Rencana-teknis Tubuh Bendungan
1.
Beberapa istilah penting a) Tinggi bendungan Yang dimaksud dengan tinggi bendungan adalah perbedaan antara elevasi
permukaan pondasi po ndasi dan elevasi mercu m ercu bendungan. Permukaan pondasi adalah dasar dinding kedap air atau dasar dari pada zone kedap air. Apabila pada bendungan tidak terdapat dinding kedap air atau zone kedap k edap air, maka yang dianggap diang gap permukaan pondasi adalah garis gar is perpotongan antara anta ra bidang vertikal vertika l yang melalui tepi hulu mercu merc u bendungan dengan permukaan pondasi alas bendungan tersebut (perikas Gbr. 3-5 1) . Sedang mercu bendungan adalah bidang teriltas dari suatu bendungan yang tidak dilalui oleh luapan air dari waduk. Akan tetapi, apabila pada mercu bendungan terdapat tembok penahan (parafet) untuk melindungi mercu bendungan terhadap limpasan ombak, maka tinggi jagaan waduk bertambah setinggi tembok penahan dan puncak tembok dapat da pat dianggap sebagai se bagai mercu bendungan ben dungan yang bersangkutan. bersangku tan.
Gambar 3.5.1
b) Tinggi jagaan (free board) Tinggi jagaan adalah perbedaan antara elevasi permukaan maximum-rencana air dalam waduk dan elevasi mercu bendungan. Elevasi permukaan air maximumrencana biasanya merupakan elevasi banjir rencana waduk. Kadang-kadang elevasi permukaan air penuh normal atau elevasi permukaan banjir waduk lebih tinggi dari elevasi banjirrencana dan dalam keadaan yang demikian yang disebut elevasi permukaan air maximum rencana adalah elevasi yang paling tinggi yang diperkirakan akan dicapai oleh permukaan air waduk tersebut. Selain itu dalam hal-hal tertentu tambahan tinggi tembok penahan ombak diatas mercu bendungan kadangkadang diperhitungkan pula pada penentuan tinggi jagaan. c) Panjang bendungan Yang di maksud dengan panjang bendungan adalah seluruh panjang mercu bendungan yang bersangkutan, termasuk bagian yang digali pada tebing-tebing sungai di kedua ujung mercu tersebut. Apabila bangunan pelimpah atau bangunan penyadap terdapat pada ujung-ujung mercu, maka lebar bangunan-bangunan pelimpah tersebut di perhitungkan pula dalam menentukan panjang bendungan. d) Volume bendungan Seluruh jumlah volume konstruksi yang dibuat dalam rangka pembangunan tubuh beildungan
termasuk
semua
bangunan
pelengkapnya
dianggap
sebagai volume
bendungan. e) Kemiringan lereng (slope gradient) Kemiringan rata-rata lereng-lereng bendungan (lereng hulu dan lereng hilir) adalah perbandingan antara panjang
garis vertikal yang melalui puncak dan panjang garis
horizontal yang melalui tumit masing-masing lereng tersebut. Drainase prisma biasanya dimasukkan dalam perhitungan penentuan kemiringan lereng, akan tetapi alas kedap air biasanya diabaikan. f)
Penimbunan extra (extra-banking)
Sehubungan prosesnya
dengan
berjalan
lama
terjadinya sesudah
gejala
konsolidasi
pembangunan
tubuh
bendungan
bendungan,
yang
tersebut diadakan
penimbunan extra melebihi tinggi dan volume-rencana dengan perhitungan agar sesudah proses konsolidasinya berakhir, maka penurunan tinggi dan penyusutan volume akan mendekati tinggi dan volume-rencana bendungan.
2.
