V - 1
BAB V
PERENCANAAN KONSTRUKSI
5.1 Tinjauan Umum
Ciniru berfungsi menampung air yang nantinya akan digunakan untuk keperluan irigasi dan memenuhi kebutuhan air baku untuk masyarakat. Dalam perencanaan ini dibatasi pada perancangan tubuh , analisis stabilitas, dan bangunan pelengkap, yang meliputi bangunan pelimpah, bangunan pengelak, bangunan penyadap.
5.2 Dimensi
Perhitungan dimensi meliputi penentuan kemiringan lereng, tinggi, dan lebar puncak .
5.2.1 Kemiringan Lereng Urugan ( Slope Gradient )
Kemiringan lereng ditentukan sedemikian rupa agar stabil terhadap longsoran. Karena tubuh direncanakan menggunakan urugan tanah pilihan maka diperoleh kemiringan lereng (vertikal : horizontal) sebelah hulu 1 : 3 dan sebelah hilir 1: 2,25.
5.2.2 Tinggi Puncak
Tinggi puncak merupakan hasil penjumlahan antara tinggi dengan tinggi jagaan. Berdasarkan hasil perhitungan flood routing didapat elevasi muka air normal (MAN) adalah + 229,210 m, elevasi muka air banjir (MAB) yang terjadi + 231,210 m. Sedangkan elevasi dasar kolam + 190,00 m.
V - 2 Kedalaman Pondasi Tinggi Tanah Dasar Tinggi M.A. Normal
Tinggi M.A Banjir
Tinggi Jagaan
Gambar 5.1 Dimensi
Tinggi jagaan adalah jarak bebas antara mercu dengan permukaan air maksimum rencana. Tinggi jagaan dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan sebagai berikut :
Hf ≥ h∆ + (hw atau 2 e h ) + ha + hi Hf ≥hw + 2 e h + ha + hi
Tinggi jagaan dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain :
1. Tinggi kenaikan permukaan air yang disebabkan oleh banjir abnormal ( h∆ ) dihitung berdasarkan Persamaan sebagai berikut :
T Q h A h Q Q h × × + × = ∆ 1 . . 3 2 α 0
Untuk perhitungan digunakan data-data sebagai berikut :
Qo = 244,2 m³/dt Q = 244,4 m³/dt h = 5,8 m A = 1,287 km2 T = 2 jam h ∆ = 2 4 , 244 8 , 5 287 , 1 1 8 , 5 . 4 , 244 2 . 244 2 , 0 . 3 2 × × + × h ∆ = 0,76 m
V - 3 2. Tinggi jangkauan ombak yang disebabkan oleh angin (hw)
Tinggi jangkauan ombak yang disebabkan oleh angin sangat dipengaruhi oleh panjangnya lintasan ombak (F) dan kecepatan angin di atas permukaan air . Panjang lintasan ombak yang dipakai adalah Feff sebesar 410m (Gambar 5.2). Sedangkan kecepatan angin (maksimal) di atas permukaan air diambil dari data di stasiun Ciniru yaitu 20 m/dtk. Perhitungan tinggi ombak (hw) ini menggunakan grafik metode SMB (Gambar 5.2) yang dikombinasikan dengan metode Saville. Dengan kemiringan hulu 1:3 tinggi jangkauan ombak (hw) yang didapat adalah 0,39 m .
Gambar 5.2 Grafik Perhitungan Metode SMB (Sosrodarsono, 1989)
3. Tinggi ombak yang disebabkan oleh gempa (he) Digunakan data-data pada tabel berikut :
V - 4 Tabel 5.1 Koefisien Gempa (DHV Consultant, 1991)
Zone Koefisien (Z) Keterangan A B C D E F 1,90-2,00 1,60-1,90 1,20-1,60 0,80-1,20 0,40-0,80 0,20-0,40 Kuningan
Tabel 5.2 Percepatan Dasar Gempa (DHV Consultant, 1991)
Periode Ulang (tahun) Percepatan dasar gempa (Ac) (cm/dt²) 10 20 50 100 200 500 1000 5000 10000 98,42 119,62 151,72 181,21 215,81 271,35 322,35 482,80 564,54
Tabel 5.3 Faktor Koreksi (DHV Consultant, 1991)
Tipe Batuan Faktor (V) Rock Foundation
Diluvium (Rock Fill Dam) Aluvium Soft Aluvium 0,9 1,0 1,1 1,2
Dari data pada tabel-tabel di atas, maka dapat ditentukan harga yang akan digunakan yaitu:
(1). Koefisien gempa (z) = 0,80
(2). Percepatan dasar gempa (Ac) = 181,21 cm/dt² (3). Faktor koreksi (V) = 1,1
V - 5 (4). Percepatan grafitasi ( g ) = 981 cm/dt²
Gambar. 5.3 Pembagian Zone Gempa di Indonesia (SNI Gempa 2002)
Perhitungan intensitas seismis horisontal, dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut : e = g V Ac z. . e = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ 981 1 . 21 , 181 . 8 , 0 e = 0,15
Besarnya tinggi ombak yang diakibatkan oleh gempa (he) dihitung menggunakan Persamaan berikut :
0 . . = g h π τ e he di mana :
e = Intensitas seismis horizontal
V - 6
h0 = Kedalaman air di dalam (m) = elv.M.A.B – elv.dasar kolam = + 231,21 - (+ 190,00) = 41,21 m h e = 9,81.41,21 14 , 3 1 . 15 , 0 = 0,94 m
Jadi tinggi puncak ombak di atas permukaan air rata-rata 2
e
h
= 0,47 m.
4. Kenaikan permukaan air yang disebabkan oleh ketidaknormalan operasi pintu bangunan (ha) diambil = 0,5 m (Sosrodarsono, 1989)
5. Angka tambahan tinggi jagaan yang didasarkan pada tipe (hi). Mengingat limpasan melalui mercu urugan sangat riskan maka untuk tipe ini angka tambahan tinggi jagaan (hi) ditentukan sebesar (hi = 0.5 m).
Berdasarkan data perhitungan tersebut di atas di mana :
h ∆ 0,76 m hw 0,39 m 2 e h 0,47 m ha 0,5 m hi 0.5 m
Maka tinggi jagaan dapat ditentukan , yang hasilnya adalah sebagai berikut : Hf = 0,39 + 0,47 + 0,5 + 0,5 = 1,86 m Hf = 0,76 + 0,39 + 0,5 + 0,5 = 2.15 m Hf = 0,76 + 0,47 + 0,5 + 0,5 = 2.23 m
V - 7 Dari ketiga alternatif tinggi jagaan tersebut diambil tinggi jagaan 3,80 m (menyesuaikan elevasi garis kontur pada sisi kanan dan sisi kiri ).
Tinggi puncak = tinggi + tinggi jagaan = 41,21+ 3,80 = 45,01m. Jadi elevasi puncak = 190,00 + 45,01 m, elevasi puncak + 235,01 m....+ 235,000 m.
Tinggi Jagaan Ah hw he hQ hi Main Dam +235,000 231,210 MAB i
Gambar. 5.4. Tinggi Jagaan (free board)
5.2.3 Lebar Mercu
Lebar mercu minimum dihitung berdasarkan persamaan sebagai berikut :
B = 3,6 H1/3 – 3,0 di mana :
H = Tinggi ( 45,00 m ) Maka : B = 3,6 (45,00)1/3 – 3,0
= 10,083 m ≈ 14,000 m
Karena digunakan tipe urugan, maka untuk memberikan rasa aman terhadap kestabilan terhadap longsornya lapisan kedap air lebar diambil 14 m.
Konstruksi Tubuh
Untuk melindungi permukaan lereng dari ombak serta penurunan air mendadak, permukaan lereng dilapisi dengan hamparan batu pelindung (rip-rap). Sedangkan untuk lereng sebelah hilir dihamparkan gebalan rumput, untuk melindungi lereng terhadap erosi.
Dari perencanaan tubuh diatas dapat digambarkan sket tubuh seperti gambar dibawah ini. Untuk lebih lengkapnya dapat dilihat pada lampiran gambar perencanaan.
