2017, Presentation Keruntuhan Hidrolik. Sosialisasi SNI Geoteknik Semarang

KERUNTUHAN HIDRAULIK

KERUNTUHAN HIDRAULIK

Dr. Ir. Didiek Djarwadi. MT

Himpunan Ahli Teknik Tanah Indonesia

Struktur Presentasi

1.

Ruang Lingkup Keruntuhan Hidraulik

2.

Keruntuhan akibat gaya uplift

3.

Keruntuhan akibat boiling

4.

Keruntuhan akibat Erosi Tubuh (internal erosion)

5.

Keruntuhan akibat erosi pada tanah/batuan fondasi bendungan

6.

Keruntuhan antar muka antara struktur dan material

bendungan

7.

Keruntuhan akibat Retak Hidraulik

Ruang Lingkup Keruntuhan Hidraulik

Ruang Lingkup Keruntuhan Hidraulik di dalam SNI Geoteknik menetapkan persyaratan untuk perancangan bangunan dan struktur lainnya seperti;gedung, fondasi, galian dalam, turap, bendungan beton, bendungan urugan tanah, bendungan urugan batu dan tanggul yang terkait dengan keruntuhan akibat tekanan air pori dan/atau rembesan (aliran) air di dalam tanah.

Penentuan gradien hidraulik, tekanan air pori atau gaya gaya yang diakibatkan oleh aliran air harus mempertimbangkan hal hal berikut ini.

- Perubahan permeabilitas tanah terhadap ruang dan waktu

- Perubahan elevasi muka air dan tekanan air pori terhadap waktu - Perubahan lingkungan di sekitarnya

Keruntuhan Akibat Gaya Uplift

Gaya uplift terjadi ketika tekanan air pori dibawah struktur atau bi bawah lapisan tanah yang memiliki permeabilitas rendah meningkat sehingga lebih besar dari tekanan rata rata berat struktur dan/atau lapisan tanah di atasnya.

Pemeriksaan yang terkait dengan keruntuhan akibat gaya uplift dilakukan untuk kondisi dimana hanya tekanan air pori hidrostatik yang bekerja atau jika gradien hidraulik sangat kecil. Kestabilan struktur atau lapisan tanah dengan permeabilitas rendah terhadap gaya uplift harus diperiksa dengan membandingkan berat tetap yang melawan (misalkan berat sendiri dan hambatan samping seperti yang terjadi pada dinding struktur bawah tanah) dengan gaya gaya uplift akibat air dan sumber sumber lainnya.

Keruntuhan Akibat Gaya Uplift

Contoh terjadinya gaya uplift pada berbagai konstruksi disampaikan pada Gambar berikut ini.

Keruntuhan Akibat Gaya Uplift

Contoh terjadinya gaya uplift pada berbagai konstruksi disampaikan pada Gambar berikut ini.

Keruntuhan Akibat Gaya Uplift

Keruntuhan hidraulik pada bendungan beton oleh karena gaya uplift pada fondasi batuan dapat terjadi apabila batuan mempunyai kekar terbuka yang rapat, sehingga tekanan air pada fondasi oleh karena adanya bendungan beton menjadi besar setara dengan tinggi tekanan air di dalam waduk. Apabila tidak dilakukan perbaikan, maka gaya uplift akan mendorong bendungan beton keatas. Akibat gaya uplift yang besar dan tidak merata diseluruh fondasi bendungan beton tersebut, maka bendungan dapat mengalami ketidakstabilan.

Tindakan-tindakan yang umumnya dapat dilakukan untuk melawan gaya uplift, agar bendungan dapat berfungsi dalam kondisi stabil antara lain:

a. menambah berat bangunan,

b. menurunkan tekanan air di bawah bangunan dengan membuat sistem drainase,

c. melakukan compaction grouting

pada fondasi bendungan,

d. memasang angker pada bendungan

Keruntuhan Akibat “Boiling”

Keruntuhan akibat naiknya dasar galian terjadi pada lapisan tanah

non kohesif ketika gaya ke atas dari rembesan aliran air bekerja

melawan berat tanah sehingga mengakibatkan berkurangnya

tegangan efektif vertikal tanah. Selanjutnya, butiran tanah

terangkat dan terbawa oleh aliran air ke atas menyebabkan

terjadinya keruntuhan.

