5 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Analisis Hidrologi
CD. Soemarto dalam buku yang berjudul Hidrologi Teknik, menyebutkan bahwa hidrologi merupakan ilmu yang sangat berpengaruh dalam perencanaan bangunan air, hal yang paling utama yaitu curah hujan. Analisa hidrologi adalah langkah pertama dalam sebuah perencanaan bendungan.
2.1.1 Penentuan Kala Ulang Banjir
Dalam perencanaan bangunan air memerlukan perhitungan hidrologi yang merupakan bagian dari perencanaan bangunan-bangunan tersebut. Dalam pemilihan kala ulang banjir rancangan untuk bangunan air adalah suatu masalah yang bergantung pada Analisa statistic dari urutan kejadian banjir baik berupa curah hujan badai maupun berupa debit air di sungai. Selain itu bergantung pada dampak yang diakibatkan dalam pemilihan kala ulang banjir rancangan tersebut dan pada segi ekonomi.
Untuk mempermudah dalam pemecahan masalah, pertimbangan ekonoi diabaikan, sehingga hanya berdasarkan pada teori kemungkinan sering disebut Resiko Kegagalan (Risk of Failure), atau kemungkinan terjadinya banjir rancangan sekali atau lebih selama Umur Bangunan (Life Time) suatu bangunan air. Resiko kegagalan tersebut digambarkan dengan rumus (Loebis, 1984:1)
Adapun kriteria yang dapat menjadi bahan pertinmbangan dalam pemilihan banjir rancangan dalam tabel 2.1.
Tabel 2.1 Kriteria Pemilihan Kala Ulang Banjir Rancangan
No Jenis Bangunan Air
Kala Ulang Banjir T
(tahun) 1 Bendungan urugan tanah/batu (eart/rockfill dam) 1000 2 Bendungan beton/batu kali (concrete dam/masonry) 500-1000
3 Bendung (weir) 50-100
4 Saluran pengelak banjir (flood diversion canal) 20-50
5 Tangguul Sungai 10-20
6 Drainase saluran di sawah/pemukiman 5-10
Untuk bendungan urugan, biasanya kapasitas bangunan pelimpah direncanakan untuk dapat melewatkan debit banjir dengan kala ulang (Return Period) 1000 tahun. Dalam Perencanaan bendungan secara rinci dapat dilihat pada tabel 2.2 berikut :
Tabel 2.2 Kriteria Pemilihan Kala Ulang Banjir Rancangan Untuk Perencanaan Komponen Bendungan
No Komponen Bangunan Kala Ulang Banjir T
(tahun)
1 Pelimpah (Spillway) 1000
2
Kontrol kapasitas pelimpah (tidak boleh melimpas diatas mercu bandungan / overtopping)
PMF atau 1/2 PMF
3 Peredam Energi (Stilling Basin) 100
4 Kapasitas Saluran Pelepasan (Outlet Channel) 50
Sumber : Balai Keamanan Bendungan - Dept.PU.RI
2.1.2 Analisis Curah Hujan Rancangan
Dalam analisis ini menggunakan data hujan harian sehingga nantinya didapatkan nilai debit banjir rencana. Data hujan yang dibutuhkan untuk perencanaan adalah data hujan harian yang diperoleh dari stasiun hujan yang terdapat di daerah lokasi Bendungan Bintang Bano yaitu stasiun penakar hujan Tepas.
2.1.2.1 Distribusi Log Pearson Tipe III
Dalam Studi ini menggunakan distribusi log pearson III. Adapun tahapan untuk menghitung hujan rancangan maksimum dengan metode Log Pearson Tipe III adalah sebagai berikut:
1. Hujan Harian Maksimum diubah dalam bentuk logaritma.
2. Menghitung harga logaritma rata-rata dengan rumus : log 𝑋𝑟 = ∑ log 𝑋𝑖
𝑛 (2.1)
3. Menghitung Standar Deviasi dengan rumus : 𝑆𝑑 = √∑(log 𝑥𝑖− log 𝑥̅̅̅̅̅̅̅ )2
𝑛−1 (2.2)
4. Menghitung harga koefisien asimetri dengan rumus : 𝐶𝑠 =𝑛 ∑(log 𝑥−log 𝑋𝑟)3
(𝑛−1)(𝑛−2)(𝑆𝑑)3 (2.3)
5. Menghitung logaritma hujan rancangan dengan kala ulang tertentu menggunakan rumus dibawah ini:
log 𝑋𝑡 = log 𝑥̅̅̅̅̅̅ + 𝐾. 𝑆𝑑 (2.4)
6. Menghitung antilog Xt untuk mendapatkan curah hujan rancangan dengan kala ulang tertentu.
2.1.3 Uji Kesesuaian Distribusi Frekuensi
Pada studi ini uji distribusi dilakukan secara horizontal menggunakan metode Smirnov Kolmogorov dan vertical dengan menggunakan metode Chi Square.
