TINJAUAN PUSTAKA
2.6 Perencanaan Bangunan Check Dam .1 Dasar-Dasar perencanaan .1 Dasar-Dasar perencanaan
2.6.6 Perencanaan Sub Dam dan Lantai Pelindung (Apron)
Sub dam dibuat dengan maksud yang sama dengan kolam olakan,
yaitu melindungi dasar sungai bagian hilir terhadap gerusan local (scouring local). Bentuk mercu dan kemiringan sub dam sama dengan bentuk main dam, dalam hal ini dalamnya air diatas mercu pelimpah sub dam didapat dengan anggapan bahwa penampang pelimpah dan sub dam
ditentukan sama. Sedangkan lantai pelindung (apron) dibuat untuk mencegah fondasi dasar sungai dibagian hilir tergerus akibat terjunan air dan sedimen. Lantai pelindung dibuat berdasarkan gaya-gaya yang diakibatkan oleh terjunan, sedangkan lebar lapis lindung ditentukan sesuai dengan lebar, tinggi dan kemiringan dinding pelimpah.
Perhitungan – perhitungan yang berkaitan dalam merencanakan sub dam dan lantai (apron) :
1. Jarak Antara Main Dam dengan Sub Dam
Dengan :
L = Jarak antara main dam dengan sub dam
H1 = Tinggi dari permukaan lantai sampai mercu main dam H3 = Tinggi air diatas mercu pelimpah
2. Tinggi Sub Dam H2 = (⅓ ~ ¼) x H1 3. Panjang Terjunan Lw = V0�2�H1+12H3� g � 1 2 V0 =Hq0 3 q0 =Qd B1 Dengan :
qo = Debit persatuan lebar Qd = Debit Air diatas Mercu
B1 = Lebar Pelimpah Bagian Bawah
Vo = Kecepatan Aliran per-meter panjang dibagi tinggi air Lw = Panjang Terjunan
g = Percepatan Gravitasi Bumi 4. Panjang Loncat Air
X = L – b2 + Lw (2.41) (2.42a) (2.42b) (2.42c) (2.43a)
X = β x hj
hj =h21��1 + 8. F12−1�
Dengan :
X = Panjang Loncat Air
β = Koefisien Loncat Air (4,5 ~ 5,0)
hj = Tinggi loncatan air dari permukaan lantai s/d diatas mercu Sub Dam
L = Panjang Main Dam ke Sub Dam b2 = Lebar Mercu Sub Dam
5. Kecepatan Aliran diatas Titik Terjunan
V1 = �2g(H1+ H3)�12
6. Tinggi Air pada Titik Jatuh Terjunan
h1 = q1
V1
7. Angka Froud pada Aliran Titik Terjunan
F1 = V1
(g x h1)1/2
8. Tebal Lantai (Apron)
(2.43b) (2.43c) (2.44) (2.46) (2.47) (2.45)
t = 0,1(0,6H1 + 3H3−1)
2.6.7 Tinjauan Gerusan Lokal di Hilir Sub Dam
Akibat air limpasan dari kolam olakan maka akan terjadi gerusan terhadap tanah asli di hilir sub dam, sehingga tinggi air di atas sub dam sangat mempengaruhi besar kecilnya gerusan tersebut.
Gambar 2.6. Gerusan di Hilir Sub Dam
Gerusan Lokal di Hilir Sub Dam dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut :
1. Tinggi Air diatas Sub Dam (ketinggian kritis)
Yc = ��q12
g �
3
q1 =QBd
2. Tinggi Air di Hilir Sub Dam
(2.48a) (2.48b) Yc hc H2 t b4 b4 m n 1 1
Yn =� q1 1 nx�I0� 3 5 Dengan : B = Lebar Sungai
n = Koefisien Kekasaran Manning Qd = Debit Air diatas Mercu
Io = Kemiringan rata-rata Lokasi Rencana Check Dam g = Percepatan Gravitasi
q1 = Debit Persatuan Lebar
Dalamnya scouring pada hilir Check Dam menurut ketentuan Vendjik : 1. 2,00 < H/Yc < 15 , maka T = 3 Yc + 0,10 H
2. 0,5 < H/Yc < 2 , maka T = 0,4 Yc + 0,40 H Dengan :
Yc = Tinggi Air diatas Sub Dam hc = Tinggi Air di Hilir Sub Dam H = Yc + h
Tabel 2.17 Koefisien Kekasaran Manning berdasarkan Keadaan Sungai
No. Keadaan Sungai Koef. Kekasaran (n)
1. 2. 3.
