Irigasi dan Bangunan Air
A. Perhitungan Elevasi •
Elevasi Saluran Primer 3
= + 95,6
Elevasi Saluran Sekunder 2 = + 95,2 Diambil yang tertinggi = + 95,6
•
Perhitungan Elevasi di BB2 = + 95,6 m + ∆HBB2 = + 95,6 m + 0,1 5 m = + 95,75 m
Perhitungan Elevasi di SP 2 = Elevasi BB2 + ∆H SP2 +
∆Hgorong
= +95,75 m + (0,001 x 400) + 0,1 m = +96,25 m •
Elevasi Saluran Primer 2
= + 96,25 m
Elevasi Saluran Sekunder 1 = + 96,1 m Diambil yang tertinggi = + 96,25 m
•
Perhitungan Elevasi di BB1 = + 96,25 + ∆ H BB1 = + 96,25 m + 0,15 m = + 96,4 m
Perhitungan Elevasi di SP1 = Elevasi BB1 +
∆ H SP1
= +96,4 m + (0,001 x 300) = +96,7 m
Elevasi ambang dasar intake = Elevasi SP1 +
∆ H Bangunan Utama
= +96,7 m + 0,3 m = +97,00 m
Elevasi Crest Bendung = Elevasi ambang intake + 0,1 m = 97,00 m + 0,1 m = +97,1 m
Fakultas Teknik – Teknik Sipil
1
Irigasi dan Bangunan Air
B. Perencanaan dan Perhitungan Mercu OGEE III
A = ( b + m . h ) h = ( 29 + 0,8 h ) h = 29 h + 0,8 h 2 P=b+2h
1 +m
2
= 29 + 2 h
Perumusan debit
Q
= Ks . A .R 2/3 . I1/2
1 +(0,8)
2
= 29 + 2,561 h
2/3
29 h + 0,8h 2 2 115 = 35 . ( 29 h + 0,8 h ) . 29 + 2,561 h
.
0,0006
1/ 2
Dengan cara Triall and error didapat h = 2,541 m sehingga A = 29 h + 0,8 h 2 = 29 (2,541) + 0,8 (2,541) 2 = 78,854 m 2 P = 29 +2,561 h = 30 + 2,561 (2,541) = 35,508 m R =
A P
=
70 ,54 35 ,68
=1,977 m
V = Ks . R 2/3 . I1/2 2/3
78 ,854 . 0,00061/2 = 35 . 35 , 508 = 1,458 m/dt Control Check : Q
=V.A
115 = 1,458 . 78,854 115 = 114,97 ~ 115 m3/dt ( OK ) b permukaan = b + 2z ( h+w ) = 29 + 2( 0,8 ) ( 2,541 + 1 ) = 34,66 b rata-rata sungai = •
29
+ 34 ,66 2
= 31,83 m ~ 32 m
Lebar bendung sungai = 1,2 . Lrata-rata = 1,2 . 32 = 38,4 m ~ direncanakan 38
m •
Lebar pembilas = 1/10 . L bendung = 1/10 . 38 = 3,8 m ~ direncanakan 4m
( dengan 2 pintu pembilas lebar 1,5 m dan 1 pilar pembagi 1m) Fakultas Teknik – Teknik Sipil
2
Irigasi dan Bangunan Air
Bendung juga digunakan sebagai jembatan dengan 3 pilar dengan bentang 10,3 m Lebar tubuhbendung sungai tanpa pembilas dan pilar
•
L = 38 m – ( L pembilas + jumlah lebar pilar ) = 38 m – ( 4 m + 3 . 1m ) = 31 m •
Lebar efektif bendung
Leff = L – [( 2n -1) Kp + Ka ] H1 = 31 – [( 2.3 - 1 ) 0,02 + 0,2 ] H 1 = 31 – 0,3 H 1 Kp = 0,02 berujung segi empat dengan sudut dibulatkan Ka = 0,2
Pangkal tembok segi empat dengan tembok hulu pada 90 o kea rah aliran
Persamaan debit dengan bendung mercu OGEE III Q
= Cd . 2/3 .