2.1.3.1 Uji Smirnov Kolmogorov
Uji Smirnov Kolmogorov dilakukan untuk menguji simpangan secara horizontal, yaitu merupakan selisih simpangan maksimum antara distribusi teoritis dan empiris (∆o). dengan pemeriksaan ini akan diketahui:
1. Kebenaran antara hasil pengamatan dengan model distribusi yang diharapkan atau yang diperoleh secara teoritis.
2. Kebenaran Hipotesa diterima atau ditolak 2.1.3.2 Uji Chi-Square
Dalam uji ini digunakan untuk menguji simpangan secara vertical apakah distribusi pengamatan dapat diterima secara teoritis. Pada pengujian Uji Smirnov Kolmogorov, meskipun menggunakan perhitungan matematis namun kesimpulannya berdasarkan bagian tertentu (Sebuah Variant) yang mempunyai penyimpangan terbesarkan sedangkan uji Chi Square menguji penyimpangan distribusi pengamatan dengan mengukur secara matematis kedekatan antara data pengamatan dan seluruh bagian garis persamaan distribusi teoritisnya.
2.1.4 Curah Hujan Rancangan Maksimum yang Mungkin Terjadi (Probable Maximum Precipitation, PMP)
Dengan mengingat tingkat kepentingan perencanaan pelimpah bendungan Bintang Bano maka perlu diketahui nilai PMP (Probable Maximum Precipitation), kemudian yang dilanjutkan dengan Analisa banjir terbesar yang mungkin terjadi (Probable Maximum Flood, PMF), yang nantinya dipakai sebagai kontrol terhadap analisa perencanaan kapasitas pelimpah dalam kondisi ekstrem.
Untuk Analisa PMP digunakan cara statistik menggunakan rumus dibawah ini
Xm = Xn + Km . Sn (2.5)
Dengan:
Xm = curah hujan harian terbesar yang mungkin terjadi (mm/hari) Xn = Rata Rata series data hujan harian maksimum tahunan (mm/hari) Km = Variabel Statistik
Sn = Standar deviasi
2.1.5 Distribusi Hujan Jam-jaman Model Mononobe
` Dalam menentukan debit banjir rancangan, perlu didapatkan nilai suatu intensitas curah hujan. Intensites curah hujan merupakan ketinggian yang terjadi pada suatu kurun waktu dimana air tersebut berkonsentrasi. Analisis intensitas curah hujan dapat diproses dari data curahu hujan yang telah terjadi di masa lalu menggunakan pencatatan curah hujan otomatis (Automatic Rainfall Recorder, ARR). Intensitas Curah hujan secara teoritis menurut Mononobe dapat dirumuskan sebagai berikut :
𝑅𝑡 = 𝑅24
𝑡 (𝑡
𝑇)
2
3 (2.6)
Dimana :
Rt = Intensitas curah hujan dalam T jam (mm/hari) R24 = Curah hujan efektif dalam 1 hari (mm/hari) T = Waktu hujan dari awal sampai jam ke T (jam) t = waktu konsentrasi hujan (jam)
Untuk Indonesia rata-rata t = 5 jam
Sedangkan curah hujan pada jam ke T, dihitung dengan rumus sebagai berikut:
Rt = t . Rt – (t – 1) . Rt-1 (2.7)
Dimana:
RT = besar curah hujaan pada jam ke T (mm) T = waktu konsentrasi hujan
Rt = intensitas curah hujan dalam T jam (mm/jam)
Rt-1 = intensitas curah hujan dari awal hingga jam ke (t-1) (mm) 2.1.6 Perhitungan Debit Banjir Rencana
Data debit banjir rencana berfungsi untuk memberikan informasi mengenai jumlah air yang mengalir pada waktu tertentu. Oleh karena itu, data debit air ini berguna untuk mengetahui cukup tidaknya persediaan air untuk berbagai keperluan (domestik, irigasi, pelayaran, tenaga listrik, dan industri pengelolaan DAS), pengendalian sedimen, prediksi kekeringan, dan penilaian beban pencemaran air.