Keruntuhan akibat Erosi Tubuh

Keruntuhan akibat erosi tubuh (internal erosion) dalam hal ini terkait dengan bendungan urugan tanah dan tanggul. Keruntuhan hidraulik pada bendungan urugan tanah dan tanggul biasanya terjadi oleh karena rembesan (seepage) air yang tidak terkontrol, sehingga berkembang menjadi aliran buluh (piping).

Erosi buluh dapat ditanggulangi dengan menggunakan teknologi filter dan horisontal drain. Konsep filter adalah meloloskan air, tetapi menahan butiran halus tanah yang lepas dari masa timbunan tanah oleh aliran air. Keruntuhan hidrolis akibat dari erosi tubuh pada bendungan urugan tanah dan tanggul dibagi dalam katagori sebagai berikut;

- Erosi hilir (backward erosion) - Sufosi (suffosion)

Keruntuhan akibat Erosi Tubuh

Erosi hilir (backward erosion)

Erosi hilir adalah modus keruntuhan hidraulik oleh karena rasio antara permeabilitas horizontal dengan vertikal terlalu besar, sehingga garis aliran air memotong pada lereng hilir bendungan urugan tanah atau tanggul seperti ditunjukkan pada Gambar berikut:

Keruntuhan akibat Erosi Tubuh

Proses terjadinya Erosi hilir (backward erosion)

Basah pada lereng hilir

Keruntuhan akibat Erosi Tubuh

Erosi hilir (backward erosion)

Keruntuhan akibat Erosi Tubuh

Erosi hilir (backward erosion)

Keruntuhan akibat Erosi Tubuh

Erosi hilir (backward erosion)

Keruntuhan akibat Erosi Tubuh

Erosi hilir (backward erosion)

Keruntuhan akibat Erosi Tubuh

Sufosi adalah keruntuhan hidraulik yang disebabkan oleh karena bahan timbunan mempunyai gradasi yang jelek (gap-graded). Pada saat terjadi rembesan, gradasi yang halus dapat terlepas dan luruh dari matriks tanah, karena tidak terdapat ikatan kohesi antara butiran tanah halus (lempung) dengan pasir, kerikil yang menjadi bagian dari bahan timbunan.

Keruntuhan akibat Erosi Tubuh

Tanah dispersif

Keruntuhan hidraulik pada bendungan urugan tanah dan tanggul oleh karena bahan timbunan yang bersifat dispersif dapat terjadi karena tanah yang bersifat dispersif mengandung larutan sodium yang tinggi di dalam air porinya, sehingga mengakibatkan ketidak seimbangan gaya elektrokimiawi antar partikelnya. Karena tidak terjadinya kohesi antar partikel tanah, sehingga pada saat terjadi rembesan air di dalam tubuh bendungan urugan tanah atau tanggul, maka partikel tanah akan terlepas satu sama lainnya dan hanyut mengikuti rembesan air, sehingga akan terjadi erosi di dalam bendungan urugan tanah dan tanggul.

Keruntuhan akibat Erosi Tubuh

Tanah dispersif

Keruntuhan akibat Erosi Tubuh

Tanah dispersif

Uji tanah dispersif

1. uji pinhole (pinhole test) dengan cara pelaksanaan seperti dalam standard ASTM D 4647-93 atau USBR 5410-89;

2. uji crumb (crumb test) dengan cara pelaksanaan seperti dalam standard ASTM D 6572-00 atau USBR 5400-89;

3. uji dobel hidrometer (double hydrometer test) dengan cara pelaksanaan seperti dalam standard ASTM D 4221-99 atau USBR 5405-89;

4. uji kimiawi (chemical test) dengan cara pelaksanaan seperti dalam Handbook 60 dari USDA (Richard, 1954).

Keruntuhan akibat Erosi Tubuh

Tanah dispersif

Keruntuhan oleh erosi pada

fondasi bendungan

Keruntuhan oleh erosi pada fondasi

bendungan

Fondasi bendungan dapat berupa tanah atau batuan disesuaikan dengan keperluan daya dukung terhadap beban bendungan. Kondisi fondasi yang telah memenuhi persyaratan daya dukung masih harus diuji terhadap permeabilitasnya, agar tidak terjadi erosi pada fondasi bendungan karena formasi tanah berbutir atau batuan dengan kekar rapat yang terbuka sehingga mempunyai nilai kelulusan air yang besar. Apabila syarat kelulusan air pada fondasi bendungan tidak dapat terpenuhi, maka dapat dilakukan perbaikan fondasi dengan cara sementasi (grouting), baik sementasi tirai (curtain grouting), atau blanket grouting.

