drainase

1 PERHITUNGAN DRAINASE I. MEMERIKSA KONTUR WILAYAH DAN KEMIRINGAN SALURAN Pemeriksaan kontur dilakukan untuk mendapatkan beda ketinggian tanah yang nantinya akan digunakan untuk mengetahui kemiringan pada perencanaan saluran drainase. Pembagian zona didasari pada arah aliran pada saluran. Pada zona 1, arah aliran menuju pond, sedangkan pada zona 2, arah aliran air meninggalkan pond munuju laut. Zona 1 Zona 2 Gambar 1.1 Rencana Jalur Drainase Utama Ket : Saluran utama masuk pond Saluran utama keluar pond 2 Gambar 1.2 Zona Drainase 1 Drainase pada zona 1 dirancang untuk mengalirkan air hujan dan air kotor buangan pada site security. Drainase yang dibuat terdiri atas drainase utama dan drainase sekunder. Perhatikan skema pada Gambar 1.3. 3 Saluran Utama Saluran Sekunder Gambar 1.3 Skema Saluran Drainase Zona 1 Saluran A – B Saluran B – C Panjang (L ) = 62 meter Panjang (L) = 62 meter Elevasi Tanah Elevasi Tanah - h1 = + 4.00 - h1 = + 3.20 - h2 = + 3.20 - h2 = + 2.70 Kemiringan tanah = L / Δh = 0,0129 Saluran C - D Panjang (L) = 62 meter Elevasi Tanah - h1 = + 2.70 - h2 = + 2.50 Kemiringan tanah = L / Δh = 0,025 Kemiringan tanah = L / Δh = 0,0081 4 Gambar 1.4 Zona Drainase 2 LAUT Drainase pada zona 2 dirancang untuk mengalirkan dari pond besar di site security serta untuk mengalirkan air hujan permanent internal road dan limpasan air hujan pada daerah sekitarnya. Drainase yang dibuat mengalir menuju laur. Perhatikan skema pada Gambar 1.5. 5 Gambar 1.5 Skema Saluran Drainase Zona 2 Saluran E – F Saluran F – G Panjang (L) = 35 meter Panjang (L) = 230 meter Elevasi Tanah Elevasi Tanah - h1 = + 2.50 - h1 = + 2.40 - h2 = + 2.40 - h2 = + 2.20 Kemiringan tanah = L / Δh = 0,0029 Saluran G - H Panjang (L) = ? meter Elevasi Tanah - h1 = + 2.20 - h2 = + 2.10 Kemiringan tanah = L / Δh = 0,025 Kemiringan tanah = L / Δh = 0,00087 Saluran H – I Panjang (L) = 115 meter Elevasi Tanah - h1 = + 2.10 - h2 = + 0.89 Kemiringan tanah = L / Δh = 0,0105 6 II. PENGOLAHAN DATA CURAH HUJAN Tabel 2.1 Angka curah hujan (mm) Tahun/ 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 Januari 38 114 40 82.0 232.0 55.0 122.0 126.0 34 65 Februari 105 77 63 163.0 91.0 3.0 264.0 130.0 80 69 Maret 193 180 153 170.0 139.0 96.0 63.0 203.0 62 100 April 99 145 196 198.0 164.0 120.0 149.0 123.0 103 129 Mei 188 60 149 182.0 74.0 201.0 115.0 130.0 100 51 Juni 128 567 149 156.0 124.0 148.0 150.0 102.0 120 233 Juli 143 42 235 466.0 57.0 115.0 229.0 301.0 179 111 Agustus 120 69 138 338.0 49.0 183.0 59.0 114.0 72 200 September 54 38 20 94.0 6.0 88.0 123.0 36.0 59 2 Oktober 96 - 14 110.0 9.0 57.0 23.0 40.0 41 8 November 84 20 74 196.0 68.0 65.0 66.0 44.0 62 45 Desember 144 117 129 125.0 54.0 285.0 95.0 61.0 102 60 116.0 129.9 113.3 190.0 88.9 118.0 121.5 117.5 84.5 89.4 Bulan Rata-rata (Xi) Sumber : Stasiun Meteorologi Bubung tahun 2005 – 2014 Dari data curah hujan yang didapat, selanjutnya hitung distribusi frekuensi yang akan digunakan. Dalam menganalisis data diperlukan pendekatan