MEKANIKA TANAH II
AIR TANAH Air tanah adalah sebagai air yang terdapat dibawah permukaan bumi. Sumber utamanya air hujan yang meresap kebawah melewati ruangan pori diantara butiran tanah. Air sangat berpengaruh pada sifat-sifat teknis tanah, khususnya tanah berbutir halus. Demikian juga air merupakan faktor yang sangat penting dalam masalah-masalah seperti :penurunan,stabilitas pondasi,stabilitas lereng, dll. Pada lapisan tanah terdapat tiga zone penting yaitu : zone jenuh air, zone kapiler, dan zone jenuh sebagian. Pada zone jenuh atau zone dibawah muka air tanah, air mengisi seluruh rongga-rongga. Pada zone ini tanah dianggap dalam keadaan jenuh sempurna. Batas atas dari zone jenuh adalh permukan air tanah atau freatis. Zone kapiler terletak diatas zone jenuh. Ketebalan zone ini tergantung dari macam tanah, akibatnya air mengalami isapan atau tekanan negative. Zone tak jenuh yang berkedudukan paling atas, adalh zone dekat permukaan tanah dimana air dipengaruhi oleh penguapan sinar matahari dan akar-akar tumbuh-tumbuhan.
PERMEABILITAS Didefinisikan sebagai sifat bahan berpori yang memungkinkan aliran rembesan dari cairan yang berupa air atau minyak mengalir lewat rongga pori. Untuk tanah, Permeabilitas dilukiskan sebagai sifat tanah yang mengalirkan air melalui rongga pori tanah. Didalam tanah,sifat aliran mungkin laminar atau turbulen. Tahanan terhadap aliran bergantung pada jenis tanah, ukuran butiran, bentuk butiran, rapat massa, serta bentuk geometri rongga pori. Temperatur juga sangat mempengaruhi tahanan aliran (kekentalan dan tegangan permukaan.
Aliran Air Dalam Tanah Tinggi energi total (total Head) adalah tinggi energi elevasi atau Elevation Head(z) ditambah tinggi energi tekanan atau pressure Head (h) yaitu Ketinggian kolom air h A atau hB Didalam pipa diukur dalam millimeter atau meter diatas titiknya. Tekanan hidrostatis bergantung pada kedalaman suatu titik dibawah muka air tanah. Untuk mengetahui besar tekanan air pori, Teorema Bernaulli dapat diterapkan. Menurut Bernaulli, tinggi energi total (total Head) pada suatu titik dapat dinyatakan oleh persamaan : 1
h=
p v2 z w 2g
Dengan : h
= tinggi energi total (total head)(m)
p/ w = tinggi energi tekanan (pressure head) (m) p
= tekanan air (t/m2,kN/m2)
v2/2g = tinggi energi kecepatan (velocity head) (m) v
= kecepatan air (m/det)
w
= berat volume air (t/m3,kN/m3)
g
= percepatan gravitasi (m/dt2)
z
= tinggi energi elavasi (m)
Karena kecepatan renbesan didalam tanah sangat kecil,maka tinggi energi kecepatan dalam suku persamaan Bernoulli dapat diabaikan.Sehingga persamaan tinggi energi total menjadi :
h=
p z w
Untuk menghitung debit rembesan lewat tanah pada kondisi tertentu, di tinjau kondisi tanah.
Hukum Darcy Darcy (1956), mengusulkan hubungan antara kecepatan dan gradient hidrolik sebagai berikut :
v = ki
Dengan : v
= Kecepatan air (cm/det)
i
= Gradien hidrolik
k
= Koefisien permeabilitas (cm/det)
2
Debit rembesan (q)dinyatakan dalam persamaan :
q = kiA
Koefisien permeabilitas (k) mempunyai satuan yang sama dengan kecepatan cm/det atau mm/det. Yaitu menunjukkan ukuran tahanan tanah terhadap air, bila pengaruh sifat-sifatya dimasukkan, Maka :
k (cm/det) =
k
w
g
Dengan : K
= koefisien absolute (cm 2 ), tergantung dari sifat butiran tanah
w = Rapat massa air (g/cm 3 )
= koefisien kekentalan air (g/cm.det)
g
=
percepatan gravitasi ( cm/det 2 )
Uji Permeabilitas Di Laboratorium Ada empat macam pengujian untuk menentukan koefisien permeabilitas dilaboratorium, yaitu : a). Uji tinggi energi tetap (Constant – Head) b). Uji tinggi energi turun (failing – Head) c). Penentuan secara tidak langsung dari uji konsolidasi d). Penentuan secara tidak langsung dari uji kapiler horizontal
Uji Permeabilitas Di Lapangan
1. Uji Permeabilitas Dengan Menggunakan Sumur Uji Cara pemompaan dari air sumur uji dapat dipakai untuk menentukan koefisien permeabilitas (k) di lapangan.dalam cara ini,sebuah sumur digali danairnya di pompa dengan debit air tertentu secara kontinu.permukaan penurunan yang telah stabil yaitu garis penurunan muka air tanah yang terendah.