V - 8
14,00
5,00
URUGAN TANAH HOMOGEN rip rap filler kasar filler halus rip rap filler kasar filler halus 19,00 45,00 3 1 3 1 2,25 1 COFFERDAM +190,00 +235,00 +209,00
Gambar. 5.5. Konstruksi tubuh Bendungan
5.3 Perhitungan Stabilitas Tubuh
5.3.1 Stabilitas Lereng Terhadap Aliran Filtrasi
Stabilitas lereng terhadap rembesan ditinjau dengan cara sebagai berikut :
1. Formasi garis depresi tubuh bendung kondisi tanpa menggunakan chimney diketahui : h = 41,21 m (kondisi FSL) hwdk = 45,00 m l1 = 140,38 m l2 = 126,62 m α = 24º d = 0,333.l1+l2 = (0,333 x 140,38) + 126,62 = 173,37 m
Dengan persamaan ini, maka :
d d h Y 2 2 -0 = + = (41,21) (173,37) (173,37) 2 2+ − = 4,83 m
Parabola bentuk dasar dapat diperoleh dengan Persamaan :
2 0 0. + 2 = y x y y = 2.4,83x+4,832
Dan diperoleh koordinat parabola sebagai berikut :
x -2,41 0 5 10 15 20 25 30 y 0 4.83 8.46 10.95 12.97 14.71 16.27 17.69 x 35 40 45 50 55 60 65 70 y 19.01 20.24 21.40 22.50 23.55 24.55 25.52 26.45
V - 9 Untuk α kurang dari 300, harga
a = 2 2 sin -cos -cos ⎟⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ α α α h d d
Berdasarkan Persamaan ini, maka dapat ditentukan nilai :
α cos -1 0 y a+∆a= = 086 , 0 83 , 4 = 56.16 m (A-C) a = 2 2 sin -cos -cos ⎟⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ α α α h d d = 2 2 24 sin 21 , 41 -24 cos 37 , 173 -24 cos 37 , 173 ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ o o o = 29,31 m
Sehingga didapat nilai : a = 29,31 m jarak (A-C)
∆a = 56,16 – 29,31 = 26,85 m jarak (C0-C)
Dari hasil perhitungan didapat garis depresi aliran yang keluar melalui lereng hilir sehingga tidak aman terhadap bangunan untuk itu perlu digunakan drainase kaki maupun drainase alas
V - 10 14,0 m 4,2 m URUGAN TANAH 19 ,0 0 45 ,00 3 1 2,5 1 2,25 1 COFFERDAM +190,0 m +235,0 m +209,0 m 140,38 m 231, 210 24° 42,1 m 126,62 m +231,2 m 173,3 m 29,3 m 26,8 m 4,8 m A Co C
V - 11 2. Formasi garis depresi tubuh bendung kondisi dengan menggunakan drainase
kaki diketahui : h = 41,21 m (kondisi FSL) hwdk = 45,00 m l1 = 140,38 m l2 = 111,62 m α = 135º d = 0,333.l1+ = (0,333 x 140,38) + 111,62 = 158,36 m l2
Dengan persamaan ini, maka :
d d h Y 2 2 - 0 = + = (41,21) (158,36) -
(
158,36)
2 2+ = 5,27 mParabola bentuk dasar dapat diperoleh dengan Persamaan:
2 0 0. + 2 = y x y y = 2.5,27x+5,272
Dan diperoleh koordinat parabola sebagai berikut :
x -2.63 0 5 10 15 20 25 30 y 0 5.27 8.46 10.95 12.97 14.71 16.27 17.65 x 35 40 45 50 55 60 65 70 y 19.01 20.24 21.40 22.50 23.55 24.55 25.51 26.45 Untuk α = 1350, harga a = 2 1 ( h2+d2 −d)
Berdasarkan Persamaan ini, maka dapat ditentukan nilai :
α cos 1 0 + = ∆ + y a a = 707 , 0 1 27 , 5 + = 3,09 m a = 2 1 ( 41,212+158,362- 158.36) = 2,64 m ∆a = 3,09 m – 2,64 m = 0,45 m
V - 12
14,0 m
5,0 m
URUGAN TANAH PILIHAN
19,0 m 45, 0 m 3 1 3 1 2,25 1 COFFERDAM +190,0 m +235,0 m +209,0 m 140,4 m 41, 1 m 111,6 m 42,1 m 135° 15,0 m 158,3 m
V - 13 3. Jaringan Trayektori aliran filtrasi (seepage flow-net)
Kapasitas aliran filtrasi asumsi Kh = Kv
Dengan menggunakan Persamaan ini, dihitung jaringan trayektori aliran sebagai berikut : L H k N N Q e f f = × × ×
Dari data yang ada di dapat :
Nf = 3 (asumsi)
Ne = 29 (asumsi)
k = 5 x 10-6 cm/dtk= 5 x 10-8 m/dtk (asumsi) H = 45,00 m
L = 267,00 m
Maka debit aliran filtrasi adalah sebagai berikut :
Q = 5 10* 8 45 267 29 3 × x − × × = 6,21 x 10-5 m³/dtk = 6,21 x 10-5 .60.60.24 = 5,37 m³/hari 1 : 3 1 : 2.25 M.A.B +231,2 m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 +235,0 m +190,0 m 27 28 29
V - 14 Kecepatan aliran keluar ke atas permukaan lereng hilir yang komponen vertikalnya dapat mengakibatkan terjadinya perpindahan butiran-butiran bahan , kecepatannya dibatasi dengan dihitung menggunakan Persamaan sebagai berikut :
γ × × = F g w c 1 di mana : c = Kecepatan kritis (m/dtk)
w1 = Berat butiran bahan dalam air = 0,92 ton/m³
g = Percepatan gravitasi = 9,81 m/dtk²
F = Luas permukaan yang menampung aliran filtrasi
= 137,6 m x 1 m = 137,6 m² (untuk per satuan meter panjang bidang) maka : c = 1 . 6 , 137 8 , 9 . 92 , 0 = 0,256 m/dtk
Kecepatan rembesan yang terjadi pada dihitung menggunakan Persamaan ini, yaitu : V = k . i = l h k. 2 di mana : k = Koefisien filtrasi = 5 x 10-8 m/dtk i = Gradien debit
h2 = Tekanan air rata-rata = 45 m
l = Panjang rata-rata berkas elemen aliran filtrasi pada bidang keluarnya aliran =
167,22 m V = 22 , 167 00 , 45 . 10
V - 15 5.3.2 Stabilitas Lereng Terhadap Longsor
Stabilitas lereng ditinjau dalam tiga keadaan, yaitu pada saat muka air mencapai elevasi penuh, baru selesai dibangun dan belum dialiri air. Perhitungan ini menggunakan metode PLAXIS V.7.1 dan irisan bidang glincir bundar sebagai pembanding antara perhitungan sistem komputasi dan manual.
5.3.2.1 Metode irisan bidang gelincir bundar. Data Teknis
Tinggi Puncak = 45,00 m Elevasi Air = + 231,21 m (FSL)
Lebar Mercu = 14,00 m Tinggi Air = 41,21 m Kemiringan Hulu = 1 : 3 Kemiringan Hilir = 1 : 2,25
Tabel 5.4 Kondisi Perencanaan Teknis Material Urugan Sebagai Dasar Perhitungan
Zone tubuh Kekuatan Geser γ timbunan dalam beberapa kondisi Intensitas beban seismis horizontal C (t/m³) θ Basah (t/m3) Jenuh (t/m3) Air (t/m3) Terendam
Zone kedap air 11.25 30 1,86 2,4 1,000 1,11 0,12 Untuk perhitungan kestabilan terhadap longsor digunakan Persamaan :
(
)
{
}
(
)
∑
∑
. - - tan Te T Ne U N l C Fs + + = φ ≥ 1,2V - 16
V - 17
Tabel 5.5 Perhitungan Metode Irisan Bidang Glincir Pada Kondisi Baru Selesai Dibangun Bagian Hulu
(
)
e e s T T φ tg N U N Cl F + . + = > 1,2 287 , 535 321 , 1271 534 , 2488 966 , 1678 + + = s F = 2,306 > Fs Syarat = 1,2 ……….aman !!! deg rad 111.006 3.143 77 30 0.524Irisan A (m^2) γ W (t/m) α α rad sin α cos α T = W * Te = N = W* e Ne = h γw u = sudut l U = U = tan θ (N-Ne-U)* C C.L sin α e*W cos α cos α e.W sin α h*γw pias u*l ul/cos α tan θ
