Baca artikel ini untuk mempelajari tentang prinsip desain Aqueduct dan Siphon Aqueduct.
Prinsip Desain untuk Aqueduct:
(i) Estimasi Debit Banjir Desain (Maksimum) dari Drain:
Saluran yang akan diseberangi mungkin kecil atau seperti sungai. Dalam semua kasus penilaian yang benar dari banjir maksimum atau aliran puncak saluran harus diperoleh sebelumnya.
(ii) Persyaratan Jalur Air untuk Drain:
Persamaan perimeter rezim Lacey memberikan dasar yang baik untuk menghitung saluran air drainase. Persamaannya adalah
P w = 4,825 Q 1/2
Dimana, Pw adalah saluran air yang akan disediakan untuk saluran pembuangan di lokasi dalam meter. Q adalah debit banjir saluran dalam m 3 /detik. Karena dermaga mengurangi saluran air aktual yang tersedia, panjang antara tumpuan (P w ) dapat ditingkatkan sebesar 20 persen. Ketika saluran air ditetapkan dari persamaan perimeter rejim Lacey, kondisi rejim di saluran air di bagian hulu dan hilir struktur tidak terganggu secara berarti. Untuk membatasi air drainase ke saluran air yang diinginkan, tepian pemandu dapat dibangun.
(iii) Kecepatan Aliran melalui Laras:
Kecepatan aliran melalui laras dapat berkisar dari 1,8 m/detik hingga 3 m/detik. Alasan pemilihan rentang ini adalah bahwa kecepatan yang lebih rendah dapat menyebabkan pendangkalan di dalam laras. Sedangkan pada kecepatan lebih dari 3 m/detik beban dasar dapat menyebabkan abrasi lantai laras dan selanjutnya dapat rusak.
(iv) Ketinggian Pembukaan:
Setelah debit saluran air dan kecepatan ditetapkan, kedalaman aliran dapat diperoleh dengan mudah. Harus ada headway atau jarak bebas yang cukup antara HFL dan dasar dasar kanal. Jarak bebas 1 m atau setengah tinggi gorong-gorong, mana yang lebih kecil sudah cukup. Oleh karena itu, Tinggi bukaan = Kedalaman aliran + Clearance atau headway.
(v) Jumlah Bentang:
Setelah menentukan panjang total saluran air antara tumpuan, jumlah bentang yang harus disediakan dapat ditetapkan berdasarkan dua pertimbangan berikut:
saya. Diperlukan kekuatan struktural, dan
- Pertimbangan ekonomis.
Misalnya, ketika lengkungan digunakan, jumlah bentang yang disediakan mungkin lebih banyak. Ketika biaya konstruksi di pondasi agak tinggi, sejumlah kecil bentang harus diadopsi dan balok RCC dapat digunakan.
(vi) Jalur Air Kanal:
Umumnya rasio fluming diambil menjadi 1/2. Rasio ini diadopsi sedemikian rupa sehingga kecepatan aliran di palung tidak melebihi batas kecepatan kritis. Umumnya kecepatan aliran tidak boleh lebih dari 3 m/detik. Tindakan pencegahan ini diambil untuk menghindari kemungkinan pembentukan lompatan hidrolik. Alasan yang jelas adalah bahwa ketika lompatan hidrolik terbentuk, ia menyerap energi. Dalam proses ini head yang berharga hilang dan tekanan besar dihasilkan dalam struktur.
(vii) Durasi Kontraksi atau Transisi Pendekatan:
Setelah lebar tenggorokan ditetapkan, panjang kontraksi dapat ditentukan setelah mengetahui rasio konvergensi. Rasio konvergensi umumnya diambil sebagai 2: 1 (horizontal: lateral), yaitu tidak lebih curam dari 30°.
(viii) Lamanya Perluasan atau Transisi Keberangkatan:
Panjang pemuaian di sisi hilir saluran air dapat ditetapkan setelah mengetahui rasio pemuaian. Rasio ekspansi umumnya diambil sebagai 3 : 1 (horizontal : lateral), yaitu tidak lebih curam dari 22,5°. Untuk mempertahankan aliran yang ramping dan juga untuk mengurangi kehilangan kepala, transisi umumnya terdiri dari dinding sayap yang melengkung dan melebar.
Desain transisi dapat dikerjakan dengan memanfaatkan salah satu dari tiga metode berikut:
saya. metode Hind;
- Metode transisi hiperbolik Mitra;
aku aku aku. Metode transisi parabola semi-kubikal Chaturvedi.
Dapat dicatat bahwa metode Hind dapat digunakan ketika kedalaman air di bagian normal dan palung flumed juga bervariasi, dua metode lainnya dapat digunakan hanya ketika kedalaman air tetap konstan di bagian kanal normal serta bagian palung. .