Sungai curam
Sungai lebar dan dangkal
Sungai dengan perkuatan tebing dari beton pada kedua sisinya dan dasarnya dari tanah atau beton
0,03 ~ 0,05 0,035 ~ 0,045
0,025
Sumber : Japan International Cooperation Agency (JICA), Volcanic Sabo Technical Centre, Perencanaan Bangunan Pengendali Sedimen.1985
Menurut ketentuan Vendjik kedalaman scouring dari tanah dasar di hilir check dam minimal 1 ~ 3 m dikondisikan untuk menanggulangi gerusan akibat
limpasan air dari mercu sub dam. Namun apabila air limpasan dari sub dam terlalu besar, maka gerusan yang terus menerus akan mengikis tanah dasar hilir sub dam, sehingga diharuskan untuk menambah lantai pada bagian hilir sub dam sepanjang 3 ~ 5 m (Japan International Cooperation Agency (JICA), Volcanic Sabo Technical Centre, Perencanaan Bangunan Pengendali Sedimen.1985).
2.6.8 Perhitungan Gaya dan Momen
Adapun gaya-gaya yang bekerja pada check dam adalah : 1. Berat Sendiri Struktur (Main Dam)
Berat struktur yang akan diperhitungkan hanya main dam saja dikarenakan main dam yang berat akan mengalami patahan pada sektor B pada saat menerima gaya dari hulu, baik itu gaya geser maupun guling dan berat sendiri struktur tergantung dari jenis bahan yang akan digunakan, umumnya pasangan batu kali atau batu pecah.
[
Gambar 2.7. Sketsa Penampang Check Dam
A C D B E P. Batu Kali 1:4 0,8 1 0,2 1 h1 P. Batu Kali 1:4
Gambar 2.8. Sketsa Penampang Main Dam Berat Struktur :
W = V x γp
Dengan :
W = Berat Struktur (ton) V = Volume Pasangan (m3)
γp = Berat isi Pasangan (t/m3)
Volume tinjauan untuk setiap 1 m lebar, maka volume sama dengan luas potongan dikalikan 1 m lebar. Berat isi pasangan dapat diambil dari Tabel 3.7.
Tabel 2.18. Berat Isi Pasangan (T/M3)
No Jenis Pasangan �� (t/m3)
1 Pasangan Batu Kali 2,20 ~ 2,30
2 Beton Tumbuk 2,40
3 Beton Bertulang 2,50 Sumber: Standar Perencanaan Irigasi (KP-02)
2. Gaya Gempa
Besar gaya gempa adalah berat bangunan dikalikan dengan koefisien gempa dan diperhitungkan sebagai gaya horizontal yang bekerja kearah yang paling berbahaya, sehingga persamaannya adalah :
Gg = W x E E = ad g ad = n(ac x z)m Dengan : Gg = Gaya gempa (t) W = Berat Struktur (t) E = Koefisien gempa
ad = Percepatan gempa dasar (cm/dt2) n,m = Koefisien jenis tanah
ac = Percepatan gempa dasar (cm/dt2) g = Percepatan gravitasi (cm/dt2)
(2.53) (2.52) (2.51)
Gambar 2.9. Peta Zona Gempa Sumatera
KETERANGAN : Legenda
Harga koefisien gempa tergantung dari faktor letak geografis suatu daerah dimana check dam direncanakan dan diambil dari peta gempa yang dikeluarkan oleh Departemen Perhubungan, Direktorat Meteorologi dan Geofisika dapat dilihat pada Tabel 2.16 dan periode ulang dengan percepatan gempa pada Tabel 2.17
Tabel 2.19. Koefisien Jenis Tanah untuk Perhitungan Gempa
No Jenis Tanah n m
1 Batuan 2,76 0,71
2 Diluvium 0,87 1,05
3 Aluvium 1,56 0,89
4 Aluvium Lunak 0,29 1,32
Sumber: Standar Perencanaan Irigasi (KP-06) Tabel 2.20. Percepatan Gempa Dasar (cm/dt2)
No Periode Ulang (Tahun) ��
1 20 85
2 50 113
3 100 160
4 500 225
5 1000 275
3. Tekanan Lumpur (Sediment Pressure)
Setelah bendung beroperasi ada kemungkinan dibagian hulu dam akan tertimbun oleh sedimen atau lumpur. Oleh karena itu dalam meninjau stabilitas, maka dihulu dam dianggap terdapat endapan lumpur setinggi mercu. Apabila parameter sedimen diketahui maka tekanan sedimen dapat dihitung sebagai berikut :
Gambar 2.10. Tekanan Sedimen
��=���2�45−�2� H3 = ½ x Ka x γs x (h1)2 G6 = ½ x (b1 x h1) x γs Dengan : O G1 H1 b1 b2 b3 h1 x Y P. Batu Kali 1:4 Sedimen
Ka = Koefisien Tekanan Tanah
Φ = Sudut Geser Tanah
H3 = Tekanan Sedimen arah Horizontal G6 = Tekanan Sedimen arah Vertical
γs = Berat Isi Sedimen
G6 akan bekerja secara vertical sehingga menambah berat struktur check dam. 4. Gaya Hidrostatis
Gaya hidrostatis pada check dam bekerja secara 2 Arah dikarenakan bentuk penampangnya, ada Gaya yang bekerja secara horizontal yang mempengaruhi kestabilan check dam dan ada gaya yang bekerja secara vertical yang menambah berat sendiri check dam. Gaya-gaya tersebut
dihitung pada keadaan saat air normal dan pada saat air banjir dengan berat isi air �� = 1 �/�3
a. Gaya Hidrostatis Air Normal
O h1 G2 H2 b1 b2 b3 h2 b4 G3 x Y Air Sungai P. Batu Kali 1:4
Gambar 2.11. Gaya Hidrostatis Air Normal Keterangan : H = ½ x γw x (h1)2 G1 = ½ x b1 x h1 x γw G2 = ½ x b4 x h2 x γw Dengan :
H = Gaya Hidrostatis arah Horizontal G1 = G2 = Gaya Hidrostatis arah Vertikal
h1 = Tinggi Air di hulu Main Dam pada saat Air Normal h2 = Tinggi Air di hilir Main Dam pada saat Air Normal
G1 dan G2 akan bekerja secara vertical sehingga menambah Berat Struktur Check Dam sendiri pada saat Air Normal.