1 20.756 1.860 38.606 -18.5 -0.323 -0.317 0.948 -12.255 4.393 36.610 0.12 -1.471 0.000 1.000 0.000 8.0 15.506 0.000 0.000 0.578 21.996 2 176.591 1.860 328.459 -13.5 -0.236 -0.234 0.972 -76.708 38.325 319.377 0.12 -9.205 0.000 1.000 0.000 11.0 21.320 0.000 0.000 0.578 189.799 3 327.401 1.860 608.966 -4.5 -0.079 -0.078 0.997 -47.798 72.850 607.087 0.12 -5.736 0.000 1.000 0.000 11.0 21.320 0.000 0.000 0.578 353.986 4 427.910 1.860 795.913 4.5 0.079 0.078 0.997 62.472 95.215 793.457 0.12 7.497 0.000 1.000 0.000 11.0 21.320 0.000 0.000 0.578 453.995 5 468.302 1.860 871.042 13.5 0.236 0.234 0.972 203.421 101.635 846.955 0.12 24.411 0.000 1.000 0.000 11.0 21.320 0.000 0.000 0.578 475.128 6 447.383 1.860 832.132 22.5 0.393 0.383 0.924 318.565 92.249 768.740 0.12 38.228 0.000 1.000 0.000 11.0 21.320 0.000 0.000 0.578 421.967 7 372.703 1.860 693.228 31.5 0.550 0.523 0.853 362.341 70.919 590.994 0.12 43.481 0.000 1.000 0.000 11.0 21.320 0.000 0.000 0.578 316.260 8 259.445 1.860 482.568 40.5 0.707 0.650 0.760 313.507 44.023 366.858 0.12 37.621 0.000 1.000 0.000 11.0 21.320 0.000 0.000 0.578 190.178 9 106.048 1.860 197.249 48.5 0.847 0.749 0.662 147.775 15.678 130.651 0.12 17.733 0.000 1.000 0.000 11.0 21.320 0.000 0.000 0.578 65.225 1271.321 535.287 4460.728 152.558 96 186.067 0.000 2488.534 Jumlah r π α θ 11. 25 1678. 966
V - 18 o
V - 19
Tabel 5.6 Perhitungan Metode Irisan Bidang Glincir Pada Kondisi Baru Selesai Dibangun Bagian Hilir
(
)
e e s T T tg N U N Cl F + + = - - . φ > 1,2 03 , 393 778 , 1213 76 , 1807 80 , 1418 + + = s F = 2,008 > Fs Syarat = 1,2 ……….aman !!! deg rad 87.02 3.14 83 30 0.52Irisan A (m^2) γ W (t/m) α α rad sin α cos α T = W * Te = N = W* e Ne = h γw u = sudut l U = U = tan θ (N-Ne-U)* C C.L sin α e*W cos α cos α e.W sin α h*γw pias u*l ul/cos α tan θ
1 38.15 1.86 70.96 -16.50 -0.29 -0.28 0.96 -20.16 8.16 68.03 0.12 -2.42 0.00 1.00 0.00 7.00 10.64 0.00 0.00 0.58 40.69 2 259.27 1.86 482.25 -6.50 -0.11 -0.11 0.99 -54.61 57.50 479.15 0.12 -6.55 0.00 1.00 0.00 13.00 19.75 0.00 0.00 0.58 280.56 3 429.60 1.86 799.05 6.50 0.11 0.11 0.99 90.49 95.27 793.91 0.12 10.86 0.00 1.00 0.00 13.00 19.75 0.00 0.00 0.58 452.32 4 483.62 1.86 899.53 19.50 0.34 0.33 0.94 300.39 101.75 847.89 0.12 36.05 0.00 1.00 0.00 13.00 19.75 0.00 0.00 0.58 468.95 5 420.82 1.86 782.72 32.50 0.57 0.54 0.84 420.70 79.20 660.04 0.12 50.48 0.00 1.00 0.00 13.00 19.75 0.00 0.00 0.58 352.10 6 273.47 1.86 508.64 45.50 0.79 0.71 0.70 362.91 42.77 356.40 0.12 43.55 0.00 1.00 0.00 13.00 19.75 0.00 0.00 0.58 180.71 7 71.91 1.86 133.75 58.50 1.02 0.85 0.52 114.07 8.38 69.83 0.12 13.69 0.00 1.00 0.00 13.00 19.75 0.00 0.00 0.58 32.43 1213.78 393.03 3275.26 145.65 85.00 129.15 0.00 1807.76 Jumlah r π θ 11 .2 5 14 18. 80 α
V - 20
V - 21
Tabel 5.7 Perhitungan Metode Irisan Bidang Glincir Pada Kondisi Air Penuh Bagian Hulu
(
)
e e s T T tg N U N Cl F + + = - - . φ > 1,2 98 . 921 85 . 1512 06 . 144 07 . 4012 + + = s F = 1,707 > Fs Syarat = 1,2 ……….aman !!! deg rad 111.01 3.14 77 30 0.52Irisan A (m^2) γ W (t/m) α α rad sin α cos α T = W * Te = N = W* e Ne = h γw u = sudut l U = U = tan θ (N-Ne-U)* C C.L sin α e*W cos α cos α e.W sin α h*γw pias u*l ul/cos α tan θ
270.90 1.00 270.90 -20.0 -0.35 -0.34 0.94 -92.69 30.55 254.55 0.12 -11.123 0.00 1.00 0.00 8.0 15.51 0.00 0.00 0.58 153.46 20.76 2.40 49.81 -20.0 -0.35 -0.34 0.94 -17.04 5.62 46.81 0.12 -2.045 5.33 1.00 5.33 11.0 21.32 113.64 120.94 0.58 -41.64 531.99 1.00 531.99 -13.5 -0.24 -0.23 0.97 -124.24 62.07 517.28 0.12 -14.909 0.00 1.00 0.00 11.0 21.32 0.00 0.00 0.58 307.41 176.59 2.40 423.82 -13.5 -0.24 -0.23 0.97 -98.98 49.45 412.10 0.12 -11.877 15.05 1.00 15.05 11.0 21.32 320.87 329.99 0.58 54.29 446.14 1.00 446.14 -4.5 -0.08 -0.08 1.00 -35.02 53.37 444.76 0.12 -4.202 0.00 1.00 0.00 11.0 21.32 0.00 0.00 0.58 259.34 327.40 2.40 785.76 -4.5 -0.08 -0.08 1.00 -61.67 94.00 783.34 0.12 -7.401 22.20 1.00 22.20 11.0 21.32 473.31 474.77 0.58 182.51 345.63 1.00 345.63 4.5 0.08 0.08 1.00 27.13 41.35 344.56 0.12 3.255 0.00 1.00 0.00 11.0 21.32 0.00 0.00 0.58 197.15 427.91 2.40 1026.98 4.5 0.08 0.08 1.00 80.61 122.86 1023.82 0.12 9.673 26.62 1.00 26.62 11.0 21.32 567.54 569.30 0.58 256.95 240.28 1.00 240.28 13.5 0.24 0.23 0.97 56.11 28.04 233.64 0.12 6.734 0.00 1.00 0.00 11.0 21.32 0.00 0.00 0.58 131.07 468.30 2.40 1123.92 13.5 0.24 0.23 0.97 262.48 131.14 1092.84 0.12 31.497 28.20 1.00 28.20 11.0 21.32 601.23 618.33 0.58 255.90 139.70 1.00 139.70 22.5 0.39 0.38 0.92 53.48 15.49 129.06 0.12 6.418 0.00 1.00 0.00 11.0 21.32 0.00 0.00 0.58 70.84 447.38 2.40 1073.72 22.5 0.39 0.38 0.92 411.05 119.03 991.92 0.12 49.326 26.90 1.00 26.90 11.0 21.32 573.51 620.81 0.58 185.88 52.33 1.00 52.33 31.5 0.55 0.52 0.85 27.35 5.35 44.61 0.12 3.282 0.00 1.00 0.00 11.0 21.32 0.00 0.00 0.58 23.87 372.70 2.40 894.49 31.5 0.55 0.52 0.85 467.54 91.51 762.57 0.12 56.104 22.75 1.00 22.75 11.0 21.32 485.03 568.94 0.58 79.44 1.65 1.00 1.65 40.5 0.71 0.65 0.76 1.07 0.15 1.25 0.12 0.128 0.00 1.00 0.00 11.0 21.32 0.00 0.00 0.58 0.65 259.44 2.40 622.66 40.5 0.71 0.65 0.76 404.52 56.80 473.36 0.12 48.542 15.48 1.00 15.48 11.0 21.32 330.04 434.13 0.58 -5.38 9 106.05 1.86 197.25 50 0.87 0.77 0.64 151.15 15.21 126.74 0.12 18.138 0.00 1.00 0.00 11.0 21.32 0.00 0.00 0.58 62.73 1512.85 921.98 7683.20 181.54 121 356.63 3030.67 144.06 r π θ 11 .2 5 Jumlah 1 α 8 2 3 4 5 6 7 40 12. 07
V - 22 o
V - 23
Tabel 5.8 Perhitungan Metode Irisan Bidang Glincir Pada Kondisi Air Penuh Bagian Hilir
(
)
e e s T T tg N U N Cl F + + = - - . φ > 1,2 70 . 504 05 , 1533 80 , 1405 80 , 1418 + + = s F = 1,386 > Fs Syarat = 1,2 ……….aman !!! deg rad C.L 87.02 3.143 83 30 0.52 1418.80Irisan A (m^2) γ W (t/m) α α rad sin α cos α T = W * Te = N = W* e Ne = h γw u = sudut l U = U = tan θ (N-Ne-U)* C sin α e*W cos α cos α e.W sin α h*γw pias u*l ul/cos α tan θ
1 38.15 2.40 91.56 -16.50 -0.29 -0.28 0.96 -26.01 10.53 87.78 0.12 -3.12 5.20 1.00 5.20 7.0 10.64 55.31 57.69 0.58 19.19 2 259.27 2.40 622.26 -6.50 -0.11 -0.11 0.99 -70.47 74.19 618.25 0.12 -8.46 14.17 1.00 14.17 13.0 19.75 279.90 281.71 0.58 199.28 3 429.60 2.40 1031.04 6.50 0.11 0.11 0.99 116.76 122.93 1024.40 0.12 14.01 18.66 1.00 18.66 13.0 19.75 368.59 370.98 0.58 369.35 4 483.62 2.40 1160.68 19.50 0.34 0.33 0.94 387.59 131.29 1094.06 0.12 46.51 18.46 1.00 18.46 13.0 19.75 364.64 386.85 0.58 381.64 5 420.82 2.40 1009.96 32.50 0.57 0.54 0.84 542.84 102.20 851.67 0.12 65.14 13.59 1.00 13.59 13.0 19.75 268.44 318.34 0.58 270.44 6 273.47 2.40 656.32 45.50 0.79 0.71 0.70 468.26 55.18 459.87 0.12 56.19 4.28 1.00 4.28 13.0 19.75 84.54 120.66 0.58 163.48 7 71.91 1.86 133.75 58.50 1.02 0.85 0.52 114.07 8.38 69.83 0.12 13.69 0.00 1.00 0.00 13.0 19.75 0.00 0.00 0.58 32.43 1533.05 504.70 4205.87 183.97 85 129.15 1421.43 1435.80 Jumlah r π θ 11. 25 α
V - 24 5.3.2.2 Metode Plaxis V.7.1.
