TUGAS AKHIR
REDESAIN BENDUNG PENDEKAN DI DESA BOKOHARJO, PRAMBANAN, KABUPATEN SLEMAN, D.I. YOGYAKARTA
Diajukan Kepada Universitas Islam Indonesia Yogjakarta Untuk Memenuhi Persyaratan Memperoleh Derajat Sarjana Strata Satu (S1) Teknik Sipil
TUGAS AKHIR REDESAIN BENDUNG PENDEKAN DI DESA BOKOHARJO, PRAMBANAN, KABUPATEN SLEMAN, D.I. YOGYAKARTA Diajukan Kepada Universitas Islam Indonesia Yogjakarta Untuk Memenuhi Persyaratan Memperoleh Derajat Sarjana Strata Satu (S1) Teknik Sipil
HALAMAN PENGESAHAN TUGAS AKHIR
REDESAIN BENDUNG PENDEKAN DI DESA BOKOHARJO, PRAMBANAN, KABUPATEN SLEMAN, D.I. YOGYAKARTA
Disusun Oleh :
WISNU AJI PRAWOTO
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ...................................................... ..................................
i
LEMBAR PENGESAHAN ......................................................... ......................
ii
KATA PENGANTAR ..................................................... ...................................
iii
MOTTO
v
........................................................ ...................................................
PERSEMBAHAN................................................. ..............................................
vi
DAFTAR ISI
vii
....................................................... ..........................................
DAFTAR TABEL
..................................................... ...................................
xi
DAFTAR GAMBAR ....................................................... .................................
xiii
DAFTAR LAMPIRAN ...................................................... ................................
xv
ABSTRAK
xvii
BAB I
...................................................... ...........................................
PENDAHULUAN ................................................. ...........................
1.1
Latar Belakang .......................................................................
1
1
BAB III
LANDASAN TEORI ........................................................ ...............
9
3.1
Pemilihan Lokasi Bendung ................................................ ....
9
3.2
Perancangan Tubuh Bendung ................................................
11
3.2.1
Perancangan Bentuk dan Elevasi Mercu Bendung ....
11
3.2.2
Perancangan Jari-jari Mercu Bendung ......................
12
3.2.3
Lebar Efektif Mercu Bendung...................................
14
3.2.4
Tinggi Muka Air Sebelum Ada Bendung..................
15
3.2.5
Tinggi Muka Air Setelah Ada Bendung ....................
16
3.2.6
Efek Back Water........................................................
16
3.2.7
Perancangan Kolam Olak ..........................................
19
3.2.8
Rip-rap ................................................... ....................
22
3.2.9
Perancangan Lantai Muka .........................................
24
3.3
Perancangan Bangunan Pengambilan ....................................
24
3.4
Perancangan Bangunan Pembilas ..........................................
25
3.5
Perancangan Bangunan Penangkap Pasir ..............................
27
3.5.1
Perancangan Kantong Lumpur ..................................
27
3.5.2
Perencanaan Bangunan Pembilas Kantong Lumpur
29
4.4.1
Data Topografi................................................... ........
37
4.4.1
Data Hidrologi ...........................................................
38
4.4.2
Data Morfologi ..........................................................
38
4.4.3
Data Geologi..............................................................
38
Langkah-langkah Perancangan ................................................
38
PERANCANGAN BENDUNG ................................................ ......
40
4.5
BAB V
5.1
Umum ............................................... .......................................
40
5.2
Data Perancangan ....................................................................
40
5.3
Perancangan Tubuh Bendung ..................................................
42
5.3.1
Perencanaan Elevasi Mercu Bendung .......................
42
5.3.2
Perhitungan Tinggi Muka Air Sebelum Ada Bendung
42
5.3.3
Perancangan Saluran Pembilas Bendung ..................
46
5.3.4
Perhitungan Lebar Efektif Bendung .........................
48
5.3.5
Perancangan Mercu Bendung ....................................
49
5.3.6
Perhitungan Tinggi Muka Air Setelah Ada Bendung
50
5.3.7
Efek Back Water
52
5.8
5.7.1
Gaya yang Bekerja.....................................................
72
5.7.2
Stabilitas Bendung saat kondisi air normal ...............
82
5.7.3
Stabilitas Bendung Saat Kondisi air Banjir ...............
92
Analisa Stabilitas Tanggul ............................................... .......
98
5.8.1
Gaya yang Bekerja.....................................................
98
5.8.2
Stabilitas Bendung saat kondisi air normal ...............
102
BAB VI
PEMBAHASAN ..................................................... .........................
105
BAB VII
KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................
108
7.1
Kesimpulan ............................................ ..................................
108
7.2
Saran ........................................................................................
108
DAFTAR PUSTAKA ................................................... .....................................
109
LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Tabel 5.1 Data hasil perhitungan debit banjir .....................................................
41
Tabel 5.2 Perhitungan tinggi muka air di hulu bendung ......................................
44
Tabel 5.3 Hubungan tinggi muka air (h) dan debit (Q) setelah ada bendung. .....
51
Tabel 5.4 Panjang hasil hitungan curve kedalaman air pengaruh “back water” ..
54
Tabel 5.5 Panjang rembesan air untuk panjang lantai muka................................
62
Tabel 5.6 Jalur rembesan dan tekanan air bendung pada kondisi air normal. .....
74
Tabel 5.7 Jalur rembesan dan tekanan air bendung pada kondisi air banjir ........
78
Tabel.5.8 Gaya berat sendiri bendung................................................. .................
80
Tabel.5.9 Gaya akibat gempa............................................. ..................................
82
Tabel.5.10 Berat sendiri dan momen guling ............................................... .........
83
Tabel.5.11 Gaya tekanan air ............................................... .................................
83
Tabel.5.12 Beban dan momen akibat gempa ............................................... ........
84
Tabel.5.13 Rencana pembebanan dalam keadaan air normal .............................
85
Tabel.5.26 Gaya tekanan tembok penahan tanah ................................................
99
Tabel.5.27 Gaya horizontal dan momen .............................................................
100
Tabel.5.28 Gaya horizontal dan momen .............................................................
101
Tabel.5.29 Gaya dan momen yang terjadi ...........................................................
103
Tabel.5.30 Perbandingan hasil redesain dengan desain yang ada .....................
104
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Lokasi Bendung Pendekan ................................................ ...............
3
Gambar 3.2 Mercu Tipe Bulat dengan 2 Jari-jari ................................................
13
Gambar 3.3 Pengaruh penggenangan “Back Water” ...........................................
17
Gambar 3.4 Kolam Olak tipe Vlugter ..................................................................
22
Gambar 3.5 Rip-rap..............................................................................................
23
Gambar 3.6 Titik tinjauan patah tarik ............................................ ......................
33
Gambar 3.7 Titik tinjauan gaya guling .................................................. ..............
35
Gambar 4.1 Bagan Alir Perancangan Bendung ...................................................
39
Gambar 5.1 Penampang basah sungai................................................. .................
43
Gambar 5.2 Hubungan debit (Q) dan tinggi muka air (h) ....................................
45
Gambar 5.3 Saluran pembilas bendung ................................................... ............
48
Gambar 5.4 Mercu bendung dengan 2 jari-jari ...................................................
50
Gambar 5.5 Hubungan debit (Q) dan tinggi muka air (h) ....................................
52
Gambar 5.18 Berat sendiri ........................................................................... .......
79
Gambar 5.19 Gaya akibat gempa .................................................. ......................
81
Gambar 5.20 Berat sendiri ........................................................................... .......
82
Gambar 5.21 Gaya akibat gempa sebagai tinjauan bahaya guling.......................
84
Gambar 5.22 Titik tinjauan bahaya patah tarik ........................................... .........
90
Gambar 5.23 Berat sendiri bendung .................................................. ..................
92
Gambar 5.24 Gaya akibat gempa sebagai tinjauan bahaya guling.......................
93
Gambar 5.25 Gaya dan diagram tekanan tembok penahan tanah .......................
98
Gambar 5.26 Miring tanah dan sudut tembok bagian bawah ..............................
99
Gambar 5.27 Momen guling ditinjau dari titik A ...............................................
102
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Gambar Situasi Bendung Lampiran 2 Gambar Denah Bendung Lampiran 3 Gambar Potongan A – A Lampiran 4 Gambar Potongan B – B Lampiran 5 Gambar Potongan C – C Lampiran 6 Gambar Saluran Kantung pasir Lampiran 7 Bentuk – bentuk mercu Lampiran 8 Bentuk – bentuk bendung mercu Ogee Lampiran 9 Tabel k dan n Lampiran 10 Faktor koreksi C 1 pada bendung mercu Ogee Lampiran 11 Harga-harga koefisien C 2 untuk bendung mercu Ogee Lampiran 12 Lebar efektif bendung Lampiran 13 Peredam energi tipe bak tenggelam Lampiran 14 Jari-jari minimum bak
Lampiran 27 Faktor Keamanan Tehadap Geser Lampiran 28 Gambar gaya tekanan air pada kondisi normal Lampiran 29 Gambar gaya tekanan air pada kondisi banjir Lampiran 30 Gambar gaya berat sendiri bendung sebagai tinjauan terhadap bahaya guling. Lampiran 31 Gambar gaya akibat gempa sebagai tinjauan bahaya guling Lampiran 32 Gambar gaya akibat beban gempa Lampiran 33 Gambar gaya berat sendiri bendung Lampiran 34 Besarnya aliran harian Lampiran 35 Kartu peserta tugas akhir Lampiran 36 Kartu presensi konsultasi tugas akhir mahasiswa
ABSTRAK
Indonesia merupakan sebuah negara berkembang dengan kondisi masyarakat yang agraris, didukung oleh kondisi alam yang sangat memadahi. Dengan Sumber Daya Alam yang sangat melimpah ditambah dengan Sumber Daya Manusia yang ada maka sektor pertanian menjadi sangat dan berpotensi besar bila dikembangkan di Indonesia. Oleh karena itu diperlukan suatu upaya dari pemerintah untuk mempertahakan, mendukung, dan mengembangkan sektor pertanian. Salah satunya adalah pengembangan, rehabilitasi dan optimalisasi sarana dan prasarana, seperti jaringan irigasi. Guna mendukung hal tersebut maka dibuat sebuah bangunan bendung yang merupakan hulu dari suatu jaringan irigasi. Bendung Pendekan yang terletak di Kabupaten Sleman melayani 296,6 Ha lahan pertanian yang masih sangat potensial untuk dikembangkan akan tetapi terdapat komponen yang tidak bekerja sebagaimana mestinya. Oleh karena itu dilakukan perancangan ulang terhadap bendung tersebut sebagai media pembelajaran bagi mahasiswa, sehingga diharapkan dapat berperan dalam pembangunan di Indonesia. Desain dilakukan menggunakan data-data yang telah ada termasuk debit banjir dan pengambilan. Debit rancangan yang digunakan adalah sebesar 96,4 3 m /dt. Langkah-langkah dalam melakukan perancangan ini antara lain survey lokasi dan dokumentasi lapangan, pengumpulan data dan referensi, perumusan masalah, membuat batasan masalah, merencanakan dan merancang teknis bangunan, pembahasan hasil redesain dengan desain yang ada di lapangan, kemudian tahap terakhir adalah penarikan kesimpulan.
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Indonesia adalah sebuah Negara yang sedang berkembang. Negara dengan penduduk lebih dari 200 juta ini termasuk Negara Agraris, karena sebagian penduduknya bekerja di sektor pertanian. Dengan keadaan alam yang subur curah hujan yang tinggi dan memiliki dua musim yaitu musim kemarau dan musim penghujan, maka pertanian tepat dikembangkan di negara ini. Oleh sebab itu sektor pertanian di Indonesia akan sangat penting bagi perkonomian bangsa Indonesia. Pertanian adalah suatu kegiatan pembudidayaan tanaman yang diharapkan dapat memberikan nilai ekonomi. Dalam hal ini dititik beratkan kepada pertanian tanaman makanan pokok sebagian besar mayarakat Indonesia yaitu padi (padi sawah). Padi sawah merupakan tanaman yang dalam hidupmya memerlukan penggenangan air selama 3,5 bulan untuk varietas biasa dan 2,5 bulan untuk varietas unggul. Untuk memenuhi kebutuhan air tersebut maka diperlukan
1.2
Rumusan Masalah
Bagaimana agar Bendung Pendekan dapat melayani kebutuhan irigasi 296,6 Ha lahan pertanian di wilayah Kabupaten Sleman secara optimal. Penulis akan melakukan perancangan ulang terhadap fisik bangunan bendung pendekan sebagai tugas akhir.