dengan parameter-parameter statistik pada persamaan-persamaan berikut : Xi = Nilai rata-rata curah hujan pada satu tahun ̅ = Nilai rata-rata dari Xi tiap tahun ̅ = Nilai dari parameter-parameter tersebut dapat dilihat pada Tabel 2.2 7 Tabel 2.2 Perhitungan Parameter Statistik 2 - Rata-rata ( ̅ ) = ∑ = = 116,9 mm =√ - Simpangan baku (Sd) - Koefisien Variasi (Cv) = - Koefisien Swekness (Cs) ̅ ∑ = = ̅ =√ = 30,07 = 0,26 ∑ ̅ = = 1,61 - Koefisien Ketajaman (Ck) = = ∑ ̅ = 7,49 8 Dari perhitungan di atas, didapat nilai Cs = 1,62 dan Ck = 7,49. Dapat disimpulkan bahwa sesuai Tabel 2.3, persamaan distribusi yang dipakai dalam analisis data curah hujan adalah distribusi Log Normal. Tabel 2.3 Jenis Distribusi Frekuensi Syarat Distribusi Distribusi Normal Cs = 0 &Ck = 0 Distribusi Log Normal Cs > 0 & Ck > 3 Distribusi Gumberl Cs = 1,139 & Ck = 5,402 Distribusi Log-Pearson III Cs antara 0 – 0,9 Cv ~ 0,3 Berikut merupakan hasil perhitungan data hujan menggunakan distribusi Log Normal. Tabel 2.4 Nilai-nilai pada Persamaan Distribusi Log Normal Dengan menghitung nilai rata-rata ̅ dan Sy, serta dengan melihat variabel Gauss pada Tabel 2.5, dapat dihitung ketinggian hujan (dalam satuan mm) dengan periode ulang tertentu, sebagai berikut : 9 Y = Log X = ̅ + (Kt x Sy) Dimana : Kt = G = Koefisien kemencengan. n = Jumlah tahun pengamata ̅ = Log Xi y = Standar deviasi Dengan harga Kt diperoleh berdasarkan harga Cs dan tingkat probabilitasnya, dapat dilihat pada Tabel 2.5 berikut ini. Tabel 2.5 Nailai Variabel Gauss No. Periode Ulang (Tahun) Peluang 1 1,001 0,999 -3,05 2 1,005 0,995 -2,58 3 1,010 0,990 -2,33 4 1,050 0,950 -1,64 5 1,110 0,900 -1,28 6 1,250 0,800 -0,84 7 1,330 0,750 -0,67 8 1,430 0,700 -0,52 9 1,670 0,600 -0,25 10 2,000 0,500 0 11 2,500 0,400 0,25 12 3,330 0,300 0,52 13 4,000 0,250 0,67 14 5,000 0,200 0,84 15 10,000 0,100 1,28 16 20,000 0,050 1,64 17 50,000 0,020 2,05 18 100,000 0,010 2,33 19 200,000 0,005 2,58 20 500,000 0,002 2,88 21 1000,000 0,001 3,09 10 - - ̅ = ∑ Sy = √ = ∑ Log X = 2,056 ̅ =√ = 0,103 = ̅ + (Kt x Sy) Perhitungan Periode 2 tahun (T2) Log XTr2 = ̅ + (Kt x Sy) XTr2 = 113,89 mm Log XTr2 = 2,056 + (0 x 0,103) = 2,056 Perhitungan pada periode selanjutnya (T5, T10, T20, T50, dan T100) disajikan dalam Tabel 2.6. Tabel 2.6 Hasil Perhitungan dengan Motode Log Normal III. DESAIN SALURAN PADA ZONA 1 III.1 INTENSITAS HUJAN Intensitas hujan adalah tinggi atau kedalaman air hujan per satuan waktu. Sifat umum hujan adalah makin singkat hujan berlangsung, intensitasnya cenderung makin tinggi dan makin besar periode ulangnya makin tinggi pula intensitasya. 