## Variasi Koefisien Kekasaran
Manning (n) pada Flume Akrilic pada Variasi Kemiringan Saluran dan Debit Aliran

## Haryono Putro
Jurusan Teknik Sipil, Universitas Gunadarma Jl. Margonda Raya No. 100, Pondok Cina, Depok, Jawa Barat 16424 E-mail: haryono_putro@staff.gunadarma.ac.id

## Joetata Hadihardaja
Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Jl. Prof. Soedarto, SH, Tembalang, Semarang 50275

## Abstract
Based on the book of open channels hydraulics by Ven T. Chow (1988) mentioned that the big problems in application  Manning  equation  is  determine  of  roughness  coefficien  n,  because  there  is  no  certain  way  to choose value of n. At the current knowledge, choosing the actual value of n is estimated flow resistance on certain channels, that really can not be taken into specific value. The purpose of this study is experimentation to describe the differences Manning roughness coefficient (n) at the same material of channel by a different channel slope and discharge. The method used is by modeling the physical channel with a width of 15cm and depth of 20cm with akrilic material thickness of 0.5 cm. Flow in a channel by channel basis slope variation 0.0087;  0.0175;  0.0349  and  0.0524.  With  the  discharge  varies  from  1  to  4.5  liters  /  sec.  The  results  of  the analysis showed there vairiasi n values between 0.006 to 0.032.
Keywords : Roughness coefficient n, The physical model, The slope of the base channels, Discharge.

## Abstrak
Berdasarkan  buku  open  channel  hydraulis  yang  ditulis  Ven  T.  Chow  (1988)  disebutkan  bahwa  kesulitan terbesar dalam pemakaian Rumus Manning adalah menentukan koefisien kekasaran n, sebab tidak ada cara yang  tertentu  untuk  pemilihan  nilai  n.  Pada  pengetahuan  saat  ini,  memilih  nilai  n  sebenarnya memperkirakan  hambatan  aliran  pada  saluran  tertentu,  yang  benar-benar  tidak  dapat  diperhitungkan. Tujuan  dari  penelitian  ini  yakni  melakukan  percobaan  guna  menggambarkan  terjadinya  perbedaan  angka koefisien  kekasaran  Manning  (n)  dari  bahan  saluran  yang  sama  dari  kemiringan  dan  debit  yang  berbeda. Metode  yang  digunakan  yaitu  dengan  pembuatan  model  fisik  saluran  dengan  lebar  15cm  dan  kedalaman 20cm  dengan  bahan  akrilic  tebal  0,5cm.  Aliran  pada  saluran  dengan  variasi  kemiringan  dasar  saluran 0,0087;  0,0175;  0,0349  dan  0,0524.  Dengan  debit  bervariasi  1-4,5  liter/detik.  Hasil  analisis  menunjukkan terjadi vairiasi nilai n antara 0,006-0,032.
Kata-kata kunci : Koefisien kekasaran n, Model fisik, Kemiringan dasar saluran, Debit.