Pada perhitungan stabilitas lereng dengan menggunakan irisan bidang
gelincir bundar didapat hasil yang kurang begitu akurat, karena hanya meninjau
pada tubuh bendungan. Sedangkan pada Plaxis V.7.1 yang notabene adalah
program analisa geoteknik, terutama untuk analisa stabilitas tanah dengan menggunakan metode elemen hingga yang mampu melakukan analisa yang dapat mendekati perilaku sebenarnya. Geometri tanah yang akan dianalisa memungkinkan untuk diinput dengan cukup teliti. Karena Plaxis dilengkapi fitur
– fitur khusus yang berhubungan dengan banyak aspek dari struktur geometri yang komplek.
Aplikasi geoteknik memerlukan model konstruksi tingkat lanjut untuk simulasi perilaku tanah yang tidak linear dan perilaku yang bergantung pada waktu. Disamping itu, material tanah adalah material yang multiphase. Untuk
analisa yang melibatkan keberadaan air tanah perlu diperhitungkan tekanan hidrostatis dalam tanah.
Selain itu Plaxis V.7.1 menyediakan berbagai analisa tentang displacement, tegangan-tegangan yang terjadi pada tanah, faktor keamanan dan
lain-lain. Untuk melakukan analisis struktur tubuh dan spillway pada perencanaan waduk, digunakan metode elemen hingga dengan kondisi plane strain (regangan bidang). Model plane strain digunakan dengan asumsi bahwa
sepanjang sumbu potongan melintang penampang dipandang relatif sama dan peralihan dalam arah tegak lurus potongan tersebut dianggap tidak terjadi.
Tabel 5.9 Parameter Desain Material untuk Tubuh Bendung
kedalaman jenis tanah tipe γ dry γ sat v E c φ ψ k ( KN/m³ ) ( KN/m³ ) ( KN/m² ) ( KN/m² ) ( º ) ( º ) ( m/hari ) timbunan Urugan tanah pilihan undrained 18 24 0,3 50000 11.25 30 0.05 0.05
0 - 3 m Pasir kelempungan undrained 12.28 16.11 0.24 20000 14.8 19.97 0.18 5.167E-03 3 - 6 m Lempung kepasiran undrained 11.85 16.04 0.27 2000 12.2 22.11 0.17 4,1E-03
V - 25 a. Tahap Awal Perhitungan Plaxis 7.1
Dalam perhitungan Plaxis 7.1 pertama –tama adalah input geometry, pada
tahap input dilakukan permodelan material tanah dan beban yang bekerja terhadap
tanah dengan menggunakan geometri line atau dengan menginput koordinat
dengan mengetikkan pada point on geometri line pada sisi bawah window. Kedua
adalah input materials , pada tahap ini Plaxis 7.1 telah menyediakan
jenis-jenis tanah secara umum. Untuk mendapatkan parameter tanah yang sesuai dengan penyelidikan tanah pada suatu bangunan kita dapat mengganti parameter-parameter pada material tanah yang ada, atau membuat baru suatu jenis tanah.
Setelah itu dilakukan meshing generation untuk membagi material tanah ke dalam elemen-elemen diskret yang berhingga, dengan menggunakan
toolbar . Kemudian baru dilakukan penetapan kondisi awal yaitu dengan klik . Penetapan kondisi awal adalah untuk menetapkan elevasi muka air tanah pada kondisi awal sebuah bangunan. Kondisi awal memiliki 2 mode, yaitu :
Mode 1 untuk pembangkitan tekanan air awal (water condition mode).
Mode 2 untuk menetapkan konfigurasi tekanan efektif awal (geometry configuration mode).
Setelah melalui tahap-tahap diatas, kemudian klik . Tahapan perhitungan selanjutnya adalah mengidentifikasikan, mendefinisikan , dan mengeksekusi tahapan fase-fase perhitungan untuk memperoleh output program
yang diinginkan dengan menekan toolbar untuk menuju PLAXIS CALCULATION V 7.1.
V - 26
Gambar 5.13 New Project pada Plaxis Input Gambar 5.14 Input
Geometry
Gambar 5.16 Generate Mesh Fine
b. Plaxis Calculations
Perhitungan stabilitas Ciniru dengan Plaxis 7.1 ditinjau pada kondisi-kondisi di bawah ini.
1. Kondisi tanah asli, kondisi dimana tegangan dan regangan awal akibat berat tanah sendiri
2. Kondisi awal, kondisi dimana terjadi tegangan dan regangan yang diakibatkan oleh beban sebelum diisi air
3. Kondisi terisi air, kondisi dimana terjadi tegangan dan regangan yang diakibatkan oleh beban dan beban air
V - 27 4. Kondisi rapid drawdown, kondisi dimana air tampungan turun secara
tiba-tiba, sehingga pada saat muka air tampungan turun, tapi air pada tubuh belum ikut turun
Gambar 5.17 Tampilan Plaxis Calculations dan Parameter yang Akan Diperhitungkan
c. Fase kondisi yang akan diperhitungkan
Yaitu fase dimana terjadi tegangan dan regangan yang diakibatkan oleh beban pada kondisi-kondisi yang akan diperhitungkan.
1. Fase tanah asli.
Dimana pada fase tersebut beban yang bekerja adalah berat sendiri tanah asli tanpa tubuh dan tekanan air pada tubuh .
Pengaturan pada fase ini adalah :
Number / ID = Nama fase
Calculation type = Plastic
Control Parameters = Delete intermediate steps Iterative procedure = Standard
Loading input = Stage construction Start from phase = fase sebelumnya
V - 28 Untuk perubahan pada kondisi-kondisi tertentu dilakukan dengan klik . Disini kita dapat mengaktifkan atau menonaktifkan suatu lapisan tanah, dan mengubah permukaan air pada tersebut.
2. Fase Konsolidasi
Yaitu fase dimana terjadi penurunan lapisan tanah akibat keluarnya
air pada lapisan tanah karena ada beban yang bekerja. Pengaturan pada fase ini adalah :
Number / ID = Nama fase
Calculation type = Consolidation Control Parameters = -
Iterative procedure = Standard
Loading input = Incremental multipliers
Start from phase = fase kondisi yang diperhitungkan
3. Fase perhitungan faktor keamanan (SF)
Yaitu fase akibat perhitungan beban dan takanan air yang bekerja. Pada perhitungan faktor keamanan (SF) digunakan metode Phi-c reduction. Phi-c reduction adalah option yang tersedia dalam Plaxis
untuk menghitung faktor keamanan (SF). Option ini hanya tersedia untuk
tipe perhitungan secara Plastic menggunakan Manual control atau
dengan prosedur Load advencement number of steps. Dalam Phi-c reduction dilakukan pendekatan parameter-parameter kekuatan tanah tan φ dan c dengan mengurangi nilainya sampai tercapainya keadaan dimana
kegagalan struktur terjadi. Jumlah pengali ΣMsf digunakan untuk
mendefinisikan harga dari parameter-parameter kekuatan tanah.
ΣMsf = reduced input reduced input c c = ϕ ϕ tan tan
Parameter-parameter kekuatan tanah secara otomatis dikurangi sampai tercapainya kegagalan struktur.
= = failure available SF σ
V - 29 Pengaturan pada fase ini adalah :
Number / ID = Nama fase
Calculation type = Phi-c reduction
Control Parameters = reset displacement to zero Iterative procedure = Standard
Loading input = Incremental multipliers Start from phase = fase sebelumnya
d. Proses perhitungan
Proses perhitungan dilakukan dengan klik pada , tapi sebelumnya ditentukan titik-titik yang akan ditinjau dengan klik pada dan klik pada titik-titik yang akan ditinjau.