1.3
Tujuan
Mendesain ulang Bendung Pendekan sehingga didapat desaian yang dapat berfungsi secara optimal, meliputi perencanaan dimensi bangunan utama bendung yaitu mercu bendung, bangunan pembilas utama, bangunan pengambilan, kolam olak, lantai muka, dan rip - rap.
1.4
Manfaat
Manfaat dari penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Memberikan pengetahuan dan kontribusi dalam bidang perencanaan banguan air khususnya bendung 2. Dapat membandingkan desain baru dengan desain sebelumnya.
1.6
Lokasi Bangunan
Bendung Pendekan terletak di Dusun Gendukan, Desa Bokoharjo, Kecamatan Prambanan, Kabupaten Sleman, Daerah Istimewa Yogyakarta.
U
Dusun Pendekan
Dusun Gendukan Bendung Pendekan n a g n u y i P n a n a b m a r P . l J
Sungai Opak
Dusun Bangsiran
Dusun Kebondalem
Gambar 1.1 Lokasi Bendung Pendekan
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Redesain Bendung Tegal
Redesain Bendung Tegal dilakukan oleh Windri Eka Yulianti dan Andi Aprizon pada tahun 2003.Bendung Tegal terletak di Dusun Tegal, Desa Talaban, Kecamatan Imogiri, Kabupaten Bantul, Daerah Istimewa Yogyakarta. Bendung tersebut direncanakan melayani 614,33 Ha areal pertanian dengan luas DAS 160,2 2
km dan panjang sungai 65 km dengan kemiringan 0,0025. Bendung dirancang dengan debit banjir rencana dengan kala ulang 100 tahun
3
adalah 703,439 m /dt. Analisis banjir rencana tersebut dihitung
menggunakan metode Rational Jepang. Bendung Tegal didesain dengan 2 pintu pengambilan dikiri dan kanan bendung. Debit rencana pada saluran pengambilan 3
disebelah kanan adalah 0,815 m /dt untuk mengairi lahan pertanian seluas 144,4 3
Ha, sedangkan pada sebelah kiri adalah 0,275 m /dt untuk mengairi 469,93 Ha. Desain Bendung Tegal ini dirancang menggunakan mercu bendung tipe bulat dengan 2 jari-jari, dengan R1 = 1 m dam R2 = 2 m. Tinggi elvasi mercu
2.2
Redesain Bendung Kadireso
Redesain Bendung Kadireso yang terletak di kali Kadireso dilaksanakan oleh PT. Tatareka Paradya pada tahun 2004. Bendung tersebut tidak berfungsi karana ada kerusakan pada bagian saluran pengambilan. Dan juga elevasi mercu yang kurang tinggi sehingga kebutuhan debit tidak terpenuhi. Perencanaan dilakukan dengan mempertahankan bangunan utama, dengan perbaikan-perbaikan pada bagian yang mengalami kerusakan sesuai dengan kondisi normal. Kelemahan pintu pengambilan air dari intake kiri dengan konstruksi skot balk adalah sulit pengoperasiannya saat terjadi banjir sehingga didesain ulang dengan pintu sorong baja. Penambahan tinggi elevasi mercu tentu akan mempengaruhi tinggi muka air sehingga perlu peninggian tanggul dan perubahan saluran primer. Saluran pembawa bendung Kadireso kondisinya cukup baik dengan pasangan batu putih sepanjang ± 75 m. berdasarakan pengukuran Pt. Tatareka diparoleh luas 11 Ha daerah irigasi.Dibutuhkan 200 m saluran pembawa sehingga dilakukan penambahan sepanjang 125 m dengan pasangan batu. Karena daerah irigasi yang tidak begitu luas maka dibuat sistem irigasi langsung dari pintu pengambilan dibuatkan saluran pembawa langsung keareal persawahan tanpa bangunan
3
3
m /dt untuk mengairi 144,4 Ha areal sebelah kanan dan 0,275 m /dt untuk mengairi areal sebelah kiri dengan luas 469,93 Ha. Desain bendung Tegal ini dengan menggunakan tipe kolam olak Vlugter dan mercu bentuk bulat. Dari hasil perhitungan desain bendung tegal ini dirancang lebar bendung adalah 110 m, desain pintu pembilas sebanyak 1 buah dengan lebar 1,5 m terletak didalm as sungai disisi pilar utama bendung dengan lebar 1,5 m sehingga lebar efektif menjadi 100 m. Tinggi mercu adalah 6,887 m, dengan jari jari terkecil adalah 1,9 m dan jari terbesar adalah 3,8 m, panjang kolam olak dirancang 7,907 m dan digunakan lantai muka sepanjang 40 m. Untuk bangunan pengambilan didesain kanan dan kiri, untuk pintu sebelah kiri menggunakan gorong-gorong.
2.4
Redesain Bendung Boro Dengan Lokasi Pada As Sungai
Redesain Bendung Boro dilakukan oleh Zulfendi dan Hendro Amalin Ritonga pada tahun 2007. Bendung Boro terletak di kali Bogowonto, kabupaten Purworejo, Propinsi Jawa Tengah.. Bendung Tegal yang telah ada didesain terletak di sudetan atau kopur kemudian lokasi bendung tersebut didesain ulang
bendung Boro yang diletakkan pada as Sungai membutuhkan dimensi bendung yang lebih besar dari pada bendung Boro pada kopur. Hal ini dapat dilihat dari berat sendiri bendung pada as sungai adalah 604,213 Ton sedangkan pada desain yang lama berat bendung adalah 90,433 Ton. Perbedaan juga dapat dilihat dari elevasi mercu pada bendung Boro pada as sungai adalah 9,89 m, sedangkan pada sudetan tinggi bendung 2 m. Dari keterangan diatas dapat disimpulkan bahwa hasil redesai bendung Boro pada as sungai memiliki kelemahan, karena bendung harus memiki bentuk atau dimensi yang lebih besar dibandingkan dengan desain bendung Boro dengan lokasi pada kopur atau sudetan. Hal ini dapat merugikan karena akan menyebabkan suatu pemborosan bila ditinjau dari segi perbedaan volume bendung yang besar.
2.5
Redesain Bendung Mrican
Redesain bendung mrican dilakukan oleh Emil Adly dan Eno Susilowati pada tahun 2007. Bendung Mrican terletak di kali Gajah Wong di Dusun Mrican, Desa Tamanan, Kecamatan Giwangan, Kabupaten Bantul, Propinsi Daerah
panjang dari desain yang ada yaitu 119,0125 m sedangkan dari desain yang ada sepanjang 40 m. Dari hasil redesain diperoleh elevasi mercu bendung +71,80 m dan elevasi muka air banjir +73,22 lebih rendah dibandingkan dengan desain yang ada yaitu elevasi mercu bendung +71,6 m dan elevasi meka air banjir + 73,90 m. Pada bagian mercu bendung dedesain berbeda dengan desain yang ada yaitu dedesain dengan mercu tipe bulat dengan 2 jari-jari yaitu R1= 0,6675 m dan R2 = 1,335 m, sedangkan pada desain yang lama menggunakan mercu tipe Ogee. Bangunan peredam energi dirancang sama dengan desain bendung yang ada yaitu dengan kolam olak dengan tipe USBR tipe III. Tetapi pada desain baru dirancang dilengkapi dengan bangunan peredam gerusan atau rip-rap dengan panjang 13,2199 m dengan diameter batuan 0,1337 m. Untuk memperpanjang jalannya air di bawah pondasi pada desain baru dirancang mengunakan lantai muka pada hulu bendung dengan panjang 27,5 m dan pada dsain lama menggunak lantai muka dengan panjang 32,5 m.
BAB III LANDASAN TEORI
3.1
Pemilihan Lokasi Bendung
Pemilihan lokasi bendung merupakan suatu tahapan penting, karena lokasi bendung akan menentukan letak dan luas daerah irigasi yang akan dilayani. Selain itu pemilihan lokasi juga berpengaruh pada saat proses konstruksi. Pemilihan lokasi yang tepat akan dapat memberikan suatu manfaat yang besar tapi sebaliknya bila terjadi pemilihan yang kurang tepat dapat mendatangkan musibah ataupun kendala, baik pada saat pembangunan maupun saat opersionalnya. Oleh karena itu pemilihan lokasi bendung harus dilakukan dengan tepat, dengan memperhitungkan beberapa faktor yaitu Topografi, Hidrologi, Morfologi, Geologi, Mekanika Tanah, dan bangunan lain yang akan dibangun. Bendung berdasarkan operasionalnya dapat dibedakan menjadi : a. bendung tetap Bendung tetap adalah bendung yang terdiri dari ambang tetap atau permanen, sehingga muka air banjir tidak dapat diatur elevasinya.
b. pada sudetan atau kopur Bendung pada kopur adalah bendung yang dibangun diluar as sungai dengan membuat aliran sungai baru melewati bendung tersebut. Penempatan bendung dapat dilakukan di dalam sungai ataupun diluar sungai (sudetan). Pemilihan lokasi bendung ini akan sangat berpengaruh pada kemampuan kerja suatu bendung pada saat operasinalnya dan pada proses pelaksanaan konstruksinya. Oleh karena itu sangat perlu diperhatikan faktor yang akan mempengaruhinya, sehingga akan didapatkan suatu kondisi yang tepat dan paling menguntungkan Keuntungan bendung yang ditempatkan di sudetan sungai adalah sebagai berikut : a. Memudahkan dalam pelaksanaan konstruksi, tidak ada gangguan aliran sungai. b. Waktu pelaksanaan tidak bergantung kepada musim c. Dapat memilih tanah pondasi yang lebih baik, karena lokasi pondasi bukan didasar sungai. d. Penempatan lokasi intake, kantung pasir dan saluran lebih baik dengan menyesuaikan dengan lokasi sudetan
Kerugian bendung yang ditempatkan di dasar sungai adalah sebagai berikut : a. Dalam pelaksanaan konstruksi ada gangguan aliran sungai sehingga perlu adanya pekerjaan-pekerjaan sementara seperti pembuatan saluran pengelak, tanggul penutup, dan cofferdam. b. Waktu pelaksanaan bergantung kepada musim
3.2
Perancangan Tubuh Bendung
3.2.1
Perancangan Bentuk dan Elevasi Mercu Bendung
Tipe mercu bendung yang sering digunakan di Indonesia sebagai bendung pelimpah adalah tipe Ogee dan tipe bulat. Kedua bentuk mercu tersebut dipakai baik untuk konstruksi beton, pasangan batu dan kombinasi beton dengan pasangan batu. Untuk mengetahui elevasi muka air yang diperlukan, tinggi, kedalaman air dan kehilangan tinggi energi berikut harus dipertimbangkan. 1. Elevasi sawah tertinggi 2. Kedalaman air sawah
3.2.2
Perancangan Jari-jari Mercu Bendung
3.2.2.1 Tipe Bulat
Pada perencanaan ini dirancang menggunakan mercu bendung tipe bulat dengan 2 jari-jari, R1 dan R2. Untuk Menentukan jari-jari mercu bendung digunakan rumus sebagai berikut : Rumus “Bunschu” : 3
Q = m.b.d 2 .g
1
2
... (3.1)
Dengan : 3
Q
= debit aliran yang melewati mercu (m /dt)
m
= koefisien peluapan (1,33)
b
= lebar efektif bendung (m)
d
= tinggi air diatas mercu = 2/3H (m)
H
= tinggi air dibagian huku bendung (m) = h+k
k
= besarnya energi kecepatan aliran diatas mercu bendung (m)
Untuk menetapkan R1 dipakai metode “Kregten” sebagai rumus pendekatan :
H
k d R1 0,4
2 R 8 0 ,
Gambar 3.2 Mercu Tipe Bulat dengan 2 Jari-jari
3.2.2.2 Tipe Ogee
Mercu Ogee adalah sebuah mercu bendung yang memiliki bentuk tirai luapan bawah dari bendung ambang tajam aerasi. Oleh karena itu mercu ini tidak akan memberikan tekanan sub atmosfir pada permukaan mercu sewaktu bending
Persamaan antara tinggi energi dan debit untuk bending tipe Ogee adalah sebagai berikut : 2 2 Q = Cd . . .g .b.H1,5 1 3 3
... (3.3)
Dengan : 3
Q
= debit (m /dt)
Cd
= koefisien debit = C 0.C1.C2 C0 = konstanta = 1,30 C1 = fungsi p/h d dan H1/hd C2 = faktor koreksi untuk permukaan hulu
g b H1
= percepatan grafitasi = 9,8 m/dt
2
= lebar mercu (m) = tinggi energy diatas mercu (m)
Untuk harga koefisien debit C 1, C2 dalam dilihat dalam Gambar 4.7 Lampiran 10 dan Gambar 4.10 Lampiran 11.