2.2 Hidrolika Pelimpah
Pelimpah (spillway) adalah salah satu komponen penting dari sebuah bendungan. Dimana pelimpah digunakan sebagai pengontrol pelepasan arus dari suatu bendungan ke daerah hilir. Tujuan dari adanya meloloskan air adalah agar air tidak melampaui 6 tubuh bendungan (overtopping) dan untuk mengurangi kerusakan pada bendungan. Bangunan pelimpah harus dirancang dengan baik agar debit banjir yang direncanakan nantinya dapat mengalir dengan baik melalui saluran transisi, saluran peluncur dan peredam energi.
2.2.1 Tinggi Bangunan Pelimpah
Puncak mercu bangunan pelimpah/tinggi bangunan pelimpah diatur sama dengan muka air normal pada suatu bendungan (Normal Water Level). Muka air normal ini setara dengan batas atas tampungan efektif bendungan.
2.2.1.1 Mercu Pelimpah
Pada umumnya kebanyakan mercu pada pelimpah (spillway) menggunakan tipe mercu Ogee. Mercu Ogee adalah sebuah mercu yang memiliki bentuk tirai luapan ambang tajam. Oleh karena itu, mercu ini tidak akan memberikan tekanan sub atmosfir pada permukaan mercu sewaktu bendung mengalirkan air pada debit rencana. Untuk debit rendah, air akan memberikan tekanan kebawah pada mercu.
Gambar 2.1 Skema Tipe Bangunan Pelimpah Pada Bendungan Urugan Sumber : Suyono Sosrodarsono (2016:203)
US Army Corp ofEngineers telah mengambangkan persamaan yang digunakan untuk merencanakan permukaan mercu Ogee bagian hilir berikut ini: (Kriteria Perencanaan 02, 1986:55).
Y
Hd
=
1K
. [
XHd
]
n(2.8)
Dimana :
X,Y = Koordinat koordinat permukaaan hilir Hd = Tinggi energi rencana diatas mercu
K, n = Parameter untuk berbagai kemiringan hilir
Tabel 2.3 Nilai 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
1 : 1 1,873 1,776
Sumber : Kriteria Perencanaan 02, (1986;56) Gambar 2.2 Bentuk Mercu Bendung Tipe Ogee
Sumber : Kriteria Perencanaan 02, (1986:57)
Bentuk mercu pelimpah yang akan direncanakan adalah dengan menggunakan tipe ogee dengan hulu pelimpahnya adalah tegak lurus. Persamaan yang akan digunakan adalah sebagai berikut:
X1,85 = 2,0 × Hd0,850 × Y (2.9)
Dimana:
Hd = Tinggi energi rencana diatas mercu
X = Jarak horizontal dari titik tertinggi mercu pelimpah ke permukaan mercu disebelah hilirnya
Y = Jarak vertikal dari titik tertinggi mercu pelimpah ke permukaan mercu disebelah hilirnya
Untuk perhitungan profil dibagian hulu dapat diperoleh dengan persamaan:
X1 = 0,175 . Hd (2.10)
X2 = 0,282 . Hd (2.11) R1 = 0,5 . Hd (2.12)
R2 = 0,2 . Hd (2.13)
2.2.1.2 Kapasitas Bangunan Pelimpah
Bendung pelimpah (over flow wier) merupakan salah satu komponen dari saluran pengatur aliran yang mana dibuat untuk meningkatkan pengaturan serta untuk memperbesar debit air yang akan melewati bangunan pelimpah. Debit yang melewati bangunan pelimpah dapat dihitung dengan menggunakan persamaan rumus yakni sebagai berikut: (Suyono Sosrodarsono, Bendungan Tipe Urugan, 2016:203).
Q = C . L . H3/2 (2.14)
Dimana:
Q = Debit (digunakan debit banjir rencana) (m3/dtk) C = Koefisien debit (berkisar antar 2,0 – 2,2)
L = Lebar efektif mercu pelimpah (m)
H = Tinggi air diatas mercu pelimpah, termasuk tinggi tekanan kecepatan aliran pada saluran aliran (m)
2.2.1.3 Nilai Koefisien Debit
Koefisien debit/limpahan pada suatu bendungan biasanya berkisar antara angka 2,0 s/d 2,2. Yang mana pada umumnya dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya sebagai berikut:
1) Kedalaman air pada saluran pengarah aliran 2) Kemiringan lereng di hulu pelimpah
3) Tinggi air yang berada di atas mercu pelimpah
Untuk mendapatkan nilai Koefisien debit/limpahan (C) digunakan rumus Iwasaki yang akan dijabarkan sebagai berikut: (Suyono Sosrodarsono, Bendungan Tipe Urugan, 2016:205).
