Teori Irigasi

TEORI IRIGASI II

 

                                  Disusun oleh

Supriadi.s

SUPRIADI.S

K.10581 1823 12

Jurusan teknik sipil Pengairan

Fakultas TekniK Universitas Muhammadiyah Makassar 2015

BAB 1

PENDAHULUAN

1.      TEORI UMUM

1.1.Pengertian Bangunan Bagi

Apabila air irigasi dibagi dari saluran primer, sekunder maka akan dibuat bangunan lagi , bangunan bagi terdiri dari pintu-pintu yang teliti mengukur dan mengatur air yang mengalir kebagian saluran. Salah satu dari pintu-pintu bangunan bagi berfungsi sebagai pintu pengatur muka air sedangkan sadap lainnya mengatur debit.

           Pada perencanaan suatu saluran kita mengenal adanya istilah bangunan bagi yaitu bangunan pada saluran induk/sekunder yang berfungsi untuk mengatur air dari saluran induk kesaluran sekunder. Selain bangunan bagi ada juga bangunan yang dinamakan :

   - Bangunan bagi sadap: yaitu bangunan pada saluran induk/sekunder yang mengatur pembagian air dari saluran sekunder / primer ke saluran tersier dan alat ukurnya adalah romyjn.

- Bangunan sadap yaitu : Bangunan pada saluran induk/primer yang mengatur pembagian saluran sekunder dan tersier, alat  ukurnya umumnya pintu sorong dan romyjn.

a.      Syarat-syarat bangunan bagi sadap

Dalam merencanakan sebuah bangunan bagi sadap, adapun syarat-syarat yang harus dipenuhi yaitu antara lain :

1.      Setiap cabang membagi air hanya kepada satu petak apakah sekunder atau  tersier.

2.      Setiap cabang dilengkapi dengan pintu-pintu pengatur a;liran terutama untuk cabang tersier.

3.      Bangunan diusahakan tidak terbuat pada timbunan  karena hal ini dapat mengakibatkan retaknya bangunan atau kebocoran.

4.      Diusahakan pada luas saluran dan luas supaya pembagian air dapat dilakukan dengan baik dan menghindari mengendapan yang berlebihan pada bagian dalam tikungan.

1.2.Pengertian Siphon

Siphon adalah salah satu macam bangunan pelintas yang membawa air  melewati bawah saluran lain (biasanya) atau jalan. Pada sipon air mengalir karena tekanan, karena sipon hanya memiliki sedikit fleksibilitas dalam mengangkut lebih banyak air dari pada yang direncana, bangunan ini tidak akan dipakai dalam pembuang. Walaupun debit tidak diatur, ada kemungkinan bahwa pembuang mengangkut lebih banyak benda-benda hanyut.

Agar siphon tidak tersumbat dan tidak ada orang atau binatang yang masuk secara kebetulan, maka mulut pipa ditutup dengan kisi-kisi penyaring (transhrack).

Di saluran-saluran yang lebih besar, siphon dibuat dengan pipa rangkap (double barrels) guna menghindari kehilangan yang lebih besar didalam siphon jika bangunan itu tidak mengalirkan air pada debit rencana. Pipa rangkap juga menguntungkan dari segi pemeliharaan dan mengurangi biaya pelaksanaan bangunan.

Bentuk siphon umumnya dipakai bentuk persegi. Untuk mencegah sedimentasi dalam siphon selama debit rendah, biasanya digunakan siphon pipa rangkap/siphon kembar, pipa yang satu dapat ditutup selama debit rendah. ( Q <  0.50         Q _max ).

Ukuran diameter minimum pada siphon adalah 0.60 m untuk memungkinkan pembebanan dan inspeksi.

Bahan yang digunakan dalam pembuatan siphon terdiri dari campuran semen, pasir, kerikil (batu pecah). Ada yang tidak perlu bertulang apabila diameternya kurang dari  Ø 1.00 m. Ada pula yang diberi tulangan biasanya untuk diameter lebih dari  Ø 1.00 m.

Adapun kegunaan pada Siphon yaitu sebagai bangunan pelintas berguna untuk membawa air melewati / melintasi bawah saluran lain (biasanya pembuang atau sungai). Pada siphon, air mengalir karena adanya tekanan.