3.2.3
Lebar efektif mercu Bendung
3.2.4
Tinggi Muka Air Sebelum Ada Bendung
Untuk Menentukan tinggi muka air sungai di hulu dan di hilir bendung digunakan rumus-sebagai berikut : Q = A.V
... (3.5)
Dengan : 3
Q
= debit sungai (m /dt)
A
= luas tampang basah (m2)
V
= kecepatan aliran (m/dt)
Untuk mempermudah dalam melakukan perhitungan maka penampang sungai diasumsikan berbentuk trapezium dan lebar dasar sungai dianggap sama. Maka didapat persamaan luas penampang sungai sebagai berikut:
A = (b + m.h)h
... (3.6)
P = B + 2h. 1 + m 2
... (3.7)
Dengan : A b h
2
= luas tampang basah sungai (m ) = lebar dasar sungai (m) = tinggi air banjir (m)
3.2.5
Jb
= kekasaran dinding Basin = 0,85
I
= kemiringan rata-rata dasar sungai
Tinggi Muka Air Setelah Ada Bendung
Untuk Menentukan tinggi muka air setelah ada bendung digunakan rumus sebagai berikut : 3
Q = m.b.d 2 .g
1
2
... (3.1)
⎛ 4 ⎞ 2 3 ⎧ 1 ⎫ “ Verwoerd ” k = ⎜ ⎟.m .h .⎨ ⎬ ⎝ 27 ⎠ ⎩ (h + p ) ⎭ h⎫ ⎧ “ Kreghten “ m = 1,49 − 0,018⎨5 − ⎬ ⎩ R ⎭
2
2
Dengan : P
= tinggi bendung dari dasar sungai (m) = Elevasi mercu bendung – Elevasi dasar sungai
b
= lebar efektif mercu bendung (m)
d
= tinggi air diatas mercu m
h
= tinggi muka air (m)
... (3.10)
... (3.11)
L=
2h
Untuk L=
... (3.12)
I h a
< 1 , maka digunakan rumus
a+z
... (3.13)
I
⎛ X ⎞ Z = h ⎜1 − ⎟ ⎝ L ⎠
2
... (3.14)
Dengan : L
= panjang pengaruh pembendungan (m)
h
= tinggi muka air banjir berhubung ada bendung di hulu bendung
I
= kemiringan dasar sungai
a
= tinggi air banjir sebelum ada bendung
z
= kedalaman air pada jarak X meter dari bendung (m)
⎛ 2 2 43 ⎞ ⎛ 2 2 ⎞ ⎜ n .Q P ⎟ ⎜ n .Q ⎟ Sf = ⎜ ⎟=⎜ 10 4 ⎟ ⎜ A 3 ⎟ ⎜⎝ A 2 .R 3 ⎠⎟ ⎝ ⎠
... (3.16)
⎛ ⎞ ⎜ ⎟ 2 α.Q .B ⎜ 1− ⎟ 3 ⎜ ⎟ g.A S=⎜ h 4 ⎟ ⎜ n 2 .Q 2 .P 3 ⎟ ⎜1− ⎟ 10 ⎜ ⎟ A 3 ⎝ ⎠
... (3.17)
S = F(h).Η
... (3.18)
Dengan : S
= jarak antara dua tampang yang ditinjau (m)
h
= selisih dalam air antara dua tampang yang ditinjau (m)
α
= koefisien coraolis = 1
Q
= Debit rencana (m3/dt)
A
= luas tampang basah alira (m )
n
= koefisien Manning
p
= keliling basah
Sf
kemiringan garis energi
2
3.2.7
Perancangan Kolam Olak
3.2.7.1 Kolam Olak Tipe Cekung Menurut Direktorat Irigasi 1986, Standar Perencanaan Irigasi Kp–06, kolam olak tipe Cecung atau bak tenggelam telah digunakan sejak lama dan sangat berhasil pada bending-bendung rendah dan untuk bilangan Froude rendah. Jika kedalaman konjugasi hilir dari loncat air terlalu tinggi dibanding kedalaman air normal hilir, atau diperkirakan akan terjadi kerusakan pada lantai kolam yang panjang akibat batu-batu besar yang terangkat lewat atas bendung maka dapat dipakai peredam energi yang relatif pendek tetapi dalam. Perilaku hidrolis peredam energi tipe ini terutama bergantung kepada terjadinya kedua pusaran, satu pusaran permukaan bergerak kearah berlawanan dengan arah jarum jam diatas bak, dan sebuah pusaran permukaan bergerak kearah putaran jarum jam dan terletak dibelakang ambang ujung. Jari-jari minimum bak yang diizinkan (Rmin) terdapat pada gambar 4.22 terlampir, dimana garis menerus adalah garis asli dari criteria USBR. Dibawah ∆H/hc = 2,5 USBR tidak memberikan hasil-hasik percobaan. Garis putus-putus merupakan hasil percobaan yang dilakukan IHE yang menghasilkan kriteria yang bagus untuk jari-jari minimum bak yang diizinkan bagi bangunan-bangunan
energi, ditentukan oleh perbandingan h 2/h1, (dapat dilihat di gambar 4.24 terlampir). Jika h2/h1 lebih tinggi dari 2/3, maka aliran akan menyelam kedalam bak dan tidak ada efek peredaman yang bisa diharapkan 3.2.7.2 Kolam Olak Tipe USBR Untuk melakukan perencanaan kolam olak tipe USBR digunakan rumus sebagai berikut :
⎛ 1 ⎞ 2g⎜ H1 + z ⎟ ⎝ 2 ⎠
Vu =
... (3.19)
Dengan : Vu
= kecepatan awal loncatan (m/dt)
G
= gaya grafitasi (9,81 m /dt)
H1
= tinggi energi diatas ambang (m)
z
= tinggi jatuh (m)
q=
2
Q Be
Yu =
q Vu
Dengan :
... (3.20) ... (3.21)
Yu
= kedalaman air di awal loncat air (m)
Fr
= bilangan Froude
L = 2,7.Y2 n3 =
Yu (4 + Fr ) 6
... (3.24) ... (3.25)
Dengan : n3
= tinggi balok penghalang tengah (m)
Fr
= bilangan Froude
n=
Yu (18 + Fr ) 18
... (3.26)
Dengan : n
= tinggi ambang ujung (m)
Fr
= bilamgan Froude
LW = 6(Y2 − Y1 )
... (3.27)
LB = LW − a − (sin45°.R ).2
... (3.28)
Dengan : Y1
= tinggi tenaga potensial (m)
Y2
= tinggi loncat air (m)
Jika 2,0 <
a = 2,8h c
z hc
≤ 15 , maka t = 3,0hc + 0,1 z
... (3.32)
hc
... (3.33)
z
D = R = L
... (3.34)
Dengan : d
= tinggi air diatas mercu (m)
z
= tinggi loncat air (m)
t
= panjang loncat air (m)
a
= tinggi ambang akhir sebelah hilir (m)
L
= panjang kolam olak (m)
hc
z 1 1
R
R
D
t
Rumus yang dapat digunakan untuk merancang rip-rap adalah sebagai berikut : LL = 4R
... (3.35)
Dengan : LL
= panjang lapisan rip-rap (m)
R
= kedalaman gerusan (m)
Untuk menghitung turbulensi dan aliran yang tidak stabil, maka R ditambah 1,5R lagi, sehingga R yang digunakan menjadi 2,5R. Tebal rip-rap yang berupa susunan bongkahan batu kosong adalah 2 s/d 3 × diameter bongkahan.
⎛ Q ⎞ R = 0,47 × ⎜ ⎟ ⎝ f ⎠
1
3
... (3.36) 1
f = 1 , 76 × dm dm = 0,79
2
V 2
... (3.37) ... (3.38)
2g
Dengan : 3
Q
= debit (m /dt)
f
= faktor lumpur Lecey
3.2.9
Perancangan Lantai Muka
Dalam perancangan lantai muka terdapat dua teori yaitu teori Bligh dan teori Lane. Untuk melakukan perhitungan lantai muka dapat digunakan rumus sebagai berikut : 3.2.9.1 Teori Bligh CR ≤
L H
... (3.39)
Dengan : CR
= Creep Ratio untuk Bligh
L
= panjang garis aliran minimum (m)
∆H
= selisih tinggi muka air hulu dan hilir bendung pada kondisi normal (m)
Lm = L − L'
... (3.40)
Dengan : Lm
= panjang lantai muka yang dibutuhkan (m)
L
= panjang garis aliran minimum (m)
L’
= panjang garis aliran yang terjadi di tubuh bendung (m)
3.2.9.2 Teori Lane
Untuk melakukan perencanaan bangunan pengambilan dapat digunakan rumus sebagai berikut : Q = µ.b.a. 2.g.z
... (3.42)
Dengan : µ
= koefisien debit = (0,8)
b
= lebar bersih bukaan pintu pengambilan (m)
a
= tinggi bersih bukaan pintu pengambilan (m)
z
= kehilangan tinggi energi (m)
Untuk menentukan jumlah pintu adalah sebagai berikut. n=
b
... (3.43)
b pa
Dengan : n b b pa
= jumlah pintu pengambilan = lebar bersih bukaan pintu pengambilan (m) = lebar pintu pengambilan (m)
Lebar pintu dirancang sesuai dengan materil pintu yang akan digunakan. Untuk pintu dari kayu lebar maksimal = 2,0 m, dan pintu dai besi lebar maksimal = 1,5 m. Lebar pilar antar pintu dapat digunakan 0,5-1,5 m.
2.
Tipe underluice/pembilas kontinyu Pembilas ini dipilih apabila debit minimum sungai lebih besar dari debit pengambilan. Tipe ini banyak dijumpai pada bending yang dibangun sesudah tahun 1970-an, untuk bending irigasi teknis. Pintu pembilas ditempatkan pada bentang dibagian sisi yang arahnya tegak lurus sumbu bendung, yang terdiri dari lubang/terowongan, pelat beton, lantai dengan lapisan tahan aus, tembok penyangga, pintu pembilas
3.
Tipe shunt undersluce Pembilas tipe ini banyak dijumpai pada bending di sungai di bagian hulu, digunakan untuk menghindarkan benturan batu dan benda padat lainnya terhadap bangunan.
Untuk
melakukan
perencanaan
bangunan
pembilas
maka
harus
direncanakan ukuran butiran sedimen maksimum yang dapat digelontor. Kemudian dihitung kecepatan pembilasan yang dapat menghanyutkan sedimen sesuai dengan diameter yang telah direncanakan menggunakan rumus sebagai berikut : v = 10 x d
0,5
... (3.44)
µ
= koefisien debit = (0,8)
b
= lebar bersih bukaan (m)
a
= tinggi bersih bukaan (m)
z
= kehilangan tinggi energi (m)
Untuk menentukan jumlah pintu adalah sebagai berikut. n=
b
... (3.47)
b pb
Dengan : n b b pb
= jumlah pintu pembilas = lebar bersih bukaan pintu pembilas (m) = lebar pintu pembilas (m)
Lebar pintu dirancang sesuai dengan materil pintu yang akan digunakan. Untuk pintu dari kayu lebar maksimal = 2,0 m, dan pintu dai besi lebar maksimal = 1,5 m. Lebar pilar antar pintu dapat digunakan 0,5-1,5 m.
