1. Perencanaan Saluran
1. Aliran Melalui Penampang
Aliran yang melalui suatu saluran haris direncanakan untuk tidak
mengakibatkan erosi maupun tidak mengakibatkan endapan sedimen.
Untuk itu perancang cukup menghitung ukuran-ukuran saluran dengan
analisis hidraulika sehingga nantinya dapat memutuskan ukuran akhir
berdasarkan efisiensi hidraulika dan mendapatkan ukuran penampang
terbaik, praktis, dan ekonomis.
1) Rumus Chezy
Seperti yang telah diketahui, bahwa perhitungan untuk aliran melalui
saluran terbuka hanya dapat dilakukan menggunakan rumus-rumus
empiris, karena adanya banyak variabel yang berubah-ubah. Untuk itu
berikut ini disampaikan rumus-rumus empiris yang banyak digunakan
untuk merencanakan suatu saluran terbuka.
Chezy berusaha mencari hubungan bahwa zat cair yang melalui saluran
terbuka akan menimbulkan tegangan geser (tahanan) pada dinding
saluran, dan akan diimbangi oleh komponen gaya berat yang bekerja
pada zat cair dalam arah aliran. Di dalam aliran seragam, komponen
gaya berat dalam arah aliran adalah seimbang dengan tahanan geser,
dimana tahan geser ini tegantung pada kecepatan aliran. Setelah melalui
beberapa penurunan rumus, akan didapatkan persamaan umum:
U = C RS (2.1)
dimana:
U = kecepatan aliran (m/det)
R = jari-jari hidraulik (m)
S = kemiringan dasar saluran
C = koefisien Chezy
Modul Perencanaan Bangunan Air II - 1

2. Perencanaan Saluran
Beberapa ahli telah mengusulkan beberapa bentuk koefisien Chezy dari
rumus umum tersebut yang tergantung dari bentuk tampang lintang,
bahan dinding saluran, dan kecepatan aliran. Untuk itu dapat ditinjau
beberapa rumus yang banyak digunakan.
a) Rumus Manning
Robert Manning mengusulkan rumus berikut ini:
1 1 6
C= R (2.2)
n
Sehingga rumus kecepatan aliran menjadi:
1 2 3 12
U= R S (2.3)
n
Dimana n merupakan koefisien Manning yang merupakan fungsi dari
bahan dinding saluran. Harga koefisien Manning adalah sebagai
berikut:
Tabel 2.1. Harga Koefisien Manning
Bahan Koefisien Manning
n
Besi tuang dilapis 0,014
Kaca 0,010
Saluran beton 0,013
Bata dilapis Mortar 0,015
Pasangan batu disemen 0,025
Saluran tanah bersih 0,022
Saluran tanah 0,030
Saluran dengan dasar batu dan tebing rumput 0,040
Saluran pada galian batu padas 0,040
Modul Perencanaan Bangunan Air II - 2

3. Perencanaan Saluran
b) Rumus Strickler
Untuk permukaan saluran dengan material yang tidak koheren,
koefisien Strickler (ks) diberikan oleh rumus berikut:
1
1 ⎛ R ⎞ 6
⎜d ⎟
k s = = 26⎜ ⎟ (2.4)
n ⎝ 35 ⎠
Dengan R adalah jari-jari hidraulik, dan d35 adalah diameter (dalam
meter) yang berhubugan dengan 35% berat dari material dengan
diameter yang lebih besar. Dengan menggunakan koefisien tersebut,
maka rumus kecepatan aliran menjadi:
2 1
U = ks R 3 S 2
(2.5)
Contoh Soal:
Saluran terbuka berbentuk segi empat terbuat dari pasangan batu
disemen (n=0,025) mempunyai lebar 10 m dan kedalaman air 3 m.
Apabila kemiringan dasar saluran adalah 0,00015, hitung debit aliran.
Penyelesaian
3m
10 m
Luas tampang basah:
A = Bxh
= 10 x 3 = 30 m
Keliling basah:
P = B + 2h
= 10 + 2 x 3 = 16 m
Modul Perencanaan Bangunan Air II - 3

4. Perencanaan Saluran
Jari-jari hidraulis:
A
R=
P
30
R= = 1,875m
16
Debit aliran dihitung dengan menggunakan rumus Manning:
Q = A.V
1 2 1
Q = A. R 3 S 2
n
1 2 1
Q = 30. 1,875 3 0,00015 2 = 22,347 m3 / det
0,025
b. Debit Maksimum
Untuk menentukan debit maksimum dengan energi spesifik konstan
adalah menggunakan persaman energi spesifik:
Q2
E = y+
2gA 2
Sehingga dapat diubah menjadi:
Q = 2 g A(Es − y )
1
2 (2.6)
Dengan menurunkan pesamaan tersebut, akan didapatkan suatu debit
maksimum untuk energi spesifik konstan yang terjadi pada kedalaman
kritik sebagai berikut:
Dc
yc + = Es (2.7)
2
c. Kemiringan Kritik Dasar Saluran
Kemiringan kritik Sc adalah kemiringan dasar saluran yang diperlukan
untuk menghasilkan aliran seragam di dalam saluran pada kedalaman
kritik. Kemiringan kritik dasar saluran ini didapatkan dari
menggabungkan rumus Manning dari Persamaan (2.3):
Modul Perencanaan Bangunan Air II - 4