## Pendahuluan
Aliran pada saluran terbuka merupakan aliran yang mempunyai  permukaan  bebas.  Permukaan  yang bebas itu merupakan pertemuan dua fluida dengan kerapatan ρ (density) yang berbeda yaitu udara dan air  dimana  kerapatan  udara  jauh  lebih  kecil dibanding kerapatan air.
Persamaan  dasar  aliran  pada  saluran  terbuka merupakan  penyederhanaan  Persamaan  Reynold (French,  1987;  Hicks,  1990)  dan  dapat  pula dijabarkan  dari  hukum  konservatif  yaitu  hukum konservatif massa dan hukum konservatif momentum.  Asumsi  untuk  persamaan  ini  adalah (Kodoatie, 2005):
- tidak tunak / unsteady;
- satu  dimensi  (percepatan  vertikal  dapat diabaikan);
- saluran terbuka;
- tidak terpampatkan (ρ konstan);
- saluran prismatik dan persegi panjang;
- kemiringan dasar saluran sangat kecil;
- saluran lurus;
- tidak ada aliran lateral.
Perhitungan  aliran  di  sungai  sering  memakai anggapan  bahwa  aliran  dalam  keadaan  seragam (Chow,  1988),  walaupun  dalam  prakteknya  aliran sungai  dan  saluran  alam  aliran  jarang  terjadi seragam  secara  mutlak.  Pendekatan  umum  yang dilakukan  merupakan  penyelesaian  yang  relatif sederhana dan memuaskan untuk berbagai persoalan teknis.
Aliran  seragam  ( uniform  flow )  dianggap  memiliki ciri-ciri pokok:
1. kedalaman,  luas  basah,  kecepatan  dan  debit pada  setiap  penampang  pada  bagian  saluran yang lurus adalah konstan;
2. garis  energi,  muka  air  dan  dasar  saluran  saling sejajar,  berarti  kemiringannya  sama  atau Sf=Sw=S0=S.
Untuk  keperluan  praktis,  kecepatan  konstan  dapat ditafsirkan  aliran  memiliki  kecepatan  rata-rata yang  konstan  terhadap  waktu  dengan  kata  lain distribusi  kecepatan  di  penampang  saluran  tidak berubah di bagian saluran yang lurus.
Dalam  perhitungan  hidrolika,  kecepatan  rata-rata aliran  seragam  turbulen  dalam  saluran  terbuka biasanya  dinyatakan  dengan  rumus  empiris  aliran seragam ( uniform flow formula ). Bentuk umumnya adalah pada Persamaan 1, berikut (Chow, 1959):
...................................................   (1)
dimana:
V =  kecepatan rata-rata (m 3 /detik) R =  jari-jari hidrolik (m) S =  kemiringan energi C
=  faktor tahanan / hambatan x dan y  =  eksponen
Faktor tahanan (C) ini adalah faktor tahanan aliran yang  bervariasi  menurut  kecepatan  rata-rata,  jari- jari  hidrolik,  kekasaran  saluran,  kekentalan  dan berbagai faktor lainnya.
Untuk  keperluan  praktis,  aliran  dalam  saluran dapat  dianggap  seragam  dalam  keadaan  normal, yaitu  apabila  tidak  terjadi  banjir  atau  aliran berubah  yang  jelas  tampak  akibat  ketidak  aturan saluran.  Ada  banyak  rumus  praktis  mengenai
aliran  seragam  yang  telah  dihasilkan  dan  telah dipublikasikan,  misalnya  Rumus  Chezy,  Rumus Bazin, Rumus Powel.
Rumus kecepatan Manning seperti pada Persamaan 2 berikut:
.............................................   (2)
dimana:
V  =  kecepatan rata-rata (m/detik)
R  =  jari-jari hidrolik (m)
S =  kemiringan  garis  energi  (%),  untuk  aliran seragam=Sf=Sw=S0
n =  faktor perlawanan/ kekasaran S0  =  kemirigan dasar saluran (%)
Sw  =  kemirigan permukaan air (%)
Sehingga  angka  kekasaran  dapat  dinyatakan seperti Persamaan 3 (Gilley et al. 1991):
.............................................   (3)
dimana:
V  =  kecepatan rata-rata (m/detik) R  =  jari-jari hidrolik = A/P (m) S  =  kemiringan energi (%) n  =  faktor perlawanan/ kekasaran A  =  luas basah potongan melintang (m 2 ) P  =  penampang basah saluran (m)
Nilai n selanjutnya dikenal dengan nama koefisien kekasaran Manning, dimana dipengaruhi:
a). kekasaran permukaan;
b). tetumbuhan;
c). ketidak teraturan saluran;
d). trase saluran;
e). pengendapan dan penggerusan;
f). hambatan;
g). ukuran dan bentuk saluran;
h). taraf air dan debit.
Sebenarnya  sangat  sulit  untuk  menentukan  faktor kekasaran  atau  perlawanan  (n),  sebab  tidak  ada cara tertentu untuk  pemilihan nilai n. Pada tingkat pengetahuan  sekarang  ini,  memilih  n  sebenarnya berarti  memperkirakan  hambatan  aliran  pada saluran  tertentu,  yang  benar-benar  tidak  dapat diperhitungkan.
Untuk penentuan nilai n yang wajar diperlukan:
1. memahami  faktor-faktor  yang  mempengaruhi nilai n;
2. mencocokkan  tabel  dari  nilai-nilai  n  untuk berbagai tipe saluran;