3.5
Perancangan Bangunan Penangkap Pasir
Bangunan Penangkap Pasir adalah suatu saluran yang terletak diantara
Dengan : 3
V = volume kantong pasir (m ) 3
Qn = debit rencana pengambilan = 120 % Qp (m /dt) T = jarak waktu pengambilan (dt) b. Menentukan kemiringan energi dikantong lumpur selama eksploitasi normal. Digunakan rumus Strickler sebagai berikut. Q n = Vn .A p
... (3.49) 2
Vn = K s .R n 3 .I n
1
... (3.50)
2
Dengan : Vn = kecepatan rata-rata selama eksploitasi normal (m/dt) K s = koefisien kekasaran (35 m
1/2
/dt)
In = kemiringan energi selama eksploitasi normal 3
Qn = kebutuhan air rencana (m /dt) 2
An = luas daerah basah eksploitasi normal (m ) c. Menentukan kemiringan energi selama pembilasan dengan kantong dalam keadaan kosong. Digunakan rumus Strickler sebagai berikut. Q s = Vs .A s
... (3.51)
L = panjang kantong lumpur (m) Is = kemiringan energi selama pembilasan In = kemiringan energi selama eksploitasi normal
3.5.2
Perancangan Bangunan Pembilas Kantong Lumpur
Untuk melakukan perencanaan perencanaan bangunan pembilas pembilas kantong lumpur dapat digunakan rumus sebagai berikut : b.h s = b nf .h 1
... (3.54)
Dengan : b
= lebar total bangunan pembilas = lebar dasar kantong (m)
hs
= kedalaman air pembilas (m)
bnf
= lebar bersih bukaan pembilas (m)
hf
= kedalaman air pada bukaan bukaan pembilas (m)
Q f = Vf .A p
... (3.55) 2
Vf = K s .R f 3 .I f
1
2
Dengan : Vf
= kecepatan rata-rata selama pembilasan (m/dt)
... (3.56)
3
3
3
3
3
3
a. Pasangan batu = 22 kN/m ( ≈ 2.200 kgf /m ) b. Beton tumbuk = 23 kN/m ( ≈ 2.300 kgf /m ) c. Beton bertulang = 24 kN/m ( ≈ 2.400 kgf /m ) 2. Gaya Tekanan hidrostatis Tekanan Hidrostatis adalah fungsi kedalaman di bawah muka air. Gaya Up Lift adalah tahanan yang bekerja didasarkan bidang kontak bendung disebabkan adanya aliran air tanah. Besarnya tahanan dipengaruhi oleh beda tinggi air dan elevasi bidang kontak yang dituju serta panjang garis aliran. Ux = Hx −
Lx
∑L
H
... (3.57)
Dengan : 2
Ux = Tekanan yang terjadi pada titik yang ditinjau (T/m ) Hx = Tinggi air dari mercu bendung ketitik yang ditinjau (m) Lx = Panjang Crrp Line sampai ketitik x (m) ∑L = Jumlah panjang Creep Line (m) ∆H = Beda tekanan (m) 3. Tekanan Lumpur
⎛ G − 1 ⎞ ⎟ ⎝ G ⎠
γs = γs '⎜
... (3.59)
Dengan : 3
3
γs’ = berat volume kering tanah ≈ 16 kN/m (≈ 1600 kgf /m ) G = berat jenis butir = 2,65 3
3
Diperoleh γs = 10 kN/m (≈ 1000 kgf /m ) Sudut gesekan dalam pada umunya bisa diandaikan 30°, maka diperoleh suatu kesimpulan bahwa, Ps = 1,67h
2
... (3.60)
4. Gaya Akibat Gempa Gaya akibat gempa adalah gaya dengan arah horizontal yang terjadi pada suatu bangunan pada saat terjadi gempa. Untuk menghitung gaya akibat gempa digunakan rumus sebagai berikut : K
= k × G (Soewarno.Ir,1972)
Dengan : K = gaya akibat gempa, diambil arah horizontal k
= koefisien gempa
G = berat bendung
... (3.61)
Dengan :
3.6.2
k
= koefisien gempa
g
= percepatan grafitasi
Kebutuhan Stabilitas
1. Aman terhadap gaya guling Stabilitas terhadap gaya guling dapat dihitung menggunakan rumus sebagai berikut : SF =
∑ M AV ≥ 1,5 ∑ M AH
... (3.64)
Dengan : MAV
= momen vertikal total pada titik A
MAH
= momen horizontal total pada titik A
SF
= Faktor keamanan = 1,5
2. Aman terhadap gaya geser Stabilitas terhadap gaya geser dapat dihitung menggunakan rumus sebagai berikut : SF
∑(V ).f
1,5
... (3.65)
M = momen vertikal total pada titik yang ditinjau (kN-m) V = gaya vertikal total (kN) 4. Kontrol terhadap patah tarik Untuk menghindari terjadinya patah tarik di bagian hilir bendung pada saat kolam dalam keadaan kosong, maka tebal kolam olak dapat di hitung dengan rumus sebagai berikut : dx ≥ S
Ux − Wx × γw
... (3.67)
γ bt
L
H G
I J
Gambar 3.6 Titik tinjauan patah tarik
K
3.7
Stabilitas Tanggul
3.7.1
Gaya yang bekerja
1. Akibat takanan tanah aktif dan pasif Stabilitas tembok penahan tanah Data tanah yang diperlukan untuk mengontrol stabilitas tembok penahan tanah adalah sebagai berikut : a.
Berat volume pasangan batu ( γ bt )
b.
Berat volume tanah basah ( γ b )
c.
Derajat kekenyangan air
d.
Sudut gesek dalam butir tanah (φ )
e.
Sudut geser antara dinding dan tanah
Koefisien tanah aktif (Ka) Sin 2 (α + Φ )
Ka =
⎡
Sin (Φ − Φ').Sin (Φ − δ ) ⎤
⎣
Sin (α − Φ').Sin (α + δ) ⎦
Sin 2 α.Sin (α − Φ')⎢1 +
2
.. (3.68)
⎥
Koefisien tanah pasiif (Kp) Kp =
Sin 2 (α − Φ )
⎡
Sin (Φ
Φ').Sin (Φ
δ) ⎤
2
... (3.69)
Apabila gaya gempa dihitung terhadap adanya tekanan tanah di belakang tembok, maka besarnya adalah : Ktotal = f.ΣW total Dengan : f
= koefisien
K = gaya akibat gempa
3.7.2
Analisa Stabilitas Tanggul
1. Stabilitas terhadap gaya guling ditinjau dari titik A
A
... (3.71)
2. Stabilitas terhadap eksentrisitas Koordinat gaya-gaya terhadap titik A MV x= V
∑ ∑ ∑ MH y= ∑H
... (3.74)
... (3.75) 1
∑ H.y - ∑ V(x - 2 B) B e= ≤ V 6 ∑
... (3.76)
Dengan : B = panjang tanggul pada titik yang ditinjau (m) M = momen vertikal total pada titik yang ditinjau (kN-m) H = gaya horizontal total (kN) V = gaya vertikal total (kN) x,y = titik koordinat gaya (m) 3. Stabilitas terhadap gaya geser SF =
∑V > 1,5 ∑H
... (3.77)
BAB IV METODE PERANCANGAN
4.1
Tinjauan Umum
Perancangan ulang/redesain adalah suatu proses mendesain yang akan di titik beratkan pada membandingkan perbedaan antara desain yang ada dengan hasil redesain. Pada perencanaan ini dilakukan survey lapangan dan pengumpulan data
4.2
Subjek Perancangan
Subjek dari perancangan ulang yang dilakukan adalah Bendung Pendekan yang terletak di Dusun Gendukan, Desa Bokoharjo, Kecamatan Prambanan, Kabupaten Sleman, D.I.Yogyakarta.
4.3
Objek Perancangan
Objek perancangan adalah melakukan pendesainan ulang (redesain)
4.4.2
Data Hidrologi
Data hidrologi digunakan untuk menganalisis banjir rancangan, akan tetapi dalam desain ini tidak dilakukan analisis banjir rancangan karena data yang digunakan adalah debit perencanaan terdahulu.
4.4.3
Data Morfologi
1. Kandungan sedimen 2. Tipe sedimen 3. Ukuran dan distribusi ukuran sedimen.
4.4.4
Data Geologi
1. Elevasi sawah yang dialiri 2. Luas petak sawah yang dialiri
4.5
Langkah - Langkah Perancangan
Secara garis besar urutan langkah-langkah perencanaan ulang bendung yang penulis lakukan adalah sebagai berikut: 1. Survei lokasi dan dokumentasi lapangan
Mulai
Pengumpulan Data Sekunder: a. Debit banjir Sungai (Q100) b. Debit minimum Sungai c. Debit pengambilan d. Elevasi sawah tertinggi
Merancang Tubuh bendung a. Merencanakan elevasi mercu bendung b. Menghitung elevasi muka air sebelum dan sesudah ada bendung c. Menghitung pengaruh back water d. Merancang dimensi mercu bendung e. Merancang dimensi saluran pembilas f. Merancang dimensi kolam olak g. Merancang dimensi rip-rap h. Merancang dimensi lantai muka
Merancang dimensi saluran pengambilan Merancang dimensi kantung pasir Merancang dimensi tanggul
BAB V PERANCANGAN BENDUNG
5.1
Umum
Bendung Pendekan direncanakan sebagai bendung tetap yang terletek di sudetan
Sungai
Opak,
Dusun
Gendukan,
Desa
Bokoharjo,
Sleman
D.I.Yogyakarta. Bendung ini dibangun untuk meninggikan elevasi muka air Sungai Opak, sehingga dapat disadap dan dialirkan secara grafitasi ke daerah irigasi atau wilayah yang membutuhkan, sehingga dapat memanfaatkan dan mengembangkan potensi yang ada di wilayah tersebut.
5.2
Data Perancangan
Dalam melakukan perancangan ulang ini, penulis menggunakan data perencanaan terdahulu yaitu data perencanaan oleh CV. Hara Konsultan. Data yang diperlukan dalam perencanaan adalah sebagai berikut : a. Luas Daerah Aliran Sungai adalah 78 Km
2
b. Lebar sungai disekitar rencana bendung adalah 61 m Peta situasi
Dari perhitungan debit dengan 4 metode diatas didapatkan hasil dalam tabel sebagai berikut.
Tabel 5.1 Data hasil perhitungan debit banjir
No.
Metode
Q5th
Q10th
Q20th
Q50th
Q100th
3
3
3
3
3
(m /dt) (m /dt) (m /dt) (m /dt) (m /dt)
1
FSR Jawa-Sumatra
67,65
82,03
100,14
122,51
144,58
2
Haspers
60,72
73,63
89,88
109,96
130,04
3
Trianggle Unit
11,49
13,94
17,01
20,82
24,61
4
Hydograf
40,61
49,25
60,12
73,55
86,35
45,12
54,71
66,79
81,71
96,40
Passing Capacity Rata-rata
Sumber : CV.Hara Konsultan tahun 2002
Analisis ini dipakai untuk menentukan besarnya debit banjir rencana dengan kala ulang 5 th, 10 th, 25 th, 50 th, 100 th. Pemilihan kala ulang harus didasarkan pada pertimbangan-pertimbangan hidro ekonomis, yaitu :
5.3
Perancangan Tubuh Bendung
5.3.1
Perancangan Elevasi Mercu Bendung
Menentukan elevasi mercu bendung adalah suatu proses perhitungan untuk mendapatkan tinggi mercu sehingga didapat elevasi yang optimal bagi jaringan irigasi tersebut. Elevasi mercu dipengaruhi oleh elevasi sawah tertinggi dan kehilangan tenaga disepanjang jalur irigasi. Elevasi sawah tertimggi diketahui + 114,01 m dan kehilangan tenaga digunakan asumsi berdasarkan pengalaman perencanaan terdahulu. Perhitungan penentuan elevasi mercu bendung sebagai berikut : a. Elevasi sawah tertinggi
= +114,01 m
b. Tinggi air disawah
=
0,10 m
c. Kehilangan tekanan dari saluran tersier ke sawah
=
0,10 m
d. Kehilangan tenaga karena kemiringan saluran tersier
=
0,15 m
e. Kehilangan tenaga akibat bangunan gorong-gorong
=
0,05 m
f.
=
0,10 m
g. Kehilangan tenaga karena kemiringan saluran primer
=
0,45 m
h. Kehilangan tenaga akibat pintu pengambilan
=
0,10 m
i.
