Studi Perencanaan Hidraulik Peredam Energi Tipe USBR II Dengan Metode Uji Fisik Model Dua Dimensi.

(1)

ix Universitas Kristen Maranatha

STUDI PERENCANAAN HIDRAULIK

PEREDAM ENERGI TIPE USBR II DENGAN

METODE UJI FISIK MODEL DUA DIMENSI

ANDREA ADITYA NRP: 0821050

Pembimbing : Ir. ENDANG ARIANI, DIPL.H.E

ABSTRAK

Peredam energi adalah kelengkapan dari bendung yang berfungsi untuk meredam energi aliran air setelah melewati bendung. Sebagian besar kerusakan bendung di Indonesia disebabkan oleh penggerusan lokal (local scouring) yang terjadi di hilir bendung, Faktor utama terjadinya penggerusan yang dalam pada hilir bendung adalah peredam energi yang belum berfungsi secara efektif.

Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui desain peredam energi tipe USBR II yang efektif sehingga penggerusan yang terjadi sedangkal mungkin. Pada penelitian ini digunakan peredam energi tipe USBR II, dengan panjang lantai peredam 30 cm, tinggi blok luncur 4 cm, lebar blok luncur 4 cm, jarak antar blok luncur 4 cm, tinggi gerigi pada endsill 2 cm, jarak antar gerigi 1,5 cm, lebar gerigi 1,5 cm, dan tebal gerigi 0,5 cm. Penelitian dilakukan dengan model fisik dua dimensi pada saluran terbuka di Laboratorium Hidraulika Jurusan Teknik Sipil, Universitas Kristen Maranatha, Bandung.

Pada kondisi awal dengan debit 100% (QThompson = 0,03873 m3/dt) Penggerusan yang terjadi sebesar -0,4 cm. Dari perubahan-perubahan yang dilakukan, penggerusan terdangkal terdapat pada perubahan model ke-2 yaitu sebesar -0,4 cm dengan debit 100% (QThompson =0,03894 m3/dt). Sementara itu pasir yang digunakan diklasifikasikan dengan metoda ASTM D 2487 (American Standard Testing Material) dengan cara melihat soil classification chart, maka pasir tergolong pasir dengan gradasi yang buruk dengan lanau yang bersimbol SP-SM dengan nilai Gs sebesar 2,65.

(2)

x Universitas Kristen Maranatha

Supervisor : Ir. ENDANG ARIANI, DIPL.H.E

ABSTRACT

Energy dissipator is the completeness of the weir that serves to dampen the flow of energy through the water that will be great damage to the weir. Almost damage of weir in Indonesia caused by the local scouring that occur in the downstream weir. Major factor in the erosion of the downstream weir is energy dissipator are not functioning effectively.

The purpose of this study was to determine the effective design of energy dissipator USBR type II so scouring that occurred as shallow as possible. In this study was using energy dissipator USBR type II that has a length of the floor dissipator 30 cm, height chute block 4 cm, wide chute blocks 4 cm, the distance between the chute block 4 cm, height serrations on endsill 2 cm, 1.5 cm distance between the serrations, wide serrations 1,5 cm, and thick serrations 0,5 cm. The study was conducted with two-dimensional physical model of the open channel at the Laboratory of Department of Civil Engineering Hydraulics Maranatha Christian University, Bandung

At the beginning of the discharge conditions of 100% (QThompson = 0,03873 m3/s) a scouring that occurs at -3,2 cm. Because the performance of energy dissipator is still far from expected, the changes made to the model-1 is adding rip-rap stone Ø ≤ 0,5 cm long 10 cm from endsill with depth of 5 cm, with discharge 100% (QThompson = 0,03939 m3/s) a scouring that occurs at -1,5 cm. On changes to the model-2 performed with rip-rap Ø≤ 1 cm with a length of 10 cm from endsill and depth of 5 cm. A scouring that occurs at -0,4 cm. Of the changes made, there is scouring on changes to the model-2 is equal to -0,4 cm at the rate of 100% (QThompson = 0,03894 m3/s). While the sand used is classified by ASTM method D 2487 (American Standard Testing Materials) by looking at the

soil classification chart, then the soil samples belonging to poor sand gradation with silt with a symbol group SP-SM and Gs value of 2,65.

