incipient motion of sediment transport

7/24/2019 Incipient Motion of Sediment Transport

1/16

INCIPIENT MOTION OF SEDIMENT TRANSPORT

1. Gaya-Gaya PadaPartikel di Dasar

Gerakawalpartikel(Incipient motion of

particles)dalahkondisidimanasedimenakanmulaibergerakakibatadanyaaliran.

Saatsebuahpartikelmulaiberpindah, iaakanterusbergerakdenganjarak yang

tidakdiketahuidanwaktu yang jugatidakdiketahui. Incipient motion

inibergantungdenganperubahanaliransungaidanbiasanyahanyasedikitpartikelsedimen yang

terangkatpadakondisiini.Jenissedimensaatmengalamiincipient motion:

1. Gravel: Aliran yang bergerak akan mengangkat partikel dengan jumlah banyak.

ukuran partikel dan besar gradien ukuran partikel yang berbeda akan mengurangibesar gerakan sedimen.

. Sands: !erat partikel akan mengurangi besar gerakan sedimen

". Clay dan silt: #ohesi yang terjadi akan mengurangi besar gerakan sedimen

dibandingkan dengan berat partikel.

Saataliran laminar $laminar flow%, pergerakan incipient sediment

dapatdiketahuidenganmudahkarenasaatarusdatang, semuasedimenpartikelbergerak.Sementara,

saataliranturbulen$turbulen flow%, gaya yang terjadipadapartikelakan&luktuati&sepanjangwaktu

$'ang danShen, 1()*%.

Ada tigajenisgaya yang bekerjapadapartikelsedimen, yaituweight, contact

forcesantarpartikel, danfluid forces.

Gambar1. Gaya-gayaDasarpadaPartikelSedimen


2/16

Gambar2.Viscous Shear StressdanPerbedaanTekananBekerjapadaPermukaanSedimen

Fluid forcesmemilikikomponengaya+gayatertentu, dimanafluid

forcessendiriialahresultandarikomponen+komponengayanya. #omponen yang parallel

terhadapdasardisebutdrag, sedangkankomponen yang berarah normal

terhadapdasardisebutlift.artikelsedimenakanmulaibergerakketikakombinasidragdanliftitucukupb

esaruntukmengimbangigayaberatdangayagesekan.

Gambar3.Gaya-gayakeseluruhan yang BekerjapadaPartikelSedimen

ersamaanumumgayagra-itasi:

Fg=c1(YsY)ds3


3/16

ersamaancritical drag force:

#eduapersamaantersebut, bentuk&isisnyadapatterlihatdariGambar 1.1.


4/16

Gambar 1.Gaya+gaya yang terjadipadapartikelsaatarusbergerakmenurun

enelitian+penelitiansebelumnyamenunjukkanbahwajikapartikelsedimenmemilikiukuran

yang sama, intensitasturbulensiakanbertambahbesarseiringdenganbesarnyaukuranpartikeldidasar.

2. Critial S!ear Stress

#ondisiiniterjadisaatadasuatugayapadapartikelakibat air yang

datangmengangkatpartikelsehinggapartikelbergerak $Gessler, 1(1%. /enurut Shield,

tidakadapergerakan material sedimen yang seragamsaatterjadicritical shear stress.Incipient

motion of sediment berhubungandengancritical shear stress

yangterjadipadapartikelsaat&luidamengalir.

adasaatterjadikondisiini, pergerakanpartikelterbagimenjadi ":

1. ergerakan yang lemah terlihat dari partikel pasir yang paling kecil bergerak di

sebuah spot yang terisolasi dan kuantitas dalam 1 cmbeddapat terhitung.

. ergerakan medium terjadi saat kondisi sand grainyang bergerak memiliki ukuran

dalam diameter dengan jumlah yang sulit terhitung. 0amun ia tidak mengubah

kon&igurasi dasar.


5/16

". ergerakan umum terjadi ketikasand grainstermasuk yang memiliki diameter besar

bergerak dan terjadi disetiap sisi pada setiap saat.

". #riteriaIncipient Motion$%t$kSedime%&erbe%t$k&$lat

#riteriagerakawaluntuksedimenbulat:

!ed load transport

Sediment berbentuk bulat yang seragam

asarnya hori2ontal

#anal3saluran terbuka

4ujuan paper iniadalahmembandingkandenganteori shield $kur-a Shield% dan data 5anoni

$1(6*% mengenainilaiawalsedimenuntukmulaibergulir $rolling% danmulaiterangkat $li&ting%.

