Belajar › Konsep dasar

Profil hidrolis dan elevasi

Rujukan buku: Buku 3, Bab 8

Coba di simulasi →

IPAL komunal sebaiknya mengalir gravitasi tanpa pompa. Syaratnya, beda tinggi antara muka air pipa masuk dan muka air badan penerima cukup untuk membayar semua kehilangan tinggi tekan.

Cara aplikasi menyusun profil

MA_masuk(1)   = elevasi muka air pipa masuk
MA_masuk(i)   = MA_keluar(i-1) - 0,05          (pipa penghubung)
MA_keluar(i)  = MA_masuk(i) - hL(i)
Dasar(i)      = MA_keluar(i) - tinggi air(i)
Puncak(i)     = Dasar(i) + tinggi air(i) + jagaan(i)
Sisa          = MA_keluar(unit terakhir) - elevasi muka air badan penerima

• MA = elevasi muka air (m), hL = kehilangan tinggi tekan di unit (m)
• Bak pengering lumpur tidak ikut profil; dasarnya diambil 0,60 m di bawah muka tanah tapak.

Kedalaman galian tiap bak = elevasi tapak dikurangi (dasar - tebal lantai - 0,15 m), minimum 0,60 m. Angka ini dipakai langsung untuk volume galian di BOQ.

Profil hidrolis

Profil hidrolis adalah gambar potongan memanjang yang menunjukkan elevasi muka air, dasar, dan puncak setiap unit, dari pipa masuk sampai titik buang. Profil menjawab dua pertanyaan: apakah air bisa mengalir sendiri, dan seberapa dalam bak harus digali. Makin banyak kehilangan, makin dalam bak di hilir dan makin kecil sisa tinggi tekan.

Pada data awal aplikasi, muka air dari pipa masuk sampai bak ukur turun sekitar 1,15 sampai 1,60 m untuk R1-R4 (R2 terendah karena unitnya paling sedikit, R3 tertinggi karena biofilter dan pengendap akhir) dan sekitar 2,06 m untuk R5 karena lahan basah yang panjang.

Kalau muncul PERIKSA pada sisa tinggi tekan atau ada catatan muka air tanah: kurangi jumlah unit seri, kurangi kompartemen, atau naikkan elevasi pipa masuk. Bila tidak mungkin, rencanakan pompa di hilir.

Kehilangan tinggi tekan

Kehilangan tinggi tekan adalah turunnya muka air ketika air melewati satu unit atau satu pipa, karena gesekan, belokan, sekat, media, dan terjunan di pelimpah. Kehilangan terlalu besar menghabiskan beda tinggi; terlalu kecil di atas kertas berarti di lapangan air akan membendung ke hulu.

Nilai di aplikasi:

Kalau muncul PERIKSA pada sisa tinggi tekan: mulai dari unit dengan kehilangan terbesar.

Elevasi muka air pipa masuk

Coba di simulasi →

Elevasi muka air pipa masuk adalah ketinggian muka air limbah di ujung pipa induk saat tiba di tapak IPAL. Inilah titik awal seluruh profil: setiap sentimeter yang hilang di sini menurunkan semua dasar bak dan mengurangi sisa tinggi tekan dengan besar yang sama. Nilai terlalu rendah membuat IPAL dalam dan mungkin perlu pompa.

Nilai ini berasal dari gambar jaringan perpipaan, bukan dipilih bebas. Pada data awal aplikasi nilainya +6,40 m, 0,60 m di bawah muka tanah tapak.

Kalau muncul PERIKSA pada sisa tinggi tekan: periksa ulang elevasi ini terhadap profil jaringan. Menaikkannya 0,20 m menaikkan sisa tinggi tekan 0,20 m.

Elevasi muka tanah tapak

Coba di simulasi →

Elevasi muka tanah tapak adalah ketinggian permukaan tanah asli di lokasi IPAL. Elevasi ini tidak mengubah muka air, tetapi menentukan kedalaman galian setiap bak dan letak bak pengering lumpur (dasarnya 0,60 m di bawah tapak). Makin tinggi tapak terhadap muka air, makin dalam galian dan makin mahal BOQ.

Pada data awal tapak +7,00 m. Galian yang dalam (lebih dari kira-kira 1,5 m) lazimnya memerlukan penahan tebing atau turap saat pelaksanaan.

