EVALUASI KEAMANAN PELIMPAH BENDUNGAN PRIJETAN MENGGUNAKAN APLIKASI PLAXIS 8.2.

(1)

EVALUASI KEAMANAN PELIMPAH BENDUNGAN PRIJETAN MENGGUNAKAN APLIKASI PLAXIS 8.2

Vembriani Choirima 1, Runi Asmaranto 2, Dian Sisinggih 2 1

Mahasiswa Program Sarjana Teknik Jurusan Pengairan Universitas Brawijaya

2

Dosen Jurusan Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya [email protected]

ABSTRAK

Pelimpah Bendungan Prijetan adalah bangunan air yang dibangun oleh Pemerintah Belanda pada tahun 1910. Pelimpah Bendungan Prijetan merupakan bangunan tua yang mendukung keamanan bendungan, maka dari itu perlu dilakukan evaluasi mencakup keamanan teknis dan non teknis. Evaluasi bangunan pelimpah merupakan langkah untuk menjaga bangunan pelimpah tetap pada fungsinya. Pelimpah Bendungan Prijetan memiliki lebar mercu pelimpah 34,9 meter tipe overflow, tinggi pelimpah 1,5 meter. Pada Q1000 mengalirkan debit 64,87 m3/detik pada elevasi muka air +50,55m dengan elevasi puncak bendungan +52,00m. Sedangkan debit banjir rancangan QPMF mengalirkan debit 141,75 m3/detik dan elevasi muka air pelimpah

+51,38 dengan elevasi puncak bendungan +52,00m.

Adapun pembahasan mengenai stabilitas Pelimpah Prijetan dengan mencakup 3 kondisi yaitu kondisi pelimpah kosong, muka air normal, dan muka air banjir. Dalam metode perhitungan piping Pelimpah Prijetan ini, digunakan metode Lane,Bligh dan

Harza. Sedangkan perhitungan stabilitas geser pelimpah menggunakan Finite Element Method simulasi program Plaxis 2D didapatkan nilai faktor keamanan pada kondisi

kosong 26,48 dan kondisi banjir 15,53. Hal itu disebabkan adanya tekanan air pada kondisi muka air banjir yang mempengaruhi kestabilan pelimpah. Nilai faktor keamanan yang melebihi syarat ijin membuat pelimpah Bendungan Prijetan dinyatakan aman.

Kata Kunci : Evaluasi Pelimpah, Faktor Keamanan, Metode Elemen Hingga

ABSTRACT

Prijetan Spillway was built by Holland Government at 1910. Prijetan Spillway was the old building which supporting the safety of the dam . Therefore, it needed to evaluate technically and non technically safety of the dam. The evaluation of spillway was a step to protect the building to keep stay on the function. Prijetan Spillway had a width 34,9m with overflow type, and 1,5m height. At Q1000 it had drain water with the

amount of 64,87 m3/s, water elevation spillway +50,55m with crest elevation dam +52,00m. While the amount of design flood QPMF had 141,75 m3/s and water elevation

spillway +51,38m with crest elevation dam +52,00m.

The study result of Prijetan Spillway Stability was considering 3 conditions: empty spillway condition, normal level, and flood level. With piping calculation method, this spillway used Lane,Bligh method and then used Harza. While the calculation of spillway sliding stability used Finite Element Method with Plaxis 2D program simulation got the safety factor at empty condition at 26,48, and flood level at 15,53. It caused by water pressure at flood level condition that influence spillway stability. Safety factor value exceeded permits made Prijetan Dam was safe.

(2)

1. PENDAHULUAN

Pelimpah Bendungan Prijetan

adalah bangunan air yang dibangun oleh Pemerintah Belanda pada tahun 1910.

Pelimpah Bendungan Prijetan

merupakan bangunan tua yang berada di Indonesia. Bendungan ini mengairi

4600 ha sawah Kecamatan

Kedungpring, Kabupaten Lamongan. Bendungan yang sudah lama berdiri ini telah mengalami penurunan pada kualitas bangunannya. Perubahan

muka air pada pelimpah juga

berpengaruh pada keamanan terhadap bahaya air banjir yang melimpas di atas

bendungan (overtoping). Perubahan

bentuk pada lereng bendungan juga mempengaruhi kestabilan pada muka air, maka dari itu perlu dilakukan inspeksi bendungan yang meliputi pengecekan kondisi bendungan baik dengan bangunan pelengkapnya. Hal tersebut sesuai dengan PP no 37 tahun 2010 pemantauan dan pemeriksaan terhadap kondisi bendungan,

Pemeliharaan pada bendungan

sangat perlu diperhatikan karena

perubahan bentuk sedikit saja sangat berpengaruh pada fungsi bendungan

tersebut. Kondisi topografi dan

geologi/geoteknik juga berpengaruh terhadap pemilihan letak pelimpah pada awal konstruksi. Begitu juga kondisi

hidrologi yang berkaitan dengan

penelusuran banjir menentukan

bagaimana kondisi pelimpah sekarang.