Tinggi Jagaan Sebagai mana telah diuraikan terdahulu, bahwa bendungan urugan sangat peka
terhadap
limpasan. Dan limpasan yang terjadi di atas mercu bendungan akan dapat
menyebabkan jebolnya suatu bendungan urugan. Karenanya tinggi bebas bendungan urugan perlu direncanakan dengan sangat hati-hati sehingga akan diperoleh tinggi jagaan yang memadai. Dalam menentukan tinggi jagaan perlu diperhatikan berbagai faktor yang mungkin akan mempengaruhi existensi dari calon bendungan, antara lain : a) kondisi dan situasi tempat kedudukan calon bendungan b) pertimbangan-pertimbangan tentang karakteristika dari banjir abnormal c) kemungkinan timbulnya ombak-ombak besar dalam waduk yang disebabkan oleh angin dengan kecepatan tinggi ataupun gempa bumi d) kemungkinan terjadinya kenaikan permukaan air waduk di luar dugaan, karena timbulnya kerusakan-kerusakan atau kemacetan-kemacetan pada bangunan pelimpah e) tingkat kerugian yang mungkin dapat ditimbulkan dengan jebolnya bendungan yang bersangkutan Tinggi jagaan (Hf ) dapat dihitung dengan rumus sbb. :
≥ ∆h (ℎ ≥ ℎ
atau ) + ℎ ℎ
+ ℎ ℎ
dimana :
∆h
= tinggi kemungkinan kenaikan permukaan air waduk yang terjadi akibat sa s timbulnya banjir abnormal
ℎ ℎ ℎ
= tinggi ombak akibat tiupan angin = tinggi ombak akibat gempa = tinggi kemungkinan kenaikan permukaan air waduk, apabila terjadi cxcxc
gfgfgff kemacetan-kemacetan pada pintu bangunan pelimpah
ℎ
= tinggi tambahan yang didasarkan pada tingkat urgensi dari waduk
a) Tinggi kenaikan permukaan air yang disebabkan oleh banjir abnormal (
∆h)
Biasanya debit banjir abnormal yang kadang-kadang melebihi debit banjirrencana dialirkan ke luar melalui bangunan pelimpah, akan tetapi elevasi permukaan air waduk akan naik melebihi
elevasi maximum-rencana, setinggi
∆h
yang telah diperkirakan
sebelumnya dan dapat dihitung dengan rumus sbb. :
Dimana :
= debit banjir-rencana = kapasitas rencana bangunan pelimpah untuk banjir abnormal = 0,2 untuk bangunan pelimpah terbuka = 1,0 untuk bangunan pelimpah tertutup A = luas permukaan air waduk pada elevasi banjir rencana T = durasi terjadinya banjir abnormal (biasanya antara 1 s/d 3 jam) b) Tinggi jangkauan ombak yang disebabkan oleh angin Tinggi jangkauan hempasan ombak naik keatas permukaan lereng hulu bendungan (h w) dapat diperoleh dengan metode S.M.B. yang didasarkan pada panjangnya lintasan ombak (F) dan kecepatan angin diatas permukaan air waduk. Akan tetapi disamping tinggi ombak (R), jangkauan hempasan ombak yang naik di atas permukaan lereng hulu bendungan tersebut masih tergantung dari beberapa faktor lainnya, yang di antaranya adalah kemiringan serta kekasaran permukaan Iereng hulu tersebut. Faktor kemiringan dan kekasaran permukaan lereng ini diselidiki oleh Saville yang diadoptasikan pada metode S.M.B dan dapat dipergunakan untuk menghitung tinggi jangkauan hempasan ombak yang naik diatas permukaan lereng bendungan.
Lereng dengan permukaan halus
n a ) a m k ( u R m r k e a p b s m a o t a i g e g n k i t k i d a u n s g k n a a m y r e k t a n b a m g o n u n d a n u e a k b u g l n u a h j i g g n g e n r i e T l
b t p L a e e e r t r r u d m e i r n p i u g e d k l a a i n r a d e d i n h n g u a k a n m a g n p s a a r r a n
Gambar .... Ketinggihan jangkauan ombak yang naik ke atas permukaan lereng hulu diperoleh dengan perhitungan-perhitungan metode S.M.B. yang dikombinasikan dengan metode Saville (termasuk tinggi ombaknya)
Agar harga hw dapat diperoleh dengan mudah, maka oleh Saville telah dibuatkan suatu diagram (periksa Gbr. 3-52), yang didasarkan pada tinggi ombak (R), panjang lintasan ombak (F) dan kekasaran permukaan lereng udik bendungan. Pada penggunaan diagram tersebut di atas, perlu diperhatikan hal-hal sebagai berikut : 1) biasanya panjang lintasan ombak diukur pada lintasan yang lurus, sedangkan kenyataannya lintasan ombak yang bergerak di atas permukaan air yang luas biasanya mengambil lintasan berbentuk garis lengkung. 2) permukaan lereng yang dilindungi oleh pasangan batu kosong (stone pitching) atau pasangan beton blok (concrete block
facing) dianggap merupakan
permukaan lereng yang licin, sedang permukaan lereng yang dilindungi oleh hamparan batu -biasa (rip-rap slope) dianggap permukaan lereng yang kasar
c) Tinggi ombak yang disebabkan oleh gempa (ℎ ) Untuk menghitung tinggi ombak yang disebabkan oleh gempa (h e) dapat digunakan rumus empiris yang dikembangkan oleh Seiichi Sato sebagai berikut :
∙ ℎ = ∙ √
...........................................................................................