Erosi pada fondasi baik yang terjadi dari bagian hulu maupun dari dalam timbunan dipicu oleh fondasi tanah yang tidak kedap air seperti lapisan pasir padat, ataupun batuan lapuk atau mempunyai kekar yang rapat. Pada fondasi tanah yang bersifat tidak kedap air (pervious), galian harus dilakukan sampai dengan mencapai formasi tanah yang kedap air yaitu setidaknya mempunyai koefisien permeabilitas 1 x 10-5 _{cm/detik. Apabila nilai tersebut tidak dapat}

dipenuhi, maka harus dilakukan pemotongan elevasi fondasi sampai dengan formasi batuan yang kedap air, atau melakukan perbaikan fondasi dengan cara grouting, baik curtain grouting atau blanket grouting agar koefisien permeabilitas fondasi mencapai 1 x 10-5 _cm/detik.

Keruntuhan oleh erosi pada fondasi

bendungan

Bendungan Urugan Tanah

Erosi pada fondasi dapat diawali dari bagian hulu bendungan, atau

dapat juga terjadi dari dalam tubuh bendungan dan kemudian masuk

kedalam fondasi bendungan.

Keruntuhan oleh erosi pada fondasi

bendungan

Keruntuhan oleh erosi pada fondasi

bendungan

Keruntuhan oleh erosi pada fondasi

bendungan

Bendungan beton

Seepage pada bendungan beton

Keruntuhan oleh erosi pada fondasi

bendungan

Perbaikan Fondasi bendungan

Untuk mengatasi keruntuhan hidraulik pada bendungan beton, perlu dilakukan perbaikan fondasi dengan cara sementasi (grouting). Sementasi pada fondasi bendungan beton yang dimaksudkan untuk memperpanjang garis aliran air adalah curtain grouting, sedangkan sementasi yang dimaksudkan untuk meningkatkan daya dukung fondasi dan perbaikan terhadap permeabilitas adalah blanket grouting atau compaction grouting

Kedalaman curtain grouting pada fondasi bendungan beton harus direncanakan dengan mengacu pada kriteria desain curtain grouting.

Perencanaan grouting harus didasarkan pada hasil uji permeabilitas pada formasi batuan (packer test) mengetahui tingkat kelulusan air fondasi bendungan. Hasil uji permeabilitas disampaikan dalam nilai Lugeon. Nilai 1 Lugeon setara dengan koefisien permeabilitas 110-5 cm/dt. Nilai kelulusan air pada fondasi bendungan beton disyaratkan kurang dari 1 x 10-5 cm/dt, atau 1 Lugeon

Keruntuhan oleh erosi pada fondasi

bendungan

Curtain grouting

Blanket grouting

Perbaikan fondasi dengan grouting

Keruntuhan oleh erosi pada fondasi

bendungan

Keruntuhan oleh erosi pada fondasi

bendungan

Keruntuhan oleh erosi pada fondasi

bendungan

Keruntuhan oleh erosi pada fondasi

bendungan

Keruntuhan antar muka antara

struktur dan material bendungan

Keruntuhan antar muka antara struktur

dan material bendungan

Erosi pada interface dengan struktur

Saluran tertutup dengan berbagai bentuk seperti lingkaran, tapal kuda, bujur sangkar atau segi empat, dengan berbagai dimensi serta bahan seperti pipa besi, pipa gelombang (corrugated pipe) maupun beton, yang berfungsi sebagai saluran pengambilan, atau saluran pembuang sering dibuat melintang bendungan. Akibat dari tidak sempurnanya pemadatan dan terjadinya efek busur (arching effect), di sekitar bangunan saluran tersebut, maka sangat rawan terjadi erosi. Beberapa bendungan telah mengalami keruntuhan akibat erosi yang terjadi pada interaksi timbunan bendungan dengan saluran tertutup yang melintang bendungan