Cd = 2,200 − 0,0416 [Hd
W]0,990 (2.15)
C = 1,6 .1+2a (h Hd⁄ )
1+a (h Hd⁄ ) (2.16)
Dimana :
C = Koefisien debit
Cd = Koefisien debit pada saat h = Hd H = Tinggi air di atas mercu pelimpah (m)
Hd = Tinggi tekanan rencana diatas mercu pelimpah (m) W = Tinggi pelimpah (m)
α = Koefisien (diperoleh pada saat h = Hd sehingga C = Cd)
2.2.1.4 Lebar Efektif Pelimpah
Debit air yang melintasi mercu pelimpah selalu didasarkan pada lebar efektifnya, yaitu hasil dari pengurangan lebar sesungguhnya dengan jumlah seluruh kontraksi yang timbul pada aliran air yang melintas mercu pelimpah tersebut.
Rumus berikut dapat digunakan untuk mendapatkan nilai lebar efektif pelimpah dengan mempertimbangkan jumlah pilar dan efek kontraksi pada dinding pelimpah: (Suyono Sosrodarsono, Bendungan Tipe Urugan, 2016:206).
L = L′− 2 (N . Kp + Ka). H (2.17)
Dimana:
L = Lebar efektif pelimpah (m)
L’ = Lebar bendung sesesungguhnya (m) N = Jumlah pilar pada mercu pelimpah Kp = Koefisien kontraksi pilar
Ka = Koefisien kontraksi dinding samping H = Tinggi tekanan di atas mercu (m) 2.2.1.5 Penulusuran Banjir Lewat Waduk
Penelusuran banjir biasanya digunakan untuk memprediksi berapa besar debit banjir yang nantinya akan melewati suatu bendungan. Pada kasus kali ini penelusuran banjir dilakukan melalui pelimpah. Dengan adanya perhitungan penelusuran banjir melalui pelimpah maka dapat diketahui tinggi maksimum permukaan air pada bendungan. Sehingga dapat direncanakan ketinggian tubuh bendungan yang optimum.
Selain itu juga dapat digunakan untuk merencanakan bangunan pelimpah agar banjir yang masuk melalui waduk dapat mengalir keluar tanpa menyebabkan adanya limpasan air diatas mercu bendungan (overtopping). Berikut ini adalah persamaan yang digunakan pada penelusuran banjir: (CD Soemarto, Hidrologi Teknik, 1986:189).
I − O = ds
dt (2.18)
Dimana :
I = aliran yang masuk ke waduk (m3/dtk) O = aliran yang keluar dari waduk (m3/dtk) S = besarnya tampungan waduk (m3) dt = periode penelusuran (detik, jam, hari)
ds
dt = perubahan tampungan tiap periode (m3/dtk)
Kalau periode penelusurannya diubah dari dt menjadi t maka penjabaran dari persamaan rumus 2.18 diatas dapat dituliskan menjadi :
I = I1+I2
2 (2.19)
O = O1+O2
2 (2.20)
ds = S2 – S1 ; dt = t (2.21)
I1+I2
2 − (O1+O2
2 ) = (S2+S1
t ) (2.22)
I1+I2
2 + (t S1 −O1
2 ) = (St2+O2
2 ) (2.23)
(t S1−O1
2 ) = ψ1 (2.24)
(t S1−O1
2 ) = φ2 (2.25)
Maka :
𝐼1+𝐼2
2 + 𝜓 = 𝜑 (2.26)
Dimana :
I1 = Debit inflow pada waktu awal t (m3/dtk) I2 = Debit inflow pada waktu akhir t (m3/dtk) O1 = Debit outflow pada waktu awal t (m3/dtk) O2 = Debit outflow pada waktu awal t (m3/dtk)
S1 = Volume tampungan bendungan pada waktu awal t (m3) S2 = Volume tampungan bendungan pada waktu akhir t (m3)
t = Periode penelusuran banjir (3.600 dt) (detik)
Pada saat dilakukannya penelusuran banjir dianggap bahwa muka air waduk pada waktu banjir dating (original level) bedara setara dengan tinggi mercu pelimpah.