2 3
. g . Leff . H 11,5
115 = Cd . 1,704 . ( 31 – 0,3 H 1 ) . H11,5 110 =Cd . ( 52,824 H 11,5 – 0,511 H 12,5 ) Perkiraan awal Cd = 1,3 Dengan cara Triall and error didapatkan nilai H 1 = 1,421 m
Tinggi bendung di hulu ( P ) = Elevasi crest bendung – elevasi dasar hulu = 97,1 m – 95,5 m = 1,6 m
C0 = 1,3 → kons tan ta V 2
1,458 2 = 1, 421 − Hd = H 1 − 2 g 2(9,8)
=1,312 m
=1,6 / 1,312 =1,219 ⇒ c1 = 1,04 H 1 / Hd =1,421 / 1,312 =1,083 ρ / Hd
Kemiringan muka huku 1 : 0,67 ( mercu OGEE III ) ρ / H 1
=
1,6 1,421
= 1,126 → c 2 = 1,005
Kontrol Cd = Co .C 1 . C2 = 1,3 . 1,04. 1,005 = 1,35 ~ 1,3 (ok)
Fakultas Teknik – Teknik Sipil
3
Irigasi dan Bangunan Air
Lebar efektif bendung = 31 – 0,3H 1 = 31 – 0,3 (1,421) = 30,57 m Persamaan mercu OGGEE type III dengan kemiringan 1 : 0,67 dengan nilai K = 1,939 dan n = 1,810 n
1 x
= Hd k Hd 1, 810 y 1 x = → y = 0,414 x 1,810 1,312 1,939 1,312 y
Direncanakan kemiringan hilir 1 : 1 Untuk mencari pertemuan antara persamaan tersebut dengan garis miring pada bagian hilir maka harus didefernsialkan dy dx
dy dx
=
1 1
=1
1 = 0, 414 .1,810 x 0 ,81 1 = 0,749 x0,81 x0,81 = 1,335 x = 1,43 y = 0,79
X Y
0 0
0,25 0,03
0,5
0,7
1,00
1,25
1,43
0,12
5 0,2
0,41
0,62
0,79
4
4
4 Bentuk mercu OGEE type III
X1 = 0,214 Hd = 0,214 x 1,312 = 0,281 m X2 = 0,115 Hd = 0,115 x 1,312 = 0,151 m R 1 = 0,22 Hd = 0,22 x 1,312 = 0,288 m R 2 = 0,48 Hd = 0,48 x 1,312 = 0,629 m
Fakultas Teknik – Teknik Sipil
4
Irigasi dan Bangunan Air
C. Perhitungan dan Perencanaan Peredam Energi
Q banjir = 115 m 3/det Leff
= 30,57 m
Tinggi jatuh (Z) = Elevasi Crest bendung – Elevasi dasar hilir = 97,1 m – 95 m = 2,1 m Kecepatan awal loncatan V=
( 2.g (0,5.h1
=
+ Z))
2.9,8.(0,5.1,42
+ 2,1)
= 7,42 m/dt
Kedalaman awal loncatan q=
Q Leff
y1 =
q1
=
115 30 ,57
= 3,76 m2/dt
= 3,76 = 0,51
V 1
7,42
y2 = 1 . y1 2
(
2
1 + 8. fr
−1
= 2,15 m
Bilangan Frude. Fr =
V g . y1
=
7,42 9,8.0,51
= 3,32 ( aliran subkritis )
Bilangan Frude yang diperoleh sebesar 3,32 maka dapat menggunakan kolam olak USBR type III •
Panjang lantai kolom
= 2,7.y2
= 2,7 ( 2,15 )
•
Jarak Blok halang
= 0,82 .y 2 = 0,82 ( 2,15 )
•