3
Jari-jari R dalam teori hidrolika sumuran di sebut jari-jari pengaruh kerucut penurunan (radius of influence of the depression cone).Aliran air ke dalam sumur merupakan
aliran
gravitasi,dimana
muka
air
tanah
mengalami
tekanan
atmosfer.Debit pemompaan pada kondisi aliran yang telah stabil dinyatakan oleh persamaan DARCY :
q = vA = kiA = k (dy/dx) A
(m 3 /det)
Dengan : v
= Kecepatan aliran (m/det)
A
= Luas aliran (m2)
i
= dy/dx = gradient hidrolik
dy
= ordinat kurva penurunan
dx
= absis kurva penurunan
2. Uji Permeabilitas Pada Sumur Artesis Air yang mengalir dipengaruhi oleh tekanan artesis. Debit arah Radial :
q = kA
dy dx
Dengan : q
= Debit arah radial (m 3 /det)
A
= 2π T Luas tegak lurus arah aliran (m 2 )
T
= Tebal lapisan lolos air (m)
dy/dx = i = Gradien Hidrolik
3. Hitungan Koefisien Permeabilitas Secara Teoritis Menurut Hagen dan Poiseuille,banyaknya aliran air dalam satuan waktu (q) yang lewat pipa dengan jari-jari R,dapat dinyatakan dengan persamaan :
q=
wS 2 R a 8
4
Dengan :
w
= Berat volume air
= Koefisien kekentalan absolute
a
= Luas penampang pipa
S
= gradient hidrolik
Jari-jari hidrolik R H dari pipa kapiler dinyatakan dalam persamaan :
RH
=
Luas R 2 R keliling basah 2R 2
REMBESAN Rembesan yang akan dipelajari disini didasarkan pada analisis dua dimensi. Bila tanah dianggap homogen dan isotropis, maka dalam bidang x-z hokum darcy dapat dinyatakan sebagai berikut:
v x = ki x = -k v z = ki z = -k
h x
h z
Jaring Arus (Flow Net) Sekelompok garis aliran dan garis ekipotensial disebut jaring arus (flow net). Garis ekipotensial adalah garis-garis yang mempunyai tinggi energi potensial yang sama (h konstan). Permeabilitas lapisan lolos air dianggap isotropis ( k x = k 1 = k ).
Tekanan Rembesan Air pada keadaan statis didalam tanah, akan mengakibatkan tekanan hidrostatis yang arahnya keatas (uplift). Akan tetapi, jika air mengalir lewat lapisan tanah, aliran air akan mendesak partikel tanah sebesar tekanan rembesan hidrodinamis yang bekerja menurut arah alirannya. Besarnya tekanan rembesan akan merupakan fungsi dari gradient hidrolik.(i) 5
Pengaruh Tekanan Air Terhadap Stabilitas Tanah Tekanan hidrodinamis mempunyai pengruh yang besar pada stabilitas tanah. Tergantung pada arah aliran, tekanan hidrodinamis dapat dipengaruhi oleh berat volume tanah. Teori Kondisi Mengapung (Quick – condition) Telah disebutkan bahwa tekanan hidrodinamis dapat mengubah keseimbangan lapisan tanah. Pada keadaan seimbang, besarnya gayayang bekeja dibawah W = sama dengan gaya rembesan
D= w i c,
atau W-D = O
Dengan ic adalah gradient hidrolikkritis pada keseimbangan gaya diatas. Besarnya berat tanah terendam air ,adalah : W = ' = ( 1-n )( G S - 1 ) W
'=
GS 1 . w 1 e
(kN/m 3 . t/m 3 )
Keamanan Bangunan Terhadap Bahaya Piping Telah disebutkan bahwa bila tekanan rembesan keatas yang terjadi dalam tanah sama dengan i c , maka tanah akan pada kondisi mengapung. Keadaan semacam ini juga dapat berakibat terangkutnya butir-butir tanah halus, sehingga terjadi pipa-pipa didalam tanah yang disebut Piping. Akibat pipa-pipa yang berbentuk rongga-rongga, dapat mengakibatkan fondasi bangunan mengalami penurunan, hingga mengganggu stabilitas bangunan. Faktor keamanan bangunan air terhadap bahaya piping, sebagai berikut : SF =
ie ie
Dengan i e adalah gradien keluar maksimum (maximum exit gradient ) dan e
=
w
i
Gradien keluar maksimum tersebut dapat ditentukan dari jarring arus dan
besarnya sama dengan tinggi energi antara garis ekipotensial terakhir, dan l adalah panjang dari elemen aliran.
6
Lane (1935) menyelidiki keamanan struktur bendungan terhadap bahaya piping. Panjang lintasan air melalui dasar bendungan dengan memprhatikan bahaya pipingdihitung dengan cara pendekatan empiris, sebagai berikut :
LW =
Lh LV 3
Dengan : LW
= Weighted – creep – distance
Lh = Jumlah jarak horizontal menurut lintasan terpendek Lv = Jumlah jarak vertical menurut lintasan terpendek
Setelah weighted – creep – distance dihitung, weighted – creep – ratio (WCR) dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan :
WCR =
LW H1 H 2
PENGERTIAN DAN ANALISA TANAH ISOTROPIS DAN TANAH ANISOTROPIS
Tanah Homogen Isotropis adalah tanah homogen yang mempunyai nilai k sama besar pada semua arah (kx = kz = ks).