2.2.2 Penentuan Tinggi Muka Air pada Mercu Pelimpah
Sebelum adanya perhitungan hidrolika terhadap saluran transisi dan saluran peluncur, hendaknya perlu dilakukan perhitungan hidrolik pada lereng hilir pelimpah guna mengetahui kedalaman air pada hulu saluran transisi. Untuk menentukan kedalaman pada lereng bagian hilir pelimpah tersebut maka digunakan rumus sebagai berikut: (Ven Te Chow, Hidrolika Saluran Terbuka, 1992:345)
Vz = √2g (z + Hd − Yz) (2.27)
Vz = Q
Yz . L (2.28)
F = Q
√g . Yz (2.29)
√2g (z + Hd − Yz) − Yz .LQ = 0 (2.30)
Dimana:
Vz = Kecepatan aliran di titik sejauh z (m) Hd = Tinggi pada hulu pelimpah (m) Yz = Kedalaman di titik sejauh z (m) Q = Debit banjir rencana (m3/dtk) L = Lebar pelimpah (m)
Fz = Bilangan Froude
Z = Tinggi mercu dihitung dari puncak mercu hingga hilir lereng pelimpah (m) Langkah-langkah dalam perhitungan nya adalah sebagai berikut:
a. Dengan mengambil nilai z
b. Dengan menggunakan metode coba-coba untuk nilai Yz, maka nilai tersebut dimasukkan ke persamaan (2.27) diatas
c. Dicari persamaan Yz dan Vz
d. Menghitung nilai bilangan Froud dengan menggunakan persamaan (2.29) e. Elevasi lereng pelimpah didapat dari elevasi puncak pelimpah – Yz f. Elevasi muka air didapat dari elevasi lereng pelimpah + Yz
2.2.3 Saluran Transisi dan Saluran Peluncur
Sebelum masuk ke saluran peluncur, maka air akan terlebih dahulu melewati saluran transisi. Saluran ini berfungsi menghubungkan saluran samping pada bangunan pelimpah samping yang berbentuk trapesium dan penampang lintang saluran peluncur yang berbentuk persegi panjang. Perencanaan saluran transisi sangatlah penting bagi rangkaian perencaan suatu pelimpah bendungan. Dengan adanya perencanaan saluran transisi yang baik maka aliran air pada hilir saluran tidak akan mengalami pemberhentian (back water). (Suyono Sosrodarsono, 1977)
Gambar 2.3 Skema penyempitan untuk bagian transisi saluran pengarah pada suatu bangunan pelimpah
Sumber: Suyono Sosrodarsono (2016:229
Perencanaan saluran peluncur (floodway) harus didasarkan pada persyaratan seperti dibawah ini: (Suyono Sosrodarsono, Bendungan Tipe Urugan, 2016:231).
a. Air yang melimpah dari saluran pengatur mengalir dengan lancar tanpa hambatanhambatan hidrolis.
b. Konstruksi dari saluran peluncur harus cukup kokoh dan stabil dalam menampung semua beban yang timbul.
c. Biaya kontruksi diusakan seekonomis mungkin.
Untuk dapat memenuhi beberapa persyaratan diatas, maka perlu diperhatikan beberapa hal yaitu sebagai berikut:
a. Tampak atas hendaknya direncanakan selurus mungkin. Pada saluran yang lurus, tidak akan terjadi kejutan gelombang hidrolis.
b. Penampang melintang pada saluran peluncur diambil bentuk persegi empat.
c. Kemiringan dasar saluran pada bagian hulu diharapkan landau dan kearah hilir akan semakin curam.
d. Jika salurannya tertutup, biasanya tidak sesuai apabila digunakan untuk saluran peluncur.
Dalam perhitungan profil aliran memiliki sasaran yakni menentukan bentuk profil aliran. Bila digolongkan secara umum, ada tiga metode/cara yang digunakan dalam perhitungan ini, yakitu metode integrase grafis, metode integrasi langsung, dan metode pentahapan. Pada perhitungan kali ini, metode yang digunakan dalam perhitungan adalah dengan menggunakan Metode Tahapan Langsung.
Metode tahapan langsung adalah suatu metode yang mana secara umum dinyatakan dengan melakukan pembagian-pembagian saluran menjadi bagian-bagian saluran pendek, lalu menghitungnya secara bertahap dari satu ujung ke ujung yang lainnya. Metode ini merupakan metode yang paling sederhana yang dapat digunakan untuk perhitungan saluran prismatic.