11 Intensitas hujan dirumuskan sebagai berikut : I= Dimana : I = Intensitas Hujan (mm/jam) t = Durasi hujan (jam) R24 = Curah hujan maksimum dalam 24 jam (mm) Durasi hujan (t) dapat diasumsikan sebagai waktu konsentrasi atau tc. Formula waktu konsentrasi tersebut dapat ditulis sebagai berikut : tc = Dimana : tc = Waktu konsentrasi (Jam) L = Panjang saluran utama (km) So = Kemiringan saluran Intensitas Pada Saluran Utama A – B L = 0,0608 km So = 0,0132 R24 = Curah hujan maksimum yang digunakan yaitu pada periode ulang T2 hingga T10 , seperti tersaji pada Tabel 2.6. [Halaman 10] - tc = = Intensitas pada periode ulang T2 Nilai R24 pada periode ulang T2 = 113,89 mm = 0,041 jam 12 I = = = 333,87 mm/jam Untuk perhitungan pada periode selanjutnya (T5, T10, T20, T50, dan T100) disajikan dalam Tabel 3.1 Tabel 3.1 Intensitas hujan pada tiap-tiap periode ulang. Intensitas Pada Saluran Utama B - C L = 0,064 km So = 0,0078 R24 = Curah hujan maksimum yang digunakan yaitu pada periode ulang T2 hingga T10 , seperti tersaji pada Tabel 2.6.[halaman 10] - tc = = = 0,0181 jam Intensitas pada periode ulang T2 Nilai R24 pada periode ulang T2 = 113,89 mm I = = = 573,86 mm/jam Untuk perhitungan pada periode selanjutnya (T5, T10, T20, T50, dan T100) disajikan dalam Tabel 3.2 13 Tabel 3.2 Intensitas hujan pada tiap-tiap periode ulang. III.2 DEBIT AIR PADA SALURAN Debit pada saluran terdiri atas debit air hujan dan debit air kotor buangan dari bangunan. Untuk menentukan debit air hujan yang masuk ke saluran, terlebih dahulu tentukan luas total tangkapan air hujan (Catchment area), dibutuhkan layout site untuk mendapat luasan dari jenis pemanfaatan lahan, serta topografi wilayah untuk mengetahui elevasi dan menentukan arah aliran air. Kondisi permukaan tanah perlu dilihat. Apakah berupa jalan aspal, perumahan, dan lain sebagainya. Masing-masing pembagian area memiliki nilai koefisien pengaliran yang dapat dilihat pada Tabel 3.3 Sehingga dapat dihitung besarnya koefisien gabungan aliran : Cgab = Tabel 3.3 koefisien pengaliran (C) No. Kondisi permukaan tanah Koefisiesn pengaliran BAHAN 1 Jalan beton & jalan aspal 0,70 - 0,95 2 Jalan kerikil & jalan tanah 0,40 – 0,70 3 Bahu jalan : - Tanah berbutir halus 0,40 – 0,65 - Tanah berbutir kasar 0,10 – 0,20 Faktor limpasan 14 - Tanah masif keras 0,70 – 0,85 - Tanah masif lunak 0,60 – 0,75 TATA GUNA LAHAN 1 Daerah Perkotaan 0,70 – 0,95 2,0 2 Daerah Pinggir Kota 0,60 – 0,70 1,5 3 Daerah Industri 0,60 – 0,90 1,2 4 Permukiman Padat 0,40 – 0,60 2,0 5 Permukiman Tidak Padat 0,40 – 0,40 1,5 6 Taman dan Kebun 0,20 – 0,40 0,2 7 Persawahan 0,45 – 0,60 0,5 8 Perbukitan 0,70 – 0,80 0,4 9 Pegunungan 0,75 – 0,90 0,3 1. Debit air yang Masuk ke Saluran A – B a) Debit Air Hujan Saluran A - B ASPAL Bangunan ASPAL Aspal Gambar 3.1 Catchment Area air hujan yang masuk saluran utama A - B Luas area total catchment area ±4000 m2, yang terdiri dari bangunan (atap) seluas ±500 m2, jalan lingkungan (aspal) seluas ±760 m2, dan area kosong (tanah) di luar site seluas ±2740 m2. 