7
Tanah Homogen Anisotropis adalah tanah homogen yang memiliki nilai k tidak sama pada semua arah (kx / kz / ks). Tergantung dari permeabilitasnya. Tanah diasumsikan anisotropik, walaupun homogen. Sebagian besar lapisan tanah memang anisotropik, dengan koefisien permeabilitas maksimum bila arah alirannya sejajar lapisan dan minimum bila arahnya tegak lurus lapisan. Arah-arah aliran tersebut berturut-turut dinotasikan dengan x dan z, yaitu:
Dalam hal ini, bentuk umum dari hukum Darcy menjadi:
Demikian juga untuk suatu arah s, yang membentuk sudut α dengan sumbu x, koefisien permeabilitas didefinisikan dengan persamaan:
Sekarang:
yaitu:
Komponen-komponen kecepatan aliran juga dihubungkan sebagai berikut:
Oleh sebab itu:
Atau:
8
Berdasarkan bentuk umum dari hukum Darcy, persamaan kontinuitas dapat ditulis sebagai berikut:
Atau
Substitusi:
persamaan kontinuitas menjadi:
yang merupakan persamaan kontinuitas untuk tanah isotropik pada bidang x, z. Dengan demikian, menghasilkan suatu faktor skala pada sumbu x untuk mentransformasikan daerah aliran anisotropik menjadi daerah aliran isotropik khalay, di mana persamaan Laplace dapat berlaku. Bila jaringan aliran untuk daerah transformasi sudah digambar, maka jaringan aliran untuk daerah sesungguhnya dapat digambar juga dengan menggunakan kebalikan dari faktor skala di atas. Namun demikian, biasanya data yang penting diperoleh dari penampang transformasi. Transformasi dapat juga dilaukan pada arah z. Nilai koefisien permeabilitas yang berlaku pada penampang transformasi dinyatakan sebagai koefisien isotropik ekivalen.
Pembuktian Persamaan di atas telah diberikan oleh Vreedenburgh. Adapun kebenaran dari Persamaan ini dapat ditunjukkan dengan menggunakan sebuah elemen jaringan aliran yang arah alirannya searah sumbu x. Elemen tersebut digambarkan dalam skala transformasi dan dalam skala sesungguhnya. dengan arah transformasi sumbu x. Kecepatan aliran vx dapat dinyatakan dalam k' (untuk penampang transformasi) atau kx (untuk penampang sesungguhnya), yaitu: 9
di mana,
Jadi:
Biasanya arah mendatar (kx) mempunyai nilai terbesar dan arah vertikal (kz) mempunyai nilai terkecil (kx / kz = 2-30).
Ellips akan berubah menjadi lingkaran, bila skala pada sumbu x ditransformasikan menjadi x', sehingga :
atau
Faktor pembagi / faktor transformasi :
10
Maka dengan gambar konstruksi yang skalanya ditransformasikan, seolah-olah tanah menjadi isotropis, yang mempunyai koefisien permeabilitas sama pada semua arah, disebut koefisien permeabilitas efektif.
Tanah Heterogen Isotropis / Anisotropis Untuk rembesan satu-dimensi dengan arah horisontal, garis-garis ekipotensial untuk setiap lapisan adalah vertikal. Jika h1 dan h2 merupakan energi total di suatu titik pada masing-masing lapisan di atas, maka pada suatu titik di garis batas lapisan, h1 = h2. Dengan demikian, setiap garis vertikal yang melalui lapisan tersebut merupakan garis ekipotensial. Oleh sebab itu, gradien hidrolik pada kedua lapisan tanah tersebut, dan pada ekivalen lapisan tunggalnya, adalah sama. Gradien hidrolik yang sama ini dinotasikan dengan ix.
Aliran horisontal total per satuan waktu dinyatakan sebagai:
Untuk rembesan satu-dimensi vertikal, kecepatan aliran pada setiap lapisan dan pada lapisan tunggal ekivalennya harus sama jika syarat kontinuitas dipenuhi. Maka:
di mana x i adalah gradien hidrolik rata-rata pada kedalaman lapisan (H1 + H2). Sehingga:
11
Kehilangan tinggi energi total pada kedalaman (H1 + H2) sama dengan jumlah kehilangan tinggi energi total pada setiap lapisan, yaitu:
Pernyataan yang sama untuk x k dan z k berlaku untuk berapa pun banyaknya jumlah lapisan tanah. Selain itu dapat dilihat bahwa x k harus selalu lebih besar dari z k , sebab rembesan lebih mudah terjadi searah dengan lapisan (searah sumbu x) daripada tegak lurus lapisan (searah sumbu z).
Lapisan yang ada di atas muka air dianggap tidak berpengaruh terhadap nilai faktor transformasi dan k efektif.