Rumus yang digunakan untuk menghitung bentuk penampang memanjang saluran transisi adalah sebagai berikut: (Suyono Sosrodarsono, Bendungan Tipe Urugan, 2016:229)
𝑍1+ 𝑌1+ 𝛼𝑉12
2𝑔 = 𝑍2+ 𝑍2+ 𝛼𝑉22
2𝑔 +𝑘 (𝑉1−𝑉2
2 .𝑔 (2.31)
Dimana:
Z1 = Elevasi dasar dibagian hulu saluran transisi = elevasi dasar di hilir mercu pelimpah (m)
Z2 = Elevasi dasar dibagian hilir saluran transisi (m) y1 = Kedalaman air diujung hulu saluran transisi (m) y2 = Kedalaman air diujung hilir saluran transisi (m)
V1 = Kecepatan aliran dibagian hulu saluran transisi (m/dtk) V2 = Kecepatan aliran dibagian hilir saluran transisi (m/dtk) g = Gravitasi (9,81 m/dtk2)
α = Koefisien energi
k = Koefisien kehilangan tinggi tekanan akibat perubahan penampang lintang saluran transisi (0,1 – 0,2)
n = Kekasaran Manning
Rumus yang digunakan untuk menghitung penampang aliran pada saluran peluncur adalah sebagai berikut: (Ven Te Chow, Hidrolika Saluran Terbuka, 1992:239)
Gambar 2.4 Skema Bagian Saluran Untuk Menurunkan Metode Tahapan (Metode Tahapan Langsung)
Sumber : Ven Te Chow (1992:239)
𝑍1 + 𝛼𝑉12
2𝑔 = 𝑍2+ 𝛼𝑉22
2𝑔 + 𝐻𝑓 (2.32)
𝑆0 . ∆𝑥 + 𝑦1 + 𝛼𝑉12
2𝑔 = 𝑦2+ 𝛼𝑉22
2𝑔 + 𝑆𝑓 . ∆𝑥 . (2.33)
∆𝑥 = ∆𝐸
𝑆𝑜−𝑆𝑓= 𝐸2−𝐸1
𝑆𝑜−𝑆𝑓 (2.34)
𝐸 = 𝑦 + 𝛼𝑉2
2𝑔 (2.35)
Untuk Rumus Manning:
𝑆𝑓 =𝑛2𝑉2
𝑅4/3 (2.36)
𝐻𝑓 = 𝑆𝑟 . ∆𝑥 (2.37)
Dimana:
Z1 = Elevasi dasar saluran dibagian hulu (m) Z2 = Elevasi dasar saluran dibagian hilir (m) y1 = Kedalaman air diujung hulu saluran (m) y2 = Kedalaman air diujung hilir saluran (m)
V1 = Kecepatan aliran kritis dibagian hulu saluran (m/dtk)
V2 = Kecepatan aliran kritis dibagian hilir saluran (m/dtk) g = Gravitasi (9,81 m/dtk2)
S0 = Kemiringan dasar saluran Sf = Kemiringan garis energi Sw = Kemiringan muka air E = Energi (m)
H = Tinggi energi (m)
Hf = Kehilangan total tinggi tekanan yang disebabkan oleh gesekan (m) α = Koefisien energi
n = Kekasaran Manning
Jenis aliran pada suatu saluran terbagi menjadi tiga jenis, yakni aliran subkritis, aliran kritis dan aliran superkritis. Yang ketiganya dapat diketahui dengan cara menghitung besarnya bilangan Froude (Fr). Jika hasil dari perhitungan bilangan Fr <
1 maka aliran tersebut adalah aliran subkritis, Fr = 1 maka alirannya adalah kritis dan jika Fr > 1 maka alirannya adalah superkritis.
Jika aliran yang terjadi disuatu saluran merupakan aliran subkritis maka perhitungan di mulai dari hilir kearah hulu saluran, sedangkan apabila aliran yang terjadi adalah aliran superkritis maka sebaliknya perhitungan dimulai dari arah hulu ke arah hilir saluran.
2.2.4 Peredam Energi
Bangunan peredam energi berfungsi untuk menghilangkan atau setidaknya mengurangi energi dalam aliran sehingga tidak merusak tebing jembatan, jalan, bangunan dan instalasi lain disebelah hilir bangunan pelimpah atau di ujung hilir saluran peluncur. Jenis peredam energi yang biasa digunakan pada bendungan dipilih dan disesuaikan berdasarkan tipe bendungannya, kondisi tofografinya, dan sistem kerjanya, untuk bendungan jenis tipe urugan biasanya jenis peredam energi yang digunakan yaitu sebagai berikut: (Suyono Sosrodarsono, Bendungan Tipe Urugan, 2016:241).
1. Tipe loncatan (water jump type)
Peredam energi tipe loncatan adalah jenis peredam energi yang pada umumnya cocok digunakan untuk sungai dengan dasar alur yang kukuh. Tipe
ini dibuat untuk jenis sungai yang dangkal. Sehingga biaya pembuatannya pun cukup rendah bila dibandingan dengan tipe-tipe yang lain, tetapi mempunyai kekurangan efektivitas kerjanya lebih rendah juga, dan biasanya menimbulkan olakan–olakan pada aliran hilirnya.