Untuk mengetahui stabilitas

pelimpah pada bendungan dapat

dilakukan melalui penghitungan secara

manual maupun pemrograman.

Pemrograman yang dapat dipakai dalam penghitungan stabilitas tersebut yaitu

plaxis. Aplikasi tersebut memungkinkan

pengguna untuk mengetahui suatu keruntuhan tanah.

2. METODOLOGI ANALISIS

Studi ini dilakukan melalui

beberapa tahap berikut:

Mulai Data Teknis Bendungan Penggambaran Potongan Melintang Pelimpah Bendungan

Faktor Keamaan Pelimpah Bendungan sesuai dengan syarat masing masing kondisi

Selesai Analisa Hujan Daerah Maksimum Koreksi Perkuatan Tanah Tidak Pemodelan Plaxis 8.2 Data Hidrologi Analisa Hujan Rancangan Metode Log Pearson III Analisa PMP Uji Distribusi Frekuensi Analisa HSS Analisa Hidrograf Banjir Rancangan Analisa Kurva Kapasitas Tampungan Waduk Analisa Penentuan Elevasi Muka Air

Gambar 1. Diagram Alir Pengerjaan Langkah-langkah studi disusun

secara sistematis sehingga

mempermudah dalam penyelesaian

analisa ini. Langkah-langkah studi yang dilakukan adalah sebagai berikut.

1. Analisa Perhitungan Hidrologi

Perhitungan hidrologi dibutuhkan untuk penggambaran potongan pada

pelimpah, perhitungan dilakukan

sesuai keadan bendungan dengan kondiri sekarang, adapun langkah-langkahnya sebagai berikut :

1. Mengumpulkan data hidrologi Bendungan Prijetan .

2. Melakukan analisa hujan daerah maksimum.

3. Melakukan analisa rancangan

dengan Metode Log Pearson III.

4. Melakukan analisa PMP

(Probable Maximum Precipitation).

5. Melakukan Uji Distribusi

(3)

6. Melakukan analisa Hidrograf Satuan Sintetik.

7. Melakukan analisa Hidrograf

Banjir Rancangan.

8. Menentukan kurva kapasitas

tampunagn

9. Menentukan debit banjir pelimpah Menentukan elevasi muka air

2. Penggambaran Potongan Melintang Bendungan.

1. Mengumpulkan data hidrologi pelimpah bendungan

2. Menentukan tinggi muka air pada hulu pelimpah.

3. Menggambar potongan melintang

pelimpah bendungan pada

aplikasi Autocad berdasarkan

hasil pengukuran terbar.

3. Pemodelan Menggunakan Aplikasi Plaxis 8.2

1. Mengumpulkan data Pelimpah Prijetan

2. Menentukan parameter-parameter yang dipakai pada analisis Plaxis.

3. Menggambarkan potongan

melintang pada lembar kerja

Plaxis.

4. Memasukkan

parameter-parameter tanah pelimpah pada

soil interface.

5. Penyusunan jaring elemen pada lembar kerja Plaxis.

6. Memasukkan kondisi awal seperti tinggi muka air pada pelimpah.

7. Menghitung faktor keamanan

sesuai dengan kondisi yang

diinginkan.

Gambar 2. Penyelidikan Geoteknik

Keterangan: DB = Depth Bore A = DB 1 B = DB 5 C = DB 2 D = DB 3 E = DB 4

(4)

Tabel 1. Parameter Tanah Untuk Analisa Plaxis

Tabel Propertis Tanah

Propertis Simbol Unit DB - 4

6,5 10,5

berat isi tanah di atas garis fraktis γunsat kN/m3 13,70 13,70

berat isi tanah di bawah garis freatik γsat kN/m3 17,55 17,55

permeabilitas arah horizontal kx m/hari 1,58

-03

2,32-05

permeabilitas arah vertikal ky m/hari 1,58-03 2,32-05

modulus young Eref kN/m2 6000 6000

angka poison V -- 0,3 0,3 kohesi cref kN/m 2 92 120 sudut geser ϕ 0 0 0 sudut dilantasi Ψ 0 0 0

Sumber : Data Studi Bendungan Prijetan

Gambar 3. Potongan melintang

3. PEMBAHASAN

Hasil yang diperoleh merupakan runtutan dari perhitungan dan simulasi

pada tubuh bendungan, adapun

perhitungan dan simulasinya adalah sebagai berikut :

