Angkutan Sedimen dan Penentuannya (Dengan Diagram)



Baca artikel ini untuk mempelajari tentang dua kategori sedimen yang diangkut oleh air dan penentuannya.

(1) Sedimen Tersuspensi:

Partikel tanah yang diangkut oleh air tanpa bersentuhan dengan dasar saluran disebut sedimen tersuspensi. Partikel-partikel disimpan dalam suspensi oleh komponen arus turbulen ke atas. Tentu saja benar bahwa beberapa partikel jatuh di atas hamparan sedangkan beberapa partikel diambil oleh aliran. Dalam aliran turbulen, pusaran yang naik memindahkan sedimen dari lapisan dasar dengan konsentrasi sedimen berat ke arah atas. Di sisi lain partikel menetap di bawah gaya gravitasi.

Dalam kondisi stabil sedimen ditransfer ke atas keseimbangan dengan yang jatuh di bagian bawah. Juga berat sedimen tersuspensi memberikan tekanan tambahan pada dasar saluran yang melebihi tekanan fluida. Konsentrasi beban tersuspensi ‘C’ pada ketinggian y di atas dasar dapat ditentukan dari konsentrasi yang diketahui pada titik acuan pada ketinggian “a” di atas dasar. Persamaan yang diberikan adalah

 

 

dimana D adalah kedalaman air

w adalah, kecepatan jatuh butir dalam air tenang

K adalah konstanta universal Von Karman = 0,4

V adalah kecepatan geser = √τ 0 /p

p adalah kerapatan rata-rata air dan

Ï„ 0 adalah intensitas tegangan geser di bagian bawah

Evaluasi beban sedimen total per meter lebar saluran dapat dilakukan dengan mengintegrasikan perkalian kecepatan dan konsentrasi di seluruh kedalaman.

(2) Beban Ranjang:

Itu adalah bagian sedimen yang bergerak di sepanjang dasar saluran. Biji-bijian bergerak maju dengan berguling, meluncur atau melompat di sepanjang tempat tidur. Pergerakan sedimen di sepanjang dasar terutama disebabkan oleh hambatan fluida. Ini adalah total komponen tangensial berat air dalam satuan panjang saluran.

Itu diberikan oleh ekspresi:

hambatan fluida = v W A S….(1)

dimana v W = adalah satuan berat air;

A adalah luas penampang; dan

S adalah kemiringan tempat tidur

Gaya traksi adalah hambatan fluida per satuan luas dan diberikan dengan membagi A dengan keliling basah P.

Jadi, Ï„ 0 = v W RS

Untuk saluran lebar R = D

Ï„ 0 = vW DS

Ketika nilai gaya traksi sedemikian rupa sehingga butiran baru saja mulai bergerak, itu disebut gaya traksi kritis dan dilambangkan dengan istilah ‘Ï„ cr ‘.

Untuk saluran lebar dengan lapisan halus Ï„ cr diberikan oleh relasi

τ cr = 0,047 (v – v w ) d

di mana v adalah berat satuan sedimen dan

d adalah diameter butir.

Dengan demikian dapat dilihat bahwa laju pengangkutan beban lapisan merupakan fungsi dari perbedaan X dan X. Hal ini tentu saja tidak begitu lurus ke depan karena dengan peningkatan gaya tarik bentuk lapisan mengalami perubahan dan terbentuk riak. Riak ini menciptakan resistensi bentuk dan menyerap sebagian dari gaya traksi. Dua persamaan yang umumnya digunakan dalam menentukan laju transportasi beban dasar diberikan oleh Meyer-Peter dan Einstein.

Persamaan Meyer-Peter:

Dinyatakan bahwa beban dasar yang diangkut oleh air dalam kilogram per meter lebar diberikan oleh persamaan

 

 

qB adalah laju pengangkutan beban dasar dalam kg/m3/jam.