Gambar 2.5 Bentuk Lengkungan Peredam pada Energi Loncatan Sumber: Suyono Sosrodarsono (2016:243)
2. Tipe kolam olakan (stilling basin type)
Tipe ini dinamakan peredam kolam oalakan dikarenakan jenis ini mempunyai prinsip, dimana peredam energinya yang sebagian besar terjadi akibat proses pergesekan diantara molekul-molekul air, akan menimbulkan olakan–olakan didalam kolam tersebut.
➢ Kolam olakan datar tipe I, dimana secara teori cocok untuk keadaan sebagai berikut:
a. Aliran mempunyai tekanan hidrostatis yang rendah, (Pw < 60 m) b. Debit yang dialirkan kecil (debit spesifik q < 18,5 m3/det/m) c. Bilangan Froude di akhir saluran peluncur < 4,50
Gambar 2.6 Kolam Olakan Datar tipe 1 Sumber : Suyono Sosrodarsono (2016:245)
➢ Kolam olakan datar tipe II, dimana secara teori cocok untuk keadaan sebagai berikut:
a. Aliran dengan tekanan hidrostatis yang tinggi (Pw > 60 m) b. Debit yang dialirkan besar (debit spesifik q < 45 m3/det/m) c. Bilangan Froude di akhir saluran peluncur > 4,50)
Gambar 2.7 Kolam Olakan Datar Tipe II Sumber : Suyono Sosrodarsono (2016:246)
➢ Kolam olakan datar tipe III
a. Aliran mempunyai tekanan hidrostatis yang rendah (Pw < 60 m) b. Debit yang dialirkan kecil (debit spesifik q < 18,5 m3/det/m) c. Bilangan Froude di akhir saluran peluncur > 4,50
Gambar 2.8 Kolam Olakan Datar Tipe III Sumber : Suyono Sosrodarsono (2016:247)
➢ Kolam olakan datar tipe IV
a. Aliran mempunyai tekanan hidrostatis yang rendah (Pw < 60 m) b. Debit yang dialirkan kecil (debit spesifik q > 18,5 m3/det/m) c. Bilangan Froude di akhir saluran peluncur antara 2,50 s.d 4,50
Gambar 2.9 Kolam Olakan Datar Tipe IV Sumber: Suyono Sosrodarsono (2016:248)
Gambar 2.10 Kedalaman Air Minimum di Hilir Kolam Olakan (USBR tipe I, II dan III) Sumber : Suyono Sosrodarsono (2016:250)
Gambar 2.11 Panjang Loncatan Hidrolis Kolam Olakan (USBR tipe I, II dan III) Sumber : Suyono Sosrodarsono (2016:251)
3. Tipe bak Pusaran (roller bucket type)
Tipe peredam jenis bak pusara ini adalah jenis peredam energi yang membutuhkan pondasi batuan yang kukuh dan air yang terdapat dihilirnya cukup dalam. Bak pusara ini mempunyai bentuk serta modifikasi yang beraneka ragam, disesuaikan dengan kondisi topografi dan geologi tempat kedudukannya.
Gambar 2.12 Bak Pusaran Tipe Grand-Coulee Sumber : Suyono Sosrodarsono (2016:255)
Gambar 2.13 Bak Pusaran Beralur Tipe Angosture Sumber : Suyono Sosrodarsono (2016:255)
2.2.5 Tinggi Jagaan
Adanya perhitungan tinggi jagaan pada suatu bangunan pelimpah digunakan untuk menghindari terjadinya limpasan, yang kemungkinan terjadi pada elevasi muka air paling tinggi, ditambah tinggi ombak ataupun kemungkinan adanya benda-benda terapung yang terdapat pada aliran tersebut.
Disamping untuk menghindari limpasan-limpasan pada elevasi permukaan air disaat dialirkannya debit banjir rencana, tinggi jagaan juga berperan pada saat pengaliran debit banjir abnormal.
Untuk perhitungan pada tinggi jagaan dapat digunakan rumus sebagai berikut:
(Suyono Sosrodarsono, Bendungan Tipe Urugan, 2016:256).
𝐹𝑏 = 𝐶 . 𝑉 . 𝑑1/2 (2.38)
atau
𝐹𝑏 = 0,6 + 0,037 . 𝑉 . 𝑑1/3 (2.39)
Dimana:
Fb = Tinggi jagaan (m)
C = Koefisien (0,1 untuk penampang saluran berbentuk persegi panjang) V = Kecepatan aliran (m/dtk)
d = Kedalaman air didalam saluran (m) 2.3 Analisa Stabilitas Pelimpah
Analisa stabilitas adalah suatu perhitungan yang digunakan untuk mengontrol apakah suatu bangunan yang direncanakan dapat kuat menahan beban–beban yang berlaku pada bangunan itu sendiri atau tidak.
