dll) tidak berubah terhadap perubahan suatu penampang saluran dan sebaliknya jika varibel aliran berubah terhadap perubahan penampang maka jenis aliran tersebut adalah aliran tidak seragam (non-uniform flow). Saluran untuk aliran uniform adalah saluran dengan karakteristik dasar saluran sebagai berikut: Tidak tergerus (nonerodible channel) Mudah tergerus (erodible channel) Berlapis rumput Karena pada penelitian ini tidak membahas point ke-(1) dan ke- (3) maka, pada bagian selanjutnya hanya membahas saluran mudah tergerus (erodible channel) saja.
Erodible Channels (saluran mudah tergerus)
Gerusan umum adalah hasil proses erosif air yang mengalir, menggali dan membawa material dari dasar dan tepi saluran. Besarnya gerusan tergantung pada jenis material tanah, sifat dan kecepatan aliran. Tanah granular lepas dengan mudah terkikis oleh air yang mengalir, sementara tanah kohesif lebih tahan terhadap gaya gerusan tersebut. Pada beberapa penilitian yang telah dilakukan, perumusan Uniform hanya cocok untuk saluran yang tidak tergerus dan stabil, dan tidak cocok untuk perencanaan saluran yang mudah tergerus. Jika dasar saluran atau tebing saluran mudah tergerus, maka disarankan menggunakan Method of permissible velocity dan Method of tractive force.
Method of permissible velocity (Metode Kecepatan Izin)
Metode permissible velocity banyak digunakan untuk merencanakan saluran tanah agar tidak terjadi gerusan. Maximum permissible velocity atau nonerodible velocity diperkirakan hanya berdasarkan pengalaman dan perkiraan. Pada metode permissible velocity, ukuran saluran yang dipilih sedemikian rupa sehingga kecepatan aliran pada kondisi aliran seragam kurang dari kecepatan aliran diperbolehkan.
Permissible velocity didefinisikan sebagai kecepatan rata-rata pada dasar saluran dan tebing saluran yang tidak tergerus. Kecepatan ini tergantung pada jenis tanah dan ukuran partikel tanah. Kecepatan akan menyebabkan gerusan pada jenis tanah yang non cohesive karena pada tanah non-cohesive ikatan antar partikelnya lebih kecil dari tanah yang cohesive sehingga memungkinkan terjadinya gerusan. Selain itu, faktor kedalaman aliran serta apakah saluran lurus atau tidak juga mempengaruhi kecepatan tersebut.
Permissible velocity didefinisikan sebagai kecepatan rata-rata pada dasar saluran dan tebing saluran yang tidak tergerus. Kecepatan ini tergantung pada jenis tanah dan ukuran partikel tanah. Kecepatan akan menyebabkan gerusan pada jenis tanah yang non cohesive karena pada tanah non-cohesive ikatan antar partikelnya lebih kecil dari tanah yang cohesive sehingga memungkinkan terjadinya gerusan. Selain itu, faktor kedalaman aliran serta apakah saluran lurus atau tidak juga mempengaruhi kecepatan tersebut.
Permissible tractive force adalah unit tractive force maksimum yang disebabkan oleh erosi pada dasar saluran. unit tractive force maksimum ini ditetapkan secara laboratorium dan biasa juga disebut sebagai critical tractive force. Besarnya Permissible tractive force dipengaruhi oleh :
- Ukuran partikel untuk tanah-tanah non cohesive
- Angka pori untuk tanah-tanah cohesive
- Indeks plastisitas tanah.
Untuk perencanaan saluran Permissible tractive force untuk material tanah coarse noncohesive maka besarnya Permissible tractive force (p) adalah:
p = 0,4d (satuan dalam pounds/ft2).............(2)
Keterangan:
d25 = untuk tanah kasar non kohesif
d50 = untuk tanah material fine non kohesif
untuk tanah kohesif Permissible tractive force dapat ditentukan dengan menggunakan tabel
Tidak ada komentar:
Posting Komentar