5. Perencanaan Saluran
1 2 3 12
U= R S
n
Dengan kecepatan kritik:
U c = gDc (2.8)
Pada kondisi tersebut R=Rc dan S=Sc, sehingga rumus Manning
menjadi:
gDc n 2
Sc = 4
(2.9)
Rc 3
Untuk saluran lebar Rc=yc=Dc, sehingga:
gn 2
Sc = 1
(2.10)
yc 2
Apabila aliran seragam terjadi pada saluran dengan kemiringan dasar
lebih besar dari kemiringan kritik (S0 > Sc), maka aliran adalah super
kritik, dan kemiringan dasar disebut curam. Tapi apabila kemiringan
dasar lebih kecil dari kemiringan kritik (S0 < Sc), maka aliran yang terjadi
adalah sub kritik, dan kemiringan disebut landai (mild).
Contoh Soal:
Saluran dengan lebar 5 m mengalirkan air dengan debit 15 m3/det.
Tentukan kedalaman air apabila energi spesifiknya minimum (kedalaman
kritis), dan kecepatan kritisnya.
Penyelesaian:
Debit tiap satuan lebar:
Q 15
q= = = 3m3 / d / m
B 5
Modul Perencanaan Bangunan Air II - 5

6. Perencanaan Saluran
Kedalaman air`kritis:
q 2 3 32
yc = 3 = = 0,972m
g 9,81
Kecepatan kritis:
q 3
vc = = = 3,087m / det
yc 0,972
2. Tampang Ekonomis
Suatu tampang lintang saluran akan menghasilkan debit maksimum bila nilai
R = A/P maksimum atau keliling basah P minimum, sehingga untuk debit
tertentu, luas tampang lintang akan minimum (ekonomis) bila saluran
memiliki nilai R maksimum atau P minimum. Untuk luas tampang saluran
yang sama, penampang setengah lingkaran merupakan penampang yang
paling efisien.
Prinsip saluran tampang ekonomis hanya berlaku untuk desain saluran yang
tahan terhadap erosi, sedangkan untuk saluran yang mudah tererosi, dalam
mendesain saluran yang efisien harus mempertimbangkan gaya tarik yang
terjadi.
Beberapa tipe bentuk saluran ekonomis dan karakteristiknya diberikan pada
Tabel 2.2.
Modul Perencanaan Bangunan Air II - 6

7. Perencanaan Saluran
Tabel 2.2. Penampang saluran ekonomis
Penampang Luas Keliling Jari-jari Lebar Kedalaman Faktor
melintang basah hidraulik puncak hidraulik penampang
A P R T D Z
Trapesium,
setengah bagian 3y 2 2 3y 1 y 4 3y 3 y 3 y 2,5
segi enam 2 3 4 2
Persegi panjang, 1 y
setengah bagian 2 y2 4y 2 2y y 2 y 2,5
bujur sangkar
Segitiga, setengah 2 2,5
bagian bujur y2 2 2y 1 2y 2y 1 y y
4 2 2
sangkar
π π π
y2 1 2y y y 2,5
Setengah
2 πy 2
y 4 4
lingkaran
4 2 y2 8 2y 1 y 2 2y 2 y 8 3 y 2,5
Parabola 3 3 2 3 9
Lengkung
hidrostatis 1,39586 y 2 2,9836 y 0 , 46784 y 1,917532 y 0,72795 y 1,19093 y 2,5
Sumber: Chow, 1992
Contoh soal:
Hitung dimensi saluran ekonomis berbentuk trapesium dengan kemiringan
tebing 1 (horisontal) : 2 (vertikal) untuk melewatkan debit 40 m3/d dengan
kecepatan rata-rata 0,8 m/d. Berapakah kemiringan dasar saluran apabila
koefisien Chezy C = 50 m1/2/d.
Penyelesaian:
Luas tampang aliran: 1
y
m=0,5
A = 3y 2 B
Luas tampang aliran dihitung berdasarkan persamaan kontinuitas:
Q 40
A= = = 50m 2
V 0,8
Sehingga didapatkan:
Modul Perencanaan Bangunan Air II - 7