Keruntuhan antar muka antara struktur dan

material bendungan

Keruntuhan antar muka antara

struktur dan material bendungan

Keruntuhan antar muka antara

struktur dan material bendungan

Keruntuhan antar muka antara

struktur dan material bendungan

Keruntuhan akibat Retak Hidraulik

Retak hidraulik (hydraulic fracturing

Retak hydraulic dapat terjadi pada bagian hulu inti kedap air

bendungan urugan batu apabila tegangan vertikal efektif berkurang

oleh sebab proses “arching”. Naiknya tegangan air pori pada saat

penggenangan waduk untuk pertama kali juga mengurangi tegangan

efektif pada inti bendungan. Tekanan hidrolis air waduk dapat

meretakkan permukaan hulu inti kedap air dan dapat menimbulkan

rembesan dan erosi pada inti kedap air.

Beberapa bendungan telah mengalami fenomena retak hidrolis, dan

salah satu yang runtuh adalah bendungan TETON thn 1976.

Keruntuhan akibat Retak Hidraulik

•

Add your text here

Keruntuhan akibat Retak Hidraulik

Faktor yang mempengaruhi terjadinya retak hidraulik pada

bendungan urugan batu

(rock fill dam)

adalah sebagai berikut:

a. kemiringan galian bukit sandaran

(abutment)

bendungan;

b. konfigurasi bentuk inti kedap air;

c. tebal dasar filter hulu

(upstream filter);

d. zona transisi di bagian hulu bendungan sebagai bagian dari

timbunan batu

(rockfill);

Keruntuhan akibat Retak Hidraulik

Konfigurasi bentuk inti kedap air

Potongan melintang bendungan Hittejuvet yang mengalami retak hidraulik

Keruntuhan akibat Retak Hidraulik

Bahan timbunan inti kedap air Semakin besar nilai kohesi bahan inti kedap air, semakin tahan terhadap retak hidraulik

Keruntuhan akibat Retak Hidraulik

Tebal dasar upstream filter

Semakin tebal dasar upstream filter, semakin tahan terhadap retak

hidraulik

Desain Filter pada Bendungan

Desain gradasi filter merupakan suatu fungsi dari gradasi bahan tanah yang dilindungi. Secara tradisional fungsi tersebut adalah hubungan antara D85B yaitu diameter butiran tanah yang dilindungi sebesar 85% lolos saringan dengan D15F yaitu diameter butiran filter 15% lolos saringan. Dari hubungan antara D85B dengan D15F, terdapat 4 zona filter yaitu no erosion filter, some erosion, excessive erosion dan continuing erosion (Foster dan Fell, 2001) seperti ditunjukkan dalam Gambar berikut.

Desain Filter pada Bendungan

Kriteria desain filter bendungan urugan tanah dan tanggul dilaksanakan berdasarkan kriteria Sherard dan Dunnigan (1985) yang disempurnakan USBR (2011) dan FEMA (2011). Dengan mengacu pada teori multiple line of defence pada bendungan tipe urugan, filter dapat dibagi menjadi 2 bagian yaitu filter kasar dan filter halus. Gradasi filter halus merupakan fungsi dari gradasi tanah timbunan bendungan, sedangkan gradasi filter kasar merupakan fungsi dari gradasi filter halus.

Desain Filter pada Bendungan

Secara umum filter pada bendungan urugan tanah harus mempunyai 2 fungsi utama yaitu:

a. filter harus dapat mencegah migrasi bahan inti kedap air yang tererosi dalam proses erosi buluh,

b. filter harus bersifat lolos air, agar aliran rembesan dapat mengalir di dalamnya dengan lancar dan tidak menimbulkan kelebihan tegangan air pori dalam inti bendungan.

Agar tidak terjadi segregasi, maka hubungan gradasi minimum dan maksimum filter harus mengikuti syarat pada Tabel berikut.

Desain Filter pada Bendungan

Contoh Desain Filter.