=
0,25 m
Kehilangan tenaga akibat bangunan bagi
Kehilangan tenaga akibat kantong sedimen
1 1
h b
Gambar 5.1 Penampang basah sungai
Perhitungan : Q = A.V
... (3.5) 3
Q100th = 96,40 m /dt Penampang sungai diasumsikan berbentuk trapezium, maka persamaan luas penampang sungai adalah sebagai berikut : A
= (b + m.h)h
... (3.6)
87 Jb
C=
1+
R
87 0,85
V=
1+
V=
... (3.9)
R.I
R
87 R 0,85 + R
R.0,0246
Tabel 5.2 Perhitungan tinggi muka air di hulu bendung h (m)
A (m)
P (m)
R = A/P
V
Q
0,4
24,56
62,131
0,395
3,648
89,587
0,416
25,549056
62,177
0,411
3,761
96,078
0,5
30,750
62,414
0,493
4,332
133,207
0,7
43,19
62,980
0,686
5,576
240,841
Gambar 5.2 Hubungan debit (Q) dan tinggi muka air (h)
Dari tabel 5.1 diatas, tinggi muka air dihulu bendung dihitung dengan menggunakan interpolasi, sebagai berikut. E x D
⎛ ⎝
X = 0,4 + ⎜ 0,1 ×
6,813 ⎞
⎟
43,620 ⎠
X = 0,416 , maka diperoleh tinggi muka air (h) adalah 0,416 m.
Kontrol untuk h = 0,416 m A
= 61h + h
2
= 61. 0,416 + 0,416 2 A
V =
V =
= 25,549 m
2
87 R
R.0,0246
0,85 + R 87 0,411
0,85 + 0,411
0,411. × 0,0246
V = 3,761 m/dt
Q
=A×Q = 25,549 × 3,761 3
3
= 96,094 m /dt ≈ 96,4 m /dt (debit banjir) Elevasi dasar sungai dihilir
= + 106,461 m
Tinggi air banjir (h)
=
0,416 m +
Direncanakan ukuran butiran maksimum yang dapat digelontor adalah 0,02 m, maka kecepatan pembilasan adalah : v = 10 x d V
0,5
... (3.44)
= 10 x 0,02
0,5
= 1,41 m/dt
Kecepatan ini akan terpenuhi pada tinggi air minimum didepan pintu penguras adalah : V ≥ 32d (h / d )
1/ 3
1,988
≥ 0,64 (50h) 1/3
2,358h
h
1/3
h minimum
... (3.45) 1/3
< 1,988 < 0,843 = 0,59 m
Maka penguras dapat efektif dengan tinggi air minimum di depan pintu penguras adalah 0,59 m. Lebar pintu pembilas didesain berdasarkan debit minimum sungai atau berdasarkan debit pengambilan maksimum. Nilai kedua ini diambil berdasarkan yang terbesar sebagai dasar perhitungan. Q min sungai < Q pengambilan, maka dirancang pembilas tipe periodik , maka :
Saluran pembilas dirancang (b), 1 pintu @ 1,0 m = 1,0 m Lebar pilar direncanakan (t), 1 pilar @ 1,0 m = 1,0 m
+ 114,24
+ 113,24
+ 116,7
1
+ 107,13
+ 118,172
Gambar 5.3 Saluran pembilas bendung
5.3.4
Perhitungan Lebar Efektif Bendung
Jadi lebar efektif bendung adalah : Be
= B1e + Bs
B1
= b - ∑ b - ∑t = 61 - 1,0 - 1,0 = 59 m
B1e
= 59 - 2(1.0,01+0,1)H 1 = 59 – 0,22. H 1
Bs
= 0,8.Bpembilas = 0,8.1 = 0,8 m
Be
= 59 – 0,04. H 1 + 0,8 = 59,8 - 0,22. H 1 … persamaan 1
Setelah persamaan 1 disubtitusikan ke rumus “Bunschu”, maka diperoleh H1 = 0,7937, maka Be
= 59,8 - 0,22. 0,7937 = 59,6 m
96,4
= 1,33 . 59,8 - 0,22. H 1. (2/3H1)
H1
= 0,7937 m
d
= 0,5291 m
H
= (h+k) m
3/2
. 9,81
1/2
Untuk menentukan R 1 dipakai metode “Kreghten” sebagai rumus pendekatan. Bila : R1
H 1
R1
= 3,8
= 0,5 H
dan
dan R2
R1
< 1m , maka;
= 2 R1
Maka dipakai : R1
= 0,5 . 0,7937 = 0,3969 m = 0,4 m
R2
= 2 . 0,4
= 0,8 m
R1 0,4 m
2 R
m 8 0 , lapis aus
⎧ h⎫ “ Kreghten “ m = 1,49 − 0,018⎨5 − ⎬ ⎩ R ⎭
2
... (3.11)
Keterangan : P
= tinggi bendung dari dasar sungai (m) = Elevasi mercu bendung – Elevasi dasar sungai = + 115,51 m – + 113,24 m = 2,27 m
Be
= 59,6 m
d
= 0,5291 m
H
= 0,7937 m
R 2
= 0,8 m
Tabel 5.3 Hubungan tinggi muka air (h) dan debit (Q) setelah ada bendung. h(m)
⎧ h⎫ 0,018.⎨5 − ⎬ ⎩ R ⎭
2
m
⎧ 1 ⎨ ( h + ⎩
⎫ ⎬ p )⎭
2
k
H (m)
d (m)
3
Q (m /dt)
Gambar 5.5 Hubungan debit (Q) dan tinggi muka air (h)
Dari Tabel 5.3 Hubungan tinggi muka air (h) dan debit (Q) setelah ada bendung didapat : h
= 1,1329 m
Untuk L=
h a
< 1 , digunakan rumus
a+z
... (3.13)
I
⎛ X ⎞ Z = h ⎜1 − ⎟ ⎝ L ⎠
2
... (3.14)
Dari perhitungan sebelumnya telah diperoleh data sebagai berikut : h
= tinggi muka air banjir berhubung ada bendung di hulu bendung = 3,432 m
I
= kemiringan dasar sungai = 0,0246
a
= tinggi air banjir sebelum ada bendung = 0,416 m
z
= kedalaman air pada jarak X meter dari bendung (m)
L = panjang pengaruh pembendungan (m) Maka perhitungan efek back water adalah Untuk menentukan rumus yang akan digunakan maka dilakukan pengecekan dengan rumus sebagai berikut : h a
≥1
Tabel 5.4 Panjang hasil hitungan curve kedalaman air pengaruh “back water” X
279,02
z
0
a+z
0,416
250
200
175
150
125
100
75
50
25
0
0,037 0,275 0,477 0,734 1,046 1,413 1,835 2,312 2,845 3,432 0,453
0,691 0,893
1,150 1,462 1,829 2,251 2,728 3,261 3,848
z a
h
X
L
Gambar 5.6 Pengaruh penggenangan “Back Water”
q
=
Q Be
hc
=
3
hc
=
3
96,4
=
59,716
= 1,62
q2
... (3.29)
g 1,62 2 9,8
= 0,65
- Elevasi air dihilir bendung
= + 106,877 m
- Kehilangan energi dihilir bendung
=+
- Elevasi tinggi energi dihilir bendung
= + 106,977 m
- Elevasi tinggi energi dihulu bendung
= + 116,672
∆H = + 116,672 - + 106,977 = 9,695 m
∆ H hc
=
9,695 0,65
= 14,91
Kolam Olak menurut Vlugter : 2,0 ≤
∆ H hc
≤ 15,0
Tinggi air hilir dari dasar ambang kolam : z
0,10
+
0,79
+ 115,51
2,27 + 113,24
D B
E
9,17
C 11,82
+ 103,682
H F
G
I J
K
Gambar 5.7 Elevasi Kolam Olak
Tinggi ambang ujung kolam : a
= 2,8h c
hc
... (3.33)
z 0,65
+ 115,51
+ 113,24 A D B
E
C 1
1,25
15,81
0,1
0,2
L
+ 104,327
2,93
H F
I
G
J
K
11,2
Gambar 5.8 Kolam Olak
5.3.9
Perancangan Rip – rap
Rip-rap adalah bangunan yang berupa susunan bongkahan batu alam yang merupakan lapisan pelindung oleh loncat air. Rip-rap berfungsi untuk mengurangi
=
96,4 0,53 × 0,53
= 3,08 m/dt Dm
= 0,79
3,08 2 2 × 9 .8
= 0,38 m dm = diameter butir, direncanakan 0,4 m = 400 mm f
= 1,76 × 400
1
2
= 35,2 R
⎛ 96,4 ⎞ = 0,47 × ⎜ ⎟ ⎝ 32,5 ⎠
1
3
= 0,66 m Untuk menhitung turbulensi dan aliran yang tidak stabil, R ditambah 1,5R lagi. LL
= 4(R+1,5R) = 4 × 1,64 = 6,58 m ≈ 7 m
1,2
1 : 4
L
d = 0,4 m
7
I J
K
Gambar 5.9 Rip - rap
5.3.10 Perancangan Lantai Muka
Lantai muka adalah sebuah struktur bangunan didasar sungai yang terletak dihihir bendung. Lantai muka berfungsi untuk memperpanjang jalur rembesan air. Pada perancangan ini lantai muka akan dihitung menggunakan metode
Perhitungan dengan Cara Lane Panjang garis aliran minimum yang harus di atasi : CL
=6
∆H
= 11,183 m
L
= CL × ∆H = 6 × 11,183 = 67,098 m
Creep-ratio untuk Lane (CL) = 6 L = Lv
+
1 3
.L H
≥ C L .∆H
... (3.41)
Direncanakan panjang lantai muka 78 m. Panjang aliran yang terjadi dibawah tubuh bendung di hitung berdasarkan Gambar 5.10 adalah sebagai berikut : L
1
= 49,69 + × 88,94 ≥ C L .∆H 3
= 79,337 m > 70,968 m CL
=
79,337 6
Tabel 5.5 Panjang rembesan air untuk panjang lantai muka. Panjang tiap bagian
Bagian
Lv (m)
Lh (m)
A0 - A1
1,2
0
A1 - A2
0
0,5
A2 - A3
1,12
0
A3 - A4
0
5,5
A4 - A5
1
0
A5 - A6
0
0,5
A6 - A7
1
0
A7 - A8
0
6
A8 - A9
1
0
A9 - A10
0
0,5
A10 - A11
1
0
A11 - A12
0
6
A12 - A13
1
0
A13 - A14
0
0,5
A14 - A15
1
0
A15 - A16
0
6
A16 - A17
1
0
A32 - A33
1
0
A33 - A34
0
0,5
A34 - A35
1
0
A35 - A36
0
6
A36 - A37
1
0
A37 - A38
0
0,5
A38 - A39
1
0
A39 - A40
0
6
A40 - A41
1
0
A41 - A42
0
0,5
A42 - A43
1
0
A43 - A44
0
6
A44 - A45
1
0
A45 - A46
0
0,5
A46 - A47
1
0
A
A47 - A -
B
0 2,5
6 0
B
-
C
0
1
C
-
D
1,59
0
D
-
E
0
0,54
F
15,81
0
E
5.4
Perancangan Bangunan Pengambilan
Analisa saluran pengambilan. 3
Qminimum sungai
= 24,61 m /dt
Qpengambilam
= 0,593 m /dt
Qeksploitasi
= 1,2 × 0,593 m /dt
3
3
= 0,7116 m3/dt Q = µ.b.a. 2.g.z
... (3.42)
Keterangan : 3
Q
= debit pengambilan = 0,711 m /dt
µ
= koefisien kontraksi pada pintu, dipakai 0,9
b
= lebar bukaan pintu, direncanakan 1,5 m 2
g
= gaya grafitasi, 9,81 m /dt
z
= tinggi tekanan, dipakai 0,1 m
0,7116 = 0,9.1,5.a. 2.9,81.0,1 a
= 0,3763
Tinggi muka air pada saat pengurasan, a = 0,3763 m Elevasi ambang pengambilan ditentukan berdasarkan elevasi mercu
pintu pengambilan
+ 114,24 1,5
+ 113,24
Gambar 5.11 Saluran Pengambilan
5.5
Perancangan Saluran Penangkap Pasir
5.5.1
Saluran penangkap pasir (kantung pasir)
a. Volume kantung Lumpur
V = 0,0005.Qn.T
... (3.48)
n
= b/h = 1,3 → b = 1,3h
k
= 35 m /dt
1/3
W = 0,5 m Qn
= Vn .A p
An
=
Qn
=
0,7116
... (3.49)
V n