(3)

xi Universitas Kristen Maranatha

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

LEMBAR PENGESAHAN ... ii

PERNYATAAN ORISINALITAS LAPORAN PENELITIAN ... iii

PERNYATAAN PUBLIKASI LAPORAN PENELITIAN ... iv

SURAT KETERANGAN TUGAS AKHIR ... v

SURAT KETERANGAN SELESAI TUGAS AKHIR ... vi

KATA PENGANTAR ... vii

1.2 Maksud dan Tujuan Penelitian ... 2

1.3 Ruang Lingkup Penelitian ... 2

1.4 Sistematika Penelitian ... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengertian Bendung ... 4

2.1.1 Tipe Bendung ... 5

2.1.2 Bagian – bagian Bendung ... 8

2.2 Bangunan Peredam Energi ... 10

2.2.1 Prinsip Pemecahan Energi... 10

(4)

xii Universitas Kristen Maranatha

2.3 Desain Hidraulik Peredam Energi Tipe USBR II ... 16

2.4 Klasifikasi Tanah ... 19

2.4.1 Penentuan Berat Jenis Butir ... 19

2.4.2 Analisis Ukuran Butir ... 23

2.4.3 Sistem Klasifikasi Tanah ... 25

BAB III PENYAJIAN DATA KASUS 3.1 Deskripsi model peredam energi tipe USBR II... 26

3.2 Data desain model peredam energi tipe USBR II ... 27

3.3 Prosedur Kerja ... 33

BAB IV ANALISIS DATA 4.1 Analisis Percobaan Lengkung Debit ... 37

4.2 Analisis Penggerusan di Hilir Bendung ... 41

4.2.1 Penggerusan pada model desain awal ... 42

4.2.2 Penggerusan pada model perubahan ke -1 ... 45

4.2.3 Penggerusan pada model perubahan ke -2 ... 52

4.3 Analisis Karakteristik Pasir ... 60

4.3.1 Penentuan Berat Jenis Butir ... 60

4.3.2 Analisis Ukuran Butir ... 64

BAB V SIMPULAN DAN SARAN 5.1 Simpulan ... 69

5.2 Saran ... 70

DAFTAR PUSTAKA ... 71

(5)

xiii Universitas Kristen Maranatha

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Bendung tumpukan batu kali ... 6

Gambar 2.2 Bendung bronjong ... 6

Gambar 2.3 Bendung cerucuk ... 7

Gambar 2.4 Bendung gerak Bojonegoro ... 7

Gambar 2.5 Komponen utama bendung ... 9

Gambar 2.6 Peredan energi tipe Vlughter ... 11

Gambar 2.7 Peredam energi tipe Scoklitsch ... 12

Gambar 2.8 Peredam energi tipe MDO ... 12

Gambar 2.9 Peredam energi tipe MDS ... 13

Gambar 2.10 Peredam energi tipe Bak Tenggelam ... 13

Gambar 2.11 Peredam energi tipe USBR I ... 14

Gambar 2.12 Peredam energi tipe USBR II ... 15

Gambar 2.13 Peredam energi tipe USBR III ... 15

Gambar 2.14 Peredam energi tipe USBR IV ... 16

Gambar 2.15 Penentuan nilai D1 dan D2 ... 17

Gambar 2.16 Grafik untuk menentukan panjang lantai peredam energi ... 18

Gambar 2.17 Desain ukuran dimensi peredam energi tipe USBR II ... 19

Gambar 3.1 Tampak atas dan tampak samping saluran ... 26

Gambar 3.2 Model peredam energi tipe USBR II ... 27

Gambar 3.3 Penentuan nilai D1 dan D2 ... 29

Gambar 3.4 Grafik untuk menentukan panjang lantai peredam energi ... 30

Gambar 3.5 Dimensi peredam energi tipe USBR II ... 32

Gambar 3.6 Dimensi peredam energi tipe USBR II pada laboratorium ... 33

Gambar 3.7 Diagram alir ... 35

Gambar 4.1 Grafik hubungan Q Thompson dan ∆h ... 40

Gambar 4.2 Model desain awal ... 41

Gambar 4.3 Profil aliran dan penggerusan pada model awal debit 100% ... 43

(6)

xiv Universitas Kristen Maranatha Gambar 4.5 Profil aliran dan penggerusan pada perubahan model

desain ke -1 debit 100% ... 46 Gambar 4.6 Profil aliran dan penggerusan pada perubahan model

desain ke -1 debit 30% ... 50 Gambar 4.8 Perubahan model desain ke -2 ... 51 Gambar 4.9 Profil aliran dan penggerusan pada perubahan model