(ix) Koneksi Bank:
Sebuah saluran air membutuhkan empat set dinding sayap, (dua untuk kanal dan dua untuk dram (Gbr. 19.24).
Dinding sayap kanal di sisi hulu dan hilir saluran air melindungi dan menahan tanah di tepian kanal. Fondasi dinding sayap kanal tidak boleh tertinggal di tanah timbunan. Dinding sayap harus didasarkan pada fondasi suara di tanah alami. Pada transisi, sisi lereng bagian alami (umumnya 11/2: 1) dibengkokkan agar sesuai dengan bentuk (umumnya vertikal) palung di atas saluran pembuangan.
Dinding sayap drainase disediakan di hulu dan hilir laras untuk melindungi dan mempertahankan sisi alami saluran pembuangan. Karena dasar selokan tergerus selama banjir, dinding sayap drainase harus dimasukkan jauh ke dalam pondasi di bawah kedalaman gerusan maksimum. Dinding sayap harus dibawa kembali secukupnya ke bagian atas tepian pemandu. Dinding sayap harus dirancang untuk memungkinkan kelancaran masuk dan keluar aliran di saluran pembuangan.
Metode Hind untuk Desain Transisi:
Metode ini didasarkan pada premis bahwa kehilangan ketinggian minimum, aliran disederhanakan dan kondisi aliran normal di saluran dipulihkan sebelum pelepasan saluran mengalir ke bagian tanah segera setelah transisi melengkung dan melebar.
Pada Gambar 19.25 kontraksi atau transisi pendekatan, bagian leher dan transisi ekspansi atau keberangkatan ditunjukkan. Dapat dilihat bahwa bagian 1-1, 2-2, 3-3 dan 4-4 masing-masing menunjukkan awal kontraksi, akhir kontraksi, awal ekspansi dan akhir ekspansi.
Dengan demikian kontraksi atau transisi pendekatan terletak antara bagian 1 dan 2, tenggorokan antara bagian 2 dan 3 dan perluasan atau transisi keberangkatan antara bagian 3 dan 4. Hingga bagian 1 dan di luar bagian 4 saluran mengalir dalam kondisi normalnya dan oleh karena itu parameter saluran di kedua titik ini sama dan sudah diketahui. Begitu juga kondisi aliran dan parameter saluran yang sama antara bagian 2 sampai 3 yang mewakili bagian tenggorokan atau palung.
Prosedur desain dapat diuraikan sebagai berikut:
Biarkan D dan F dengan subskrip yang sesuai mengacu pada kedalaman dan kecepatan pada empat bagian Juga karena tinggi saluran dan dimensi sudah diketahui pada bagian 4-4:
Langkah 1: TEL pada bagian 4-4 = Tinggi muka air + V 2 4 /2g
dimana elevasi permukaan air pada detik. 4-4 = Tingkat tempat tidur + D 4
(Ingat TEL adalah singkatan dari total energy line)
Langkah 2: TEL pada detik. 3-3 = (TEL pada detik 4-4) + (kehilangan energi antara detik 3 dan 4) Kehilangan energi antara bagian 3-3 dan 4-4 terjadi karena perluasan garis arus dan juga karena gesekan. Mengabaikan kerugian karena gesekan yang kecil dan mengambil kerugian karena pemuaian menjadi
Langkah 5:
Seperti disebutkan dalam empat langkah pertama, level dasar, level permukaan air, dan level garis energi total dapat ditentukan pada empat bagian.
Sekarang garis TE, garis permukaan air dan garis dasar dapat ditarik sebagai berikut:
(a) Sekarang garis energi total dapat ditarik dengan menggabungkan titik-titik ini pada empat bagian dengan garis lurus.
(b) Garis dasar juga dapat ditarik sebagai garis lurus antara bagian-bagian yang berdekatan jika penurunan atau kenaikan tingkat dasar kecil. Sudut-sudutnya harus dibulatkan. Jika penurunan garis dasar cukup besar, garis dasar harus digabungkan dengan kurva balik tangensial yang halus.
(c) Sekarang jelas bahwa antara dua bagian yang berurutan penurunan permukaan air dapat terjadi karena (i) penurunan garis TE antara dua bagian; (ii) peningkatan kecepatan kepala dalam kontraksi; dan (iii) penurunan head kecepatan dalam ekspansi.
Penurunan permukaan air ini dinegosiasikan oleh dua kurva parabola. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 19.26 dan 19.27 untuk penyusutan (transisi pendekatan) dan perluasan (transisi keberangkatan) hal ini dicapai dengan kurva cembung ke atas diikuti oleh kurva cekung ke atas pada transisi sebelumnya dan kurva ke atas cekung diikuti oleh kurva cembung ke atas pada transisi terakhir.