12
Kondisi Transfer Kondisi transfer adalah keadaan di mana rembesan terjadi secara diagonal pada batas antara dua lapisan tanah isotropik 1 dan 2 yang masing-masing memiliki koefisien permeabilitas k1 dan k2. Dari Gambar 2.14 terlihat bahwa arah rembesan yang mencapai titik B pada batas lapisan ABC membentuk sudut α 1 terhadap garis normal di B. Kecepatan aliran yang mencapai B adalah v1. Komponen-komponen v1 adalah v1s untuk yang sejajar batas lapisan dan v1n untuk yang tegak lurus batas lapisan. Arah rembesan yang meninggalkan titik B membentuk sudut α 2 terhadap garis normal, dan kecepatan alirannya v2. Komponen-komponennya adalah v2s dan v2n. Untuk tanah 1 dan 2 berturut-turut:
Pada titik B,h1 = h2; maka:
Dengan diferensiasi terhadap s, (arah sepanjang batas lapisan):
jadi:
Untuk kontinuitas aliran melalui batas lapisan, komponen normal dari kecepatan aliran harus sama, yaitu:
sehingga:
Dengan demikian didapat:
13
Persamaan ini menunjukkan perubahan arah garis aliran yang melewati titik B. Persamaan ini berlaku untuk setiap garis aliran yang melalui batas lapisan. Persamaan ini dapat ditulis sebagai berikut:
sehingga:
Maka
Bila perbandingan permeabilitas (k1/k2) lebih kecil dari 1/10, maka jaringan aliran pada tanah dengan permeabilitas yang lebih tinggi mungkin tidak perlu ditinjau.
14
BENDUNGAN DARI TANAH YANG KEDAP AIR
Bendungan Urugan Bendungan merupakan bangunan yang digunakan untuk membendung aliran air sungai yang dimanfaatkan untuk keperluan hidup manusia atau menanggulangi bencana, seperti banjir. Menurut Sosrodarsono (2002), bendungan urugan merupakan bendungan yang dibangun dengan cara menimbunkan bahan-bahan, seperti: batu, krakal, krikil, pasir, dan tanah, pada posisi tertentu dengan fungsi sebagai pengempang atau pengangkat permukaan air yang terdapat di dalam waduk di udiknya.
Tipe-tipe Bendungan Urugan Didasarkan pada ukuran butiran dari bahan timbunan yang digunakan, secara umum dapat dibedakan 2 tipe bendungan urugan, yaitu: a. Bendungan urugan batu (rock fill dam) disingkat dengan istilah bendungan batu. b. Bendungan urugan tanah (earth fill dam) disingkat dengan istilah bendungan tanah.
Selain kedua jenis tersebut, terdapat pula bendungan urugan campuran, yaitu terdiri dari urugan batu di
bagian hilirnya yang berfungsi sebagai penyangga sedang, bagian
udiknya terdiri dari timbunan tanah yang disamping berfungsi sebagai penyangga tambahan, terutama berfungsi sebagai tirai kedap air. Ditinjau dari penempatan serta susunan bahan yang membentuk tubuh bendungan untuk dapat memenuhi fungsinya dengan baik, maka bendungan urugan dapat digolongkan dalam tiga tipe utama, yaitu: a. Bendungan urugan homogen (bendungan homogen) Bendungan urugan digolongkan tipe homogen, apabila bahan yang membentuk tubuh bendungan terdiri dari tanah yang hampir sejenis dan gradasinya (susunan ukuran butirannya) hampir seragam. Tubuh bendungan secara keseluruhannya berfungsi ganda, yaitu sebagai bangunan penyangga dan sekaligus sebagai penahan rembesan air.
b. Bendungan urugan zonal (bendungan zonal) Bendungan urugan digolongkan tipe zonal, apabila timbunan yang membentuk tubuh bendungan terdiri dari batuan dengan gradasi (susunan ukuran butiran) yang berbeda-beda dalam urutan-urutan pelapisan tertentu.
15
Pada bendungan ini sebagai penyangga terutama dibebankan pada timbunan yang lulus air (zone lulus air), sedang penahan rembesan dibebankan pada timbunan yang kedap air (zone kedap air). Berdasarkan letak dan kedudukan dari zone kedap airnya, maka tipe ini masih dapat dibedakan menjadi 3 yaitu: 1. Bendungan urugan zonal dengan tirai kedap air atau bendungan tirai (front core fill type dam), ialah bendungan zonal dengan zone kedap air yang membentuk lereng udik bendungan tersebut. 2. Bendungan urugan zonal dengan inti kedap air miring atau
bendungan inti miring
(inclined-core fill type dam), bendungan zonal yang zone kedap airnya terletak di dalam tubuh bendungan dan berkedudukan miring ke arah hilir. 3. Bendungan urugan zonal dengan inti kedap air tegak atau bendungan inti tegak (centralcore fill type dam), ialah bendungan zonal yang zone kedap airnya terletak di dalam tubuh bendungan dengan kedudukan vertikal. Biasanya inti tersebut terletak di bidang tengah dari tubuh bendungan.
c. Bendungan urugan bersekat (bendungan sekat). Bendungan urugan digolongkan dalam tipe sekat (facing) apabila di lereng udik tubuh bendungan dilapisi dengan sekat tidak lulus air (dengan kekedapan yang tinggi) seperti lembaran baja tahan karat, beton aspal, lembaran beton bertulang, hamparan plastik, susunan beton blok, dan lain-lain.