15 Tabel 3.4 Catchment Area air hujan Catchment Area (A) Koefisien Pengaliran (C) Jenis permukaan Luas (m2) Bangunan ±500 0,95 Aspal ±760 0,95 Ruang terbuka (Tanah) ±2740 0,20 Jumlah ±4000 C gabungan 0.43 … (m3/det) Debit air hujan = Dimana : I = Intensitas Hujan (pada Tabel 3.1, hal.11) A = Cathment Area (m2) C gab = Koefisien pengaliran gabungan Debit pada periode 2 tahun (T2) = 0,162 m3/det Untuk perhitungan pada periode selanjutnya (T5, T10, T20, T50, dan T100) disajikan dalam Tabel 3.5 Tabel 3.5 Debit Hujan Pada Kawasan Drainase Utama Jalur A - B Periode I (mm/jam) C A (km2) Q (m3 / det) T2 333,87 0,436 0,004 0,16 T5 406,56 0,436 0,004 0,19 T10 450,75 0,436 0,004 0,22 T20 490,46 0,436 0,004 0,24 Ulang 16 T50 539,95 0,436 0,004 0,26 T100 576,60 0,436 0,004 0,28 Selanjutnya, debit hujan yang digunakan untuk perancangan dimensi saluran adalah 10 tahun, sehingga nilai debit hujan QH adalah 0,22 m3/det b) Debit Air Kotor Buangan Dengan mengasumsikan beberapa hal di bawah ini, dapat ditentukan jumlah debit air kotor buangan 1. Jumlah pemakaian air rata-rata tiap orang per hari = 250 liter 2. Asumsi waktu pemakaian air rata-rata per hari 8 s/d 10 jam, ambil 8 jam = 28800 detik 3. Jumlah penghuni bangunan = 42 orang (termasuk team leader) 4. Jumlah total penggunaan air = 42 x 250 = 10500 liter/hari 5. Jumlah air buangan = 80% penggunaan air = 9450 L/org/hari = 9,45 m3/hr 6. Perhitungan debit buangan, Q air kotor Q air kotor = 7,56 m3/hari : 28800 = 0,00033 m3/detik/hari c) Debit total yang masuk ke saluran A – B Q TOTAL = QH + Q air kotor = 0,22 m3/det + 0,00033 m3/det = 0,2203 m3/det 2. Debit air yang Masuk ke Saluran B - C a) Debit Air Hujan Dengan melihat Gambar 3.2., ditentukan jumlah catchment area air hujan seperti terlihat pada Tabel 3.6. 17 Bangunan Security Checking Gambar 3.2 Catchment Area air hujan yang masuk saluran utama B - C Tabel 3.6 Catchment Area air hujan Catchment Area (A) Koefisien 2 Jenis permukaan Bangunan (ID Badge office + shelter) Jalan lingkungan (Jalan Aspal) dan Security Checking (Jalan beton) + weighing station (beton) Ruang terbuka (Tanah) Debit air hujan = Dimana : I Luas (m ) Pengaliran (C) ±143 0,95 ±4830 0,95 ±1827 0,20 Jumlah ±6800 C gabungan 0.89 (m3/det) = Intensitas Hujan (Pada Tabel 3.2, hal 12) 18 A = Cathment Area (m2) C gab = Koefisien pengaliran gabungan Debit pada periode 2 tahun (T2) = 0,96 m3/det Untuk perhitungan pada periode selanjutnya (T5, T10, T20, T50, dan T100) disajikan dalam Tabel 3.7 Tabel 3.7 Debit Hujan Pada Kawasan Drainase Utama Jalur B - C Periode I (mm/jam) C A (km2) Q (m3 / det) T2 573,37 0,89 0.0068 0,96 T5 T10 698,20 450,75 0,89 0,89 0.0068 0,0068 1,17 1,30 T20 490,46 0,89 0,0068 1,41 T50 927,28 0,89 0,0068 1,56 T100 990,21 0,89 0,0068 1,66 Ulang Selanjutnya, debit hujan yang digunakan untuk perancangan dimensi saluran adalah 10 tahun, sehingga nilai debit hujan QH adalah 1,30 m3/det b) Debit Air Kotor Buangan Dengan mengasumsikan beberapa hal di bawah ini, dapat ditentukan jumlah debit air kotor buangan 1. Jumlah pemakaian air rata-rata tiap orang per hari = 200 liter 2. Asumsi waktu pemakaian air rata-rata per hari 8 s/d 10 jam, ambil 8 jam = 28800 detik 3. Asumsi jumlah penghuni bangunan = 20 orang 19 4. Jumlah total penggunaan air = 20 x 250 = 5000 liter/hari 5. Jumlah air buangan = 80% penggunaan air = 4500 L/org/hari = 4,5 m3/hr 6. Perhitungan