0,4
= 1,779 m2 An
= (b + mh)h
1,779 = (1,3h 1,779 = 2,3h
+ h)h
2
h
= 0,879 m → b = 1,143 m
Pn
= b + 2h. 1 + m 2 = 1,143 + 2 × 0,879 1 + 12 = 3,629 m A
c. Penentuan Is ( pada keadaan kosong ) 3
Qs
= 0,7116 m /dt
Vs
= 1,5 m /dt
k
= 45 m /dt
2
1/3
Qs
= Vs .A s
As
=
=
... (3.51)
Qs V x
0,7116 1,5
= 0,474 m hs
= =
2
As b
0,474 1,143
= 0,415 m ≈ 0,42 m
=
0,474 1,973
= 0,24 m Vs Is
= K s .R s =
2
( R
.I s
V s 2
s
=
3
3
1
... (3.52)
2
2
)
× k
2
1,5 2 2 ⎛ ⎜ 0,24 3 × 45 ⎞⎟ ⎝ ⎠
2
= 7,45 × 10
-3
Agar pembilasan dapat dilakukan dengan baik, kecepatan aliran harus tetap dijaga agar selalu subkritis, Fr < 1. Fr
=
=
V g×h
1,5 9,81 × 0,415
= 0,743 < 1
→ OK
5.5.2
Perancangan bangunan pembilas saluran penangkap pasir
Bangunan
pembilas
kantung
pasir
dirancang
menggunakan
tipe
pembilasan periodik. Pintu pembilas akan dibuka pada saat kantung pasir dalam kondisi penuh. b.h s
= b nf .h 1
... (3.54)
Keterangan : b
= lebar total bangunan pembilas = lebar dasar kantong (m)
hs = kedalaman air pembilasan (m) bnf = lebar bersih bukaan bukaan pintu pembilas (m) hf = kedalaman air pada bukaan pembilasan (m) Perhitungan : b
= 1,5 m
hs = 0,4 m bnf = dirancang 1 pintu pembilas dengan lebar 1 m 1,5 × 0,4 = 1 × h f hf = 0,6 m Jadi kedalaman tambahan adalah
= hf - hs = 0,6 - 0,4
Perhitungan : Dari perhitungan kedalaman tambahan bangunan pembilas didapat bnf
=1m
hf
= 0,6 m
A f
= ( b + mh f )h f = ( 1 + 1 × 0,6 )×0,6 = 0,96 m
2
Pf = b f + 2h f 1 + m 2
= 1 + 2.0,6
1 + 12
= 2,697 m R f
=
=
A f Pf 0,96 2,697
= 0,356 m Vf 1,5
= K s .R f
2
3
2
.I f
1
2
= 35 × 0,356
2/3
1/2
× If
5.6
Perancangan Tanggul
5.6.1
Perancangan tanggul sisi kiri bendung
1. Elevasi muka tanah pada tebing sungai +116.643 m 2. Tinggi energi hulu
= elevasi muka air setelah pembendungan = elevasi mercu + H = + 115,51 m + 1,162 m = + 116,672 > +116.643 m (perlu tangggul)
3. Tinggi jagaan tanggul diambil 1,5 m 4. Jadi elevasi muka tanggul = + 116,672 m + 1,5 m = + 118,172 m + 118,172
+ 116,643
+ 116,672
+ 113,342
Gambar 5.14 Tanggul Sisi Kiri Bendung
+ 118,172
+ 116,672
+ 114,337
+ 113,342
Gambar 5.15 Tanggul Sisi Kanan Bendung
5.7
Analisa Stabilitas Bendung
5.7.1
Gaya yang bekerja
Stabilitas bendung selama debit rendah. Elevasi muka hulu
= elevasi mercu bendung
= + 115,51 m
Elevasi muka air hilir = elevasi ambang kolam olak = + 103,96 m Stabilitas bendung selama debit banjir. Elevasi muka hulu
+ 116,3
Lx
= Panjang Creep Line sampai ketitik x (m)
∑L
= Jumlah panjang Creep Line (m) = Lv + 1/3 Lh = 49,55 m + 1/3 × 64,94 m = 71,197 m
∆H
= Beda tekanan (m) = +115,51 m - +103,96 m = 11,55 m
L = LV
CL
=
+
LV
1 3
LH ≥ C L .∆Η
+Σ
1
3 H
LH ; CL = angka rembesan
Maka : CL =
Lx H
Keterangan : Lx
= panjang Crep Line sampai ketitik x (A) = 79,337 m
Ux
= H - ∆H = 3,47 – 0,2 = 3,27 T/m
2
W11
A W12
D
E
W13 W14
B
C
L
H
W15 W16
F W1
W2
W3
I
G
W17
J
W18
K
W4
W5
W6
W7
W8
W9 W10
Gambar 5.16 Tekanan air pada kondisi normal
Untuk perhitungan tekanan air pada kondisi air normal selanjutnya dilakukan menggunakan program komputer Microsoft Excel dan ditampilkan
A4 - A5
1
0
0,000
A5 A5 - A6
0
0,5
1
0
0
6
1
0
0
0,5
1
0
0
6
1
0
0
0,5
1
0
1,081
2,47
1,389
8,487
1,414
2,47
1,056
9,487
1,581
3,47
1,889
9,653
1,609
3,47
1,861
10,653
1,776
2,47
0,694
12,653
2,109
2,47
0,361
13,653
2,276
3,47
1,194
13,820
2,303
3,47
1,167
0,167
A14 A14 - A15
6,487
0,000
A13 A13 - A14
2,556
2,000
A12 A12 - A13
3,47
0,000
A11 A11 - A12
0,914
0,167
A10 A10 - A11
5,487
0,000
A9 A9 - A10
2,583
2,000
A8 A8 - A9
3,47
0,000
A7 A7 - A8
0,887
0,167
A6 A6 - A7
5,320
0,000
A23 A23 - A24
0
6
1
0
0
0,5
1
0
0
6
1
0
0
0,5
1
0
0
6
A33
1
0
4,359
3,47
-0,889
26,320
4,387
3,47
-0,917
27,320
4,553
2,47
-2,083
29,320
4,887
2,47
-2,417
30,320
5,053
3,47
-1,583
30,487
5,081
3,47
-1,611
31,487
5,248
2,47
-2,778
33,487
5,581
2,47
-3,111
34,487
5,748
3,47
-2,278
2,000
A32 A32 - A33
26,153
0,000
A31 A31 - A32
-1,722
0,167
A30 A30 - A31
2,47
0,000
A29 A29 - A30
4,192
2,000
A28 A28 - A29
25,153
0,000
A27 A27 - A28
-1,389
0,167
A26 A26 - A27
2,47
0,000
A25 A25 - A26
3,859
2,000
A24 A24 - A25
23,153
0,000
A41 - A42
0
0,5
0,167
A42 A42 - A43
1
0
0
6
1
0
0
0,5
1
0
0
6
2,5
0
0
1
1,59
0
0
0,54
7,664
2,47
-5,194
46,987
7,831
3,47
-4,361
47,153
7,859
3,47
-4,389
48,153
8,026
2,47
-5,556
50,153
8,359
2,47
-5,889
52,653
8,776
4,97
-3,806
52,987
8,831
4,97
-3,861
54,577
9,096
3,47
-5,626
0,000
D D-E
45,987
0,333
C C-D
-4,861
0,000
B B-C
2,47
2,000
A A-B
7,331
0,000
A47 A47 - A
43,987
0,167
A46 A46 - A47
-3,694
0,000
A45 A45 - A46
3,47
2,000
A44 A44 - A45
7,164
0,000
A43 A43 - A44
42,987
0,180
Untuk perhitungan tekanan air pada kondisi air banjir selanjutnya dilakukan menggunakan program komputer Microsoft Excel dan ditampilkan dalam tabel berikut.
W11
A W12
D
E
W13 W14
B
C
L
H
W15
I W17
W16
F W1
W2
W3
G
J
K
W4
W5
W6
W7
W8
W9 W10
Gambar 5.17 Tekanan air pada kondisi banjir
Tabel 5.7 Jalur rembesan dan tekanan air bendung pada kondisi air banjir
W18
F F-G
0
2,71
1,31
0
0
6,49
1,06
0
0
0,7
3,1
0
b.
25,37
11,44
15,44
3,528
72,780
12,130
14,44
2,310
74,943
12,491
14,44
1,949
76,003
12,667
15,44
2,773
76,237
12,706
15,44
2,734
79,337
13,223
12,34
-0,883
0,000
L ∑
11,912
0,233
K K-L
71,470
0,000
J J-K
3,679
2,163
I I-J
15,44
0,000
H H-I
11,761
0,903
G G-H
70,567
3,813
Berat sendiri
Tubuh bendung didesain menggunakan pasangan batu sehingga berat jenis 3
3
bendung = 22 kN/m ( ≈ 2.200 kgf /m ). Untuk perhitungan gaya berat sendiri
Tabel.5.8 Gaya berat sendiri bendung. No. Gaya G1
2,2
bj
Luas × Tekanan 2
2
(0,25x3,14x0,4 )+(0,125x3,14x0,8 )+(0,87x0,4) +
Gaya (T) 3,702
(0,5x(0,47+1,03)x0,57)+(0,5x1,03x1,03) G2
2,2
2x2,2
9,680
G3
2,2
0,5x2,2x2,2
5,324
G4
2,2
1x1,5
3,300
G5
2,2
0,5x1,5x0,54
0,891
G6
2,2
0,5x15,48x1
27,192
G7
2,2
G8
2,2
0,5x3x3
G9
2,2
2x3
G10
2,2
0,5x1,19x1,4
G11
2,2
8,19x1,6
G12
2,2
0,5x1,4x0,5
0,396
G13
2,2
0,5x1,4
1,540
G14
2,2
0,2x3,1
1,364
Jumlah
136,382
((8,24x11,65) ((0,5x8,24x8,24)+(0,5x2x2)+(0,125x3,14x11,65 x11,65)))
14,907 9,900 20,867 1,283 154,955
d.
Gaya gempa
Untuk menghitung gaya akibat gempa digunakan rumus sebagai berikut : K
= k × G (Soewarno.Ir,1972)
... (3.61)
Dengan : K
= gaya akibat gempa, diambil arah horizontal
k
= koefisien gempa
G
= berat bendung
Koefisien gempa dapat dihitung sebagai berikut : ad
= n (a c .z )m
... (3.62)
Untuk jenis tanah termasuk tanah alluvium, maka diperoleh : n
= 1,56
m
= 0,89
z
=1
ac
= 160, periode ulang 100 tahun
ad
= 1,56 (160 × 1)
0,89
= 142,821 cm/dt k
=
ad g
2
... (3.63)
Tabel.5.9 Gaya akibat gempa. No. Gaya G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 G8 G9 G10 G11 G12 G13 G14 Jumlah
5.7.2
Gaya Berat (T) 3,702 9,680 5,324 3,300 0,891 27,192 14,907 9,900 20,867 1,283 36,036 0,396 1,540 1,364 136,382
k 0,146 0,146 0,146 0,146 0,146 0,146 0,146 0,146 0,146 0,146 0,146 0,146 0,146 0,146
Gaya Gempa (T) 0,540 1,413 0,777 0,482 0,130 3,970 2,176 1,445 3,047 0,187 5,261 0,058 0,225 0,199 19,912
Stabilitas bendung saat kondisi air normal
1.
Stabilitas terhadap gaya guling
a.
Berat Sendiri
Tabel.5.10 Berat sendiri dan momen guling
No.
Gaya
Lengan
Gaya
(T)
(m)
( Tm )
G1
3,702
16,150
59,788
G2
9,680
16,050
155,364
G3
5,324
14,086
74,994
G4
3,300
16,320
53,856
G5
0,990
15,640
15,484
G6
27,192
10,330
280,893
G7
14,907
5,230
77,966
G8
9,900
4,560
45,144
G9
20,867
2,200
45,907
Jumlah
95,863
Momen
809,396
b. Gaya tekanan air Untuk menghitung gaya tekan air pada bendung terhadap bahaya guling, maka momen guling ditinjau terhadap titik G sebagi berikut.
W13
-0,5x(3,86+5,63)x1,5
7,115
10,300
73,289
W14
-0,5x5,66x7,4
-20,928
6,536
-136,783
W15
0,5x2,89x3,78
5,460
1,083
5,913
W16
-0,5x(2,74+1,52)x1
-2,129 15,152
0,600
-1,278 113,178
Jumlah
c. Gaya gempa Untuk menghitung pengaruh gaya gempa terhadap bahaya guling, maka momen guling ditinjau terhadap titik G.
