Kurva Shields

Satu butir di dasar sungai bertahan selama beratnya masih melebihi seretan aliran. Perbandingan keduanya tidak bersatuan, dan itulah yang membuat satu kurva berlaku untuk pasir maupun bongkah.

simulasiKurva Shields — ambang gerak butir dasar

satuanSI (m, Pa)

d20,00 mm

D*460,6

θ0,0303

θcr0,0555

lembarSD-01rev A

masukan

Sim	Besaran	Nilai
d	Garis tengah butir	20,000mm
R	Jari-jari hidrolik atau kedalaman	1,00m
S	Kemiringan dasar	1,00‰
s	Rapat massa jenis butir terhadap air	2,65
T	Suhu air	15,0°C

kondisi contoh

hasil

Butir diam

Sim	Besaran terhitung	Nilai
τ	Tegangan geser dasar	9,810Pa
τcr	Tegangan yang baru menggerakkan	17,979Pa
θ	Tegangan geser tak berdimensi	0,0303
θcr	Ambangnya pada ukuran butir ini	0,05554
D*	Ukuran butir tak berdimensi	460,59
Rcr	Kedalaman yang baru menggerakkan	1,833m
τ/τcr	Perbandingan terhadap ambang	0,546

yang perlu diperhatikan

Ambangnya di sini 0,0555, berbanding dataran butir kasar 0,055, dan alirannya berada pada 0,55 kali ambang itu. Perhatikan apa yang dilakukan kurvanya di ujung kiri: butir halus justru menuntut tegangan tak berdimensi yang LEBIH BESAR, bukan lebih kecil, karena ia bersembunyi di dalam lapisan kental tempat aliran hampir tidak menjangkaunya. Kenaikan di ujung kiri itulah bagian diagram yang paling mengejutkan orang, dan itu sebabnya dasar berpasir halus dapat lebih sulit digerakkan daripada dasar berpasir kasar. Kedalaman yang baru menggerakkan butir pada kemiringan ini 1,833 m.

verifikasi

6 dari 6 pemeriksaan lolos

Nilai acuan berasal dari luar aplikasi ini. Kolom hitungan dievaluasi saat halaman digambar, jadi tabel ini ikut berubah bila modelnya berubah.

Yang diperiksa	Jenis	Acuan	Nilai acuan	Hitungan	Selisih
Pada butir kasar kurvanya menuju dataran 0,055	Nilai terbitan	Shields (1936), nilai dataran yang dikenal sejak semula	0,05500	0,05500	0,000%
Pasir sedang, 0,5 mm, bergerak pada tegangan sekitar 0,2 pascal	Nilai terbitan	Nilai lapangan yang lazim dikutip untuk pasir sedang	0,2200Pa	0,2554Pa	16,10%
Bilangan Shields sama dengan tegangan dibagi tegangan kritis dikali theta kritis	Konsistensi silang	Definisi bilangan Shields, disusun ulang	0,030303	0,030303	nol
Butir bergerak tepat ketika tegangan melampaui tegangan kritis	Perilaku	Sifat yang harus berlaku pada penanda di lembar ini	1	1	nol
Kedalaman kritis memberi tegangan yang persis kritis	Pulang pergi	Perjalanan bolak-balik lewat tau = rho g R S	17,978768Pa	17,978768Pa	nol
Butir yang lebih besar menuntut tegangan yang lebih besar	Perilaku	Perilaku yang harus berlaku di seluruh rentang ukuran butir	1	1	nol

Bentuk tertutupnya mendekati dataran secara asimtotik, jadi selisihnya tidak pernah persis nol.
Angka lapangan untuk pasir sedang tersebar antara 0,15 dan 0,3 pascal tergantung bentuk butirnya.

Seluruh pemeriksaan ini juga tersedia sebagai berkas uji yang dapat dijalankan sendiri dengan perintah npm test.

dasar perhitungan

θ =τ(s − 1) ρ g dτ = ρ g R S

D* = d[(s − 1) gν²]^(1/3)

θcr =0,301 + 1,2 D*+ 0,055 [ 1 − e^(−0,02 D*) ]

Sumbu mendatar lembar ini sengaja bukan bilangan Reynolds butir seperti pada kurva Shields aslinya. Bentuk asli itu memuat kecepatan gesek di kedua sumbunya, sehingga memakainya menuntut menebak dulu jawabannya lalu mengulang sampai cocok; itulah sebabnya kurva aslinya selalu disertai keluarga garis bantu yang membuat halamannya penuh. Ukuran butir tak berdimensi menyingkirkan masalah itu sama sekali karena ia hanya memuat besaran yang sudah diketahui sejak awal: ukuran butir, rapat massanya, dan kekentalan airnya. Titik kerja karena itu dapat diletakkan langsung tanpa iterasi, dan pembacaannya menjadi satu langkah. Yang perlu diingat, kurva ini menyatakan ambang gerak butir tunggal di dasar yang rata, bukan laju angkutan; di atas ambang ia tidak mengatakan berapa banyak yang terangkut, hanya bahwa angkutannya sudah dimulai.

rujukan

01Shields, A. (1936). Anwendung der Ähnlichkeitsmechanik und der Turbulenzforschung auf die Geschiebebewegung. Mitteilungen der Preussischen Versuchsanstalt für Wasserbau 26.
02Soulsby, R.L. & Whitehouse, R.J.S. (1997). Threshold of sediment motion in coastal environments. Pacific Coasts and Ports Conference.
03Van Rijn, L.C. (1993). Principles of Sediment Transport in Rivers, Estuaries and Coastal Seas. Aqua Publications, Bab 4.
04Buffington, J.M. & Montgomery, D.R. (1997). A systematic analysis of eight decades of incipient motion studies. Water Resources Research, vol. 33.