Perencanaan Hidrolis Bendung 1. Lebar dan Tinggi Bendung Lebar bendung adalah jarak antara kedua pangkal bendung (abutment). Lebar bendung sebaiknya diambil sama dengan lebar rata -rata sungai dengan lebar maksimum hendaknya dak lebih dari 1,2 kali lebar rata-rata sungai pada ruas yang stabil. Di bagian hilir ruas sungai, lebar rata-rata ini dapat diambil pada debit penuh (bankfull discharge), sedangkan pada bagian hulu sungai atau daerah pegunungan/dataran pegunungan/dataran nggi, sering kesulitan untuk menentukan debit penuh ini. Untuk hal ini dapat diambil muka air banjir tahunan sebagai patokan lebar rata -rata. Penentuan nggi bendung, utamanya didasarkan pada kebutuhan energi (head) PLTM. PLTM. Namun bendung yang nggi mempunyai masalah konstruksi yang yang berat, terutama dari segi stabilitas tubuh bendungnya. Setelah dikaji dari berbagai kondisi dan permbangan, maka ditentukan ditentukan parameter teknis bendung, sebagai berikut : Elevasi Dasar Bendung
: 450 m
Tinggi Bendung (p)
: 3m
Elevasi Mercu Bendung
: 453 m
Lebar Bendung (Bb)
: 14,40 m
Pintu Bilas (b)
: 1 x 1,5 m
Tebal Pilar
: 1 x 0,75 m
Gambar Sketsa lebar mercu bendung
Gambar 2 Sketsa Bendung 2 Tinggi Muka Air Banjir di Hilir Bendung Tinggi muka air (MA) banjir di hilir bendung adalah sama dengan nggi MA banjir pada sungai asli, sebelum ada bendung. Perhitungannya Perhitungannya dilakukan dengan rumus aliran Manning, sebagai berikut : Dimana : V
= Kecepatan
n
= Koesien Manning
R
= Jari- jari jari Hidraulis
I
= Kemiringan dasar
Rumus konnuitas : Q
= A.V
Q = debit A
= luas penampang *=¦ (h)+
Selanjutnya perhitungan dilakukan secara tabelaris dan diperoleh nggi MA banjir seper disajikan pada Tabel 1, Tabel 2, Gambar 3 dan diketahui nggi air banjir pada debit rencana (h) = 0,98 m. Dari info yang diperoleh saat survey di lapangan, dapat dipaskan bahwa banjir yang pernah ada, dak pernah melebihi 0,98 m. Tabel 1 Tinggi Banjir Sungai Lebar sungai (B) m =
12
Kemiringan (I)
=
0.05
Manning (n)
=
0.025
Q100th m9/dt
=
107,61
Sketsa Potongan Melintang Sungai
Tabel Perhitungan Tinggi Banjir di hilir Sungai
3 Lebar Efekf Bendung Karena adanya pintu bilas dan pilar, maka lebar bendung yang dapat mengalirkan banjir secara efekf jadi berkurang, yang disebut lebar efekf (Be). Pengurangan lebar tersebut disebabkan oleh ga komponen, yaitu : · Tebal pilar · Bagian pintu bilas yang bentuk mercunya berbeda dari mercu bendung · Kontraksi pada dinding pengarah dan pilar.
Dalam perhitungan lebar efekf, lebar pembilas yang sebenarnya, diambil 80 % dari lebar rencana untuk mengompensasi perbedaan koesien debit dibanding mercu bendung yang berbentuk bulat.
Ilustrasi Lebar Efekf Mercu Oleh karena itu maka lebar efekf bendung Pageruyung, dengan sketsa seper pada Gambar 1 menjadi : Be = B1e BS1 BS2 (KP 02 Hal 92) Untuk model bendung pada Gambar 1, maka nilai n sama dengan nol. Sehingga : B1e = B – 2 Ka . Hi Dimana : Be
= lebar eekf bendung B
Bb
=
= Lebar Opmal Bendung
Kp
= koesien kontraksi pada pilar. ( 0.01)
Ka
= koesien kontraksi pada dinding ( 0.1 )
t
= tebal Pilar
b
= lebar Pintu
n
= jumlah pilar
H
= nggi energi (m).