Bisa dilihat dari Gambar. 19.26 dan 19.27
L = Panjang transisi (kontraksi atau keberangkatan) = 2x 1 dan
2y 1 = Total penurunan atau kenaikan permukaan air. Titik m adalah titik tengah panjang transisi dan terletak untuk membagi penurunan total serta panjang secara merata.
Mengambil permukaan air pada titik penampang sebagai persamaan asal parabola diberikan oleh
y = cx2
Mengganti nilai yang diketahui dari y 1 dan x 1
c = y 1 / x 2
Dengan nilai c parabola ini kurva muka air dapat diplot mulai dari titik-titik penampang yang mewakili titik asal.
Persamaan yang akan digunakan untuk memplot sekarang direduksi menjadi
y = (y 1 /x 1 2 ) . x 2
Dengan demikian, profil permukaan air dapat diplot.
Langkah 6: Kecepatan dan luas aliran di berbagai titik dapat diperoleh
(i) Head kecepatan di setiap titik diberikan oleh perbedaan antara TEL dan permukaan air.
Head kecepatan h v = garis TEL – WS
Juga = h v = v 2 /2g
Jadi kecepatan (V) di setiap titik = √2g.h v
(ii) Luas aliran di sembarang titik sekarang dapat diperoleh dengan rumus sederhana
A = Q/V
Dengan nilai A dan D yang diketahui, dimensi saluran trapesium lainnya dapat dihitung menggunakan rumus
A = BD + SD 2
dimana B adalah lebar bedengan dan S: 1, yaitu (H:V) adalah kemiringan sisi.
Dalam kasus dinding sayap melebar, kemiringan sisi secara bertahap dibawa ke vertikal dari kemiringan awal. Nilai kemiringan sisi pada setiap penampang tengah dalam panjang transisi dapat diinterpolasi secara proporsional dengan panjang transisi yang dicapai hingga titik tersebut.
Metode Transisi Hiperbolik Mitra:
Metode ini didasarkan pada prinsip bahwa :
saya. Seiring dengan debit kedalaman aliran di kanal juga konstan; dan
- Tingkat perubahan kecepatan per satuan panjang transisi adalah konstan sepanjang panjang transisi.
Dari Gambar 19.25 dapat dilihat bahwa:
B 0 = lebar saluran normal;
B t = lebar tempat tidur di tenggorokan atau palung;
B x = lebar pada setiap jarak x dari ujung palung;
dan L = total panjang transisi.
Metode Transisi Parabola Semi-kubikal Chaturvedi:
Ini menyatakan bahwa (Lihat Gambar 19.25 untuk notasi)
Prinsip Desain untuk Siphon Aqueduct:
Jelas bahwa saluran air siphon pada dasarnya berbeda dari saluran air biasa. Dengan demikian kriteria untuk desain saluran air tidak cukup dalam desain saluran air siphon.
Selain pertimbangan di atas kriteria berikut harus diadopsi saat merancang saluran air siphon:
(i) Discharge melalui Siphon Barrel:
Head yang menyebabkan aliran (ini juga mewakili kehilangan head dalam barel) melalui barel siphon terbalik dapat diperoleh dari rumus Unwin
dimana h adalah head yang menyebabkan aliran, juga merupakan hilangnya head pada laras dalam m.
L adalah panjang laras dalam m.
R adalah jari-jari rata-rata hidrolik laras dalam m.
V adalah kecepatan aliran melalui barel dalam m/detik.
V a adalah kecepatan pendekatan dalam m/detik, umumnya diabaikan.
f 1 adalah koefisien kehilangan head saat masuk dan umumnya diambil sebagai 0,505.
f 2 adalah koefisien yang memperhitungkan gesekan dalam laras.
di mana a dan b adalah konstanta.
Berikut Tabel 19.2 memberikan nilai a dan b untuk permukaan yang berbeda:
Kecepatan aliran melalui laras pada umumnya terbatas pada 2 sampai 3 m/detik.
Jadi, karena semua nilai diketahui head loss dalam barel atau head yang menyebabkan aliran dapat dihitung. Nilai ini ketika ditambahkan ke High Flood Level (HFL) pada d/s dari saluran air menghasilkan HFL u/s.
Dengan menambahkan papan gratis ke HFL u/s, kita dapat memperoleh bagian atas pekerjaan perlindungan sungai seperti pematang pemandu dan pematang marjinal.
(ii) Tekanan Angkat di Atap Laras:
Saat laras penuh selama banjir, ada tekanan positif di dalam laras. Karena tekanan positif di laras, atap mengalami tekanan ke atas. Diagram tekanan uplift untuk atap dapat digambar dengan mengetahui kepala tekanan pada sisi u/s dan d/s laras.