Dimana :
= intensitas seismis horizontal = siklus seismis (biasanya sekitar satu detik) = kedalaman air di dalam waduk Contoh : Apabila diketahui : e = 0,15
= 1 dan H = 50m 0
Maka tinggi puncak ombak di atas permukaan air rata-rata adalah sebesar He/2 = 0,5m d) Kenaikan permukaan air waduk yang dlsebabkan oleh ketidak-normalan operasi pintu-pintu bangunan pelimpah ( ℎ ) Ketidak-normalan operasi pintu-pintu dapat terjadi oleh berbagai sebab, antara lain : keterlambatan pembukaan, kemacetan atau bahkan kerusakan-kerusakan mekanisme pintu-pintu tersebut, yang mengakibatkan terjadinya kenaikan peemukaan air waduk (h a) melampaui batas maximum rencana. Pada hekekatnya tinggi kenaikan yang disebabkan oleh hal-hal tersebut amatlah sukar untuk diperkirakan sebelumnya dan penentuan tinggi jagaan tidak dapat selalu didasarkan pada hal-hal tersebut,
karena
pertimbangan-
pertimbangan ekonomis. Biasanya sebagai standard diambil nilai ha = 0,5m e) Angka tambahan tinggi jagaan yang didasarkan pada type bendungan (ℎ ) Mengingat limpasan melalui mercu bendungan urugan akan sangat berbahaya, maka untuk bendungan type ini angka tambahan tinggi jagaan (h i) diambil sebesar 1,9m (h i = 1,0m).
f)
Angka standard untuk tinggi jagaan pada bendungan uruga n
Didasarkan pada tinggi bendungan yang direncanakan, maka angka standard untuk tinggi jagaan pada bendungan urugan adalah sebagai berikut : Lebih rendah dari 50m Hf > 2,0m Dengan tinggi antara 50 s/d 100m Hf > 3,0m Lebih tinggi dari·100m H f > 3,5m 3.
Lebar mercu bendungan Lebar mercu bendungan yang memadai diperlukan agar puncak bendungan dapat
bertahan terhadap hempasan ombak di atas permukaan lereng yang berdekatan dengan mercu tersebut dan dapat bertahan terhadap aliranfiltrasi yang melalui bagian puncak tubuh bendungan yang bersangkutan. Disamping itu, pada penentuan lebar mercu perlu pula diperhatikan kegunaannya sebagai jalan- jalan exploitasi & pemeliharaan bendungan. Kadang-kadang lebar mercu bendungan ditentukan berdasarkan kegunaannya sebagai jalan-jalan lalu lintas umum. Guna memperoleh lebar minimum mercu bendungan (b), biasanya dihitung dengan rumus sebagai berikut :
= 3,6 ⁄ 3,0
..........................................................................................
Dimana :
:
lebar mercu
H : tinggi bendungan 4.