Karakteristik Bendungan Urugan Dibandingkan dengan jenis-jenis lainnya, maka bendungan urugan mempunyai keistimewaan-keistimewaan sebagai berikut: a. Pembangunannya dapat dilakukan pada hampir pada semua kondisi geologi dan geografi yang dijumpai b. Bahan untuk tubuh bendungan dapat digunakan batuan yang terdapat di sekitar calon bendungan. Tetapi disamping itu, tipe ini juga memiliki kelemahan yang cukup berarti, yaitu tidak mampu menahan limpasan diatas mercunya, dimana limpasan-limpasan yang terjadi dapat menyebabkan longsoran-longsoran pada lereng hilir yang dapat mengakibatkan jebolnya bendungan tersebut.
16
Beberapa karakteristik utama dari
bendungan urugan, adalah sebagai berikut
(Sosrodarsono, 2002): a. Bendungan urugan mempunyai alas yang luas, sehingga beban yang harus didukung oleh pondasi bendungan persatuan unit luas biasanya kecil. Beban utama yang harus didukung pondasi terdiri dari berat tubuh bendungan dan tekanan hidrostatis dari air dalam waduk. Karena hal tersebut, maka bendungan urugan dapat dibangun di atas alur sungai yang tersusun dari batuan sedimen dengan kemampuan daya dukung yang rendah asalkan kekedapannya dapat diperbaiki sampai tingkat yang dikehendaki. b.
Bendungan urugan selalu dapat dibangun dengan menggunakan bahan batuan yang
terdapat di sekitar calon bendungan. Dibandingkan dengan jenis bendungan beton, yang memerlukan bahan-bahan fabrikat seperti semen dalam jumlah besar dengan harga yang tinggi dan didatangkan dari
tempat yang jauh, maka bendungan urugan dalam hal ini
menunjukkan tendensi yang positif. c. Dalam pembangunannya, bendungan urugan dapat dilakukan secara mekanis dengan intensitas yang tinggi (full mechanized) dan karena banyaknya tipe-tipe peralatan yang diproduksi, maka dapat dipilih peralatan yang cocok, sesuai dengan sifat-sifat bahan yang akan digunakan serta kondisi lapangan pelaksanaannya. d. Akan tetapi karena tubuh bendungan terdiri dari timbunan tanah atau timbunan batu yang berkomposisi lepas, maka bahaya jebolnya bendungan umumnya disebabkan oleh hal-hal berikut: 1. Longsoran yang terjadi baik pada lereng udik, maupun lereng hilir tubuh bendungan. 2. Terjadinya sufosi (erosi dalam atau piping) oleh gaya-gaya yang timbul dalam aliran filtrasi yang terjadi dalam tubuh bendungan. 3. Suatu konstruksi yang kaku tidak diinginkan di dalam tubuh bendungan, karena konstruksi tersebut tidak dapat mengikuti gerakan konsolidasi dari tubuh bendungan tersebut. 4. Proses pelaksanaan pembangunannya biasanya sangat peka terhadap pengaruh iklim. Lebih-lebih pada bendungan tanah, dimana kelembaban optimum tertentu perlu dipertahankan terutama pada saat pelaksanaan penimbunan dan pemadatannya.
Bagian-bagian Utama Bendungan Urugan Dibandingkan dengan tipe bendungan yang lain, bagian atas bendung/mercu bendung pada bendungan urugan tidak boleh dilalui oleh air sebab akan merusak bendung itu sendiri. Selain itu bendungan urugan memiliki bagian-bagian yang serupa dengan tipe bendungan yang lain, yaitu: 17
a. Tubuh bendung, pada bendungan urugan berupa timbunan tanah atau batu yang terdiri dari zona kedap dan lolos air. b. Waduk, merupakan tempat penampungan air sungai. c. Pintu outlet, pintu pengeluaran air bendungan. d. Peredam energi, berfungsi untuk meredam energi dari aliran air yang keluar dari bendungan. e. Pelimpah, berfungsi untuk melimpahkan air yang berlebihan, melebihi kapasitas waduk. f. Intake, bangunan yang berfungsi untuk mengalirkan air menuju sawah yang akan diairi dari bendungan.