8. Perencanaan Saluran
A
y= = 5,37m
3
Luas trapesium:
A = (B + my ) y
Sehingga lebar dasar saluran:
A 50
B= − my = − 0,5.5,37 = 6,63m
y 5,37
Menghitung kemiringan dasar saluran.
Untuk tampang ekonomis:
y 5,37
R= = = 2,685m
2 2
Kemiringan dasar saluran dihitung dengan menggunakan rumus Chezy:
U = C RS
0,8 = 50 2,685.S
S = 9,534.10− 5
3. Penentuan Ukuran Penampang
Tata cara untuk menentukan ukuran suatu penampang saluran adalah
sebagai berikut:
a. Mengumpulkan segala informasi dan data yang tersedia, kemudian
menaksir nilai n berdasarkan kriteria material dinding saluran, sedangkan
nilai S ditentukan berdasarkan kriteria kegunaan saluran dan kecepatan
maksimum dan minimum sehingga tidak mengakibatkan erosi maupun
sedimentasi pada saluran.
2
3
b. Faktor penampang AR dihitung dengan persamaan:
2 nQ
AR 3
= (2.11)
S
Modul Perencanaan Bangunan Air II - 8

9. Perencanaan Saluran
c. Bila terdapat ukuran-ukuran dari suatu penampang yang belum
diketahui, misalnya B, maka nilai-nilai tersebut ditaksir, sehingga dapat
diperoleh kombinasi ukuran penampang, sehingga nantinya ukuran
akhirnya akan ditetapkan berdasarkan efisiensi hidraulik dan segi
praktisnya.
d. Kecepatan minimum yang ditentukan diperiksa, terutama untuk air yang
mengandung lanau.
e. Tambahkan jagaan seperlunya terhadap kedalaman dari penampang
saluran.
4. Kecepatan Maksimum yang Diizinkan
Kecepatan maksimum yang diijinkan adalah kecepatan yang tidak akan
menimbulkan erosi pada tubuh saluran (nonerodible velocity). Besarnya
kecepatan ini sangat tidak menentu dan bervariasi. Namun secara umum,
saluran yang telah lama dan telah mengalami pergantian musim akan
mampu menerima kecepatan yang lebih besar jika dibandingkan dengan
saluran yang baru, oleh karena dasar saluran yang lama telah lebih stabil.
Untuk kondisi yang sama, saluran yang lebih dalam akan mampu menahan
kecepatan rerata yang lebih besar tanpa menimbulkan erosi. Tabel 2.3
memberikan kecepatan maksimum yang diijinkan disaluran menurut
beberapa hasil penelitian.
Modul Perencanaan Bangunan Air II - 9

10. Perencanaan Saluran
Tabel 2.3. Kecepatan Maksimum yang diijinkan menurut Fortier dan Scobey
(Untuk Saluran lama, lurus, dengan kemiringan kecil)
Air mengandung
Bahan n Air Jernih koloida lanau
v v v v
(ft/sec) (m/det) (ft/sec) (m/det)
Pasir halus, koloida 0.020 1.50 0.46 2.50 0.76
Lanau berpasir, bukan koloida 0.020 1.75 0.53 2.50 0.76
Lanau bukan koloida 0.020 2.00 0.61 3.00 0.91
Lanau aluvial, bukan koloida 0.020 2.00 0.61 3.50 1.07
Lanau kaku biasa 0.020 2.50 0.76 3.50 1.07
Debu vulkanis 0.020 2.50 0.76 3.50 1.07
Lempung teguh, koloida kuat 0.025 3.75 1.14 5.00 1.52
Lanau aluvial, koloida 0.025 3.75 1.14 5.00 1.52
Serpih dan diulangkan keras 0.025 6.00 1.83 6.00 1.83
Kerikil halus 0.020 2.50 0.76 5.00 1.52
Lanau bergradasi sampai kerakal, bukan koloida 0.030 3.75 1.14 5.00 1.52
Lanau bergradasi sampai kerakal, koloida 0.030 4.00 1.22 5.50 1.68
Kerikil kasar, bukan koloida 0.025 4.00 1.22 6.00 1.83
Kerakal dan batuan bulat 0.035 5.00 1.52 5.50 1.68
Prosedur perhitungan kecepatan yang diizinkan adalah sebagai berikut:
a. Menentukan nilai n berdasarkan jenis bahan dinding saluran, dan
menentukan kemiringan dinding saluran, dan kecepatan maksimum yang
diijinkan berdasarkan Tabel 2.3.
b. Menghitung jari-jari hidraulik R dengan menggunakan rumus Manning.
c. Menghitung luas basah dengan debit yang diketahui dan kecepatan yang
diijinkan menggunakan persamaan A = Q .
V
d. Menghitung keliling basah dengan menggunakan persamaan P = A .
R
e. Tambahkan jagaan seperlunya, dan mempertimbangkan kepraktisan
dalam pembuatan saluran.
Modul Perencanaan Bangunan Air II - 10