1.2.1 Kecepatan aliran

Untuk mencegah sedimentasi kecepatan aliran dalam sipon harus tinggi. Tetapi, kecepatan yang tinggi menyebabkan bertambahnya kehilangan tinggi energi. Oleh sebab itu keseimbangan antara kecepatan yang tinggi dan kehilangan tinggi energi yang diizinkan harus tetap dijaga. Kecepatan aliran dalam sipon harus dua kali lebih tinggi dari kecepatan normal aliran dalam saluran, dan tidak boleh kurang dari 1 m/dt, lebih disukai lagi kalau tidak kurang dari 1,5 m/dt Kecepatan maksimum sebaiknya tidak melebihi 3 m/dt.

a.      Cara Pelaksanan Dalam Pemasangan Siphon

Pada berikut ini sampailah pada tujuan uraian kita, apa-apa yang perlu kita laksanakan dan perhatikan sebaik-baiknya supaya tercapai pelaksanaan yang baik dan sempurna.

Dalam pelaksanaannya ini perlu kita perhatikan hal berikut :

a.         Setelah pasti ditempat mana (areanya mau dipasang siphon) dan lengkap dengan gambar-gambarnya (Ø dan elevasinya) maka kita terapkan kelapangan.

b.        Kita tentukan dilapangan berdasarkan rencana tempatnya, membuat patok-patok dari titik pusat (center line)-nya.

c.         Sesudah selesai patok-patok yang diperlukan yaitu titik pusat dan elevasinya, maka dapat diteruskan kepada pekerjaan galian, yang sesuai dengan lebar dan panjang siphon yang akan digunakan.

d.        Setelah selesai digali dicek kembali titik pusat dan elevasinya yang kita perlukan oleh tenaga surveyor. Elevasinya yang kita tentukan digambar biasanya adalah elevasi tinggi dari lantai sebelah dalam dari siphon tersebut.

e.         Lantai kerja ini tergantung dari keadaan tanah dasar dari tempat itu. Kalau tanahnya cukup baik, cukup dengan lapisan pasir tebal lk 10 cm.

Tanahnya kurang baik mungkin baru cukup dengan material lain umpamanya dengan granular material / sirtu tebalnya tentu melihat keadaan, dan mungkin pula perlu kombinasi dengan batu-batu besar ukuran 0.15 / 0.20 dengan lapisan sirtu tadi diatasnya. Dan juga pada yempat yang lebih jelek kita harus memasang lantai kerja dengan beton tumbuk dengan perbandingan : 1 semen : 3 pasir : 5 kerikil. ( beton kelas C ).

Jadi ini harus diteliti dari keadaan tanah dasar itu dengan sebaik-baiknya sebelum kita menentukan sesuatu keputusan mana yang lebih tepat.

Lantai kerja ini dimaksudkan untuk mendapatkan lebih sempurna kestabilan tanah dasar dan kedudukan siphon itu dapat rata sebagaimana yang diharapkan.

Selesai lantai kerja, kita mulai memasang siphonnya.

Yang perlu diperhatikan adalah :

Ø  Sewaktu menurunkan sihon kedalam galian ketempatnya harus dengan hati-hati, untuk menghindari jangan sampai terjadi retak-retak / kerusakan pada siphon tersebut sekecil mungkin.

Pemasangan harus rapi / lurus terutama bidang sebelah dalam harus rata dan rapat.

Ø  Pada sambungannya yang diberi cincin / ring atau selimut sambungan yang dikerjakan dengan baik, bahannya beton tumbuk atau batu bata / batu kali yang diberi pasangan (mortar) 1 semen : 2 pasir.

Ø  Selesai pemasangan siphon berikut cincinnya dan diteliti kembali panjangnya apakah telah sesuai dengan gambar rencana maka sebaiknya teruskan mengerjakan pekerjaan kepala tembok (head wall)-nya. Konstruksi dari head wall ini ialah beton kelas C atau beton kelas B (menurut ketentuan spec).

Umpamanya,          1 semen : 3 pasir : 5 kerikil     atau,

1 semen : 2 pasir : 3 kerikil.