Pelaksanaan Konstruksi Bendungan Sebelum pembangunan bendungan dilakukan, dibangun terlebih dahulu bangunanbangunan pelengkap yang berupa bangunan sementara maupun bangunan tetap yang akan termasuk dalam komposisi bendungan yang berfungsi untuk menghindarkan bagian bangunan bendungan yang sedang dikerjakan dari aliran air sungai (Sosrodarsono, 2002). Bangunan tersebut adalah: 1. Saluran pengelak, baik berupa saluran terbuka maupun saluran tertutup 2. Bendungan pengelak, yang dibangun di sebelah udik dan sebelah hilir calon bendungan utama 3. Bangunan pelimpah banjir 4. Bangunan penyadap, dan lain-lain. Dalam pelaksanaan konstruksi dipersiapkan sedemikian rupa, agar diperoleh suatu urut-urutan pelaksanaan yang efektif dan efisien dan pelaksanaan konstruksi masing-masing komponen tidak saling mengganggu. Secara umum pelaksanaan konstruksi bendungan urugan adalah sebagai berikut (Sosrodarsono, 2002): a. Pembuatan jaringan jalan-jalan pengangkutan bahan-bahan, dari tempat penggaliannya ke tempat kedudukan calon bendungan dan jaringan jalan-jalan masuk lainnya. b. Pembuatan base-camp, pool-pool kendaraan dan alat-alat besar, jaringan distribusi tenaga dan fasilitas pelaksanaan konstruksi lainnya. c. Pembuatan saluran pengelak baik berupa saluran terbuka maupun tertutup. d. Pembuatan jaringan jalan pengangkutan bahan yang diperoleh setempat, untuk pembuatan bendungan pengelak. e. Pembuatan bendungan pengelak dan persiapan tempat-tempat penggalian bahan tanah, pasir dan kerikil (borrow-pits) dan tempat-tempat penggalian batu (quarries). 18
f. Penggalian-penggalian pondasi bendungan dan pekerjaan-pekerjaan perbaikan pondasi tersebut. g. Penimbunan tubuh bendungan dan pembuatan bangunan pelengkap permanen, seperti bangunan pelimpah banjir, bangunan penyadap, dan lain-lain. h.
Pelaksanaan pembuatan jalan-jalan untuk pelaksanaan penutupan alur sungai agar
alirannya pindah ke saluran pengelak. i. Penutupan saluran pengelak, setelah pelaksanaan konstruksi bendungan selesai.
Analisa Kelayakan Menurut Soeharto (1999), analisa/studi kelayakan merupakan pengkajian yang bersifat menyeluruh dan mencoba menyoroti segala aspek kelayakan proyek atau investasi. Disamping sifatnya yang menyeluruh, studi kelayakan harus dapat menyuguhkan hasil analisis secara kuantitatif tentang manfaat yang akan diperoleh dibandingkan dengan sumber daya yang diperlukan. Analisa kelayakan mempunyai tujuan untuk memberikan bayangan atau pertimbangan kepada pemilik proyek untuk menjalankan atau membatalkan proyek yang akan dijalankan. Apabila dijalankan maka diharapkan akan mendapatkan manfaat sesuai dengan yang diinginkan. Analisa kelayakan di lakukan sebelum rangkaian kegiatan pelaksanaan suatu proyek dijalankan. Aspek-aspek yang ditinjau dalam analisa kelayakan, yaitu: a. Aspek pemasaran b. Aspek teknis c. Aspek finansial dan ekonomi d. Aspek penjadwalan dan pembiayaan f. Aspek dampak lingkungan
Rembesan di Dalam Bendungan Tanah Debit rembesan yang lewat badan bendungan dan lewat tanah dasar diperlukan untuk mengetahui banyaknya air yang hilang. Tekanan air pori akibat rembesan diperlukan untuk menganalisis pengaruhnya terhadap kestabilan lereng bendungan. Hukum Dracy dapat digunakan untuk menghitung dabit rembesan yang melalui struktur bendungan. Dalam perencanaan sebuah bendungan, perlu diperhatikan stabilitasnya terhadap bahaya longsoran, erosi lereng dan kehilangan air akibat rembesan yang melalui tubuh bendungan.
19
Penggambaran Garis Rembesan Secara Grafis Jika bentuk dan posisi garis rembesan paling atas pada potongan melintang bendungan diketahui, besarnya rembesan rembesan dapat dihitung. Bentuk garis rembesan , kecuali dapat ditentukan secara analistis , dapat juga ditentukan secara grafis atau dari pengamatan laboratorium dari sebuah model bendungan sebagai prototype, ataupun juga secara analogi elektris. Pengamatan menunjukkan bahwa garis rembesan yang melalui yang melalui bendungan berbentuk kurva parabolis, akan tetapi penyimpangan kurva terjadi pada daerah hulu dan hilirnya. Pengamatan secara grafis didasarkan pada sifat khusus dari kurva parabola.
Debit Rembesan Pada Bendungan Tanah Anisotropis Jika permeabilitas tanah bahan bendungan anisotropis, untuk menghitung debit rembesan, maka penampang bendungan harus lebih dulu ditranformasi. Seperti yang telah dipelajari sebelumnya, nilai x 1 transformasi adalah ;
x1 =
kz X kx
Maka seluruh hitungan harus didasarkan pada gambartransformasinya, demikian juga untuk koefisien permeabilitas ekivalen :
K’ =
kx kz
Tampang bendungan tanah dan garis rembesannya. 1. Bendungan tanpa drainase.