Ï„ 0 adalah intensitas gaya traksi pada alas dalam kg/m 2

n’ adalah koefisien Manning untuk biji-bijian di hamparan polos tanpa riak. Itu bisa didapat dari persamaan

n’ = (Ks) 1/6 /76

K s adalah diameter butir efektif dalam mm. Ini sama dengan diameter butir rata-rata untuk butir seragam yang berjarak dekat. Dapat diambil sebagai d 65 atau nilai diameter dimana 65% bahan lebih halus untuk pasir bergradasi.

n adalah nilai aktual dari koefisien manning pada hamparan riak.

Ï„ cr adalah gaya traksi kritis dalam kg/m 2

Persamaan Einstein:

Einstein mengadopsi pendekatan statistik dan menurunkan fungsi muatan lapisan untuk laju kesetimbangan pengangkutan muatan lapisan ketika jumlah partikel yang diendapkan dan digosok sama. Dia menyamakan probabilitas partikel yang terkikis dengan probabilitas bahwa berat partikel yang terangkat kurang dari berat yang terendam. Dalam menurunkan persamaan ini dia telah membuat sejumlah asumsi dan mengadopsi banyak koefisien eksperimental. Probabilitas P pergerakan partikel lapisan diberikan olehnya sebagai

 

 

Pada relasi di atas semua parameter seperti ɸ, Ψ, È 0 , A, B adalah konstanta. Ψ, adalah parameter geser tanpa dimensi sedangkan ɸ adalah parameter transportasi tanpa dimensi.

Ketika bahan lapisan terdiri dari bahan butiran yang seragam, berbagai parameter direduksi menjadi ɸ = ɸ dan Ψ = Ψ dan seterusnya.

Karena hubungan di atas tidak praktis, dia selanjutnya mengkorelasikan dua parameter tanpa dimensi ɸ dan Ψ sebagai ɸ = f(Ψ) untuk tujuan praktis.

Untuk material alas yang seragam hubungan tersebut direpresentasikan dengan kurva pada plot semi-logaritmik dengan persamaan

0,465 ɸ = e -0,391 Ψ

Dia memberi nilai ɸ dengan persamaan berikut:

 

 

Di mana

G adalah berat jenis butir;

d adalah diameter butir;

g adalah percepatan gravitasi

v w adalah berat jenis air

Simbol lain memiliki arti serupa yang telah diberikan sebelumnya.

Juga, dia memberi hubungan untuk ɸ sebagai

Ψ = (G – 1) d/R’S

Di mana

R’ adalah jari-jari rata-rata hidrolik yang akan ada jika lapisan tidak beriak. Ketika koefisien rugositas yang digunakan mewakili kekasaran granular, hanya R’ yang dapat dihitung dari persamaan Manning.

Untuk menyederhanakan prosedur dia memberikan kurva pada kertas log-log sebagai ɸ = f(Ψ) untuk penggunaan kerja dan diberikan pada Gambar 9.5.

Relasi Einstein-Brown:

Brown memplot data pada plot log-log dan menemukan bahwa semua data direduksi menjadi satu fungsi linear dari formulir

ɸ = 40 / (Ψ) 3

Hubungan ini juga berguna dalam menghitung angkutan muatan dasar dalam kasus-kasus tertentu. Masalah 9.7. Pada saluran dengan lebar bervariasi, konsentrasi beban tersuspensi ditemukan sebesar 500 ppm pada ketinggian 0,4 m di atas dasar. Jika kecepatan jatuhnya butiran dalam air tenang adalah 0,04 m/detik dan kemiringan dasar saluran adalah 1 dalam 4500 tentukan konsentrasi beban tersuspensi pada 0,8 m di atas dasar saluran. Ambil kedalaman aliran sebagai 2 m.

Larutan:

Langkah 1. Ca pada 0,4 m di atas bedengan = 500 ppm = 500 x 10- 6 x 10 3 = 0,5 kg/m 2

Masalah:

Dengan menggunakan persamaan Meyer-Peter hitung jumlah beban dasar yang diangkut oleh air dalam saluran lebar dengan dimensi sebagai berikut:

Related Posts