(7)

xv Universitas Kristen Maranatha

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Pembacaan meteran taraf di Thompson, Hulu,

dan Hilir Bendung ... 27

Tabel 4.1 Lengkung debit ... 39

Tabel 4.2 Perubahan model dan hasil penggerusan ... 58

Tabel 4.3 Kalibrasi Erlenmeyer ... 60

Tabel 4.4 Berat Jenis Butir ... 61

(8)

xvi Universitas Kristen Maranatha

DAFTAR NOTASI

∆h Beda elevasi akhir dan awal pada bacaan Thompson (m) A Luas penampang basah saluran (m2)

CC Koefisien gradasi

CU Koefisien keseragaman

D1 Tinggi air tegak lurus terhadap bidang miring bendung (m) D2 Tinggi maksimun antara pasir dengan muka air di hilir (m) g percepatan gravitasi (m/dt2)

GS Berat jenis (Specific Gravity) dari tanah pada suhu ToC GT Berat jenis (Specific Gravity) dari air pada suhu ToC h1 Tinggi blok luncur (cm)

h2 Tinggi gerigi (cm)

L Panjang lantai peredam energi (m) Q Debit aliran (m3/dt)

s1 Jarak antar blok luncur (cm) s2 Jarak antar gerigi (cm)

v Kecepatan Aliran (m/dt)

W1 Berat Erlenmeyer + aquades + tanah pada suhu ToC (gram) w1 Lebar blok luncur (cm)

W2 Berat Erlenmeyer + aquades pada suhu ToC (gram)

w2 Lebar gerigi (cm)

WP Berat Erlenmeyer (gram)

WS Berat butir tanah (gram)

WS Berat Tanah Kering (gram)

WW Berat air (gram)

WW1 Berat air yang ada dalam Erlenmeyer pada waktu percobaan (gram)

(9)

xvii Universitas Kristen Maranatha

DAFTAR LAMPIRAN

(10)

Universitas Kristen Maranatha

SURAT KETERANGAN TUGAS AKHIR

Sesuai dengan persetujuan dari Ketua Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha, melalui surat No. 1310/TA/FTS/UKM/II/2012 tanggal 22 Februari 2012, dengan ini saya selaku Pembimbing Tugas Akhir memberikan tugas kepada:

Nama : Andrea Aditya

NRP : 0821050

untuk membuat Tugas Akhir bidang Struktur dengan judul:

STUDI PERENCANAAN HIDRAULIK PEREDAM ENERGI TIPE USBR II DENGAN METODE UJI FISIK MODEL DUA DIMENSI

Pokok pembahasan Tugas Akhir adalah sebagai berikut: 1. Pendahuluan

2. Tinjauan Literatur

3. Studi Kasus dan Pembahasan 4. Kesimpulan dan Saran

Hal-hal lain yang dianggap perlu dapat disertakan untuk melengkapi penulisan Tugas Akhir ini.

Bandung, 10 Agustus 2012

(11)

SURAT KETERANGAN SELESAI TUGAS AKHIR

Yang bertanda tangan di bawah ini selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir dari mahasiswa:

Nama : Andre Aditya

NRP : 0821050

Menyatakan bahwa Tugas Akhir dari mahasiswa tersebut diatas dengan judul:

STUDI PERENCANAAN HIDRAULIK PEREDAM ENERGI TIPE USBR II DENGAN METODE UJI FISIK MODEL DUA DIMENSI

dinyatakan selesai dan dapat diajukan pada Ujian Sidang Tugas Akhir (USTA).