Penimbunan extra pada bendungan urugan Penimbunan extra pada bendungan urugan dilaksanakan untuk mengimbangi
penurunan mercu bendungan yang disebabkan oleh adanya proses konsolidasi baik pada tubuh maupun pondasi bendungan. Sesudah tubuh bendungan selesai dibangun, proses konsolidasi ini masih terus berlangsung untuk beberapa waktu Iamanya dan penimbunan extra diperlukan agar sesudah proses konsolidasi tersebut selesai, supaya mercu bendungan dapat mencapai elevasi yang telah direncanakan (elevasi rencana). Selain itu penimbunan extra dilakukan pula untuk jalan- jalan exploitasi & pemeliharaan
dan kadang -kadang untuk memperindah tubuh bendungan yang
bersangkutan. Sebagaimana yang telah disinggung terdahulu, bahwa penurunan ll).ercu bendungan yang disebabkan proses konsolidasi pondasi dari tubuh bendungan yang secara singkat dapat diuraikan sebagai berikut :
a) Proses konsolidasi pondasi Penurunan terbesar permukaan pondasi bendungan terjadi pada tempat dengan beban yang terbesar. Dan beban yang terbesar terdapat pada bagian bendungan yang tertinggi, yang biasanya terletak di bagian tengah bendungan yang bersangkutan. Kadang-kadang penurunan terbesar permukaan pondasi terjadi di sekitar daerah tumit
hilir (toe) dari
bendungan, dimana terjadinya konsentrasi-konsentrasi beban pada permukaan pondasi tsb. Agar besarnya penurunan yang terjadi pada permukaan pondasi bendungan dapat diketahui sebelumnya, biasanya dilakukan pengujian-pengujian pembebanan atau pengujian-pengujian konsolidasi pada permukaan pondasi calon bendungan yang bersangkutan. Apabila lapisan pondasi terdiri dari batuan yang keras, maka terhadap suatu pembebanan, intensitas penurunannya akan sangat kecil. Akan tetapi semakin Iemah lapisan pondasi, maka intensitas penurunannya semakin besar. Selanjutnya apabila pembebanan pada pondasi sedeinikian besarnya, sehingga terjadi proses konsolidasi yang melampaui batas (over-consolidation), maka proses penurunan permukaan pondasi akan berakhir segera sesudah peny elesaian pembangunan bendungannya, karena di dalam struktur lapisan pondasi tersebut terjadi gejala deformasi elastis. b) Proses konsolidasi tubuh bendungan Biasanya pada bendungan urugan dengan pemadatan yang baik dan dengan pondasi yang terdiri dari lapisan batuan yang kompak dan keras, maka penurunan mercu bendungan tidak akan berarti. Penurunan tubuh bendungan yang disebabkan oleh proses konsolidasi di dalam tubuh bendungan tersebut, biasanya berkisar antara 0,2% s/d 0,4%''dari tingginya dan angka terbesar yang pernah terjadi adalah sekitar 1,0% saja. Pada bendungan urugan yang tubuhnya terdiri dari beberapa zone dengan karakteristika bahan yang berbeda-beda dan cara penimbunan yang berbeda-beda pula, serta tekanan yang berbeda-beda pada setiap titik dalam tubuh bendungan tersebut maka intensitas penurunan pada setiap titik tersebut akan berbeda-beda pula. Dengan memperhatikan hal-hal tersebut di atas, maka dapatlah ditarik kesimpulan bahwa besarnya penurunan
tubuh
bendungan
membentuk tubuh bendungan.
sangat
dipengaruhi oleh karakteristika bahan yang
Dengan demikian besarnya volume penimbunan extra hanya dapat ditentukan dengan angka perkiraan yang sangat kasar, didasarkan pada rumus-rumus empiris atau pada hasilhasil pengamatan bendungan-bendungan yang sudah dibangun. 1) Penggunaan rumus empiris Besarnya penurunan tubuh bendungan ( ∆) segera sesudah bendungan selesai dibangun dapat diperoleh dengan rumus sebagai berikut :
∆ =
=
1 ∙ ∙ ∙ 2 − +
....................................................................................................
=
−
....................................................................
Dimana :
= berat jenis bahan tubuh bendungan = tinggi bendungan = koeffisien penurunan (antara 0,3 s/d 0,5), yang didasarkan pada type sabendungan dan kecepatan pelaksanaan penimbunannya).