## Gambar 1. Perspektif model fisik saluran dengan bahan akrilic
3. memeriksan  dan  memahami  sifat  beberapa saluran  yang  koefisien  kekasarannya  telah diketahui;
4. menentukan n dengan cara analitis berdasarkan distribusi  kecepatan  teoritis  pada  penampang saluran  dan  data  pengukuran  kecepatan maupun pengukuran kekasaran.
Penelitian  ini  adalah  untuk  menganalisis  nilai koefisien kekasaran manning (n) dari bahan akrilic pada  kemiringan  saluran  tertentu  dengan  variasi debit aliran.

## Metode Penelitian
Metode  yang digunakan dalam penelitian ini  yaitu dengan  uji  model  fisik  saluran  dengan  bahan akrilic,  dengan  lebar  saluran  15cm  tinggi  saluran 20cm.  Debit  aliran  diatur  dengan  menggunakan pintu  sorong  yang  berada  pada  hulu  saluran, dimana  sirkulasi  aliran  dengan  menggunakan pompa.    Untuk  men-stabilkan  debit  aliran  maka pada  reservoir  pada  tampungan  saluran  hulu dipasang  pelimpah  samping.  Kemiringan  saluran dapat  diatur  dengan  mengatur  ketinggian  pada penyangga  saluran.  Penelitian  dilakukan  di Laboratorium  Pengaliran  Teknik  Sipil  Universitas Diponegoro Semarang.
Dengan  kemiringan  dasar  saluran  yang  dapat diatur  dan  kecepatan  aliran  diukur  dengan  current meter  maka  koefisien  kekasaran  Manning  dapat dicari.  Perspektif  model  fisik  dapat  dilihat  pada Gambar 1.

## Tabel 1. Kemiringan saluran pada masing-
masing saluran Saluran Kemiringan (o) Kemiringan (%) Saluran 1 0,5 0,0087 Saluran 2 3 0,0524 Saluran 3 2 0,0349 Saluran 4 1 0,0175
Pengukuran kecepatan aliran dengan menggunakan alat  ukur  kecepatan  arus  ( current  meter )  (Gambar 2).
Gambar 2. Current Meter tipe OTT atau Hoff (Sumber:  Fangmeier et al., 2005)

## Hasil dan Pembahasan

## Kalibrasi current meter
Kalibrasi  current  meter  secara  institusional  sudah dilakukan  oleh  lembaga  kalibrasi,  namun  untuk meyakinkan  apakah  alat  berfungsi  dengan  baik dalam  mengukur  perlu  dilakukan  pengecekan kembali. Pengecekan kembali pengukuran dengan  cara  yang  sederhana  yakni  dengan membandingkan  hasil    pengukuran    current  meter dengan pengukuran manual dengan cara menampung  air  aliran  dalam  suatu  tampungan (misal: ember) dan dihitung per satuan waktu.
Dari  hasil  pengecekan  tersebut  terlihat  tidak terdapat  perbedaan  yang  signifikan,  sehingga current meter handal untuk digunakan.
Selanjutnya pengukuran kecepatan dengan current meter dan  analisis  kecepatan  aliran  dapat  dilihat pada Tabel 3.
Gambar 3. Pengambilan air dalam saluran per satuan waktu