Tinggi blok halang (h 3) = y1(4 + Fr)/6 = 0,51(4+3,32)/6 = 0,62 m
•
Lebar Blok halang
= 0,75 h 3 = 0,75 x 0,62
= 0,38 m
•
Tebal blok halang
= 0,2 h3 = 0,2 x 0,62
= 0,12 m
•
Tinggi dan lebar blok muka = y 1 = 0,51 m
•
Tinggi ambang ujung (n) = y 1(18 + Fr )/18 = 0,51(18 + 3,32)/18 = 0,6 m
•
Jarak tepi blok haling
•
Kemiringan blok haling = 1 : 1
= 0,375 h3 = 0,375 (0,62)
Fakultas Teknik – Teknik Sipil
= 5,8 m = 1,76 m
= 0,23 m
5
Irigasi dan Bangunan Air
•
Jarak tepi blok muka
= 0,5 y1 = 0,5 (0,51)
•
Kemiringan ambang ujung = 2 : 1
= 0,255 m
D. Perencanaan dan Perhitungan Intake & Kantung Lumpur •
Perhitungan Intake
Q = 55 m 3/dt ; Ks = 35
m = 0,8
I = 0,0006 ; b = 29 m A = ( b + m . h ) h = ( 29 + 0,8 h ) h = 29 h + 0,8 h 2 P = b+ 2h
1 +m
2
= 29 + 2 h
1 +(0,8)
2
= 29 + 2,561 h
Perumusan debit Q
= Ks . A .R 2/3 . I1/2 2/3
( 29 + 0,8h)h 55 = 35 . [ ( 29 + 0,8h ) h] . 29 + 2,561 h
.
0,0006
1/ 2
Dengan cara Triall and error didapat h = 1,626 sehingga : A = 29 h + 0,8 h 2 = 29(1,626) + 0,8 (1,626) 2 = 49,27 m2 P = 29 + 2,561 h = 29 + 2,561 (1,626) R =
A P
= 33,16 m
= 49 ,27 =1,486 m 33 ,16
V = Ks . R 2/3 . I1/2 = 35 . 1,486 2/3 . 0,00061/2 = 1,116 m/dt
Control Check Q
=V.A
55 = 1,116 x 49,27 55 = 54,98 ~ 55 m 3/dt ( OK )
Lebar efektif bendung ( didapat dari perencanaan Mercu Ogee ) Leff = 31 – 0,3 H1
Persamaan debit dengan bendung mercu OGEE III Q = Cd . 2/3 .
2 3
. g . Leff . H 11,5
55 = Cd . 1,704 . ( 31 – 0,3 H 1 ) . H11,5 Perkiraan Cd = 1,3 Fakultas Teknik – Teknik Sipil
6
Irigasi dan Bangunan Air
Dengan cara Triall and error didapat H1 = 0,868 m
Tinggi bendung di hulu ( ρ ) = Elevasi crest bendung – elevasi dasar hulu = 97,1 – 95,5 = 1,6 m C0 = 1,3 → kons tan ta 1,116 2 Hd = H1 = 0,868 2 x 9,8 2 g V 2
= 0,805 m
= 1,6 / 0,805 = 1,98 ⇒ c1 = 1,03 H 1 / Hd = 0,868 / 0,805 = 1,08 ρ / Hd
Kemiringan muka hulu 1 : 0,67 ( mercu OGEE III ρ / H 1
=
1,6
= 1,84 → c2 = 1
0,868
Kontrol Cd = Co .C 1 . C2 = 1,3 x 1,03 x 1 = 1,33 ~ 1,3 (OK)
Diperoleh h bukaan pintu max : a = Hd + 0,1 m = 0,805 + 0,1 = 0,905 m Perumusan debit untuk perencanaan pintu intake Q
=
µ .a.b
2. g . Z
3,7 = 0,8 . 0,905 . b .