Nilai-Nilai Kp dan Ka diberikan pada Tabel 3 : Tabel 3 Nilai-Nilai Koesien Kontraksi Pilar dan Tombok Pangkal
Bentuk Pilar / Tembok
· Pilar berujung segi empat dan sudut -sudut yang dibulatkan dengan jari- jari yang hampir sama dengan 0,1 kali tebal pilar. ·
Pilar berujung bulat
·
Pilar berujung runcing
·
Pangkal tembok segi empat dengan
Kp
0,02 0,01 0
Ka
tembok hulu pada 90O ke arah aliran · Pangkal tembok bulat dengan tembok hulu pada 90O ke arah aliran di mana 0,5 H1> r > 0,15 H1 · Pangkal tembok bulat di mana r > 0,5 H1 dan tembok hulu dak lebih dari 45O ke arah aliran
0,20
0,10
0
Be = B1e BS1 BS2 B1e BS1 BS2
= B – 2 Ka . Hi = 22.5 – 2 (0,1) . Hi
= 0,8 . Bpembilas = 0,8 . Bpembilas
Be = B1e BS1 BS2 = (12,15 m – 2 (0,1) . 2,61m) (0,8 . 1,5 m) = 12,83 m Hasil perhitungan diperoleh lebar efekf bendung (Be) adalah = 12,83 m. 4 Tinggi Muka Air Banjir di Hulu Bendung Tubuh bendung dibuat dari batu kali, kemudian permukaan di selimu dengan lapisan beton bertulang. Adapun untuk bentuk mercu dipilih pe bulat dengan satu jari - jari lengkungan dengan r = 1,5 m, bentuk mercu bulat dipilih dikarenakan bentuknya yang sederhana, mempunyai bentuk mercu yang lebih besar, sehingga tahan terhadap benturan batu gelundung maupun bongkahan. Tahan terhadap abrasi dan pengaruh kavitasi hampir dak ada atau dak begitu besar dengan memenuhi syarat minimum yaitu 0.3h < R < 0.7h.Selain itu, bendung dengan mercu bulat memiliki harga koesien debit yang jauh lebih nggi (44%) di bandingkan dengan koesien bendung ambang lebar. Pada sungai, ini akan banyak memberikan keuntungan karena bangunan ini akan mengurangi nggi muka air hulu selama banjir. Harga koesien debit menjadi lebih nggi karena lengkung streamline dan tekanan negaf pada mercu. (KP 02 Halaman 94 -95). Bagian tubuh bendung di bagian hilir dan hulu direncanakan memiliki kemiringan yang berfungsi untuk mengalirkan air dan melindungi bagian bendung dari penggerusan yang di akibatkan oleh tekanan air yg mengalir, serta untuk mencegah menumpuknya endapan yg membuat penumpukan pada tubuh bendung. Perencanaan Cd = Co C1 C2 Rumus pengaliran sebagai berikut ;
(KP 02 Hal 95) Dimana: Cd
Q
= debit aliran di atas mercu, m3/det
= koesien debit, diperoleh 1,28
g
= gravitasi H
= nggi energi hulu
Be
= Lebar efekf
Jari-Jari pembuatan mercu untuk pasangan batu dari KP -02 Hal 42 (0.3 Hi < r < 0.7Hi) maka diperoleh r = 1m. Dari grak KP-02 diperoleh C0 = 1,3 yang merupakan fungsi H1/r = 1,68 ; C1 = 0,99 yang merupakan fungsi P/H1 = 1,16 ; C2 = 0,998 yang merupakan fungsi P/H1 = 1,16. Didapatkan Cd = 1,28. Maka Cd = 1,28. Grak C0, C1, C2 seper terlihat pada grak di bawah ini :
Gambar 4 Harga-harga koesien C0 untuk bendung ambang bulat sebagai fungsi perbandingan H1/r
Gambar 5 Koesien C1 sebagai fungsi perbandingan P/H1
Gambar 6 Harga-harga koesien C2 untuk bendung mercu pe ogee dengan muka hulu melengkung (menurut USBR, 1960)
Untuk mencari Cd, diasumsi Cd = 1,3. Percobaan 1 : Diketahui : P
=3m Q
Dicoba : Cd r
= 107,61 m3/dtk = 1.3 , diperoleh Hi = 2,59 m = 1,5 m
Hi/r
= 2,59/1.5
® Co = 1.3
P/Hi
= 3/2,59
® C1 = 0.99 C2 = 0,998
Cd
= C0 x C1 x C2 = 1,28 (dak sesuai dengan asumsi)
Percobaan 2 : Cd
= 1.28, diperoleh Hi = 2,54 m
Hi/r
= 2,52/1.5
® Co = 1.3
P/Hi
= 3/2,59
® C1 = 0,99 C2 = 0,998
Cd
= C0 x C1 x C2 = 1.28 .........................................OK
Jadi dari perhitungan di atas diperoleh nilai Hi = 2,61 m. Cek : Q
=
Cd x 2/3 x √ (2/3 g) x Be x Hi 3/2
107,61
=
1,28 x 2/3 x √(2/3 x 9.81) x (12,83 - 0.2Hi)Hi3/2
107,61
=
107,61
(OK)
Setelah diperoleh Cd, maka dapat ditetapkan : Hi = 2,61 m dan Be = 12,83 m.