= tegangan efektif permulaan (beban pendahuluan). = tegangan efektif setelah penimbunan mencapai ketebalan x meter = angka pori pada keadaan tegangan = angka pori pada keadaan tegangan = koeffisien kompresi volume
2) Penggunaan hasil-hasil pengamatan pada bendungan yang sudah dibangun Sebagai mana diketahui, bahwa faktor-faktor utama yang mempengaruhi intensitas kompresi suatu bahan adalah type bahan tersebut serta tingkat kadar air yang terdapat di dalamnya. Umumnya apabila tegangan efektif yang bekerja pada bahan lebih rendah dari 7 kg/cm2, maka intensitas kompresinya akan sangat dipengaruhi oleh tingkat kadar air yang terdapat pada bahan tersebut. Akan tetapi apabila tegangan efektif yang bekerja pada bahan yang bersangkutan lebih besar dari 7 kg/cm 2, maka intensitas kompresinya akan sangat dipengaruhi oleh jenis bahan. Contoh angka kompresi perkirakan yang didasarkan pada jenis bahan-bahan timbunan, dapat diperiksa pada Tabel 3- 11 (diterbitkan oleh U.S.B.R.). Berdasarkan
Tabel 3-1 1, maka angka kompresi suatu bahan dapat diketahui secara kasar dan dari tabel tersebut dapat diambil kesimpulan, bahwa semakin kasar butiran bahan, angka kompresinya semakin rendah. Bahan dengan kandungan lebih dari 50 %
kerikil
mempunyai angka kompresi yang sangat rendah dan hampir tidak
gejala
terjadi
konsolidasi. Suatu bahan dalam keadaan dengan kelembaban yang lebih rendah dari angka kadar air optimumnya, ditimbun pada sebuah bendungan dan apa bila waduknya kemudian diisi, maka pori-pori bahan timbunan akan jenuh terisi air dan angka kompresi bahan tersebut akan meningkat. Tabel 3-11
Hubungan antara jenis baban tanah dan angka kompresinya
5. Pelindung lereng bendungan (Hulu) Hempasan ombak serta penurunan mendadak permukaan air waduk dapat menggerus permukaan lereng tersebut. Guna pengmanannya diperlukan suatu hamparan pelindung dengan konstruksi yang bermacam-macam, yang di antaranya adalah a) hamparan batu pelindung b) pasangan batu kosong pelindung c) hamparan aspal pelindung Hamparan batu pelindung (rip rap) dianggap merupakan pelindung lereng yang paling baik dengan karakteristikanya sebagai berikut : a) dapat mengikuti proses penurunan tubuh bendungan b) mempunyai daya reduksi yan besar terhadap jangkauan hempasan ombak, sehingga tinggi jagaan bendungan dapat diperkecil c) tahan lama di bawah tekanan air yang besar d) pembiayaannya paling rendah (lebih-lebih apabila tempat penggalian bahan batu tidak jauh letaknya) Karenanyauntuk pelindung lereng udik bendungan, konstruksi hamparan batu pelindung merupakan alternatif pertama, akan
tetapi apabila lokasi dan metode
pengambilan serta
pengangkutannya membutuhkan pembiayaan
yang
besar, baru
dipertimbangkan alternatif-alternatif lainnya. Kelebihan dan kelemahan dari berbagai type konstruksi pelindung secara singkat diuraikan pada Tabel 3-12
Perbandingan dari beberapa konstruksi pelindung pada lereng udik bendungan
Beberapa hal yang penting untuk diperhatikan dalam merencanakan konstruksi pelindung lereng adalah sbb. : a) kualitas bahan harus cukup mampu bertahan (tidak pecah) terhadap gilasan alatalat pemadatan, kekuatan hempasan ombak dan pengaruh-pengaruh pergantian kondisi basah ke kondisi kering secara terus menerus.
b) batu-batu, blok atau masing-masing elemen konstruksinya harus mempunyai dimensi serta berat yang memadai, agar tidak dapat digerakkan oleh kekuatan hempasan ombak yang terbesar (periksa Tabel 3-13) Ketebalan dari hamparan pelindung dan gradasi batu-batu hamparan untuk lereng dengan kemiringan 1 : 3
c) konstruksi pelindung harus mempunyai ketebalan tertentu, sehingga ombak di atas permukaan waduk tidak dapat menyentuh butiran bahan pembentuk lereng secara langsung, terutama untuk konstruksi type hamparan batu pelindung (periksa Tabel 3- 14) Ukuran batu clan ketebalan hamparan pelindung lereng udik bendungan
d) Seharusnya lebih besar dari pada ukuran maksimum batu-batu hamparan pelindung dan juga lebih besar dari pada D50 x 1,5 (Dikutip dari Department of Civil Engineering US. Army) e) ditinjau dari bentuk butiran batu, maka bentuk yang bersegi-segi lebih baik dari pada bentuk batu yang bulat f)
gradasi bahan lapisan filter harus dipilih sedemikian rupa, sehingga butiran bahan tubuh bendungan yang dilindungi tidak tersedot keluar oleh gaya-gaya yang timbul dalam ombak