Gambar 5.18. Penentuan Titik-Titik yang Akan Ditinjau
Fase-fase yang akan dihitung akan diberi tanda anak panah biru di depan tulisan Phase, yang akan menjadi centang hijau apabila perhitungan sukses dilakukan.
V - 30
Gambar 5.19 Proses Kalkulasi Selesai
e. Plaxis Output V.7.1
Setelah proses kalkulasi selesai maka menuju ke Plaxis Output, pada
sesi kali ini dapat diketahui besaran penurunan tanah yang terjadi dan nilai keamanan (SF).
1. Tanah asli adalah kondisi dimana belum ada timbunan tubuh . Gaya-gaya yang bekerja adalah akibat berat tanah asli sendiri dan tekanan air tanah. Setelah dilakukan perhitungan dengan Plaxis 7.1 didapat bahwa
pada kondisi mengalami deformasi sebesar 16,9 cm dengan angka keamanan 2,91.
2. Kondisi awal adalah kondisi sudah ada timbunan tubuh . Setelah dilakukan perhitungan dengan Plaxis 7.1 didapat bahwa pada kondisi
ini terjadi deformasi sebesar 51,7 cm dengan angka keamanan 1,72. 3. Kondisi terisi air adalah kondisi sudah ada timbunan tubuh dan air
pada tampungan terisi penuh. Gaya-gaya yang bekerja adalah akibat berat timbunan dan tekanan air pada tampungan . Setelah dilakukan perhitungan didapat deformasi sebesar 52 cm dengan angka keamanan 1,71.
4. Kondisi rapid drawdown adalah kondisi setelah air pada tampungan
V - 31 Setelah muka air turun tidak didikuti dengan turunnya air yang merembes pada tubuh Waduk. Gaya-gaya yang bekerja adalah akibat berat timbunan dan tekanan air yang masih ada pada tubuh Waduk. Setelah dilakukan perhitungan dengan Plaxis 7.1 didapat bahwa pada
kondisi ini terjadi deformasi sebesar 52 cm dengan angka keamanan 1.70.
f. Angka Keamanan Tubuh Waduk
Dari keadaan-keadaan yang dianalisis dapat diketahui besarnya angka keamanan pada tiap-tiap keadaan tersebut. Besar angka keamanan pada titik-titik yang ditinjau adalah seperti yang ditampilkan dalam bentuk grafik seperti gambar dibawah ini.
Gambar 5.20 Angka Keamanan Titik A dan B Gambar 5.21 Angka Keamanan Titik C dan D
V - 32 5.4. Material Konstruksi
5.4.1 Lapisan Kedap Air
Bahan yang dipakai untuk lapisan kedap air dapat berasal dari tanah dan tanah liat (clay), baik tanpa campuran maupun dicampur dengan pasir
dengan perbandingan tertentu berdasarkan hasil percobaan penimbunan (trial embankment).
Tanah ataupun tanah liat yang dipakai sebagai bahan timbunan lapisan kedap air ini haruslah memenuhi persyaratan utama untuk bahan kedap air yaitu :
• Koefisien filtrasi serta kekuatan geser yang diinginkan. • Tingkat deformasi yang rendah.
• Mudah pelaksanaan pemadatannya.
• Tidak mengandung zat-zat organis serta bahan mineral yang mudah terurai.
Lapisan kedap air harus mempunyai tingkat permeabilitas yang rendah, hal ini ditentukan oleh nilai koefisien filtrasinya. Sebagai standar koefisien filtrasi (k) bahan nilainya 1 x 10-5 cm/dtk. Hal ini bertujuan untuk
SF Tanah Asli
SF Waduk + Air SF Penurunan Air
SF Waduk Awal
V - 33 mencegah terjadinya rembesan air melalui lapisan kedap air yang bersangkutan. Untuk mendapatkan nilai (k) yang memenuhi syarat untuk lapis kedap air biasanya diperkirakan berdasarkan prosentase butiran tanah yang lolos saringan No.300 (Sosrodarsono, 1989). Gradasi bahan kedap air biasanya mempunyai ukuran butiran seperti tertera pada Gambar 5.21.
Gambar 5.24 Gradasi Bahan Kedap Air (Sosrodarsono, 1989)
5.4.2 Perlindungan Lereng
Lereng sebelah hulu dari Waduk Ciniru dilindungi oleh lapisan timbunan batu (rip-rap) setebal 0,5 m, yang bertujuan untuk melindungi
lereng dari pengaruh kekuatan ombak dan aliran air. Kondisi batu untuk perlindungan lereng ini harus baik dan tidak mudah lapuk.
Perlindungan lereng bagian hulu ini dimulai dari batas tertinggi gerakan gelombang (mercu) sampai ke permukaan genangan terendah (LWL).
V - 34 Dalam pelaksanaannya lapisan timbunan batu ini diletakkan di atas suatu lapisan saringan yang terdiri dari batu pasir dengan ukuran butir yang teratur. Lapisan saringan ini memiliki ketebalan sebesar 0,10 m. Penempatan lapisan saringan ini di bawah lapisan timbunan batu, bertujuan mencegah tergerusnya bahan-bahan halus dari Waduk ke dalam tumpukan batu.
Penggunaan rip-rap sebagai lapisan pelindung mempunyai kelebihan,
antara lain
- Dapat mengikuti penurunan tubuh Waduk.
- Mempunyai kemampuan reduksi hempasan ombak yang besar.
- Cukup stabil terhadap pengaruh-pengaruh fluktuasi permukaan air dan gerakan ombak.
- Konstruksinya dapat dikerjakan secara mekanis.
Selain kelebihan-kelebihan seperti di atas, rip-rap juga mempunyai
kekurang-kekurangan, yaitu antara lain : - Dibutuhkan banyak bahan batu.
- Memerlukan lapisan filter yang relatif tebal.
Tabel 5.10 Ukuran Batu dan Ketebalan Hamparan Rip-Rap (Sosrodarsono, 1989) Tinggi Gelombang (m) Diameter rata2 batu hamparan pelindung (D 50 cm) Ketebalan minimum hamparan batu pelindung (cm) Ketebalan minimum lapisan filter (cm) 0,0 – 0,6 25 40 15 0,6 – 1,2 30 45 15 1,2 – 1,8 38 60 23 1,8 – 2,4 45 75 23 2,4 – 3,0 52 90 30
V - 35 5.5 Perencanaan Bangunan Pelimpah
Bangunan pelimpah atau spillway adalah bangunan yang berfungsi untuk
mengalirkan air banjir yang masuk ke dalam waduk, sehingga air banjir tersebut tidak merusak tubuh embung. Dalam perencanaan Waduk Ciniru ini, bangunan pelimpah yang akan direncanakan adalah bangunan pelimpah terbuka dengan ambang tetap. Bangunan pelimpah tipe ini, biasanya terdiri dari empat bagian uama yaitu:
1. Saluran pangarah aliran 2. Saluran transisi
3. Saluran peluncur 4. Peredam energi
Gambar 5.25 Skema Bangunan Pelimpah BETON K 225
LANTAI KERJA BETON K350
SAL. PENGARAH
OGEE
V - 36 5.5.1 Saluran Pengarah Aliran
Saluran pengarah aliran dimaksudkan agar aliran air senantiasa dalam kodisi hidrolika yang baik dengan mengatur kecepatan alirannya tidak melebihi 4 m/dtk dengan lebar semakin mengecil ke arah hilir. Apabila kecepatan aliran melebihi 4 m/dtk, maka aliran akan bersifat helisoidal dan kapasitas alirannya
akan menurun. Disamping itu aliran helisoidal tersebut akan mengakibatkan peningkatan beban hidrodinamis pada bangunan pelimpah tersebut.
Gambar 5.26 Saluran Pengarah Aliran Pada Bangunan Pelimpah
Dari analisis data sebelumnya di mana didapat :
− Ketinggian air di atas mercu (H) = + 229,210 – +231,2 = 1,99 m − Qout yang melewati spillway (Q) = 224,2 m3/dtk
− Lebar ambang mercu embung (b) = 40 m − Maka : H W . 5 1 ≥ 99 , 1 5 1 × = W = 0,28 m W yang dipakai = 3,5 m > 0,28 m.
+ 225,710
+ 229,210
v
Saluran pengarah aliran
Mercu Ogee
3,5
1,99
V - 37 5.5.2 Saluran Pengatur Aliran
5.5.2.1 Ambang Penyadap
Dipakai tipe bendung pelimpah dengan menggunakan metode yang dikembangkan oleh U.S.B.R. Dari analisis data sebelumnya, maka hasil perhitungannya adalah sebagai berikut :
Dari hasil flood routing didapatkan : Q = Qout lewat spillway = 224,2 m3/dtk
L = Lebar mercu bendung = 40 m
He = Total tinggi tekanan air di atas mercu bendung = 1,99 m
Gambar 5.27 Ambang Pengatur Debit Pada Bangunan Pelimpah
Tinggi tekanan kecepatan aliran di dalam saluran pengarah − Asumsi (b) = 40 m
− Asumsi kedalaman saluran pengarah = 3,5 m
− Asumsi tinggi tekanan air total diukur dari dasar saluran pengarah: H total = + 231.20 – + 225,710 = 5,49 m
− Tinggi air diatas mercu = + 231,20 – + 229,210 = 1,99 m.