b. Gaya Hidrostatis Air Banjir
Gambar 2.12. Gaya Hidrostatis Air Banjir
O h1 G4 H3 b1 b2 b3 G5 h3 b4 h2 G6 x Y
Keterangan : H2 = ½ x γw x (h1+h3)2 G3 = ½ x b1 x h1 x γw G4 = h3 x (b1 + b2) x γw G5 = ½ x (b4 x h2) x γw Dengan :
H2 = Gaya Hidrostatis arah Horizontal saat Air Banjir G3 = G4 = G5 = Gaya Hidrostatis arah Vertikal G4 = Tinggi Air diatas Pelimpah
h1+h3 = Tinggi Air di hulu Main Dam pada saat Air Banjir h2 = Tinggi Air di hilir Main Dam pada saat Air Banjir
G3, G4 dan G5 akan bekerja secara vertical sehingga menambah berat struktur check dam sendiri pada saat air banjir.
5. Uplift Pressure
Bangunan tubuh bendung mendapat tekanan air bukan hanya pada permukaan luarnya, tetapi juga pada dasarnya dari bawah tubuh bangunan itu sendiri yang disebut uplift pressure yang menyebabkan berkurangnya berat efektif bangunan diatasnya. uplift pressure ini akan mengakibatkan gaya angkat yang
akan menimbulkan gaya guling dan geser terhadap tubuh bendung dan pecahnya lantai kolam olakan.
Pengembangan dari teori Bligh dan Lane akan memperoleh persamaan :
Ux =�hx− Lx
∑ Lx ∆H�x A x γw
Lx = Lv+1
3x Lh
Dengan :
Ux = Uplift pressure pada titik tinjauan (t/m2) hx = Ketinggian muka air di Hulu bendung (m) Lx = Panjang creep line sampai titik tinjauan (m)
Lv = Panjang creep line sampai titik tinjauan arah vertikal (m) Lh = Panjang creep line sampai titik tinjauan arah horizontal (m)
ΣL = Panjang creep line total (m)
∆H = Selisih tinggi tekanan (m)
γw = Berat isi air (t/m3)
A = Luas Diagram Gaya (m2)
6. Gaya Tumbukan Akibat Aliran Sedimen
(2.54a)
Mengenai beberapa besarnya gaya tumbukan yang bekerja pada check dam, hanya sedikit sekali data yang didapat. Besarnya tumbukan yang
pernah diamati, contohnya 30 ~ 100 t/m2 bekerja pada bagian sayap dari check dam. Sebenarnya hanya ada beberapa contoh saja dalam hitungan
gaya tumbukan ini. Meskipun demikian gaya tumbukan ini mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap check dam, dimana check dam dapat mengalami pecah/retak akibat energi kinetis dari kecepatan aliran sedimen yang ditahan oleh check dam (Japan International Cooperation Agency (JICA), Volcanic Sabo Technical Centre, Perencanaan Bangunan Pengendali Sedimen.1985).
Rumus berikut dapat dipakai dalam merencanakan gaya tumbukan akibat aliran sedimen :
F = 0,153 x h x V2
P = 48,2 x V1,2 x R2 x D−1
Dengan :
F = Tekanan air (t/m)
P = Benturan oleh batu-batuan (t/m) h = Tinggi aliran sedimen (m) V = Kecepatan aliran sedimen (m/dt) R = Jari-jari baru (m)
(2.55a)
D = Berat volume dam (t/m2)