Pressure head pada sisi d/s laras sama dengan ketinggian muka air di atas dasar atap. Head tekanan pada sisi u/s dapat diperoleh dengan menambahkan kehilangan head pada laras ke head tekanan pada sisi d/s. Hilangnya kepala dapat diperoleh dari rumus Unwin. Gambar 19.28 menunjukkan profil garis gradien hidrolik yang mungkin ada. Dapat dilihat bahwa tekanan uplift maksimum terjadi pada ujung u/s dari atap barel.
Saat mendesain palung perlu mempertimbangkan dua kondisi ekstrem, yaitu:
saya. Laras penuh selama banjir maksimum dan tidak ada air di palung kanal. Kondisi ini memberikan tekanan uplift maksimum yang bekerja pada palung.
- Palung kanal membawa debit penuh tetapi laras tidak berjalan penuh dan karenanya tidak ada pengangkatan di atap laras.
Untuk membatasi ketebalan palung disarankan untuk menyediakan atap beton bertulang dengan perkuatan di bagian bawah untuk menahan beban palung kanal dan perkuatan di bagian atas untuk menahan tekanan ke atas dengan menekuk.
(iii) Tekanan Angkat di Lantai Barel:
Tidak seperti struktur hidrolik lainnya, saluran air dikenai dua jenis tekanan pengangkatan yang berbeda dari dua sumber yang berbeda. Mereka adalah sebagai berikut:
(a) Tekanan Kenaik Statis Akibat Kenaikan Muka Air:
Tabel air berkali-kali naik ke tingkat saluran pembuangan. Khususnya dalam kasus saluran air siphon yang alas lantainya tertekan di bawah alas drainase, tekanan pengangkatan statis bekerja di alas lantai. Tekanan ke atas sama dengan perbedaan tingkat dasar cerat dan tingkat lantai laras.
(b) Tekanan Angkat Karena Rembesan Air Kanal ke Saluran Pembuangan:
Karena ada perbedaan ketinggian antara muka air saluran dan aliran rembesan muka air drainase terjadi pada kondisi yang menguntungkan. Tinggi rembesan ini maksimum bila kanal berjalan dengan kapasitas penuh dan tidak ada aliran di saluran di bawahnya. Seperti ditunjukkan pada Gambar 19.29 aliran rembesan dalam hal ini tidak sederhana tetapi pola alirannya tiga dimensi di mana-mana. Aliran rembesan dimulai dari kedua sisi palung kanal kedap air dan muncul kembali di kedua sisi lantai tong kedap air di saluran pembuangan.
Karena tidak ada perkiraan aliran dua dimensi yang memungkinkan, teori Khosla tidak dapat diterapkan secara ketat. Penyelesaian dengan “metode relaksasi” yang rumit adalah mungkin tetapi terlalu melelahkan. Untuk tujuan desain, prinsip teori mulur Bligh yang dijelaskan di bawah ini dapat diterapkan. Untuk pekerjaan besar, bagaimanapun, adalah penting untuk memeriksa hasil desain awal sehingga diperoleh studi model.
Mengacu pada Gambar 19.29.
Mengambil kasus barel pertama di mana rembesan akan maksimum, total panjang mulur – (panjang mulur ab) + (panjang mulur bc)
L = L1 + L2
Total tinggi rembesan = saluran FSL – d/s ketinggian dasar saluran = H s
Kepala rembesan sisa pada b = -H s /L x L 2
Kepala rembesan sisa total pada b dapat dipertimbangkan untuk merancang ketebalan seluruh lantai dari semua tong.
Ketebalan lantai tong sebenarnya dirancang dengan mempertimbangkan tekanan pengangkatan total yang diciptakan oleh kondisi pengangkatan statis dan aliran rembesan saluran yang disebutkan di atas.
Untuk membatasi ketebalan lantai konstruksi RCC dapat diadopsi karena bagian dari tekanan ditahan oleh berat lantai dan sisanya oleh kekuatan lentur lantai. Dalam pengaturan seperti itu, tekanan ditransfer ke pilar dan ditahan oleh seluruh berat bangunan atas.
Ketika terlihat bahwa tekanan ke atas sangat tinggi, hal itu dapat dikurangi dengan menyediakan pengaman yang sesuai.
Mereka:
(a) Menambah panjang lantai kedap air dari dasar saluran sehingga panjang rangkak bertambah;
(b) Sediakan lubang drainase atau lubang bantuan di lantai tong bersama dengan filter terbalik di bawah lantai. Untuk menghindari tersumbatnya lubang pelepas dan filter di bawah ambang pembuangan, lubang pelepas harus dilengkapi dengan katup penutup.