Ø  Sesudah itu baru kita urug kembali. Pengurugan kembali ini yang perlu kita perhatikan adalah :

a.    Materialnya dipakai sebaiknya pasir atau sirtu (granular material).

b.    Harus dipadatkan lapis demi lapis dan perlu disiram air secukupnya. (Jika materialnya pasir / sirtu ).

c.    Pemadatannya harus dilaksanakan berselang-seling lapis demi lapis tadi, sebelah menyebelahkan / kiri dan kanan. Hal ini perlu untuk menjaga jangan terjadi pergeseran sewaktu pemadatannya.

d.   Perlu diingatkan sekali-kalijangan dibiarkan kenderaan melewati siphon itu apabila penimbunan / urugan belum mencukupi ketinggian minimum ( lk 0.60 m ).

e.    Sekiranya tidak ada perlengkapan khusus untuk itu, dimana kendaraan harus lewat.

f.     Selesai head wall-nya dan pengurugan, ada lagi pekerjaan berikutnya yang dinamai “sayapnya” (wing-wall). Konstruksinya dari pasangan batu kali / pecah disebut juga stone masonry.

Pasangan batu ini diberi spesi ( mortar dengan campuran : 1 semen : 2 pasir

1.3.Macam-macam alat ukur yang dapat digunakan pada alat perencanaan.

Dalam perencanan, adapun alat ukur yangt digunakan antara lain :  

-        Alat ukur romyjn

-        Alat ukur Sorong

-        Skot Balok

1. Alat Ukur Romyjn

Pintu romyjn adalah alat ukur ambang lebar yang biasa digerakkan untuk mengatur debit di dalam jaringan saluran irigasi, agar dapat bergerak mercunya. Di buat dari plat baja dan diatas dari pintu sorong, alat ini hubungkan dengan alat pengangkat.

a.      Tipe-Tipe Alat Ukur Romyjn

Sejak pengenalannya pada  tahun 1932, pintu romyjn telah di buat dengan tiga bentuk mercu yaitu :

-         Bentuk mercu datar dan lingkaran gabungan untuk peraluhan penyempitan bulu.

-         Bentuk nyempitan bulu.

-         Bentuk  mercu miring ke atas 1 : 23 dan lingkaranmg tunggal sebagai peralihan penyempitan.

-         Bentuk mercu datar dan lingkaran tunggal sebagai peralihan penyempitan.

b.       Perencanaan Hidrolis

Persamaan antara tinggi dan debit pintu romen dengan mercu horizontal dengan peralihan penyempitan lingkaran tunggal adalah  sebagai berikut :

Q = Cd . Cv. 2/3. (2/3.g) 0.5 .bc.hc. 1.5

Dimana :   Q         = debit ( M 3/Det )

 CD     = Koefisien Debit

Cv       = Koefisien Kecepatan Datang

g          = Kecepatan Grafitasi

bc        = Lebar meja ( m )

hc        = Tinggi energi hulu diatas meja ( m )

Dimana :    Koefisien debit  (CD) = 0,93 + 0,10 Hi/L

Dimana :    Hi = hi + V1 2/2g

             Hi = Tinggi energi diatas meja ( m )

                               V1= Kecepatan dihulu alat ukur ( m /det )

Koefisien Kecepatan datang Cv di pakai untuk mengoreksi penggunaan hi dan buka Hi di dalam bersamaan dengan tinggi energi debit.

Lebar standar untuk plat ukur romyjn adalah = 0.50.0.75.1.00,1.25, dan 1.50m untuk harga-harga standar ini semua diukur , kecuali satu type mempunyai panjang standar mercu 0,50 untuk mercu horisontal dan jari-jari 0,10 m untuk meja bronjong bulat 1 pintu lagi di tambahkan agar sesuai dengan bangunan sadap tersier dan debitnya kurang dari 160 ltr/det lebar pintu = 0,50 m. Tapi mercu horisontalnya = 0,33 dan jari-jari = 0,07 m untuk ujung meja.

Besaran debit yang dianjurkan untuk alat ukur romyjn standar

Lebar ( m )	Hi max ( m )	Besar debit ( m3/det )
0.50	0.33	0.000-0.160
0.50	0.50	0.030-0.300
0.75	0.50	0.040-0.400
1.00	0.50	0.050-0.600
1.25	0.50	0.070-0.750
1.50	0.50	0.080-0.900

2.    Pintu  Sorong

Dilihat dari segi konstruksi, pintu sorong dengan bukaan lebar biasanya dibuat dari kayu yang lebih murah untuk ukuran.