5 Perhitungan Tinggi Banjir di Hulu Bendung Selanjutnya perhitungan nggi banjir di hulu bendung, disajikan pada Tabel 4 dan pada debit rencana diperoleh nggi banjir sebesar 2,59 m, dengan elevasi MAB hulu =455,49. Tinggi Freebord pada bendung menjadi 2,5 m untuk mengansipasi perubahan catchment area di masa yang akan datang. Tabel 4 Perhitungan Tinggi Banjir di Hulu Bendung
Gambar 7 Lengkung Debit di Hulu Bendung 6 Peredam Energi Pada rencana bendung , dapat diketahui bahwa kondisi sungai di daerah tersebut terdapat material kerikil sampai dengan boulder (batu-batu besar). Kondisi sungai seper ini sangat menentukan pe peredam energi yang cocok. Adapun peredam energi yg cocok untuk daerah ini yaitu peredam energi pe bak tenggelam/submerged bucket. Tipe
ini dipilih karena bendung di sungai mengangkut bongkah atau batu -batu besar dengan dasar yang relaf tahan gerusan. Sesuai penjelasan di KP 02 Halaman 114. Untuk mencari V1 maka digunakan rumus sebagai berikut : Elevasi MAB di hulu = Elevasi Dasar Bucket Elevasi MAB di hulu = (Elevasi MAB di hilir – TailWater) 455,49
= 448,07
Maka Q = A . V Q
= (6596,39 x v1) - (14,40 x v1 x 448,07) - (1.38xv13)
107,61
= (6596,36 x v1) - (14,40 x v1 x 448,07) - (1.38v13)
v1
= 9,84
Dapat dilihat pada tabel di bawah ini : Tabel 5 Mencari Nilai Froude
Ele vasi Buc ket 448 ,07
V (cobacoba)
9,84
Q
y u
Fr
107 ,61
0, 4 1
4, 9 4
y2
Elev Lonca tan
Elev MAB
2, 63
450,7 0
450, 98
Bilangan Froudenya dapat dicari dengan rumus Fr = berdasarkan (KP-02 Hal 111). Dimana : Fr = Bilangan Froude V1= kecepatan awal loncatan air (m/dtk) g = gravitasi (9,8 m/dtk2) yu = Kedalaman air di awal loncat air (m) maka Fr = = Dengan nilai bilangan Fr = 4,94 sebenarnya peredam energi pe Horizontal Basin, masih dapat digunakan. Akan tetapi karena di lokasi bendung ditemukan banyak batuan-batuan besar, maka peredam energi yang digunakan adalah pe Submerged Bucket. Perhitungan Submerged Bucketsebagai berikut : V1 = ® (Ven Te Chow, 1983)
(Mazumder, S.K. 1983. Irrigaon Engineering. New Delhi. Tata Mc Graw -Hill Publising Company Limited.) V1 = = m/dtk R = 0,305 . 10p P = (V1 6,4 Hd 4,88)/(3,6 Hd 19,5) P = (3,16 6,4 . 2,49 4,88)/(3,6 . 2,49 19,5) = 0,84 R = 0,305 . 100,84 = 2,12 m Untuk menentukan elevasi dasar lantai peredam, digunakan rumus sebagai berikut :
Gambar 8 Ilustrasi Peredam Energi Tipe Bucket/ Bak Tenggelam Elevasi hilir = 450 P
=3m
g
= 9.810 m2/dt
q
= Q100/Be= 107,61 m3/dt / 12,83 m
hc
= = 1,786
DH
= (elevasi MA hulu- elevasi hilir)= 4,61 m
∆H/hc = 2,583 Tmin/hc = 1,7 (∆H/hc)^0.33= 1,63 Tmin
= 2,91 m
Berdasarkan hasil perhitungan, maka diperoleh elevasi dasar bucket yaitu 448,07
7 Analisa Rembesan 1. Metode Lane Terhadap tubuh bendung yang telah direncanakan di depan, dilakukan perhitungan panjang jalur rembesan. Kondisi yang diperhitungkan adalah kondisi banjir dan kondisi normal. Kedua kondisi tersebut diperlihatkan pada gambar di bawah ini.