Kalau muncul PERIKSA: elevasi tapak tidak diperiksa langsung, tetapi berpengaruh pada volume galian dan catatan air tanah. Pakai data ukur topografi.

Elevasi muka air tanah

Coba di simulasi →

Elevasi muka air tanah adalah ketinggian air di dalam tanah di lokasi, sebaiknya muka air tanah tertinggi musim hujan. Bila dasar bak berada di bawahnya, galian akan tergenang saat pelaksanaan dan bak kosong bisa terangkat oleh air tanah.

Aplikasi membandingkan dasar bak terdalam dengan elevasi ini. Bila dasar lebih rendah, aplikasi menulis catatan yang mewajibkan: pemeriksaan gaya angkat, penurunan muka air tanah saat pelaksanaan (dewatering), sambungan cor dengan waterstop, dan beton kedap air. Ini bukan kesalahan rancangan.

Kalau muncul catatan itu: kurangi tinggi air unit terdalam (biasanya pengendap akhir atau aerasi), atau terima dan lengkapi pemeriksaan gaya angkat.

Elevasi muka air badan penerima

Coba di simulasi →

Elevasi muka air badan penerima adalah ketinggian muka air sungai atau saluran tempat air olahan dibuang. Pakai muka air banjir rencana, bukan muka air normal: saat banjir, air sungai tidak boleh membalik masuk ke IPAL. Memakai muka air kemarau memberi rasa aman palsu.

Pada data awal +4,60 m.

Kalau muncul PERIKSA pada sisa tinggi tekan: pastikan nilai ini benar-benar muka air banjir, lalu pertimbangkan katup balik (flap gate) dan pompa keluaran bila sisa tetap kurang.

Sisa tinggi tekan

Sisa tinggi tekan adalah selisih antara muka air keluar unit terakhir dan muka air badan penerima. Ini cadangan agar air olahan tetap keluar sendiri saat sungai banjir dan saat kehilangan di lapangan lebih besar dari hitungan.

Kriteria di aplikasi: sisa >= 0,20 m.

Kalau muncul PERIKSA, pilihan berurutan dari termurah:

1. Kurangi unit seri atau kompartemen (kehilangan turun).
2. Naikkan elevasi pipa masuk bila jaringan memungkinkan.
3. Ganti rangkaian dengan kehilangan lebih kecil.
4. Pasang pompa keluaran beserta bak penampung.

Gaya angkat air tanah

Gaya angkat air tanah adalah dorongan ke atas dari air tanah pada dasar bak yang terbenam, sama dengan berat air yang dipindahkan bagian bak di bawah muka air tanah. Saat bak dikosongkan untuk dikuras, hanya berat beton yang menahan; bila kalah, bak terangkat dan retak.

U = 9,81 x (MAT - elevasi bawah pelat dasar) x luas luar dasar   (kN)
syarat: berat beton / U >= faktor aman (lazim 1,1-1,5)

Aplikasi tidak menghitung gaya angkat; aplikasi hanya memberi catatan bila dasar terdalam di bawah muka air tanah. Kalau catatan itu muncul: hitung tangan seperti di studi kasus, dan bila kurang, tebalkan pelat dasar, perlebar pelat keluar dinding (tumit), atau pasang pengaman angkat.

Kesalahan yang sering terjadi

Studi kasus: Griya Asri

R1 (abr-af). Muka air turun dari +6,400 m ke +4,911 m (total 1,489 m: unit 1,139 m dan pipa 7 x 0,05 = 0,35 m).

Sisa tinggi tekan = 4,911 - 4,60 = 0,311 m, OK. Dasar terdalam +3,41 m (filter anaerobik) masih 0,41 m di atas muka air tanah +3,00 m. Bila muka air pipa masuk turun ke +6,00 m, sisa menjadi -0,089 m (PERIKSA): air olahan tidak lagi mengalir sendiri ke sungai.

R5 (abr-lahan-basah). Lahan basah 67 m kehilangan 0,77 m (kemiringan dasar 1 persen x 67 m + 0,10 m), sehingga muka air akhir hanya +4,341 m dan sisa -0,259 m, PERIKSA: lebih rendah daripada muka air sungai, sehingga keluaran harus dipompa. Menaikkan muka air pipa masuk 0,46 m menjadi sekitar +6,86 m memberi sisa 0,201 m (OK), tetapi nilai itu hanya mungkin bila jaringan pipa dan tapak mengizinkan, dan kebutuhan lahan R5 tetap menjadi masalah terpisah.