## Tabel 2. Pengecekan debit current meter vs manual
Pengukuran dengan Current Meter Pengukuran manual Waktu pengukuran (det) 10 Waktu pengukuran (det) 3 Jumlah putaran, n1 20 Volum 1 (ml) 3480 n2 20 Volum 2 (ml) 3470 n3 19 Volum 3 (ml) 3480 n rata-rata 19,67 Volume rata-rata (ml) 3476,66 Kecepatan (m/det) 0.235 Luas (m2) 0,00495 Debit (m3/det) 0,001161 Debit (l/det) 1,1611 Debit (l/det) 1,1589
Tabel 3. Pengukuran kecepatan aliran dengan menggunakan current meter
No Saluran Bukaan pintu sorong Lebar pias Ketinggian Pias (h) Kedalaman alat (0,6 h) Waktu Pengukuran Jumlah putaran Kecepatan (m/s) cm cm cm cm dtk n1 n2 n3  n rata 2 1 Saluran 1 0,5 15 3,3 0,98 10 20 20 19 19,667 0,235 2 Saluran 2 0,5 15 0,7 0,42 5 52 50 50 50,667 1,099 3 Saluran 3 0,5 15 1,0 0,6 5 36 35 34 35 0,767 4 Saluran 4 0,5 15 1,6 0,96 5 21 21 22 21,333 0,478 5 Saluran 1 1,0 15 4,0 2,4 10 26 25 25 25,333 0,295 6 Saluran 2 1,0 15 0,8 0,48 5 70 66 68 68 1,465 7 Saluran 3 1,0 15 1,3 0,78 5 40 41 43 41,333 0,901 8 Saluran 4 1,0 15 2,0 1,2 5 26 26 27 26,333 0,584 9 Saluran 1 1,5 15 4,5 2,7 10 32 32 31 31,667 0,362 10  Saluran 2 1,5 15 1,0 0,6 5 74 75 77 75,333 1,621 11  Saluran 3 1,5 15 1,6 0,96 5 47 46 47 46,667 1,014 12  Saluran 4 1,5 15 2,1 1,26 5 34 35 36 35 0,767 13  Saluran 1 2,0 15 6,0 3,6 10 28 30 29 29 0,333 14  Saluran 2 2,0 15 1,3 0,78 5 71 72 71 71,333 1,536 15  Saluran 3 2,0 15 1,9 1,14 5 48 49 48 48,333 1,049 16  Saluran 4 2,0 15 2,3 1,38 5 39 40 40 39,667 0,866 17  Saluran 1 2,5 15 6,2 3,72 10 35 35 35 35 0,397 18  Saluran 2 2,5 15 1,4 0,84 5 81 82 82 81,667 1,755 19  Saluran 3 2,5 15 2,3 1,38 5 49 49 49 49 1,063 20  Saluran 4 2,5 15 2,7 1,62 5 40 42 43 41,667 0,908 21  Saluran 1 3,0 15 6,5 3,9 5 20 19 20 19,667 0,443 22  Saluran 2 3,0 15 2,0 1,2 5 67 66 67 66,667 1,437 23  Saluran 3 3,0 15 2,7 1,62 5 49 49 49 49 0,063 24  Saluran 4 3,0 15 3,4 2,04 5 38 39 39 38,667 0,845 v= axn/det+b a=0,1058 b=0,0265
Nilai koefisien kekasaran Manning n dicari dengan menggunakan  Persamaan  3.  Hasil  analisis  nilai
koefisien  kekasaran  Manning  n  pada  Tabel  4 dibawah ini:
Tabel 4. Analisis nilai koefisien kekasaran Manning n dari kemiringan saluran dan kecepatan saluran pada masing-masing kemiringan saluran No Bukaan pintu sorong (cm) Tinggu muka air sal (cm) kemiringan saluran Tan So Debit saluran (lt/det) Laboratorium V sal (m/det) n 1 0,5 3,3 0,5 0,0087 1,161 0,235 0,032 2 1,0 4 0,5 0,0087 1,767 0,295 0,028 3 1,5 4,5 0,5 0,0087 2,440 0,362 0,024 4 2,0 6 0,5 0,0087 3,000 0,333 0,029 5 2,5 6,2 0,5 0,0087 3,690 0,397 0,025 6 3,0 6,5 0,5 0,0087 4,316 0,443 0,023 7 0,5 1,6 1,0 0,0175 1,147 0,478 0,015 8 1,0 2 1,0 0,0175 1,751 0,584 0,014 9 1,5 2,1 1,0 0,0175 2,416 0,767 0,011 10 2,0 2,3 1,0 0,0175 2,987 0,866 0,010 11 2,5 