Gambar 9 Sketsa Rembesan Metoda Lane Hasil perhitungan panjang jalur rembesan diperlihatkan pada Tabel 6
Tabel 6 Hasil Perhitungan Metode Lane
Dari tabel di atas, diperoleh CL untuk kondisi di atas : a) Cek rembesan terhadap kondisi banjir DHb = 4,51 m = = 3,78 m b) Cek rembesan terhadap kondisi normal DHn = 3 m = = 5,69 m Metode Lane memberikan batas angka harga minimum seper pada Tabel 7 di bawah ini : Tabel 7 Harga-harga minimum angka rembesan Lane (CL)
No.
Macam Pondasi
CL
1.
Pasir sangat halus atau lanau
8,5
2.
Pasir halus
7,0
3.
Pasir sedang
6,0
4.
Pasir kasar
5,0
5.
Kerikil halus
4,0
6.
Kerikil sedang
3,5
7.
Kerikil kasar termasuk berangkal
3,0
8.
Bongkah dengan sedikit berangkal dan kerikil
2,5
9.
Lempung lunak
3,0
10.
Lempung sedang
2,0
11.
Lempung keras
1,8
12.
Lempung sangat keras
1,6
Sumber : Kriteria Perencanaan Irigasi (KP-02), DPU.
Perbandingan antara panjang yang diperoleh dan yang ada, seper pada hasil perhitungan di bawah ini : L perlu
=
CL x Hb
L perlu
=
11,275 m
L ada
=
∑Lv 1/3 ∑LH
=
12,24 m 1/3 (14,47 m) = 17,06 m
Hasil Perhitungan Angka Rembesan CL kondisi banjir
=
CL kondisi normal =
L ada / Hb = 17.06 m / 4.1 m = 3,78 L ada / Hn = 17,06 m / 3 m
= 5,69
Kondisi pondasi bendung merupakan batuan, sehingga dari Tabel 2.1.7 dapat diambil harga angka rembesan Lane minimum sebesar 2,5. Karena harga CL hasil perhitungan untuk kondisi normal dan banjir lebih besar dari harga CL minimum, maka bendung ini aman terhadap bahaya rembesan, tanpa diberi lantai muka. 2. Metode Blight Terhadap tubuh bendung yang telah direncanakan di depan, dilakukan perhitungan panjang jalur rembesan. Kondisi yang diperhitungkan adalah kondisi banjir dan kondisi normal. Kedua kondisi tersebut diperlihatkan pada gambar di bawah ini.
Gambar 10 Sketsa Rembesan Metoda Blight Hasil perhitungan panjang jalur rembesan diperlihatkan pada Tabel 8 Tabel 8 Hasil Perhitungan Metode Blight Dari tabel di atas, diperoleh CB untuk kondisi di atas : a)
Cek rembesan terhadap kondisi banjir
DHb = 4,51 m = =5,92 m b)
Cek rembesan terhadap kondisi normal DHn = 3 m
= = 8,90 m
Metode Blight memberikan batas angka harga minimum seper pada Tabel 9 di bawah ini : Tabel 9 Harga-harga minimum angka rembesan Blight (CB)
Sumber : Kriteria Perencanaan Irigasi (KP-02), DPU. Perbandingan antara panjang yang diperoleh dan yang ada, seper pada hasil perhitungan di bawah ini : Angka Rembesan Blight
=
5 (minimum)
L perlu
=
Cb x Hb
=
22,55 m
=
∑Lv ∑LH
=
12,24 m 14,47 m = 26,71 m
L ada
Hasil Perhitungan Angka Rembesan Cb kondisi banjir
= L ada / Hb = 26,71 / 4.51 = 5,92
Cb kondisi normal = L ada / Hn = 26,71 / 3
= 8,90
Lantai Muka perlu = L perlu - L ada = 22,55 m – 26,71 m = -4,16 m Dari perhitungan di atas, maka atas dasar metode Blight, bendung dak perlu lantai muka. Demikian perhitungan hidrolis bendung, smoga bermanfaat ya.. maaf klo ada kesalahan atau penulisan yang kurang rapi, karena ini arkel pertama saya.. Klo anda puas dengan apa yang saya sajikan kasih tau teman-teman anda, Klo anda dak puas beritahu saya.. Makasih .. :)