Shield $1("6% dalam 7ing $1(88% adalah orang pertama yang merumuskanpersamaancritical

shear stress $takberdimensi% untukgerakawalsedimen

( s)d=F(udv)0


6/16

0=

critical shear stress

s= berat spesi&ik sediment

= berat spesi&ik &luida

d= diameter sedimen

0/

u=kecepatan gesek

F= &ungsi

v= -iskositas kinematic

Gambar'.#o

alam paper inidinyatakanbahwanilaiambangsedimen agar mulaibergulir $rolling%

dalamaliranturbulendenganbilangan9eynold yang besardirumuskansebagaiberikut:


7/16

Sementarauntuksedimenmulaiterangkat, dirumuskansebagaiberikut:

L=Ls+L

m+L

c

Ls= shear angkat

Lm= gaya magnus atau spin angkat

Lc=

gaya sentri&ugal

#etikanilaiambangmuaiterpenuhi, maka bola 1 akanmulaibergulir.

Jikaaliranterjadisecaraterusmenerusdanmemilikigaya yang cukup, maka bola 1

dapatbergulirmelewati bola ",*danseterusnyasaatkecepatannyabertambah. #ecepatansudut bola 1

akanmaksimumsaatpartikelberotasisecarabebas, dinyatakandalam

Asumsidalam paper iniadalah bola 1 akanteruskontakdengan bola+bola lainnyasaatbergulir,

sampaisudahsaatnyauntukmulaiterangkat. an bola 1 akanmulaiterangkatsaat

engan


8/16

ersamaan di atasberlakuuntuksedimendalamaliranturbulendenganbilangan 9eynolds yang besar

Sementarauntuksedimen yang beradapadaaliraturbulendenganbilangan 9eynolds yang

kecildinyatakansebagaiberikut:

9olling:

7i&ting:


9/16

dengan

engan nilai cos=1 saat

ud

v 3

ancos=0.92 saat

ud

v 3

4ernyatauntuksemuabilangan 9eynolds, berlakupersamaanberikut


10/16

9olling:

7i&ting:

dengan

al diatasmenyatakanbahwanilaiambang rolling dan li&ting jauhdaribilangan 9eynolds

kecil,

tetapisemakindekatdenganbilangan9eynoldbesar.ianalisisbahwamungkinterdapathubungan

yang unikyaitu critical shear stress tidakdapatdiperolehdarinilaiud

v


11/16

#onsepdari stress geser yang berlebihanmemilikiperananbesaruntukmemprediksilaju

transport sedimen. Intidarikonsepiniyaitu&enomenaincipient motion,

yaitutransisidarikondisistasionermenujukondisisesaatsebelumsedimenbergerak. Shields $1("6,

dalam SI/

$parameter Shields% danbilangan 9eynolds berdasar stress geser, R

, yang dinyatakan dalam

=

( s ) gd, R

=U

d

v $1%

dengan ? merupakan stress geserdasar@ dan s merupakan densitas air dan sedimen@ -

merupakan -iskositas kinematik air@ dan BC merupakan stress geser $ U=/ %.

Dalin $1(dalam SI/ dan 9C, parameter Dalin: 9C3>EdC", dengan dC merupakan

diameter butirnondimensisebagaiberikut:

d=

[(s1 )g

v2

]

1

3d

$%

dengan s merupakanspesi&ikgra-itasidarisedimen $ s=s

%. ermasalahan yang timbul akibat

persamaan baru tersebut yaitu persebaran datanya.ersebaran ini bisa dilihat pada gambar (.1

dimanakur-aambangempirisaphitis $;;1% dibandingkandengan data pengukuran.Fanke

$;;"dalam SI/


12/16

Gambar(.1. iagram Shields untukincipent motion dariaphitis $;;1%

danperbandingannyadengan data pengukuran $Sumber: SI/ yaitu

= 4

3Cd

2

$"%

al iniberimplikasijika>c, memilikikur-a uni-ersal sebagai&ungsidari 9C $atau dC%,

merupakancuntukkondisiincipient motion.aphitis $;;1dalam SI/


13/16

Gambar(.2. Ambangincipient motion dariaphitis $;;1% danperbandingannyadengan data

pengukuran $Sumber: SI/


14/16

4abel(.1. Sumber data yang digunakandalamstudi $Sumber: SI/


15/16

ata

padatabel(.1.secaraacakdibagimenjadiduakelompokdenganpendekatanukurandanjumlahnya,

data denganjumlahganjildimasukkandalamkelompok 1, sedangkan data

denganjumlahgenapdimasukkandalamkelompok . #elompok 1

digunakanuntukmenemukanpersamaanyasedangkankelompok

digunakanuntukmem-alidasipersamaan yang dihasilkan.ersamaan yang

ditemukanmelaluiprosedurnonlinear least!s#uaresyaitu

c=0.215+6.79

d1.7

0.075 e2.62x 103d

$6%

enggunaanpersamaan $6% menghasilkankur-a yang lebihmendekati data hasilpengukuran.

Gambar(.).4urunanambangdariincipient motionpersamaan $6% da perbandingannyadengan data

lapangan.

0amun, persamaan $6%

merupakankecocokanempirisdan-alidasinyaterbataspadakondisihidrauliktertentudankarakteristik

partikelpadakelompok 1.


16/16

4abel(.2. arameter kecocokandalamstatistik $Sumber: SI/

incipient motion of sediment transport

Documents