debit buangan, Q air kotor Q air kotor = 4,5 m3/hari : 28800 = 0,00016 m3/detik/hari c) Debit total yang masuk ke saluran B – C Q total pada saluran B – C = Q Saluran B - C + Q saluran A - B = [QH saluran B-C+ Q air kotor saluran B – C ] + Q Total Sauran A -B = [1,3 m3/det + 0,00016 m3/det] + 0,2203 m3/det = 1,5204 m3/det 3. Debit air kumulatif yang masuk ke dalam Pond besar Air yang mengalir pada saluran A – B dan B – C akan mengalir menuju Pond besar melalui saluran C – D. Sehingga debit kumulatif atau kuantitas air gabungan yang masuk ke dalam pond besar yaitu sebesar 1,5204 m3/det III.3 DESAIN DIMENSI DRAINASE Dengan mengetahui debit aliran pada tiap segmen saluran utama (saluran A – B, saluran B – C, dan saluran C – D), dapat direncanakan dimensi saluran yang ekonomis sebagai berikut (dengan bentuk saluran persegi). Saluran yang digunakan berbentuk persegi dengan formula untuk menentukan luas sebagai berikut : 20 Q=VxA Dimana : - Q = Untuk alasan keamanan, debit saluran kumulatif digunakan untuk mendesain semua segmen saluran. Sehingga debit = 1,5204 m3/det - V = Kecepatan pada Saluran Menggunakan Rumus Manning - Asumsi dimensi : 0,6 B = 1,5 m H = 0,6 m Tinggi jagaan , w = √ = 0,55 m Luas basah, A = B x H = 0,9 m2 Keliling Basah, P = B + 2H = 2,70 m Jari-jari hidrolis = A / P = 0,33 m Koefisien manning (n) pasangan batu = 0,025 Kemiringan saluran = 0,0049 - Kecepatan Saluran = = 1,32 m/det - Debit Hitung = A x V = 0,9 m2 x 1,32 m/det = 1,18 m3/det - Q air hujan dan air buangan = 1,5204 m3/det Debit hitung < debit air ….Telah memenuhi menurut pedoman merencanaan drainase jaan 2006 , dinas PU. 21 IV. DESAIN SALURAN PADA ZONA 2 IV.1 DEBIT SALURAN EKSISTING Saluran Eksisting C D Saluran Eksisting Saluran Keluar Saluran eksisting yang masuk ke dalam pond kecil sebanyak 2 buah. Dengan dimensi kedua saluran sama yaitu : B = 3,5 m b = 0,6 m H = 0,8 m A = 1,64 m Kecepatan yang diizinkan untuk saluran pasangan bata, V = 1,5 m/det Q1 = Q1 = 2,46 m3/det - Total debit maksimal dari saluran eksisting yang masuk ke pond kecil = 2,46 m3/det x 2 = 4,92 m3/det - Debit yang keluar dari pond kecil menuju pond besar = 4,92 m3/det - Debit yang masuk dari saluran baru (saluran C – D) menuju pond besar yaitu = 1.52 m3/det 22 Debit yang keluar dari Pond besar = 6,44 m3/det {SEMENTARA BARU - DIHITUNG SAMPAI SINI} PERTANYAAN : Pak, saya kebingungan dalam mengitung debit yang keluar dari pond kecil, apakah keluar sebanyak yang sudah saya hitung pada halaman 21, atau ada cara perhitungan lain? Pada halaman 21 saya sudah menghitung Pak, besar QA dan QB sama sebesar 2,46 m3/det. Jadi yang masuk ke pond kecil merupakan jumlah QA dan QB, sebesar 4,92 m3/det. Apakah benar pak besar debit yang keluar dari saluran kecil (Q2), sama seperti debit yang masuk? Atau ada pengurangan. Sama juga Pak dengan pada pond besar. Kan debit yang masuk adalah jumlah Q1 dan Q2, bagaimana menentukan debit yang keluar (Q3)? C QA Saluran Eksisting QB Saluran Eksisting Q2 Q1 Saluran baru Q3