2 x 9,8 x 0,2
3,7 = 1,43 b b = 2,58 m
direncanakan 2,6 m dgn 2 pintu, masing-masing pintu b = 1,3 m
L totalintake = Lebar pintu . jumlah pintu + Lebar pilar . jumlah pilar = ( 1,3 x 2 ) + ( 1 x 1 ) = 3,6 m L pembilas = 4 m ( didapat dari perencanaan Mercu Ogee )
•
Perhitungan Kantong Lumpur
Debit Pengambilan ( Qn ) = 3,7 m 3/dt w = 0,009 m/dt T = 1 minggu Kandungan sedimen = 0,05 ‰ = 0,00005 Volume sedimen = 0,00005 x Qn x T = 0,00005 x 3,7 x ( 7 x 24 x 3600 ) = 111,88 m 3 ~ 112 m3
Fakultas Teknik – Teknik Sipil
7
Irigasi dan Bangunan Air
L.B =
Qn w
=
3,7 0,009
= 411
Karena L/B > 8, maka B < L/B atau L > 8B o
L.B = 411 8B.B = 411
o
B2
= 51,375
B
= 7,17 direncanakan B = 7 m
L > 8B L > 8(7,17) L > 57,36 direncanakan L = 58 m
Perencanaan Saluran Pengendap Vn = 0,4 m/dt Ks = 55 m/dt ( dinding saluran dari pasangan batu kali ) An = Qn / Vn = 3,7 / 0,4 = 9,25 m 2 hn = An / B = 9,25/7 = 1,32 m Dirubah ke saluran trapezium dengan kemiringan talud direncanakan m = 1:1 A
= ( b + m.h) h
9,25
= ( b + 1x1,32 ).1,32
9,25
= 1,32 b + 1,74
1,32 b = 7,51 b = 5,7 m
1,32 m
5,7 m 7m
Pn = b + 2h
1 + m 2 = 5,7 + 2(1,32)
1 +12 = 9,43 m
Rn = An / Pn = 9,25/9,43 = 0,98
Fakultas Teknik – Teknik Sipil
8
Irigasi dan Bangunan Air
2
In = •
2
0,4 Vn = 55 x0,98 2 / 3 = 0,000054 2/3 Ks . Rn
Perencanaan saluran pembilas lumpur Qs = 1,2Qn = 1,2 ( 3,7 ) = 4,44 m 3/dt Vs = 1,0 m/dt (pasir halus) As = Qs/Vs = 4,44/1 = 4,44 m 2 hs = As / b = 4,44/5,7 = 0,78 m Rs =
As Os
=
4,44 5,7 + 2(0,78 )
= 0,61m
2
Is =
Cek Kondisi aliran : Fr =
•
2
1 Vs = = 0,00064 2 / 3 2/3 Ks. Rs 55 x0,61 V g .hs
=
1 9,8 x 0,78
=0,36
< 1 (aliran sub kritis)
Dimensi Kantung Lumpur V
= hs.B.L + 0,5 ( Is – In ) L.L.B
112
= 0,78 x 0,57L + 0,5 ( 0,00064 – 0,000054 ) L 2 x 5,7
112
= 4,45L + 0,00167L 2
Dari Trial & error didapat L = 25 m
Fakultas Teknik – Teknik Sipil
9
Irigasi dan Bangunan Air
E. Perhitungan dan Perencanaan Saluran Primer 1 dan 2
Saluran Primer 1
Q = 3,7 m3/dt Ks = 55 ( pasangan batu kali ) L = 300 m Dari table De Vos, didapat: b/h = 3
b = 3h
m = 1 : 1,5
v = 0,65 m.dt w = 1,0 m
Untuk saluran berbentuk trapesium A = ( b + m.h ) h = ( 3h + 1,5h ) h = 4,5 h 2 P = b + 2h 1 + z 2 = 3h + 2h
1 +1,5 2
6,6 h
=
Q = V.A 3,7 = 0,65 x 4,5 h 2 3,7 = 2,925 h 2 h = 1,12 m
•
b = 3h = 3 x 1,12 = 3,36 m
•
A = 4,5 h2 = 4,5 ( 1,12 ) 2 = 5,64 m 2
•
P = 6,6 h = 6,6 x 1,12
•
R = A/P = 5,64/7,4 = 0,76 m
= 7,4 m
2
2