20
2. Bendungan dengan drainasi horizontal.
3. Bendungan dengan drainasi vertikal.
4. Bendungan dengan drainasi bersudut tertentu.
5. bendungan komposit
21
Kulit dan filter mempunyai nilai k yang sangat besar dibanding nilai k dari inti bendungan. Jika rembesan lewat 2 bahan tanah dengan nilai k yang berbeda (k2 > k1) dengan nilai (k2/k1) > 10, maka pada hitungan rembesan / arah garis rembesan tanah dengan nilai k yang besar (k2) dianggap udara / tidak ada.
BENTUK GARIS REMBESAN YANG PERTAMA • Cassagrande : Garis rembesan yang pertama mempunyai bentuk dasar suatu parabola, dengan sedikit penyimpangan di ujung dekat lereng hulu dan dekat lereng hilir. Suatu parabola mempunyai: 1. Titik api F 2. Garis arah l pada sumbu X 3. Parameter p : jarak F terhadap l
Sifat parabola : Setiap titik pada parabola mempunyai jarak yang sama terhadap titik api F dan terhadap garis arah l (AF = AB = r). Persamaan parabola : 1. Jika digunakan sumbu y melalui F dan sumbu X positif ke kiri , maka persamaannya : y² = 2px + p² 2. Jika digunakan koordinat kutub dengan pusat titik api F :
22
Syarat minimum agar parabola dapat dilukis atau dapat dituliskan persamaannya adalah : 1. diketahui letak titik F 2. diketahui besarnya p atau salah satu titik yang ada pada garis parabola.
Menurut Cassagrande : Parabola dasar dari garis rembesan mempunyai : 1. Titik api F : perpotongan garis dasar bendungan (AD) dengan garis keluarnya air di bagian hilir (FE). 2. Titik pada parabola : titik M pada garis muka air di sebelah hulu dengan panjang KM = 0,7 KN. Digunakan salib sumbu : - Sumbu Y (ordinat) : garis vertikal lewat F (+ ke atas) - Sumbu X (absis) : dasar bendungan (+ ke kiri) Maka persamaan parabola yang digunakan : y2 = 2px + p2 Jika kemiringan lereng hulu = 1 : m1 & tinggi air = h1, maka koordinat titik M : – Ordinat YM = h1 – Absis XM = d = FA – 0,7 . m1 . h1
dimasukkan ke persamaan parabola : h1² = 2pd + p² p² + 2pd – h1² = 0 Jadi p = − d + √ Dengan diperolehnya nilai p, nilai y untuk beberapa nilai x dapat dicari, sehingga parabola dapat dilukis
Koreksi Parabola di Bagian Hulu. • Garis rembesan harus dimulai dari titik N.
23
• Karena garis lereng hulu merupakan garis ekipotensial yang pertama, maka garis rembesan harus tegak lurus garis lereng hulu.
1. Jika ß < 90° Koreksi : menarik garis dimulai dari N tegak lurus lereng, lengkung dan menyambung pada parabola.
2. Jika ß = 90° (pd bendungan komposit) • Garis rembesan tegak lurus lereng ---> mempunyai garis singgung horizontal di N
3. Jika ß > 90° (pd bendungan komposit) • Tidak dapat tegak lurus lereng, karena aliran tidak dapat ke atas.
KOREKSI PARABOLA DI BAGIAN HILIR.
Koreksi Adalah letak titik potong garis rembesan dengan garis keluarnya air di bagian hilir. 24
• Untuk bendungan dengan a = 30° atau
= 1,73
c = faktor koreksi, besarnya tergantung pada sudut a (dilihat dari tabel / grafik).
2. Untuk bendungan dengan a = 30° atau
= 1,73
25
Filter Bila air rembesan mengalir dari lapisan berbutir lebih halus menuju lapisan lebih kasar, kemungkinan terangkutnya butiran lebih halus lolos melewati bahan yang lebih kasar tersebut dapat terjadi. Erosi butiran dapat mengakibatkan turunnya tahanan aliran air dan naiknya gradient hidrolik. Bila kecepatan aliran membesar akibat dari pengurangan tahanan aliran yang berangsur-angsur turun, akan terjadi erosi butiran yang lebih besar lagi sehingga membentuk pipa-pipa didalam tanah yang dapat mengakibatkan keruntuhan pada bendungan.
Filter atau drainase untuk mengendalikan rembesan, harus memenuhi dua persyaratan: 1).
Ukuran pori-pori halus cukup kecil untuk mencegah butir-butir tanah terbawa aliran.
2).
Permeabilitas harus cukup tinggi untuk mengizinkan kecepatan drainase yang besar dari air masuk filternya.