1. Regrading dari gradasi tanah asli dengan mengeluarkan fraksi > saringan no.4

Desain Filter pada Bendungan

Contoh Desain Filter

2. Tetapkan persentase tanah yang lolos saringan no.200 (15%), sehingga kriteria filter no 4 yang digunakan.

3. Tetapkan D85B dari gradasi bahan timbunan tanah, ditemukan sebesar 2,1 mm

4. Tetapkan diameter D15F berdasarkan kriteria dari hitungan no 2.

5. D15F ditetapkan sebesar 8.4 mm, kemudian tetapkan diameter maksimum dan minimum filter agar tidak terjadi segregasi.

Desain bendungan agar tidak terjadi

keruntuhan hidraulik

Batasan tinggi bendungan urugan tanah dan tanggul dan bentuk

internal filter adalah cara untuk memastikan bahwa aliran air di

dalam tubuh bendungan urugan tanah dan tanggul tidak

memotong lereng hilir bendungan urugan tanah dan tanggul,

serta mengarahkan aliran air di dalam tubuh bendungan urugan

tanah dan tanggul untuk melewati internal filter dan drainase.

Batasan tinggi bendungan urugan tanah dan tanggul dengan jenis

dan bentuk filter dan drainase internal dimaksudkan untuk

meningkatkan dan menghindarkan terjadinya keruntuhan

hidraulik. Hal yang perlu diperhatikan di dalam pemilihan bentuk

filter dan internal drainase adalah:

a. rasio antara kh/kv (permeabilitas arah horizontal/arah

vertikal),

b. tingkat resiko di bagian hilir akibat dari runtuhnya

bendungan.

Desain bendungan agar tidak terjadi

keruntuhan hidraulik

Bendungan urugan tanah dan tanggul homogen tanpa internal filter merupakan struktur penahan air yang paling sederhana. Bendungan urugan tanah dan tanggul homogen terbuat dari bahan tanah lempung, lanau, lempung pasiran dan beberapa jenis tanah lainnya asalkan dari perencanaan dan analisis rembesan, garis aliran air tidak memotong lereng hilir. Bendungan urugan tanah tanah dan tanggul dari bahan timbunan yang homogen tanpa internal filter disyaratkan dilaksanakan dengan tinggi tidak lebih dari 5,00 meter, pada lokasi dengan resiko akibat runtuhnya bendungan urugan tanah pada daerah hilir kecil.

Desain bendungan agar tidak terjadi

keruntuhan hidraulik

Bendungan urugan tanah dan tanggul homogen dengan toe drain sama dengan varian bendungan tanah homogen, hanya dilengkapai dengan drainase timbunan batu atau gravel yang dilengkapi dengan filter pada dasar lereng hilir bendungan. Bendungan jenis ini sesuai apabila rasio antara kH/kV (permeabilitas arah horizontal/arah vertikal) antara 1 sampai 5. Apabila rasio tersebut lebih besar, maka toe drain tidak akan efektif berfungsi sebab rembesan akan keluar dari lereng hilir bendungan diatas toe drain. Bendungan jenis ini disarankan dilaksanakan dengan tinggi tidak lebih dari

10,00 meter, pada lokasi dengan resiko akibat runtuhnya bendungan jenis ini pada daerah hilir kecil

Desain bendungan agar tidak terjadi

keruntuhan hidraulik

Bendungan urugan tanah homogen dengan drainase horizontal dilengkapai dengan filter dan drainase horizontal pada dasar bendungan bagian hilir. Bendungan jenis ini sesuai apabila rasio antara kH/kV (permeabilitas arah horizontal/arah vertikal) antara 1 sampai 5. Bendungan urugan jenis ini disyaratkan dilaksanakan dengan tinggi tidak lebih dari 20,00 meter, pada lokasi dengan resiko akibat keruntuhan bendungan jenis ini pada daerah hilir kecil sampai sedang.

Desain bendungan agar tidak terjadi

keruntuhan hidraulik

Bendungan urugan tanah dengan menggunakan bahan timbunan tanah homogen dan dilengkapi dengan filter tegak dan drainase horizontal dapat direncanakan tanpa mempertimbangkan rasio kH/kV dari timbunan karena aliran rembesan akan terpotong oleh filter dan dan dialirkan keluar dari tubuh bendungan melalui drainase horizontal. Desain filter tegak dan drainase horizontal pada bendungan urugan tanah dan tanggul wajib dilaksanakan pada lokasi dengan resiko akibat keruntuhan bendungan pada daerah hilir besar, dan tidak tergantung pada tinggi bendungan. Bendungan urugan tanah jenis ini tidak ada batasan tinggi, asal seluruh aspek perencanaan bendungan urugan tanah dapat dipenuhi