Adapun lebar standar untuk pintu pembukaan bawah (underwice) adalah 0.50, 1.00, dan 1.25 m. kedua ukuran terakhir memerlukan dua stang pengangkat.

a.      Perencanaan Hidrolis

Rumus debit yang dipakai untuk pintu sorong adalah :

Q = K μ a b √ 2 g h₁

Dimana :                Q = Debit, m³/det

K = Faktor aliran tenggelam

                              μ = Koefisien debit

 a = bukaan pintu, m

                              b = Lebar pintu, m

                              g = percepatan gravitasi, m/dt²  ( 9.81 )

h₁ = kedalaman air didepan pintu diatas ambang, m

3.    Pintu  Skot Balok

Dilihat dari segi konstruksi, pintu skot balok merupakan peralatan yang sederhana. Balok-balok profil segi empat itu ditempatkan tegak lurus terhadap potongan segi empat saluran. Balok-balok tersebut disangga dalam sponeng/alur yang lebih besar 0.03m sampai 0.05 m dari tebal balok-balok itu sendiri. Dalam bangunan-bangunan saluran irigasi, dengan lebar bukaan pengontrol 2.0 m atau lebih kecil lagi, profil-profil balok yang digunakan.

a.    Perencanaan Hidrolis

Aliran pada skot balok dapat diperkirakan dengan menggunakan persamaan tinggi debit berikut :

Q=Cd Cv 2/3  2/3g b h1 1.5

Dimana :          Q         = Debit, m3/det

Cd       = Koefisien Debit

Cv       = Koefisien kecepatan datang

G         = percepatan gravitasi,m/det2 (~9.8)

B         = Lebar normal,m

h₁            = Kedalam air di atas skot balok, m

Koefisien debit Cd untuk potongan segi empat dengan tepi hulu yang tajamnya 90 derajat, sudah diketahui untuk nilai banding H1/L kurang dari 1,5 (lihat gambar 3.1). Untuk harga – harga H1/L yang lebih tinggi, pancaran air yang melimpah bisa sama sekali terpisah dari mercu skot balok. Bila H1/L menjadi lebih besar dari sekitar 1,5 maka pola alirannya akan menjadi tidak mantap dan sangat sensitif terhadap “ketajaman” tepi skot Bangunan Bagi dan Sadap balok bagian hulu. Juga, besarnya airasi dalam kantong udara di bawah pancaran, dan tenggelamnya pancaran sangat mempengaruhi debit pada skot balok. Karena kecepatan datang yang menuju ke pelimpah skot balok biasanya rendah, h1/(h1+ P1) < 0,35 kesalahan yang timbul akibat tidak memperhatikan harga tinggi kecepatan rendah berkenaan dengan kesalahan dalam Cd Dengan menggunakan persamaan 3.1. dikombinasi dengan Gambar 3.2. aliran pada skot balok dapat diperkirakan dengan baik.

Jelaslah bahwa tinggi muka air hulu dapat diatur dengan cara menempatkan/mengambil satu atau lebih skot balok. Pengaturan langkah demi langkah ini dipengaruhi oleh tinggi sebuah skot balok. Seperti yang sudah disebutkan dalam Gambar 3.1, ketinggian yang cocok untuk balok dalam bangunan saluran irigasi adalah 0,20 m.

Seorang operator yang berpengalaman akan mengatur tinggi muka air di antara papan balok 0,20 m dengan tetap membiarkan aliran sebagian di bahwa balok atas.

b.   Kelebihan-Kelebihan Yang Dimiliki Pintu Skot Balok

Ø  Konstruksi ini sederhana dan kuat

Ø  Biaya pelaksanaanya kecil

c.       Kelemahan-Kelemahan-Kelemahan Yang Dimiliki Skot Balok

Ø  Pemasangan dan pemindhan balok memerlukan sedikitnya dua orang yang banyak menghabiskan waktu.

Ø  Tinggi muka air bias diatur selangkah demi selangkah saja, setiap langka sam dengan tinggi sebuah balok.

Ø  Ada kemungkinan dicuri orang.

Ø  Skot balok bias dioperasikan oleh orang yang tidak berwenang.