− Misal kedalaman air dalam saluran = 1,50 m, maka kedalaman air dalam saluran (Hd) = 1,5 + 3,5 = 5 m
Luas penampang basah di dalam saluran ini adalah : A = 5 m x 40 m = 200 m²
Hd:5.00 W:3.50
He:1.99
V - 38 Kecepatan aliran : 200 2 , 244 = = A Q V = 1,221 m/dtk
Jadi tinggi kecepatan aliran :
(
)
(
2.9,81)
221 , 1 2 2 2 = = g V Hv = 0,076 m ≈0,1 m 5.5.2.2. Mercu bendungDipakai tipe mercu Ogee dan untuk merencanakan permukaan mercu Ogee bagian hilir U.S Army Corps of Engineers mengembangkan persamaan : n d d h X k h Y ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ = 1 dimana,
X dan Y = koordinator-koordinator permukaan hilir hd = tinggi rencana di atas mercu ( m )
K dan n = parameter
Tabel 5.11 Harga – Harga K dan n
Kemiringan permukaan hilir K n
Vertikal 2,000 1,850
3 : 1 1,936 1,836
3 : 2 1,939 1,810
V - 39 Digunakan Mercu Ogee tipe hulu vertical
Hd : 1,99 m k : 2,00 n : 1,850 y x^n x 0.000 0.000 0.000 0.500 1.864 1.400 1.000 3.727 2.036 1.500 5.591 2.535 2.000 7.454 2.961 2.500 9.318 3.341 3.000 11.181 3.687 3.500 13.045 4.000 4.000 14.908 4.308 4.500 16.772 4.591 5.000 18.635 4.860
Gambar 5.28 Mercu Ogee
Hd
(0,0)
x
y
0.282 Hd
V - 40 5.5.3. Saluran Transisi
Bentuk saluran transisi ditentukan sebagai berikut :
Gambar 5.29 Bagian Transisi Pada Bangunan Pelimpah
Dengan ketentuan tersebut diatas dan keadaan topografi yang ada dimana b1 = 40 m, b2 = 20 m maka : • y =
(
)
2 20 -40 = 10 m • l = 115 m • l = θ tg y = θ tg 10 • 115 = θ tg 10 +207.00 +224.21 40 20 115 • θ = 5 ˚ • S = ∆H:1 • 0,15 = 115 H ∆ • ∆H =17,21 mV - 41 Gambar 5.30 Penampang Melintang Saluran Pengatur
5.5.4 Saluran Peluncur
Saluran peluncur dalam perencanaan ini dibentuk sebagai berikut : • b1 = b2 = 20 m
• l = 95 m • S = 0,34 • ∆H = l x S
= 95 x 0,34 = 32 m
Gambar 5.31 Penampang Memanjang Saluran Peluncur
Bagian yang berbentuk terompet pada ujung saluran peluncur bertujuan agar aliran dari saluran peluncur yang merupakan aliran super kritis dan mempunyai kecepatan tinggi.
17.21
115
+207.000
+175.000
V - 42 5.5.5 Peredam Energi
Guna mereduksi energi aliran air dari saluran peluncur spillway, maka di ujung hilir saluran tersebut dibuat suatu bangunan yang disebut peredam energi pencegah gerusan (scour protection stilling basin).
Saluran peredam energi direncanakan sebagai berikut • b1 = b2 = 20 m
• L = 29 m
• Menggunakan kolam olak type USBR II Dari perhitungan HEC-RASdidapat :
Karena Fr = 6.3 > 4,5 dan Q = 244,2 m3/dtk maka digunakan kolam olak type USBR type II.
V - 43 a Panjang kolam olakan
Ukuran panjang kolam olakan tergantung pada bilangan Froude aliran yang akan melintasi kolam tersebut. Karena Froude number > 4,5 maka digunakan kolam olak type USBR type II. Saluran transisi diperlukan karena adanya perubahan bentuk penampang saluran pengatur dengan saluran peluncur. Bentuk saluran transisi ditentukan sebagai berikut :
Gambar 5.33 Panjang Loncatan Hidrolis Pada Kolam Olak Datar
• Dengan Fr = 6.30 dari grafik didapatkan nilai L/D2 = 4 • Fr = 1 D g V • 6,30 = 1 * 8 , 9 68 , 16 D • D1 = 0.715 m 6.30
V - 44 • D2/D1 = 0,5 x [
(
1+8Fr 2)
- 1]• D2/0.715 = 0,5 x [ (1+8*6.302) -1 ]
• D2 = 6,02 m
• L = 4 * 6,02 = 28,08m ~ 29 m
b . Gigi-gigi pemencar aliran, gigi-gigi benturan dan ambang ujung hilir kolam olakan
Gigi-gigi pemencar aliran yang berfungsi sebagai pembagi berkas aliran terletak di ujung saluran sebelum masuk ke dalam kolam olakan. Sedangkan gigi-gigi benturan yang berfungsi sebagai penghadang aliran serta mendeformir loncatan hidrolis menjadi pendek terletak pada dasar kolam olakan. Adapun ambang ujung hilir kolam olakan dibuat rata tanpa bergerigi.
Gambar 5.34 Ukuran Gigi-Gigi Pemencar dan Gigi-Gigi Benturan Aliran
1. Dimensi kolam olakan
1. Ukuran kolam olakan adalah 20 m x 29 m
2. Ukuran gigi-gigi pemencar aliran adalah Dl = 0.715 m ≈ 0,75 m, karena lebar ujung saluran peluncur adalah 20 m maka jumlah
gigi-V - 45 gigi dibuat 13 buah @ 0,75 m, jarak antara gigi-gigi = 0,75 m dan jarak tepi ke dinding masing-masing = 0,625 m, cek jumlah jarak = 13 * 0,75 * + 12 * 0,75 + 2 * 0,625 = 20 m
3. Ukuran ambang ujung hilir kolam olakan dengan mengacu pada gambar 5.26 didapatkan nilai D2 = 6,02 Æ S2 = 0,15 * 6,02 = 1 m, karena lebar kolam olakan adalah 20 m maka jumlah gigi-gigi dibuat = 10 buah @ 1 m, jarak antara gigi-gigi = 1 m dan jarak tepi ke dinding masing-masing = 0,5 m Æ cek jumlah jarak = 10 *1 + 9 * 1 + 2 * 0,5 = 20 m
2. Tinggi jagaan
Tinggi jagaan pada bangunan pelimpah (spillway) dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut :
Fb = C . V . d atau
Fb = 0,6 + 0,037 . V. d 13
Fb minimal = 0,5 s/d 0,6 m di atas permukaan aliran Fb = Tinggi jagaan
C = Koefisien = 0,1 untuk penampang saluran berbentuk persegi panjang dan 0,13 untuk penampang berbentuk trapesium
V = Kecepatan aliran (m/dtk)
d = Kedalaman air di dalam saluran (m)
Tinggi jagaan pada kolam olakan adalah sebagai berikut : d = 2,69 m
b = 20 m
A = 2,69 * 20 = 53,8 m²
V - 46 Tinggi jagaan : Fb = 0,10 * 4,54 * 2,69 Fb = 1,22 m Atau Fb = 0,6 + (0,037 * 4,54 * 2,691/3) Fb = 0,833 m
Dipakai nilai tertinggi yaitu Fb = 1,22 m dibulatkan Fb = 1,5 m.
5.5.6 Rencana Teknis Hidrolis
Garis dasar saluran ditentukan dengan perhitungan hidrolik yang dilakukan mengacu pada persamaan Barnoulli.Dalam menentukan dimensi, kecepatan aliran, bilangan Froude dibantu dengan program HEC-RAS.
Elevasi ambang hilir = elevasi ambang udik
e h hd g V hd g V + + 2 = + 2 2 2 2 1 2 1 1 3 4 2 2 2 1 2 2 . . 2 2 R l V n g V g V he = + + ∆ 3 4 2 2. = R V n S 1 ∆ . =S l hL di mana :
V1 = Kecepatan aliran air pada bidang-1 (m/dtk) V2 = Kecepatan aliran air pada bidang-2 (m/dtk) hd1 = Kedalaman air pada bidang-1 (m)
hd2 = Kedalaman air pada bidang-2 (m)
∆l1 = Panjang lereng dasar diantara bidang-1 dan bidang-2 ∆l = Jarak horisontal diantara bidang-1 dan bidang-2
V - 47 R = Radius (jari-jari) hidrolika rata-rata pada potongan saluran
yang diambil
S0 = Kemiringan dasar saluran S = Kemiringan garis energi
hl = Kehilangan energi karena gesekan dan lain-lain
he = Perbedaan tinggi antara garis energi dengan permukaan air (m)
n = Angka kekasaran saluran = 0,01
5.5.6.1 Perhitungan dengan program HEC-RAS 1. Geometric Data
Dalam geometric data kita input dimensi rencana dari saluran pelimpah untuk setiap cross section. Setiap cross section mempunyai dimensi dan elevasi yang berbeda sesuai dengan gambar rencana. Dalam hal ini saluran pelimpah dibagi dalam 19 cross section. 17 cross section yang akan di Run dalam supercritical dan 2 cross section yang di Run dalam subcritical.