Bandung, 10 Agustus 2012

(12)

LAMPIRAN I

Tabel 1 Specific Gravity of Water

0

C 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0 0,9999 0,9999 1,0000 1,0000 1,0000 1,0000 1,0000 0,9999 0,9999 0,9999

10 0,9997 0,9996 0,9995 0,9994 0,9993 0,9991 0,9990 0,9988 0,9986 0,9984

20 0,9982 0,9980 0,9978 0,9976 0,9973 0,9971 0,9968 0,9965 0,9963 0,9960

30 0,9957 0,9954 0,9951 0,9947 0,9944 0,9941 0,9937 0,9934 0,9930 0,9926

40 0,9922 0,9919 0,9915 0,9911 0,9907 0,9902 0,9898 0,9894 0,9890 0,9885

50 0,9881 0,9876 0,9872 0,9867 0,9862 0,9857 0,9852 0,9848 0,9842 0,9838

60 0,9832 0,9827 0,9822 0,9817 0,9811 0,9806 0,9800 0,9795 0,9789 0,9784

70 0,9778 0,9772 0,9767 0,9761 0,9755 0,9749 0,9743 0,9737 0,9731 0,9724

80 0,9718 0,9712 0,9606 0,9699 0,9693 0,9686 0,9680 0,9673 0,9667 0,9660

(13)

LAMPIRAN II

Tabel Specific Gravity (Bowles, 1996)

Soil Gs

Gravel 2,65 – 2,68

Sand 2,65 – 2,68

Silt, inorganic 2,62 – 2,68

Clay, organic 2,58 – 2,65

(14)

LAMPIRAN III

(15)

1 Universitas Kristen Maranatha

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Di era pembangunan ini khususnya di Indonesia, telah dibangun beratus – ratus bangunan air utama atau bendung. Bendung merupakan prasarana keairan yang berfungsi untuk meninggikan taraf muka air. Dalam perencanaan bangunan air utama atau bendung, umumnya hanya ditinjau dari segi keamanan terhadap faktor alam yang terjadi disekitarnya saja, kurang memperhatikan keamanan akibat pengaruh bangunan terhadap perubahan morfologi sungai jauh di hulu dan hilir bangunan serta pengaruh perubahan lingkungan.

Sebagian besar kerusakan bendung di Indonesia disebabkan oleh penggerusan lokal (local scouring) yang terjadi terus – menerus di hilir bendung. Penggerusan ini disebabkan oleh energi potensial yang cukup besar karena adanya perbedaan elevasi muka air di hulu dan hilir bendung. Penggerusan lokal yang terjadi di hilir bendung disebabkan oleh tingginya permukaan air akibat pembendungan. Untuk mencegah penggerusan yang terlalu dalam, maka kita melakukan penambahan komponen yaitu dengan memasang peredam energi di hilir bendung.

Pada bendung, aliran air akan mengalami loncatan hidraulis dimana loncatan hidraulis akan dipakai sebagai peredam energi bendung untuk mencegah penggerusan pada bagian hilir bendung. Loncatan hidraulis pun berguna untuk menaikkan kembali tinggi energi atau permukaan air pada daerah hilir saluran pengukur dan menjaga agar permukaan air saluran tetap tinggi.

(16)

2 Universitas Kristen Maranatha tegak. Peredam energi pada bendung yang akan dibahas pada Tugas Akhir ini adalah peredam energi tipe USBR II.

1.2 Maksud dan Tujuan Penelitian

 Maksud dari penelitian ini adalah untuk mengetahui desain peredam energi tipe USBR II yang paling efektif.

 Sedangkan tujuan dari penelitian ini adalah agar diperoleh penggerusan di hilir bendung sedangkal mungkin yaitu kurang dari 1 cm.

1.3 Ruang Lingkup Penelitian

Uji model fisik dilakukan di Saluran Terbuka Laboratorium Hidraulika dan Mekanika Fluida, Jurusan Teknik Sipil Universitas Kristen Maranatha dengan model peredam energi tipe USBR II, dimana data perencanaan energi diperoleh dari hasil perhitungan desain peredam energi tipe USBR II.

Dalam hal ini uji fisik dibatasi oleh :

1. Ukuran saluran terbuka, yaitu panjang 8 meter, tinggi 0,64 meter, lebar 1 meter

2. Ukuran hidraulik bendung terdiri dari : tinggi bendung 16 cm , jari – jari mercu / radius 5 cm , kemiringan bidang hilir 1 : 1.

3. Pasir yang digunakan pada saluran hilir adalah pasir pasang yang berasal dari Garut.

(17)

1.4. Sistematika Penelitian

Sistematika pembahasan yang digunakan pada penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:

BAB I Pendahuluan

Membahas mengenai latar belakang masalah, maksud dan tujuan penelitian, ruang lingkup bahasan, serta sistematika pembahasan .