0,65 V = 55 x0,76 2 / 3 = 0,0002 2/3 Ks . R
•
I=
•
Δh = I . L = 0,0002 x 300 = 0,06 m
Control Check : Q = Ks . A .R 2/3 . I1/2 = 55(5,64) (0,76) 2/3 .(0,0002)1/2 = 3,65 m3/dt ~ 3,7 m 3/dt ( OK )
Elevasi awal SP1 = Elevasi Intake – ΔH Bangunan Utama = 97 m – 0,3 m = 96,7 m
Elevasi akhir SP1 = Elv.awal SP1 – ΔH = 96,7 m – 0,06 m
Fakultas Teknik – Teknik Sipil
10
Irigasi dan Bangunan Air
= 96,64 m
Saluran Primer 2
Q = 2,2 m3/dt Ks = 55 ( pasangan batu kali ) L = 400 m Dari table De Vos, didapat: b/h = 2,5
b = 2,5h
m = 1 : 1,5
v = 0,6 m.dt w = 0,75 m
Untuk saluran berbentuk trapesium A = ( b + m.h ) h = ( 2,5h + 1,5h ) h = 4 h 2 P = b + 2h 1 + z 2 = 2,5h + 2h
1 +1,5 2
6,1 h
=
Q = V.A 2,2 = 0,6 x 4 h 2 2,2 = 2,4 h2 h = 0,96 m
•
b = 2,5h = 2,5 x 0,96 = 2,4 m
•
A = 4h2
= 4( 0,96 ) 2 = 3,7 m2
•
P = 6,1 h = 6,6 x 0,96 = 5,85 m
•
R = A/P
= 3,7/5,85 = 0,63 m 2
2
0,6 V = = 0,00022 2 / 3 2/3 Ks. R 55 x0,63
•
I=
•
Δh = I . L = 0,00022 x 400 = 0,088 m
Control Check : Q = Ks . A .R 2/3 . I1/2 = 55(3,7) (0,63) 2/3 .(0,00022)1/2 = 2,2 m3/dt ~ 2,2 m 3/dt ( OK )
Elevasi awal SP2 = Elevasi akhir SP 1 – ΔH BB1 = 96,64 m – 0,15 m = + 96,49 m
Elevasi akhir SP2 = Elv.awal SP2 – Δgorong-gorong - ΔH = 96,49 m – 0,1 m – 0,088 m = + 96,3 m
Fakultas Teknik – Teknik Sipil
11
Irigasi dan Bangunan Air
F. Perhitungan dan Perencanaan Bangunan Gorong-gorong ( tidak terisi penuh ) •
h gorong-gorng = h SP 2 = 0,96 m
•
Q gorong-gorong = QSP 2 = 2,2 m3/dt
•
VSP2 = 0,6 m/dt
•
Ks = 70 ( terbuat dari beton )
Direncanakan : L gorong-gorong = 10 m V gorong-gorong = 1,5 m/dt
•
•
A=
2,2 Q = 1,5 = 1,47 m2 V
1,47
A
b =
= 0,96 = 1,53 m h
•
P = b + 2h = 1,53 + 2(0,96) = 3,45 m
•
R = P = 3,45 = 0,43 m
A
1,47
V Ks. R
2
2
1,5 = 70 x0,43
= 0,0014
•
I=
•
Fr =
Kehilangan energi akibat gesekan
2/3
V
= gh
1,5 9,8 x 0,96
2/3
= 0,49 < 1 ( aliran sub kritis )
ΔHf = I x L = 0,0014 x 10 = 0,014 m
Kehilangan energi saat masuk
(Vgorong −Vsp 2) 2 ΔHm = α1 2. g
(1,5 − 0,6) 2 = 0,2 2.(9,8) = 0,008 m
Fakultas Teknik – Teknik Sipil
12
Irigasi dan Bangunan Air
Kehilangan energi saat keluar
(Vsp 2 −Vgorong ΔHk = α2. 2. g
)
2
(0,6 −1,5) 2 = 0,4 2.(9,8) = 0,016 m
Total kehilangan energi Z = ΔHf + ΔHm + ΔHk = 0,014 + 0,008 + 0,016 = 0,038
Elevasi awal gorong-gorong = Elv.awal SP 2 – ( I . L ) = 96,49 – (0,002 x 200) = + 96,45 m
Elevasi akhir gorong-gorong = Elv.awal gorong – z = 96,45 – 0,038 = + 96,41 m
Fakultas Teknik – Teknik Sipil
13