V - 48 2. Steady Flow Data
Dalam steady flow data kita input debit banjir yang melalui spillway dalam hal ini adalah 244,2 m³/dtk dan elevasi air diatas mercu +231,200.
Gambar 5.37 Steady Flow Data
3. Compute HEC-RAS
Setelah input selesai maka compute bisa dilakukan. Compute dibagi menjadi 3, subcritical untuk saluran landai, supercritical untuk saluran curam dan mixed untuk gabungan. Dalam hal ini dilakukan 2 compute yaitu subcritical dan supercritical.
V - 49
Gambar 5.38 Compute HEC-RAS
4. Result HEC-RAS
Dengan menggunakan program HEC-RAS kita bisa mencari elevasi air di atas saluran, kemiringan saluran, kecepatan aliran dan juga bilangan Froude.
Tabel 5.12 Hasil HEC-RAS compute Supercritical River Sta Profile Q Total Min Ch Elv WS Elv Crit WS E.G Elv E.G Slope Vel Chnl Flow Area Top Width Froude m³/s m m m m m/m m/s m² m 17 100 years 244.2 229.21 230.75 230.75 231.49 0.001416 3.86 64.73 44.1 0.99 16 100 years 244.2 228.96 230.14 230.5 231.44 0.003519 5.08 48.88 43.14 1.5 15 100 years 244.2 228.37 229.31 229.91 231.36 0.007434 6.37 38.86 42.51 2.1 14 100 years 244.2 227.34 228.1 228.88 231.24 0.01506 7.89 31.32 42.04 2.88 13 100 years 244.2 225.94 226.58 227.48 231.08 0.027311 9.44 26.13 41.71 3.77 12 100 years 244.2 224.21 224.76 225.75 230.88 0.045447 11 22.38 41.47 4.74 11 100 years 244.2 221.96 222.49 223.57 229.98 0.058118 12.17 20.24 38.81 5.33 10 100 years 244.2 218.97 219.5 220.68 228.55 0.070116 13.38 18.43 35.33 5.85 9 100 years 244.2 215.98 216.53 217.81 226.94 0.077075 14.36 17.19 31.9 6.17
V - 50 8 100 years 244.2 212.98 213.57 214.96 225.24 0.079879 15.22 16.25 28.51 6.35 7 100 years 244.2 209.99 210.63 212.15 223.53 0.079211 16.02 15.49 25.17 6.41 6 100 years 244.2 207 207.71 209.37 221.86 0.075718 16.81 14.83 21.89 6.38 5 100 years 244.2 201.95 202.59 204.32 220.17 0.108078 18.73 13.29 21.7 7.49 4 100 years 244.2 195.21 195.79 197.58 217.25 0.149865 20.67 12.02 21.54 8.68 3 100 years 244.2 188.47 190.85 190.85 191.93 0.001201 4.74 54.93 26.32 0.98 2 100 years 244.2 181.74 182.64 184.11 191.12 0.032803 13.05 19.22 22.42 4.37 1 100 years 244.2 175 175.71 177.37 189.63 0.073701 16.68 14.95 21.9 6.3
Tabel 5.13 Hasil HEC-RAS compute Subcritical River Sta Profile Q Total Min Ch Elv WS Elv Crit WS E.G Elv E.G Slope Vel Chnl Flow Area Top Width Froude m³/s m m m m m/m m/s m² m 1 100 years 244.2 175 177.69 177.37 178.51 0.000777 4.14 63.34 27.16 0.81 0 100 years 244.2 175 177.38 177.38 178.45 0.00119 4.73 55.09 26.34 0.98
V - 51
5.6 Analisis Stabilitas Bangunan Pelimpah Dengan Plaxis V.7.1
Plaxis V.7.1 yang notabene adalah program analisa geoteknik, terutama untuk analisa stabilitas tanah dengan menggunakan metode elemen hingga yang mampu melakukan analisa yang dapat mendekati perilaku sebenarnya. Geometri tanah yang akan dianalisa memungkinkan untuk diinput dengan cukup teliti. Karena Plaxis dilengkapi fitur – fitur khusus yang berhubungan dengan banyak aspek dari struktur geometri yang komplek.
Selain itu Plaxis V.7.1 menyediakan berbagai analisa tentang
displacement, tegangan-tegangan yang terjadi pada tanah, faktor keamanan (SF) dan lain-lain. Oleh sebab itu pada perhitungan analisa kestabilan bangunan pelimpah kali ini menggunakan Plaxis V.7.1.
Tabel 5.14 Desain Material untuk Bangunan Pelimpah
kedalaman jenis tanah tipe γ dry γ sat v E c φ ψ k ( KN/m³ ) ( KN/m³ ) ( KN/m² ) ( KN/m² ) ( º ) ( º ) ( m/hari ) timbunan Urugan tanah pilihan undrained 18 24 0,3 50000 11.25 30 0.05 0.05
0 - 3 m kelempungan undrained 12.28 Pasir 16.11 0.24 20000 14.8 19.97 0.18 5.167E-03 3 - 6 m kepasiran undrained 11.85 16.04 0.27 2000 Lempung 12.2 22.11 0.17 4,1E-03
6 - … Tanah keras drained 20.45 24.57 0.3 50000 10.25 8,95 0.11 8.65E-03
5.6.1 Tahap Awal Perhitungan
Tahap- tahap perhitungan kestabilan bangunan pelimpah kali ini seperti yang dijelaskan pada tahap-tahap perhitungan kestabilan lereng bendung, adapun yang membedakan hanya pada input geometry line. Tahapan perhitungan selanjutnya adalah mengidentifikasikan, mendefinisikan , dan mengeksekusi tahapan fase-fase perhitungan untuk memperoleh output program yang diinginkan
Kedalaman Jenis Material Tipe γ dry ( KN/m³ ) v E ( KN/m² ) N/A Beton Bertulang Linear Elastic 30 0,3 7,5 E +6
V - 52 dengan menekan toolbar untuk menuju PLAXIS CALCULATION V
7.1.
5.6.2 Plaxis Calculations
Perhitungan stabilitas Waduk Ciniru dengan Plaxis 7.1 ditinjau pada kondisi-kondisi di bawah ini.
1. Kondisi tanah asli, kondisi dimana tegangan dan regangan awal akibat berat tanah sendiri
2. Kondisi pelimpah, kondisi dimana terjadi tegangan dan regangan yang diakibatkan oleh beban pelimpah dengan muka air sama dengan muka air tanah.
3. Kondisi air normal, kondisi dimana terjadi tegangan dan regangan yang diakibatkan oleh beban pelimpah dan air pada tampungan terisi sampai puncak mercu pelimpah.
4. Kondisi melimpah, kondisi dimana air pada tampungan melimpah diatas mercu pelimpah.
Gambar 5.40 Material Sets Gambar 5.39 Input Geometry
V - 53 5.6.3 Plaxis Output V 7.1
A. Kondisi tanah asli
Kondisi tanah asli adalah kondisi dimana belum ada timbunan dan bangunan pelimpah diatasnya. Gaya-gaya yang bekerja adalah akibat berat tanah asli sendiri dan tekanan air tanah. Setelah dilakukan perhitungan dengan
Plaxis 7.1 didapat bahwa pada kondisi ini terjadi deformasi sebesar 2,93 cm dengan angka keamanan 2,37.
Gambar 5.41 Tampilan Plaxis Calculations dan Parameter
yang Akan Diperhitungkan
V - 54 B. Kondisi Pelimpah Awal
Kondisi dimana terjadi tegangan dan regangan yang diakibatkan oleh beban pelimpah dengan muka air sama dengan muka air tanah. Setelah dilakukan perhitungan dengan Plaxis 7.1 didapat bahwa pada kondisi ini terjadi deformasi sebesar 14,8 cm dengan angka keamanan 1,84.
C. Kondisi Air Normal
kondisi dimana terjadi tegangan dan regangan yang diakibatkan oleh beban pelimpah dan air pada tampungan terisi sampai puncak mercu pelimpah. Setelah dilakukan perhitungan dengan Plaxis 7.1 didapat bahwa pada kondisi ini terjadi deformasi sebesar 14,8 cm dengan angka keamanan 2,07.