2,7 1,0 0,0175 3,678 0,908 0,011 12 3,0 3,4 1,0 0,0175 4,308 0,845 0,013 13 0,5 1 2,0 0,0349 1,151 0,767 0,010 14 1,0 1,3 2,0 0,0349 1,757 0,901 0,010 15 1,5 1,6 2,0 0,0349 2,434 1,014 0,010 16 2,0 1,9 2,0 0,0349 2,990 1,049 0,011 17 2,5 2,3 2,0 0,0349 3,669 1,063 0,012 18 3,0 2,7 2,0 0,0349 4,307 1,063 0,013 19 0,5 0,7 3,0 0,0524 1,154 1,099 0,007 20 1,0 0,8 3,0 0,0524 1,758 1,465 0,006 21 1,5 1 3,0 0,0524 2,431 1,621 0,006 22 2,0 1,3 3,0 0,0524 2,950 1,536 0,007 23 2,5 1,4 3,0 0,0524 3,685 1,755 0,007 24 3,0 2 3,0 0,0524 4,312 1,437 0,010
Tabel 5. Analisis nilai koefisien kekasaran Manning n dari kemiringan saluran dan kecepatan saluran pada masing-masing ketinggian muka air pada saluran.
No Bukaan pintu sorong (cm) Tinggu muka air sal (cm) kemiringan saluran Tan So Debit saluran (lt/det) Laboratorium V sal (m/det) n 1 0,5 0,7 3,0 0,0524 1,154 1,099 0,007 2 1,0 0,8 3,0 0,0524 1,758 1,465 0,006 3 0,5 1 2,0 0,0349 1,151 0,767 0,010 4 1,5 1 3,0 0,0524 2,431 1,621 0,006 5 1,0 1,3 2,0 0,0349 1,757 0,901 0,010 6 2,0 1,3 3,0 0,0524 2,995 1,536 0,007 7 2,5 1,4 3,0 0,0524 3,685 1,755 0,007 8 0,5 1,6 1,0 0,0175 1,147 0,478 0,015 9 1,5 1,6 2,0 0,0349 2,434 1,014 0,010 10 2,0 1,9 2,0 0,0349 2,990 1,049 0,011 11 1,0 2 1,0 0,0175 1,751 0,584 0,014 12 3,0 2 3,0 0,0524 4,312 1,437 0,010 13 1,5 2,1 1,0 0,0175 2,416 0,767 0,011 14 2,0 2,3 1,0 0,0175 2,987 0,866 0,010 15 2,5 2,3 2,0 0,0349 3,669 1,063 0,012 16 2,5 2,7 1,0 0,0175 3,678 0,908 0,011 17 3,0 2,7 2,0 0,0349 1,307 1,063 0,013 18 0,5 3,3 0,5 0,0087 1,161 0,235 0,032 19 3,0 3,4 1,0 0,0175 4,308 0,845 0,013 20 1,0 4 0,5 0,0087 1,767 0,295 0,028 21 1,5 4,5 0,5 0,0087 2,440 0,362 0,024 22 2,0 6 0,5 0,0087 3,000 0,333 0,029 23 2,5 6,2 0,5 0,0087 3,690 0,397 0,025 24 3,0 6,5 0,5 0,0087 4,316 0,443 0,023
Dari  Tabel  4  terlihat  nilai  n  pada  saluran  1 (kemiringan  dasar  saluran  0,0087)  bervariasi antara 0,023-0,032 dengan rata-rata n= 0,027. Pada saluran 2 (kemiringan dasar saluran 0,0524) nilai n bervariasi  antara  0,006-0,010  dengan  rata-rata n=0,07. Pada saluran 3  (kemiringan dasar saluran 0,0349)  nilai  n  bervariasi  antara  0,010-0,013 dengan  rata-rata  n  =  0,011.  Pada  saluran  4 (kemiringan  dasar  saluran  0,0175)  nilai  n bervariasi antara 0,010-0,015 dengan nilai rata-rata n=0,012.
Variasi nilai n dari pengelompokan tinggi muka air saluran disajikan pada Tabel 5.
Pada  Tabel  5  terlihat  angka  koefisien  kekasaran  n berbeda  untuk  ketinggai  air  yang  sama  pada kemiringan saluran yang berbeda. Pada kemiringan saluran  yang  sama  dengan  tinggi  muka  air  yang berbeda  juga  menghasilkan  nilai  n  yang  berbeda yang  diakibatkan  adanya  perbedaan  penampang basar  saluran  yang  dapat  mempengaruhi  laju aliran.