G1
G2 G3
A G4
B
G5
D
E
C G6
G7
G8 G9
F
G
Tabel.5.13 Rencana pembebanan dalam keadaan air normal Jenis Beban
Gaya ( T )
Momen ( Tm )
Horz
Vert
MH
0
95,863
0
809,396
15,152
11,087
113,178
32,167
8,6
0
113,408
0
Beban Tetap
23,752
84,775
226,586
777,230
Gaya Gempa
13,981
0
85,529
0
Beban Sementara
37,733
84,775
312,115
777,23
Gaya Berat sendiri Gaya Up-Lift Tekanan lumpur
MV
Kontrol stabilitas bendung terhadap bahaya guling a. Beban tetap SF = SF =
∑ M AV ≥ 1,5 ∑ M AH 777,23 226,586
≥ 1,5
SF = 3,43 ≥ 1,5 ... aman
... (3.64)
2.
Stabilitas terhadap gaya geser a. Berat Sendiri Untuk menghitung pengaruh berat sendiri bendung terhadap bahaya
geser, gaya dan momen ditinjau terhadap titik K .
Tabel.5.14 Berat sendiri terhadap bahaya geser
No.
Gaya
Lengan
Momen
Gaya
(T)
(m)
( Tm )
G1
3,702
23,690
87,702
G2
9,680
23,360
226,125
G3
5,324
21,630
115,158
G4
3,300
23,860
78,738
G5
0,891
23,180
20,653
G6
27,192
18,080
491,631
G7
14,907
13,400
199,760
G8
9,900
12,100
119,790
G9
20,867
9,750
203,453
b. Gaya tekan air Untuk menghitung pengaruh gaya tekan air pada bendung terhadap bahaya geser, gaya dan momen ditinjau terhadap titik K.
Tabel.5.15 Gaya tekan air
No.
Luas x Tekanan
Gaya
Gaya (T) Horz
Lengan
Vert
(m)
Momen Tm
W1
-0,5x(3,81+3,86)x1
-3,833
23,840
-91,387
W2
-0,5x(3,86+5,63)x0,54
-2,562
23,090
-59,146
W3
-0,5x(5,63+5,66)x1,25
-7,051
22,200
-156,541
W4
-0,5x5,66x7,4
-20,928
19,820
-414,785
W5
0,5x2,89x3,78
5,460
12,370
67,540
W6
0,5x(2,89+2,74)x2
5,627
9,390
52,840
W7
0,5x(4,74+1,52)x0,85
1,810
7,800
14,116
W8
0,5x(1,52+1,16)x6
8,038
4,200
33,761
W9
0,5x(1,16+1,98)x0,36
0,566
0,950
0,537
W10
0,5x(1,98+1,94)x0,7
1,374
0,350
0,481
c. Gaya gempa Untuk menghitung pengaruh gaya gempa terhadap bahaya geser, gaya dan momen ditinjau terhadap titik K.
Tabel.5.16 Beban dan momen gempa No.
Gaya Berat
Gaya
(T)
G1
3,702
G2
k
Gaya Gempa Lengan Momen (T)
(m)
( Tm )
0,146
0,540
13,890
7,508
9,680
0,146
1,413
12,280
17,355
G3
5,324
0,146
0,777
11,910
9,258
G4
3,300
0,146
0,482
10,430
5,025
G5
0,891
0,146
0,130
10,680
1,389
G6
27,192
0,146
3,970
7,740
30,728
G7
14,907
0,146
2,176
3,130
6,812
G8
9,900
0,146
1,445
2,000
2,891
G9
20,867
0,146
3,047
1,500
4,570
G10
1,283
0,146
0,187
0,660
0,124
Tabel.5.17 Rencana pembebanan dalam keadaan air normal Gaya ( T )
Jenis Beban Gaya Berat sendiri Gaya Up-Lift Tekanan lumpur
Momen ( Tm )
Horz
Vert
MH
MV
0
136,382
0
1709,369
16,723
22,875
118,192
169,276
8,6
0
113,408
0 1540,094
Beban Tetap
25,323
113,507
231,600
Gaya Gempa
19,912
0
96,536
Beban Sementara
45,235
113,507
328,136
0 1540,094
Kontrol stabilitas bendung terhadap gaya geser a. Beban tetap SF =
∑(V ).f ≥ 1,5 ∑(H)
... (3.65)
f = 0,75 SF =
0,75 × 113,507 25,323
≥ 1,5
e=
⎛ 1540,094 − 231,60 ⎞ 24,4 × 24,4 − ⎜ ⎟≤ 2 113,507 6 ⎝ ⎠
1
e = 0,672 ≤ 4,067 ... aman b. Beban sementara e=
1
e=
1
2
⎛ Mv − Mh ⎞ ≤ ⎟ ⎝ V ⎠
.B − ⎜
B 6
⎛ 1540,094 − 328,136 ⎞ × 24,4 − ⎜ ⎟≤ 2 113,507 ⎝ ⎠
24,4 6
e = 1,523 ≤ 4,060 ... aman
4.
Stablitas terhadap patah tarik Ditinjau pada saat kolam olak pada kondisi kosong yaitu pada saat
kondisi air normal. Karena kondisi ini dianggap paling berbahaya terhadap stabilitas patah tarik.
L
Data yang telah diperoleh adalah : dx = tebal kolam olak di titik yang ditinjau = 2 m Ux = Tekan air dititik x ( titik H ) = 1,52 T/m S
2
= faktor keamanan Untuk kondisi normal, faktor keamanan = 1,5 Untuk kondisi ekstrim, faktor keamanan = 1,25
Wx = tinggi muka air diatas kolam olak Karena ditinjau dalam kondisi air dikolam kosong maka, Wx = 0 Perhitungan : Dalam perhitungan digunakan faktor keamanan , S = 1,5. 2 ≥ 1,5
1,52 − 0 × 1 2,2
2 ≥ 1,036 ... aman b.
Ditinjau di titik I berjarak 1,06 m dari hilir
Rumus yang digunakan adalah sebagai berikut : dx
≥S
Ux − Wx.γx γ
Data yang telah diperoleh adalah :
5.7.3
Stabilitas bendung saat kondisi air banjir
Untuk perhitungan selanjutnya adalah stabilitas dihitung pada keadaan banjir Q = 96,4 m3/dt. Jalur rembesan dan tekanan air bendung pada kondisi banjir ditampilkan dalam tabel berikut. 1.
Stabilitas terhadap gaya guling a.
Berat Sendiri Untuk menghitung pengaruh berat sendiri bendung terhadap bahaya
guling, momen ditinjau terhadap titik G.
G1
G2 G3
A G4
B
G5
D E
C G6
G7
G8 G9
b.
Gaya tekanan air Untuk menghitung pengaruh gay tekan air terhadap bahaya guling,
momen ditinjau terhadap titik G.
Tabel.5.19 Gaya tekanan air pada kondisi air banjir No. Gaya W1 W2 W3 W4 W5 W6
Luas x Tekanan -0,5x(3,02+3,07)x1 -0,5x(3,07x4,84)x0,54 -0,5x(4,84+4,87)x1,25 -0,5x4,87x6,37 0,5x3,68x4,81 0,5x(3,68+3,53)x2
Gaya (T) Horz Vert -3,043 -2,135 -6,064 -15,499 8,848 7,207
Jumlah
W11 W12 W13 W14 W15 W16
0,5x(0,79+3,06)x2,27 -0,5x(5,10+3,02)x2,5 -0,5x(3,07+4,84)x1,5 -0,5x4,87x6,37 0,5x4,89x4,81 -0,5x(3,53+2,31)x1 Jumlah
c.
Gaya gempa
Lengan (m) 15,470 14,700 14,160 12,660 5,216 1,350
16,055
4,370 -10,143 5,930 -15,499 11,760 -2,919 22,061
Momen Tm -47,080 -31,384 -85,865 -196,212 46,150 9,730 55,879
13,187 11,570 9,910 7,460 2,100 0,500
57,624 -117,355 58,770 -115,619 24,697 -1,460 141,091
Tabel.5.20 Gaya dan momen gempa No.
Gaya Berat
Gaya
(T)
G1
3,702
G2
k
Gaya Gempa Lengan Momen (T)
(m)
( Tm )
0,146
0,540
13,890
7,508
9,680
0,146
1,413
12,280
17,355
G3
5,324
0,146
0,777
11,910
9,258
G4
3,300
0,146
0,482
10,430
5,025
G5
0,891
0,146
0,130
10,680
1,389
G6
27,192
0,146
3,970
7,740
30,728
G7
14,907
0,146
2,176
3,127
6,806
G8
9,900
0,146
1,445
2,000
2,891
G9
20,867
0,146
3,047
1,500
4,570
Jumlah
136,382
13,981
85,529
Tabel.5.21 Rencana pembebanan dalam keadaan air banjir Jenis Beban
Gaya ( T ) Horz Vert
Momen ( Tm ) MH MV
b. Beban sementara SF = SF =
Mv Mh
≥ 1,5
753,517 340,029
≥ 1,5
SF = 2,216 ≥ 1,5 ... aman
2.
Stabilitas terhadap gaya geser a.
Berat Sendiri Untuk menghitung pengaruh berat sendiri bendung terhadap bahaya
geser, gaya dan momen ditinjau terhadap titik K .
Tabel.5.22 Beban sendiri terhadap gaya geser Gaya
No.
Gaya (T)
(m)
Lengan Momen ( Tm )
G1
3,702
23,690
87,702
G2 G3 G4 G5
9,680 5,324 3,300 0 891
23,360 21,630 23,860 23 180
226,125 115,158 78,738 20 653
Tabel.5.23 Gaya tekanan air No. Luas x Tekanan Gaya W1 -0,5x(3,02+3,07)x1 W2 -0,5x(3,07x4,84)x0,54 W3 -0,5x(4,84+4,87)x1,25 W4 -0,5x4,87x6,37 W5 0,5x6,95x7,52 W6 0,5x(3,68+3,53)x2 W7 0,5x(3,53+2,31)x0,85 W8 0,5x(2,31+1,95)x6 W9 0,5x(1,95+2,77)x0,36 W10 0,5x(2,77+2,73)x0,7 Jumlah W11 0,5x(0,79+3,06)x2,27 W12 -0,5x(5,10+3,02)x2,5 W13 -0,5x(3,07+4,84)x1,5 W14 -0,5x4,87x6,37 W15 0,5x3,68x4,81 W16 -0,5x(3,53+2,31)x1 W17 0,5x(1,95+2,77)x1 W18 -0,5x(2,73+0,88)x3,1 Jumlah
c.