BAB II Tinjauan Literatur

Merupakan tinjauan literatur mengenai bendung, peredam energi, macam – macam peredam energi, prinsip pemecahan energi, desain dan rumus – rumus peredam energi USBR II, dan klasifikasi tanah.

BAB III Penyajian Data Kasus

Berisi deskripsi model peredam energi tipe USBR II, data desain model peredam USBR II, dan prosedur kerja.

BAB IV Analisis Data

Berisi analisis percobaan lengkung debit, analisis penggerusan di hilir bendung, analisis karakteristik pasir.

BAB V Simpulan dan Saran

(18)

BAB V

SIMPULAN DAN SARAN

5.1 Simpulan

Setelah melakukan percobaan dan menganalisis data, maka diperoleh hasil- hasil sebagai berikut :

1. Pada pemodelan desain awal peredam energi tipe USBR II dengan dimensi panjang lantai peredam 30 cm, tinggi blok luncur 4 cm, lebar blok luncur 4 cm, jarak antar blok luncur 4 cm, tinggi gerigi 2 cm , jarak antar gerigi 1,5 cm, dan tebal gerigi 0,5 cm. Dialirkan air yang mendekati debit 100% (QThompson = 0,03873 m3/dt), penggerusan terdalam yang terjadi adalah -3,2 cm dengan datum ± 0,00 endsill terendah yang berarti hasil penggerusan cukup dalam.

2. Dilakukan perubahan ke -1, dimana perubahan yang dilakukan dengan member rip-rap Ø ≤ 0,5 cm, panjang rip-rap 10 cm, kedalaman 5 cm dan kemiringan 1 : 10. Dialiri air yang mendekati debit 100% (QThompson = 0,03939 m3/dt), penggerusan terdalam yang terjadi adalah -1,5 cm dengan datum ± 0,00 endsill terendah yang berarti hasil sedikit lebih baik dari model awal, namun masih bisa dikatakan kurang dangkal.

(19)

70 Universitas Kristen Maranatha 4. Dari perubahan-perubahan yang ada, hasil penggerusan terdangkal yang

didapat adalah -0,4 cm dengan debit 100% (QThompson = 0,03894 m3/dt) dengan datum ± 0,00 endsill terendah. Hal ini menunjukkan bahwa peredam energi USBR II dengan perubahan ke -2 dinilai efektif.

5. Dari data-data hasil percobaan Grain Size Analysis (Analisis Ukuran Butir), dengan nilai CU = 26,22 dan CC = 4,6, dapat disimpulkan bahwa tanah yang diuji berdasarkan tabel klasifikasi tanah dengan sistem klasifikasi ASTM D 2487, termasuk kedalam klasifikasi tanah dengan simbol SP-SM (Pasir Bergradasi Buruk dengan Lanau) dengan nilai Gs sebesar 2,65.

5.2 Saran

(20)

DAFTAR PUSTAKA

1. Chow, Ven Te, Ph.D (1997), Hidraulika Saluran Terbuka (Open – Channel Hydrolics), University of Illinois, ahli bahasa Ir.E.V. Nensi Rosalina, M.Eng.,

Penerbit Erlangga.

2. Das, Braja M.(1985), Mekanika Tanah - Prinsip-Prinsip Rekayasa Geoteknis, Jilid 1 & 2, Terjemahan Noor Endah Mochtar, Ir., M.Sc., Ph.D,

dan Indra Surya B Mochtar, Ir., M.Sc., Ph.D. Principle of Geotecnical Engineering, Penerbit Erlangga, Jakarta.

3. Departemen Pekerjaan Umum Direktorat Jendral Pengairan.(1986), Standar Perencanaan Irigasi (Kriteria Perencanaan Bagian Bangunan Utama

KP-02), Penerbit CV.Galang Persada, Bandung

4. Departemen Pekerjaan Umum Direktorat Jendral Pengairan.(1986), Standar Perencanaan Irigasi (Kriteria Perencanaan Bagian Bangunan Utama

KP-04), Penerbit CV.Galang Persada, Bandung.

5. Departemen Pekerjaan Umum.(1990), Tata Cara Perencanaan Umum Bendung, Penerbit Yayasan Badan Penerbit PU, Jakarta.