1. Pelimpah perlu di gambar ulang karena tidak terdapat as built

drawing (dibangun pada jaman

Belanda). Hasil Penggambaran (Gambar 3) potongan melintang pelimpah darurat bendungan Prijetan sebagai berikut :

 Lebar mercu pelimpah = 34,9 m  Tinggi pelimpah = 1,5 m

 Tipe pelimpah = ambang ogee

(overflow)

 Jenis tanah pelimpah darurat yang di evaluasi sesuai kordinat titik bor menggunakan DB 4 dengan 2 lapisan tanah yang memiliki tinggi 10,5 m dengan jenis tanah liat berdebu (silty

clay).

2. Perhitungan selanjutnya yaitu

menentukan debit banjir rancangan, dalam perhitungan ini menggunakan data hujan dari dua stasiun penakar hujan, yaitu Stasiun Hujan Prijetan dan Stasiun Hujan Kedungpring. Data hujan yang digunakan untuk

analisa pada masing-masing

pencatatan stasiun hujan selama 27 tahun dari tahun 1987 s/d 2013. + 49.4 1.5000 3.6280 + 47.9 0.6000 2.9500 + 53.028 0.5000 0.9375 3.0000 1.5000 34.9000 6.1280

(5)

Tabel 2. Curah hujan rerata daerah

Bulan Curah Hujan

(mm) Januari 62,78 Februari 63,11 Maret 68,00 April 26,37 Mei 25,26 Juni 11,70 Juli 9,59 Agustus 4,85 September 7,07 Oktober 19,00 November 25,26 Desember 31,33

Dari dua stasiun diatas digunakan perhitungan curah hujan rancangan

dengan metode Log Pearson III

didapatkan curah hujan rerata 95,76 mm3/hari. Setelah itu dilakukan analisa

PMP (Probable Maximum

Precipitation) yang dipakai untuk

menganalisa banjir terbesar yang

mungkin terjadi kemudian digunakan

sebagai kontrol terhadap analisa

perencanaan kapasitas pelimpah adalah

339,54 mm/hari. Untuk

menstranformasi curah hujan rancangan

menjadi debit banjir rancangan

diperlukan curah hujan jam-jaman. Setelah itu dilakukan perhitungan debit banjir rencana, terlebih dahulu dibuat hidrograf banjir dengan metode HSS Nakayasu Q1000 dan QPMF.

Tabel 3. Hasil Perhitungsn Debit Banjir Rancangan DAS Prijetan dengan Metode Hidrograf Satuan Nakayasu

Gambar 4. Hidrograf Banjir Rancangan HSS Nakayasu DAS Prijetan

Tr Q (m3/detik)

1000 231,682

(6)

Gambar 5. Lengkung Kapasitas Waduk

Gambar 6. Grafik Penelusuran Banjir Melalui Pelimpah, Q1000

7. Grafik Penelusuran Banjir Melalui Pelimpah, QPMF

0 100 200 300 400 500 0 10 20 30 40 Q m 3/d t) t (jam) Inflow 0 100 200 300 400 500 0 10 20 30 40 Q m 3/d t) t (jam) Inflow

(7)

Tabel 4. Rekapitulasi Q1000 dan QPMF

Debit Banjir Rancangan

Debit (m3/detik)

Elevasi Muka Air Pelimpah(m)

Elevasi Puncak Bendungan(m)

Q1000 64,87 +50,55 +52,00

QPMF 141,75 +51,38 _+52,00

Analisis pada gambar 5 menghasilkan

suatu kurva yang menunjukan

hubungan antara elevasi , volume waduk, serta luas genangan pada sekitar daerah perencanaan sedangkan dari hasil rekapitulasi debit banjir rancangan Q1000 memiliki debit 64,87 m3/detik dan

elevasi muka air pelimpah +50,55m dengan elevasi puncak bendungan

+52,00m. Sedangkan debit banjir

rancangan QPMF memiliki debit 141,75

m3/detik dan elevasi muka air pelimpah

+51,38m dengan elevasi puncak

bendungan +52,00m maka dinyatakan tidak terjadi overtoping pada pelimpah. 3. Analisa selanjutnya menggunakan

aplikasi Plaxis 8.2 untuk mencari

nilai faktor keamanan dengan

menggunakan metode

phi-creduction, dimana metode tersebut

adalah metode untuk mencari nilai keamanan dari suatu bangunan dengan mereduksi faktor perkuatan

tanah dalam hal ini sudut geser dalam tanah (ϕ) serta kohesi (c).