Gambar 5.43 Arah Pergerakan Tanah pada Kondisi Pelimpah awal
V - 55 D. Kondisi Melimpah
Kondisi dimana air pada tampungan melimpah diatas mercu pelimpah. Setelah dilakukan perhitungan dengan Plaxis 7.1 didapat bahwa pada kondisi ini terjadi deformasi sebesar 79,6 cm dengan angka keamanan 1,39.
E. Angka Keamanan (Safety Factor)
Dari keadaan-keadaan yang dianalisis dapat diketahui besarnya angka keamanan pada tiap-tiap keadaan tersebut. Besar angka keamanan ditampilkan dalam bentuk grafik seperti gambar dibawah ini.
Gambar 5.45 Arah Pergerakan Tanah pada Kondisi Pelimpah Dengan Air Melimpah
V - 56
Gambar 5.47 Angka Keamanan Titik A,B,C,D,E,F
Gambar 5.48 Grafik Angka Keamanan (SF) Tubuh Bangunan Pelimpah
Tanah Asli
Pelimpah Awal
Kondisi Melimpah
V - 57 5.7. Bangunan Penyadap
Bangunan penyadap dalam perencanaan ini dipakai tipe penyadap menara, hasil sadapan kemudian dialirkan ke hilir sungai melalui bangunan pengambilan untuk dimanfaatkan sebagai air baku dan kebutuhan irigasi. Dan dalam Tugas Akhir kali ini perencanaan bangunan penyadap maupun bagian-bagian lainnya tidak memperhitungkan perhitungan-perhitungan strukturnya. PINTU AIR MENARA PENGAMBILAN BETON BERTULANG BETON BERTULANG RIP-RAP JEMBATAN PELAYANAN
Gambar 5.49. Bangunan Penyadap
1. Konstruksi dan pondasi bangunan penyadap menara
Bangunan penyadap menara merupakan banguanan yang berdiri sendiri, sehingga semua beban luar yang bekerja pada menara tersebut harus ditampung secara keseluruhan oleh pondasinya. Dasar penentuan konstruksi dan pondasi bangunan penyadap ditentukan atas dasar beban-beban luar yang bekerja pada bangunan penyadap, antara lain sebagai berikut :
V - 58 Berat menara beserta perlengkapannya (ruang operasi dan pengawasan, pintu-pintu dan perlengkapan operasinya, tubuh menara termasuk tapak menara, berat air di dalam menara, dan kekuatan apung).
Beban-beban lainnya, seperti : a) Jembatan penghubung. b) Beban seismik.
c) Tekanan air dari dalam waduk, termasuk air yang terdapat di dalam menara.
d) Kekuatan angin termasuk tekanan negatif yang biasanya terjadi pada permukaan menara yang menghadap ke sebelah hilir.
e) Lain-lainnya, seperti tekanan tanah.
Tinggi menara adalah 38 m, yang pembuatannya masih memungkinkan, baik ditinjau secara ekonomis maupun secara konstruktif. Menara penyadap berbentuk persegi panjang, didalam menara tersebut terdapat ruang kosong yang berukuran 8 m x 8 m dan didalamnya terdapat anak tangga untuk memudahkan exploitasi dan pemeliharaannya.
2. Terowongan Pengambilan
Saluran pengambilan berfungsi sebagai saluran untuk mengalirkan air dari pintu air menara penyadap di hulu menuju ke saluran pemanfaatan air tampungan di hilir . Saluran pengambilan direncanakan menggunakan pipa beton K225 berdiameter 1,5 m dan panjang 250,50 m. Lokasi dan formasi saluran diusahakan sedemikian rupa, sehingga mudah untuk dihubungkan dengan menara penyadap dan terletak pada kondisi topografi dan geologi yang paling baik. Untuk penyambungan pipa digunakan angker blok beton bertulang K175 dengan klem agar pipa terjaga kestabilannya dari getaran-getaran aliran air serta tekanan tanah disekitar daerah sambungan tersebut. Perencanaan pipa menggunakan perhitungan HEC-HMS dengan acuan Q25, kebutuhan akan air baku, kebutuhan irigasi, dan kecepatan aliran pada pipa tersebut 2m/s.
V - 59 3. Terowongan Pengelak
Saluran pengelak berfungsi untuk mengelakkan air yang dibendung oleh
Cofferdam agar tempat yang akan dibuat waduk benar-benar terbebas dari air. Terowongan saluran pengelak menggunakan pipa beton bertulang K350, supaya lebih dapat lebih memudahkan pembuatannya serta pekerjaan pelaksanaannya dan memudahkan exploitasi pemeliharaannya maka dipilih pipa dengan diameter 6,0 m panjang 310 m yang berpenampang lintang berbentuk ladam yang telah distandardkan (standard horse-shoe shaped cross section).
Pemilihan diameter pipa dengan menggunakan perhitungan HEC-HMS dan grafik hubungan harga/volume timbunan cofferdam dengan harga/volume beton bertulang. Setelah pembangunan waduk selesai, bagian ujung hulu pipa ditutup beton dan saluran pengelak ini juga berfungsi sebagai saluran pengambilan yang fungsinya sebagai saluran untuk mengalirkan air dari pintu air menara penyadap di hulu menuju ke saluran pemanfaatan air tampungan di hilir.
= Kurva Elevasi Cofferdam = Kurva Diameter pipa outlet
Gambar 5.50 Grafik Hubungan Diameter Pipa Dengan Volume Timbunan Harga (dalam miliar rupiah)
Di
amet
er pipa (m)
Elevasi
V - 60 4. Perencanaan Pintu Air
Elevasi dasar pintu air terletak diatas elevasi tampungan sedimen , elevasi tampungan sediman adalah +213,00. Direncanakan elevasi dasar pintu air yaitu +214m, Lubang sadap direncanakan berbentuk persegi.
Dimensi lubang direncanakan berdasarkan elevasi muka air minimum dan maksimum tampungan . Pada saat muka air minimum, untuk memenuhi debit air yang akan dimanfaatkan diharapkan pintu air dalam keadaan dibuka penuh.
Elevasi muka air maksimum : +231,21 m Elevasi muka air minimum : +229,21 m
Q = v . A
Q : debit penyadap sebuah lubang (m3/dt) = 0,526 m3/dt (Q kebutuhan air)
A : luas penampang penyadap (m2) = 2 x 0,25 m2 v : kecepatan aliran (m/dt)
maka:
Q = V . A
0,526 = V . (2 x 0,25)
V = 1,052 m/dt 2 m/dt Memenuhi Syarat
Dari perhitungan diatas luas pintu air minimum yang diperlukan saat muka air minimum adalah 0,5 m2 (2 x 0,25 m2 ) dan didapat kecepatan aliran = 1,052 m/dt yang dimana dalam perencanaan kecepatan aliran dalam pipa tidak boleh melebihi 2 m/dt. Oleh sebab itu direncanakan pintu air berukuran lebar 0,5 m dan tinggi 0,5 m, dan pintu air tersebut berupa pintu sorong berbentuk persegi dari plat baja sebanyak 2 buah. Untuk operasional, pintu air disambung dengan batang ulir kemudian untuk mengoperasikan digunakan keran pemutar yang terletak pada ruang operasi menara penyadap.
V - 61 Gambar 5.51 Detail Pipa Pengambilan dan Angker Blok
V - 62 K 225 D 30 PINTU AIR ELEVASI SEDIMEN +214,0 m +213,0 m BATANG ULIR BETON BERTULANG
Gambar 5.52 Pintu Air
5.8. Operasional Pintu Air
Debit aliran air pada pintu air tergantung dari elevasi muka air tampungan dan besarnya bukaan pintu. Operator pintu air harus mengetahui elevasi muka air tampungan untuk menentukan besarnya bukaan pintu sehingga debit air yang disalurkan bisa sesuai.
Debit air berdasarkan besarnya bukaan pintu air adalah : Q = C A 2g ∆H
Q : debit penyadap sebuah lubang (m3/dt) = 0,526 m3/dt (Q kebutuhan air)
A : luas penampang penyadap (m2) = 2 x 0,25 m2 C : koefisien debit = 0.62
g : percepatan gravitasi = 9,8 m/det²
V - 63 Tabel 5.14 Operasional Pintu Air
Elevasi muka air (m) Bukaan pintu air (m)
229.21 0,09987 229,46 0,09903 229.71 0.09822 229.96 0.09742 230.21 0.09664 230.46 0.09588 230.71 0.09514 230.96 0.09441 231.21 0.09371
Sumber: Hasil Perhitungan
0.091 0.092 0.093 0.094 0.095 0.096 0.097 0.098 0.099 229.21 229,46 229.71 229.96 230.21 230.46 230.71 B u kaa n Pi nt u (m) Elevasi Muka Air (m)
Grafik Operasional Pintu Air
Gambar 5.53 Grafik Tinggi Bukaan Pintu dan Elevasi Tampungan untuk Memenuhi Debit Kebutuhan