Manfaat dan Kerugian Bendungan Dalam pembangunan fasilitas publik harus dilakukan peninjauan dari segala segala sudut pandang agar nantinya mendapatkan hasil yang sesuai dengan harapan. Begitu pula dengan pembangunan bendungan. Menurut Linsley (1996), pembangunan bendungan memiliki tujuan/ manfaat untuk: a. Irigasi Kebutuhan air untuk irigasi biasanya bersifat musiman, dengan jumlah maksimum selama musim panas (kemarau) yang kering dengan kebutuhan yang kecil sekali atau sama sekali tidak ada pada musim dingin (musim hujan). b. Penyediaan air Kebutuhan air rumah tangga lebih mendekati tetap sepanjang tahun dari pada kebutuhan irigasi, tetapi maksimum musimannya biasanya terjadi di musim panas (kemarau). Tuntutan kebutuhan itu biasanya bertambah dengan perlahan-lahan dari tahun ke tahun, sehingga cadangan harus disediakan untuk mengikuti pertambahan kebutuhan. c. Daya listrik Kebutuhan daya listrik biasanya mempunyai variasi musiman yang jelas tergantung pada jenis daerah yang dilayani. Untuk menghasilkan listrik, air yang dialirkan ke hilir dilewatkan pada suatu turbin.
26
d. Pelayaran Bendungan yang direncanakan untuk menyediakan air guna menjaga aliran air di hilir, bagi pelayaran melayani kebutuhan air yang sangat jelas bersifat musiman, yang pelepasan puncaknya dibutuhkan selama akhir musim kemarau. e. Pengurangan banjir Kebutuhan dasar bagi pengurangan banjir adalah cukupnya ruang tampungan kosong untuk memungkinkan ditahannya air banjir di musim hujan (banjir). f. Rekreasi Biasanya tidak praktis untuk merencanakan bendungan besar hanya untuk rekreasi, sehingga setiap keuntungan dari rekreasi biasanya bersifat tambahan terhadap fungsi-fungsi lain dari proyek yang bersangkutan. Bendungan rekreasi yang ideal adalah waduk yang hampir selalu penuh
selama musim rekreasi untuk memungkinkan orang melakukan
permainan perahu, memancing, berenang dan olah raga air lainnya. g. Ikan dan kehidupan liar Masalah ikan dan kehidupan liar di
bendungan-bendungan besar terutama adalah
persoalan perlindungan. Pembangunan bendungan mengakibatkan perubahan besar dalam habitat bagi kehidupan liar yang ada, sehingga dapat menyebabkan pengurangan suatu jenis dan bertambahnya jenis-jenis ikan yang lain. Naik turunnya permukaan air yang besar dan berlangsung cepat membahayakan ikan, terutama pada masa-masa kritis, misalnya masa bertelur. h. Pengendalian pencemaran Suatu bendungan dapat untuk penambahan aliran-rendah, yaitu pelepasan air pada masa air-rendah untuk mendapatkan larutan air sedemikian rupa, sehingga sungai itu dapat lebih baik mengasimilasikan
air limbah yang dituangkan kedalamnya. Walaupun demikian,
pelepasan dari suatu bendungan dapat menyumbang pencemaran, karena perubahan mutu air yang sering terjadi di dalam bendungan. i. Pengendalian nyamuk Bila diinginkan, suatu waduk dapat dioperasikan untuk mengendalikan pertumbuhan nyamuk dengan cara mengatur naik turunnya permukaan air dengan cepat, yang akan mendamparkan jentik-jentik di pinggir bendungan.
27
Selain dari manfaat-manfaat yang telah disebutkan diatas, pembangunan bendungan juga menimbulkan dampak-dampak terhadap lingkungan sekitarnya, yaitu: a. Degradasi alur hilir atau tepi-tepi pantai akibat hilangnya sedimen karena tertangkap di dalam waduk. b. Hilangnya tempat-tempat yang mempunyai sifat geologis, historis, arkeologis, atau pemandangan yang unik akibat genangan waduk. c. Tergenangnya daerah penangkaran benih ikan yang berpindah-pindah yang menghalangi proses reproduksinya, atau rusaknya kerikil pembenihan akibat pengerukan atau pelapisan alur. d. Perubahan suhu air sungai karena adanya waduk mengakibatkan berubahnya kehidupan air di sungai itu. e. Pelesapan air dasar waduk yang mungkin mengandung larutan garam berat atau sedikit oksigen mengakibatkan berubahnya kehidupan air. f. Drainasi rawa-rawa, lubang-lubang karang dan sebagainya memperkecil peluang hidup binatang dan burung-burung air atau ampibi. g. Perubahan mutu air akibat drainasi dari suatu proyek irigasi dapat merangsang pertumbuhan ganggang di air yang menampungnya atau mendorong perubahan jenis kehidupan air akibat naiknya kegaraman air di badan air yang menampung drainasi itu. h. Terbentuknya penghalang bagi jalur perpindahan normal dari binatang-binatang darat akibat adanya waduk. i. Berubahnya jenis-jenis kehidupan air akibat meningkatnya kekeruhan air dari erosi yang ditimbulkan oleh manusia atau dari pengerukan. j. Kerusakan jenis-jenis kehidupan yang baik akibat bahan-bahan racun (pestisida, logamlogam beracun, dan sebagainya) yang dibuang ke dalam sungai dan terpusat pada rantai pangannya. k. Kerusakan kehidupan ikan yang harus malalui pompa atau turbin atau bangunan pelimpah bendungan besar. l. Kerusakan tumbuh-tumbuhan di tebing sungai akibat perubahan pola aliran sungai.
28