R3 (biofilter). Muka air akhir +4,801 m, sisa 0,201 m: OK, tetapi nyaris tanpa cadangan karena biofilter (0,30 m) dan pengendap akhir (0,30 m) memakai kehilangan besar. Dasar pengendap akhir +2,20 m, 0,80 m di bawah muka air tanah, sehingga muncul catatan gaya angkat dan dewatering.

R4 (lumpur-aktif). Dasar pengendap akhir +2,35 m, 0,65 m di bawah muka air tanah +3,00 m, sehingga muncul catatan gaya angkat. Periksa tangan (bukan keluaran aplikasi): bawah pelat sekitar +2,10 m (dasar dikurangi tebal 0,25 m), tekanan 9,81 x (3,00 - 2,10) = 8,8 kN/m2, luas luar 6,60 m x 2,55 m = 16,8 m2, gaya angkat sekitar 149 kN. Beton bak 18,07 m3 x 24 kN/m3 = 434 kN, faktor aman sekitar 2,9: aman. Sisa tinggi tekan R4 0,351 m (OK).

Latihan

Soal 1 (mudah). Muka air masuk sebuah ABR 6 kompartemen +6,00 m. Kehilangannya 0,04 x 6 + 0,05 m dan tinggi air 2,00 m, jagaan 0,40 m. Berapa muka air keluar, elevasi dasar, dan elevasi puncak?

Soal 2 (sedang). Enam unit seri dengan kehilangan 0,05; 0,10; 0,10; 0,29; 0,20; dan 0,199 m dihubungkan pipa 0,05 m per sambungan. Muka air masuk +6,40 m dan muka air banjir sungai +4,60 m. Berapa sisa tinggi tekan? Berapa muka air masuk paling rendah agar sisa tetap 0,20 m?

Soal 3 (menantang). Sebuah bak terbenam mempunyai bawah pelat +2,00 m, luas luar dasar 5,0 m x 3,5 m, dan beton 14 m3 (berat 24 kN/m3). Muka air tanah +3,00 m. (a) Hitung gaya angkat dan faktor aman saat bak kosong. (b) Bila pada musim hujan muka air tanah naik ke +3,60 m, apakah faktor aman 1,5 masih terpenuhi? Berapa tambahan beton agar terpenuhi?

Kunci jawaban.

1. Kehilangan = 0,04 x 6 + 0,05 = 0,29 m. MA keluar = 6,00 - 0,29 = +5,71 m; dasar = 5,71 - 2,00 = +3,71 m; puncak = 3,71 + 2,00 + 0,40 = +6,11 m.
2. Kehilangan unit = 0,05 + 0,10 + 0,10 + 0,29 + 0,20 + 0,199 = 0,939 m; pipa = 5 sambungan x 0,05 = 0,25 m; total 1,189 m. MA keluar = 6,40 - 1,189 = +5,211 m; sisa = 5,211 - 4,60 = 0,611 m (OK). Agar sisa 0,20 m: MA masuk minimum = 4,60 + 0,20 + 1,189 = +5,989 m, sekitar +5,99 m.
3. (a) U = 9,81 x (3,00 - 2,00) x 5,0 x 3,5 = 171,7 kN. Berat beton = 14 x 24 = 336 kN; faktor aman = 336/171,7 = 1,96, memenuhi. (b) Pada MAT +3,60 m: U = 9,81 x 1,60 x 17,5 = 274,7 kN; faktor aman = 336/274,7 = 1,22 < 1,5, tidak terpenuhi. Berat yang diperlukan = 1,5 x 274,7 = 412 kN, setara beton 17,17 m3, jadi perlu tambahan sekitar 3,2 m3 (misalnya dengan menebalkan pelat dasar atau memperlebar tumit).

Rujukan

• Buku 3, Bab 8.
• Metcalf & Eddy. Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery (hidrolika instalasi).
• Ten States Standards.
• ISO 1438 (pengukuran debit dengan ambang tipis).