Ø  Karakteristik tinggi debit liran pada balok belum diketahui secara pasti.

1.4.            BANGUNAN TERJUN

Bangunan terjun atau got miring diperlukan jika kemiringan permukaan tanah asli lebih curam daripada kemiringan maksimum saluran yang di izinkan.

Bangunan semacam ini mempunyai 4 bagian fungsional, masing-masing memiliki sifat perencanaan yang khas sebagai berikut :

1.      Bagian hulu pengontrol, yaitu bagian dimana aliran menjadi super kritis.

2.      Bagian dimana air di alirkan ke elevasi yang lebih rendah.

3.      Bagian tepat disebelah hilir, yaitu tempat dimana energi diredam.

4.      bagian peralihan saluran memerlukan perlindungan untuk mencegah erosi.

1.5.BANGUNAN TERJUN TEGAK

Bangunan terjun tegak menj   adi lebih besar apabila ketinggiannya ditambah, juga kemampuan hidrolisnya dapat berkurang  akibat variasi ditempat jatuh pancang  di lantai kolam jika  terjadi perubahan debit. Bangunan terjun tegak sebaiknya tidak dipakai apabila perubahan tinggi energi diatas bangunan melebihi 1.5 km. Peranan hidrolis bangunan dipengaruhi oleh besar-besaran.

Bangunan Terjun Miring

            Permukaan miring yang mengantar air ke dasar kolam olak adalah praktek perencanaan yang umum, khususnya jika tinggi jatuh melebihi 1,5 m. pada bangunan terjun, kemiringan permukaan belakang dibuat securam mungkin dan relative pendek. Jika peralihan ujung runcing dipakai di antara permukaan pengontrol dan permukaan belakang (hilir), disarankan untuk tidak memakai kemiringan yang lebih curam dari 1 : 2. Alasannya adalah untuk mencegah pemisahan aliran pada sudut miring. Jika diperlukan aliran yang lebih curam, sudut runcing harus diganti dengan kurva peralihan dengan jari-jari r=0,5 Hmax. Harga-harga yu dan Hd, yang dapat digunakan untuk perencanaan kolam di belakng potongan U mempunyai harga yang jauh lebih tinggi jika digunakan permukaan hilir yang miring, dibandingkan apabila luapan jatuh bebas seperti pada bangunan terjun tegak, energi diredam karena terjadinya benturan luapan dengan lantai kolam dan karena pusaran turbulensi air didalam kolam di bawah terjadi luapan. Dengan bangunan terjun miring, peredam energi menjadi jauh berkurang akibat gesekan dan aliran turbulensi di atas permukaan yang miring.

Perencanaan hidrolis bangunan dipengaruhi oleh besaran-besaran berikut :

H1          =          tinggi energi di muka ambang, m

∆H         =          perubahan tinggi energi pada bangunan, m

Hd          =          tinggi energi hilir pada kolam olak, m

q             =          debit persatuan lebar ambang, m²/dt

g             =          percepatan gravitasi, m/dt² (9,8)

n             =          tinggi mabang pada ujung tinggi olak, m

y2           =          kedalaman air hilir, m

yu           =          kedalaman dalam loncat air, m

Besaran – besaran ini dapat digabung untuk membuat rumus perhitungan/dimensi bangunan terjun :

-       Tinggi energi di muka ambang hulu :

     H1 = h1 +  ,         

     Di mana:       h1        =         kedalaman air di saluran hulu, m

                          V1        =         kecepatan aliran air di saluran hulu, m/dt

-       Perkiraan aeal pada tinggi energi hilir pada kolam olak

     Hd = 1,67 . H1

-       Perkiraan awal tinggi bangunan terjun

     ∆Z = (∆H + Hd ) – H1

Syarat :

∆Z > 1,5        ( dipakai bangunan terjun miring)

∆Z < 1,5                    (dipakai bangunan terjun tegak )

-       Kecepatan aliran pada potongan U dapat diperkirakan dengan rumus :

           

-       Kedalaman air awal loncat air

Yu = q/vu

-       Debit persatuan lebar

q = Q/b

-       Aliran pada potongan U kemudian dapat dibedakan sifatnya dengan bilangan Froude tak berdimensi :

          Fru =

-       Geometri bangunan terjun tegak dengan perbandingan panjang Yd/∆Z dapat dihitung dengan grafik hubungan dengan bilangan Froude tersebut di atas.