Setelah dilakukan analisa

menggunakan aplikasi Plaxis 8.2 dinyatakan aman sesuai dengan syarat nilai keamanan yang diijinkan yaitu SF>1.2. Namun angka keamanan yang dihasilkan pada berbagai kondisi pelimpah yaitu pada

kondisi kosong memiliki nilai

keamanan 26,48 dan sebaliknya nilai keamanan pada kondisi muka air banjir dengan faktor keamanan

paling kecil 15,53. Hal itu

disebabkan adanya tekanan air pada kondisi muka air banjir yang mempengaruhi kestabilan pelimpah. Nilai faktor keamanan yang melebihi ijin membuat pelimpah Bendungan Prijetan dinyatakan aman. berikut beberapa contoh analisa Plaxis 8.2 :

Gambar 8. Keluaran Deformed Mesh Pelimpah Pada Kondisi Kosong (SF = 26,48)

Keterangan: Model : Plain Strain Elements : 15-noded Number of elements : 101 Number of nodes : 871 Number of stress point 1212 Average element size : 1,1210 _m

(8)

Gambar 9. Keluaran Deformed Mesh Pelimpah Pada Kondisi Normal (SF = 22,08)

Gambar 10. Keluaran Deformed Mesh Pelimpah Pada Kondisi Banjir (SF = 15,53)

4. Kesimpulan

Berdasarkan hasil analisa evaluasi pelimpah darurat Bendungan Prijetan

yang berlokasi di Desa Mlati

Kecamatan Kedungpring, Kabupaten

Lamongan, Provinsi Jawa Timur

sebagai berikut:

1. Pelimpah perlu di gambar ulang karena tidak terdapat as built

drawing (dibangun pada jaman

Belanda). Hasil Penggambaran

potongan melintang pelimpah

darurat bendungan Prijetan sebagai berikut :

 Lebar mercu pelimpah = 34,9 m  Tinggi pelimpah = 1,5 m

 Tipe pelimpah = ambang ogee (overflow)

 Jenis tanah pelimpah darurat yang di evaluasi sesuai kordinat titik bor menggunakan DB 4

dengan 2 lapisan tanah yang memiliki tinggi 10,5 m dengan jenis tanah liat berdebu (silty

clay).

2. Hasil debit banjir rancangan Q1000

memiliki debit 64,87 m3/detik dan elevasi muka air pelimpah +50,55m dengan elevasi puncak bendungan +52,00m. Sedangkan debit banjir rancangan QPMF memiliki debit

141,75 m3/detik dan elevasi muka air pelimpah +51,38m dengan elevasi puncak bendungan +52,00m maka dinyatakan tidak terjadi

overtoping pada pelimpah.

3. Nilai keamanan dari

masing-masing kondisi pelimpah

bendungan, kondisi kosong pada pelimpah memiliki nilai keamanan

26,48 dan sebaliknya nilai

keamanan pada kondisi muka air

(9)

banjir dengan faktor keamanan

paling kecil 15,53. Hal itu

disebabkan adanya tekanan air pada kondisi muka air banjir yang

mempengaruhi kestabilan

pelimpah. Nilai faktor keamanan

yang melebihi ijin membuat

pelimpah Bendungan Prijetan

dinyatakan aman.

DAFTAR PUSTAKA

1. Das, B.M. 1991. Mekanika

Tanah (Prinsip-prinsip rekayasa Geoteknik). Erlangga. Jakarta.

2. Direktorat Jenderal Pengairan Departemen Pekerjaan Umum. 1995. Bendungan Besar di

Indonesia. Jakarta : Direktorat

Jenderal Pengairan Departemen Pekerjaan Umum

3. Limantara, L.M. , (2010).

Hidrologi Praktis , CV. Lubuk

Agung, Bandung.

4. Plaxis. 2007. Dynamics Manual. Belanda : AN DELFT

5. Presiden Republik Indonesia. 2010. Peraturan Pemerintah

Republik Indonesia Nomor 37

Tahun 2010. Jakarta : Presiden

Republik Indonesia.

6. Sosrodarsono, Suyono dan

Kensaku Takeda. 1989.

Bendungan Type Urugan.

Jakarta: PT. Pradnya Paramita 7. Sosrodarsono, Suyono. 2007.

Menyimak Bendungan di Indonesia (1910 – 2006). Jakarta: Bentara Adhi Cipta. 8. Soewarno, (2000). Hidrologi

Operasional – Jilid Kesatu,

Penerbit Citra Aditya Bakti, Bandung.

9. Terzaghi, K., & Peck, R. B. (1993). Mekanika Tanah dalam

Praktek Rekayasa (2nd ed, Vol. I). Jakarta : Erlangga