## Kesimpulan
Dari  percobaan  penelitian  pada flume dengan bahan  akrilic  dengan  variasi  kemiringan  dasar saluran  dan  debit  aliran  terdapat  variasi  nilai koefisien  kekasaran  Manning  (n)  dimana  dari variasi  kemiringan  saluran 0,0087; 0,0175; 0,0349 dan  0,0524  dengan  variasi  debit  1-4,5  liter/detik menghasilkan variasi n antara 0,006-0,032.
Sebagai  perbandingan  nilai  koefisien  kekasaran  n untuk  saluran  dilapis  /  dipoles  dicat  yaitu  0,012- 0,017.  Perbedaan  nilai  n  ini  selain  dari  perbedaan keliling  basah  yang  terjadi  pada  saluran  namun juga  dipengaruhi  oleh  kemiringan  saluran.  Hasil ini  memberikan  gambaran  untuk  lebih  hati-hati dalam  menentukan  koefisien  kekasaran  n  pada
rekayasa  atau  desain  saluran.  Penggunaan  bahan yang  seragam  (sama)  belum  tentu  menghasilan nilai koefisien kekasaran yang seragam pula.

## Daftar pustaka
Chow,  V.T.,  1959. Open  Channel  Hydaulics , (Terjemahan  Nensi  Rosalina).  Penerbit  Erlangga,
Jakarta, v+599p.
Chow,  V.T.,  Maidment,  D.R.  dan  Mays,  L.W., 1988. Applied  Hydrology ,  Mc  Graw-Hill  Book Company, International Edition, Singapore, xiii+572p.
Fangmeier,  D.D.,  Elliot,  W.J.,  Workman,  S.R., Huffman,  R.L.  dan  Ochwab,  G.O.,  2006. Soil  and Water  Conservation  Engineering, 5th  edition. Thomson Delmar Learning, USA, xvii+502p.
Gilley, John E and Finkner, S.C., 1991. Roughness Coefficients  as  Affected  by  Random  Roughness. Biological  Systems  Engineering ,  Vol.  34,  No.  3, pp. 897-903.
Gilley,  John  E,  Kottwits,  Eugene  R  and  Wieman, Gary  A.,  1991.  Roughness  Coefficients  for Selected  Residue  Materials, Journal  of  Irrigation and  Drainage  Engineering ,  Vol.  117,  No.  4,  pp. 503- 514.
Kodoatie,  R.J.,  2005. Hidrolika  Terapan  Aliran pada  Saluran  Terbuka  dan  Pipa .  Penerbit  Andi, Yogyakarta, xii+342p.
Te-Hsing  Chang,  Shen-Ting  Hung,  Shine  Chen, Jun-Cheng  Lai,  2010.  Estimation  of  Manning Roughness  Coefficients  on  Precast  Ecological Concrete  Blocks, Journal  of  Marine  Science  and Tecnology , Vol.18, No.2, pp.308-316.