-       Panjang olakan dapat dihitung dengan rumus berikut

          L = 2. yu. ()

-       Panjang kolam olakan total didapat dengan menjumlah

LB = Lp + L

-       Sehingga tinggi air di atas ambang dapat diperkirakan dari rumus berikut :

 

-       Elevasi dasar kolam olakan dapat diperkirakan

Das = Elevasi hilir – Hd

-       Tinggi ambang ujung

n = Elevasi hilir – y2 – Das

-   Kedalaman muka air hilir maksimum : y2 + n            1,1 . yd

Kolam Olak

            Untuk merencanakan kolam olak di sebelah hilir bangunan terjun tergantung pada energi air yang masuk, yang dinyatakan dengan bilangan Froude, dan pada bahan konstruksi kolam olak.

            Berdasarkan bilangan Froude, dapat dibuat pengelompokan – pengelompokan berikut dalam perencanaan kolam :

1)        Untuk Fru ≤ 1,7 tidak diperlukan kolam olak, pada saluran tanah, bagian hilir harus dilindungi dari bahaya erosi, saluran pasangan batu atau beton tidak memerlukan lindungan khusus.

2)        Bila 1,7 < Fru ≤ 2,5 maka kolam olak diperlukan untuk meredam energi secara efektif. Pada umumnya kolam olak dengan ambang ujung mampu bekerja dengan baik. Untuk penurunan muka air Z 1,5 m dapat dipakai bangunan terjun tegak.

3)        Jika 2,5 < Fru ≤ 4,5 maka akan timbul situasi yang paling sulit dalam memilih kolam olak yang tepat. Loncatan air tidak terbentuk dengan baik dan menimbulkan gelombang sampai jarak yang jauh di saluran. Cara mengatasi adalah mengusahakan agar kolam olak untuk  bilangan Froude ini mampu menimbulkan olakan (turbulensi) yang tinggi dengan blok halangnya atau menambah intensitas pusaran dengan dengan pemasangan blok depan kolam.

       Blok ini harus berukuran besar ( USBR tipe IV ).

       Tetapi dalam prakteknya akan lebih baik untuk tidak merencanakan kolam olak jika 2,5 < Fru < 4,5. Sebaiknya geometri diubah untuk memperbesar atau memperkecil bilangan Froude dan memakai kolam olak katergori lain.

4)        Kalau  Fru ≥ 4,5 ini akan merupakan kolam yang paling ekonomis, karana kola mini pendek. Tipe ini termasuk kolam USBR tipe III yang dilemngkapi dengan blok depan dan blok haling. Kolam loncat air yang sama dengan tangga di bagian ujungnya akan jauh lebih panjang dan mungkin harus diguanakan dengan pasangan batu.

5)        Kolam loncat air, panjang kolam loncat air di sebelah hilir potongan U, biasanya kurang dari panjang loncatan tersebut karena adanya ambang ujung ( endisi II). Ambang yang berfungsi untuk memantapkan aliran ini umumnya di tempatkan pada jarak :

       Lj = 5 (n + y2)

Di mana :

Lj  = panjang kolam, m

n    = tinggi ambang ujung, m

y2  = kedalaman air di atas ambang, m

Di belakang potongan u, tinggi yang diperlukan ambang ujung ini sebagai fungsi bilangan Froude (Fru), kedalaman air yang masuk yu, dan tinggi muka air hilir, dapat ditentukan dari gambar hubungan percobaan antara Fru, y2/yu dan n/yu untuk ambang ujung.

Kecepatan awal loncatan (V1) dapat ditemukan dari :

V1 =

Di mana :

V1     =        kecepatan awal loncatan, m/dt

g        =        percepatan gravitasi, m/dt² (9,8)

H1     =        tinggi energi di atas ambang, m

z        =        tinggi jatuh, m

dengan

q        =        V1.y1, dan rumus untuk kedalaman konjugasi dalam loncat air adalah :

  

Di mana :

y2      =        kedalaman air diatas ambang unjung, m

yu      =        kedalaman air di awal loncat air, m

Fru    =        bilangan Froude

V1     =        kecepatan awal loncat air

g        =        percepatan gravitasi, m/dt² (9,8)