Horz
Gaya (T) Vert -3,043 -2,135 -6,064 -15,499 8,848 7,207 2,481 12,778 0,850 1,927 34,092
4,370 -10,143 5,930 -15,499 8,848 -2,919 2,361 -2,869 21,509
Lengan Momen (m) Tm 23,840 -72,553 23,090 -49,296 22,200 -134,618 20,760 -321,750 13,310 117,763 9,390 67,676 7,800 19,354 4,200 53,669 0,950 0,808 0,350 0,675 259,944 13,187 57,624 11,570 -117,355 9,910 58,770 10,370 -160,720 2,750 24,331 0,500 -1,460 0,500 1,181 0,700 -2,008 141,906
Gaya gempa Untuk menghitung pengaruh gaya gempa terhadap bahaya geser,
Tabel.5.25 Rencana pembebanan dalam keadaan air banjir Jenis Beban Gaya Berat sendiri Gaya Up-Lift Tekanan lumpur Beban Tetap Gaya Gempa Beban Sementara
Gaya ( T ) Horz Vert 0 136,382 21,509 34,092 8,6 0
Momen ( Tm ) MH MV 0 1709,369 141,90613 259,944 113,408 0
30,109
102,290
255,314
19,912
0
96,536
50,021
102,290
351,850
1449,425 0
1449,425
Kontrol stabilitas bendung terhadap gaya geser a. Beban tetap SF =
∑(V ).f ≥ 1,5 ∑(H)
... (3.65)
f = 0,75 SF =
0,75 × 102,290 30,109
≥ 1,5
SF = 2,548 ≥ 1,5 ... aman b. Beban sementara f.V
b. Beban sementara e=
1
e=
1
2
⎛ Mv − Mh ⎞ ≤ B ⎟ ⎝ V ⎠ 6
.B − ⎜
⎛ 1449,425 − 351,85 ⎞ × 24,4 − ⎜ ⎟≤ 2 102,290 ⎝ ⎠
24,4 6
e = 1,470 ≤ 4,067 ... aman
5.8
Analisa Stabilitas Tanggul
Stabilitas tembok penahan tanah Data tanah yang diperlukan untuk mengontrol stabilitas tembok penahan tanah adalah sebagai berikut : a. Berat volume pasangan batu ( γ bt ) b. Berat volume tanah basah ( γ b )
3
= 2,2 T/m
3
= 1,6 T/m
c. Derajat kekenyangan air
= 56,41 %
d. Sudut gesek dalam butir tanah ( φ )
= 33º
e. Sudut geser antara dinding dan tanah = 27º
Tabel 5.26 Gaya tekanan tembok penahan tanah Gaya Vertikal (W) Bagian
Lengan Terhadap titik A
( Ton )
(m)
Momem ( Tm )
1
6x1x2,2
= 13,200
1,5
19,800
2
0,5x1x1x2,2
= 1,100
2,3
2,530
3
1x5x2,2
= 11,000
2,5
27,500
4
0,5x1x5x2,2
= 5,500
3,3
18,150
5
1x6x2,2
= 13,200
3
39,600
6
0,5x1x1x1,66 = 0,830
2,7
2,241
7
1x1x1,66
= 1,660
3,5
5,810
8
0,5x1x6x1,66 = 4,150
3,7
15,355
9
6x2x1,66
4,5
89,640
ΣW =
= 19,920 70,560
Titik berat semua beban vertikal terhadap titik A M 220,626 el 3 127
∑
ΣM =
220,626
α = arc tg
6 1
= 80,54
o
Koefisien tanah aktif (Ka) Ka
Ka
=
Sin 2 (α + Φ )
⎡ Sin 2 α.Sin (α − Φ')⎢1 + ⎣
2
.. (3.68)
Sin 2 (80,538 + 33)
= Sin
=
Sin (Φ − Φ').Sin (Φ − δ ) ⎤ ⎥ Sin (α − Φ').Sin (α + δ) ⎦
2
⎡ 80,538.Sin (80,538 − 27 )⎢1 + ⎣ 0,84
0,97 × 0,8 × 1,606
⎤ ⎥ Sin (80,538 − 27 ).Sin (80,538 + 0 ) ⎦ Sin (33 − 27 ).Sin (33 − 0 )
2
= 0,682
Koefisien tanah pasiif (Kp) Kp =
Sin 2 (α − Φ )
⎡
Sin (Φ + Φ').Sin (Φ + δ ) ⎤
⎣
Sin (α + Φ').Sin (α + δ )
Sin 2 α.Sin (α + Φ')⎢1 −
Kp =
2
... (3.69)
⎥ ⎦
Sin 2 (80,538 − 33)
⎡ Sin 2 80,538.Sin (80 538 + 27 )⎢1 +
Sin (33 + 27 ).Sin (33 + 0 )
⎤ ⎥
2
Tabel 5.28 Gaya horizotal dan momen
Bagian
1 2 3 4 5 ΣW1 =
Berat tembok
Lengan terhadap
Momen
W1
titik A ( m )
( Tm )
( Ton ) 13,200 1,100 11,000 5,500 13,200 44,000 Berat tanah
Bagian
6 7 8 9 ΣW2 =
W2 ( Ton ) 0,830 1,660 4,150 19,920 26,560
b. Akibat gaya gempa
y 1,5 2,3 2,5 3,3 3 -
x 4 6,3 3,5 2,6 0,5 -
My 19,8 2,53 27,5 18,15 39,6 107,58
Mx 52,8 6,93 38,5 14,3 6,6 119,13
Lengan terhadap
Momen
titik A ( m )
( Tm )
y 2,7 3,5 3,7 4,5 -
x My Mx 6,33 2,241 5,254 6,5 5,810 10,790 4,33 15,355 17,970 4 89,640 79,680 113,046 113,693
Titik berat Gaya total X1 = 2,445 Y1 = 2,708
Titik berat Gaya total X2 = 4,256 Y2 = 4,281
5.8.2
Analisis stabilitas
a. Ditinjau terhadap gaya guling di titik A
5
1
1
A 6
Gambar 5.27 Momen guling ditinjau dari titik A
SF =
W1.X1 + W2.X2
> 1,5
... (3.72)
b. Ditinjau terhadap eksentrisitas (e)
Tabel 5.29 Gaya dan momen yang terjadi
Notasi Gaya
Gaya
( Ton )
Jarak terhadap sumbu X (m)
Y (m)
Momen ( Tm )
ΣW1
44,000
-
2,445
107,580
ΣW2
26,560
-
4,256
113,046
ΣV
70,560
ΣPH
8,159
7,969
65,0201
K
4,2336
2,708
11,46247
ΣH
12,392
ΣMv =
ΣMh =
Koordinat gaya-gaya terhadap titik A MV x= V
∑ ∑ ∑ MV
220,626
220,626
76,48257
... (3.74)
c. Ditinjau terhadap gaya geser SF =
=
∑V > 1,5 ∑H 70,56
12,392
... (3.77)
> 1,5
= 5,693 > 1,5
Aman
Sebagai bahan perbandingan antara desain yang ada dengan hasil redesain yang dilakukan penulis dapat dilihat pada tabel berikut.
Tabel 5.30 Perbandingan hasil redesain dengan desain yang ada
No. 1 2
3
Uraian
Debit rencana 100 tahun Mercu Bendung a. Elevasi mercu bendung b. Jari-jari mercu c. Elevasi tanggul d. Lebar efektif mercu e.Lebar pilar Kolam Olak a. Tipe kolam olak
Redesain 3
Desain yang ada 3
96,40 m /dt
96,40 m /dt
+ 115,51 m R1 = 0,4 m; R2 = 0,8 m + 118,172 m 59,6 m 1m
+ 114,048 m Mercu bulat + 116,69 m 57,5 m 1m
Vlugter
Vlugter
BAB VI PEMBAHASAN
Pada tugas akhir ini dilakukan perancangan ulang terhadap Bendung Pendekan yang terletak di Dusun Gendukan, Desa Bokoharjo, Kecamatan Prambanan,
Kabupaten
Sleman,
Daerah
Istimewa
Yogyakarta.,
perancangan
dilakukan menggunakan metode yang ada pada standar perencanaan irigasi , sehingga dapat diperoleh suatu desain bangunan bendung yang memenuhi persyaratan dan kestabilan. Pada redesain Bendung Pendekan ini dimulai dengan mencari data desain sebelumnya yang dilaksanakan sebelumnya. Besarnya debit banjir rencana yang telah dianalisis
oleh
CV.
Hara
Konsultan
digunakan
kembali
untuk
melakukan
perancangan ulang oleh penulis. Debit banjir rencana yang digunakan tersebut adalah Q100 sebesar 96,40 m3 /dt. Perancangan tubuh bendung dimulai dengan merencanakan tinggi elevasi
Pembendungan suatu aliran air pasti akan menimbulkan pengaruh terhadap wilayah aliran air tersebut. Untuk mengetahui pengaruh adanya pembendungan terhadap tinggi muka air dihulu bendung. Kemudian dilakukan perhitungan tinggi muka air sebelum dan setelah ada bendung diperoleh. Dari hasil perhitungan diperoleh tinggi muka air sebelum ada bendung 0,416 m dan tinggi muka air setelah ada bendung 1,162 m. Sehingga dari perhitungan diketahui efek back water dihulu bendung adalah 279,02 m. Untuk mengatasi adanya gerusan setempat dihilir bendung yang dapat membahayakan struktur, maka diperlukan bangunan kolam olak, pada desain ini dirancang kolam olak tipe Vlugter dengan panjang kolam olakan 11,8 m dan elevasi kolam olak + 103,682 m. Bangunan konstruksi lindung dihilir bendung dilengkapi juga dengan rip-rap yaitu bongkahan batu alam dengan diameter 0,4 m yang diletakkan sepanjang 7 m dari hilir kolam olak. Untuk mengatasi
bahaya piping dan erosi bawah tanah maka perlu
memperpanjang jalannya air / creep line dibawah pondasi bendung. Salah satu cara untuk memperpanjang jalannya air dibawah bendung tersebut adalah dengan meletakkan lantai muka di hulu bendung. Cara ini dipilih karena diharapkan akan
penangkap pasir yang ditempatkan diantara saluran pengabilan dan saluran primer. 3
Saluran kantung lumpur dirancang dengan kecepatan aliran 0,4 m /dt untuk mencegah tumbuhnya vegetasi dan supaya partikel-partikel yang lebih besar tidak mengendap dihilir kantung lumpur, bentuk penampang saluran adalah trapezium dan persegi panjang pada bagian kantung sedimen. Dari haril analisis maka panjang saluran penangkap pasir yang dirancang 163,5 m sedangkan dari desain yang ada yaitu 39,7 m.
BAB VII KESIMPULAN DAN SARAN
7.1
Kesimpulan
Dari hasil analisis desain yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : a. Lokasi bendung pada sungai Opak dengan lebar 61 m, lebar efektif 59,6 m denga lebar pilar utama 1 m. b. Elevasi mercu + 115,51m, tipe bulat dengan R1 = 0,4 m dan R2 = 0,8 m. c. Saluran pengambilan dirancang 1 pintu dengan lebar 1,5 m, telah efektif untuk melayani kebutuhan irigasi. d. Saluran pembilas dirancang 1 pintu dengan lebar 1 m, telah efektif untuk menghanyutkan sedimen di hulu bendung. e. Lantai muka dirancang dengan panjang 78 m, telah memenuhi syarat untuk mengatasi bahaya piping.
DAFTAR PUSTAKA
Adly,E.,Susilowati,E. 2005. Redesain Bendung Mrican Kabupaten Bantul Daerah Istimewa Yogyakarta, Universitas Islam Indonesia, Yogyakarta. Amburika,N. Ghofur,A . 2005. Redesain terhadap Bendung Tegal dengan lokasi pada kopur .Kabupaten Bantul, Daerah Istimewa Yogyakarta., Universitas Islam Indonesia, Yogyakarta. Anonim, 2005, Buku Pedoman Tugas Akhir dan Praktek Kerja, Jurusan Teknik Sipil, Universitas Islam Indonesia, Yogyakarta. CV. Hara Konsultan. 2002. Perencanaan Jaringan Irigasi Di Opak I Kabupaten Sleman, Yogyakarta Direktorat Jendral Pengairan. 1986. Standar Perencanaan Irigasi KP-02. CV.Galang Persada. Bandung Direktorat Jendral Pengairan. 1986. Standar Perencanaan Irigasi KP-06. CV.Galang Persada. Bandung Direktorat Jendral Pengairan. 1986. Buku Petunjuk Perencanaan Irigasi, CV.Galang Persada. Bandung
78
A0 A3
A1
A2 0,5
A4
A7
A8
A 11
A 12
A 15
A 16
A 19
A 44
A 47
A5
A6
A9
A 10
A 13
A 14
A 17
A 18
A 45
A 46
6
6 0,5
6 0,5
6 0,5
A 6
0,5
0,5
B
C
Gambar 5.10 Lantai Muka
61
W11
A W12
D
E
W13 W14
B
C
L
H
W15 W16
F W1
W2
W3
I
G
W17
J
W4
W5
W6
Gambar gaya tekanan air pada kondisi normal
W7
W8
W9 W10
K
W18
W11
A W12
D
E
W13 W14
B
C
L
H
W15
I W17
W16
F W1
W2
W3
G
J
W4
W5
Gambar gaya tekanan air pada kondisi banjir
W6
W7
W8
W9W10
K
W18
G1
G2 G3
A G4
B
G5
D E
C G6
G7
G8 G9
F
Gambar gaya berat sendiri bendung sebagai tinjauan terhadap bahaya guling.
G
G1
G2 G3
A G5 G4 D
B
E
C G6
G7
G8 G9
F
Gambar gaya akibat gempa sebagai tinjauan bahaya guling
G
G1
G2 G3
A G4
B
G5
D E
C G6
G7
L G11
G8
G14
G9
G12
G10
H F
Gambar gaya akibat beban gempa
G
I G13
J
K