1. Kondisi Pembebanan pada saat Tidak Ada Air Pada Saluran.
2. Kondisi Pembebanan pada saat Ada Air Pada Saluran.
3. Kondisi Pembebanan pada saat Gempa, pada kondisi ini nantinya saat perhitungan akan dimasukkan koefisien gempa pada gaya yang membebani bangunan.
2.3.1 Analisa Pembebanan
Perhitungan stabilitas pada suatu bangunan pelimpah didasarkan pada gaya yang bekerja pada bangunan pelimpah itu sendiri.
2.3.1.1 Tekanan Air
Untuk perhitungan tekanan air statis pada analisa stabilitas digunakan lah rumus sebagai berikut: (Braja M. Das, Mekanika Tanah jilid 2, 1995:48)
𝑃𝑤 = 1
2 . 𝛾𝑤 . 𝐻2 (2.40)
Dimana:
Pw = Tekanan air (ton/m’) 𝛾w = Berat jenis air (t/m3) H = Kedalaman air (m) 2.3.1.2 Tekanan Tanah
Perhitungan tekanan tanah pada perhitungan ini dibedakan atas tekanan tanah aktif dan tekanan tanah pasif.
a. Tekanan Tanah Aktif
Rumus yang digunakan untuk perhitungan tekanan tanah aktif yaitu sebagai berikut: (Braja M. Das, Mekanika Tanah jilid 2, 1995:51)
𝑃𝑤 = 1
2 . 𝐾𝑎 . 𝛾𝑡 . 𝐻2 (2.41)
Koefisien tekanan tanah aktif dihitung dengan rumus berikut : 𝐾𝑎 = 𝑡𝑎𝑛2(45∘− ∅
2 ) (2.42)
Dimana:
Pa = Tekanan tanah aktif (ton/m’) Ka = Koefisien tanah aktif
𝛾t = Berat jenis tanah (t/m3) h = Tinggi tanah (m) b. Tekanan Tanah Pasif
Rumus yang digunakan untuk perhitungan tekanan tanah pasif yaitu sebagai berikut: (Braja M. Das, Mekanika Tanah jilid 2, 1995:53)
𝑃𝑝 = 1
2 . 𝐾𝑝 . 𝛾𝑡 . 𝐻2 (2.43)
Koefisien tekanan tanah aktif dihitung dengan rumus berikut : 𝐾𝑝 = 𝑡𝑎𝑛2(45∘− ∅
2 ) (2.44)
Dimana:
Pp = Tekanan tanah pasif (ton/m’) Ka = Koefisien tanah pasif
𝛾 = Berat jenis tanah (t/m3) h = Tinggi tanah (m)
2.3.1.3 Berat Material a. Berat Sendiri Bangunan
Perhitungan berat bangunan bergantung pada bahan yang dipakai untuk membuat bangunan itu sendiri. Rumus yang digunakan untuk perhitungan berat sendiri bangunan yaitu sebagai berikut: (Braja M. Das, Mekanika Tanah jilid 1, 1993:31)
𝑊1+ 𝑊2 + 𝑊3+ … + 𝑊𝑛 (2.45)
𝑊 = 𝛾𝑏 . 𝑉 (2.46)
Dimana:
W = Berat bangunan (ton) 𝛾 = Berat jenis bahan (t/m3) V = Volume (m3)
b. Berat Air
Rumus yang digunakan untuk melakukan perhitungan terhadap berat air yaitu sebagai berikut: (Braja M. Das, Mekanika Tanah jilid 1, 1993:31)
𝑊𝑤 = 𝛾𝑤 . 𝑉 (2.47)
Dimana:
Ww = Berat bangunan (ton) 𝛾w = Berat jenis bahan (t/m3) V = Volume (m3)
c. Berat Tanah
Rumus yang digunakan untuk melakukan perhitungan terhadap berat tanah yaitu sebagai berikut: (Braja M. Das, Mekanika Tanah jilid 1, 1993:31)
𝑊𝑠 = 𝛾𝑠𝑎𝑡 − 𝛾𝑤 . 𝑉 (2.48)
Dimana:
Ww = Berat bangunan (ton) 𝛾w = Berat jenis bahan (t/m3)
𝛾sat = Berat jenis tanah jenuh (t/m3) V = Volume (m3)
2.3.1.4 Gaya Akibat Pengaruh Gempa
We = W . Kh (2.49)
Kh =ad
g (2.50)
ad = n(𝑎𝑐 . 𝑧)𝑚 (2.51)
Dimana:
We = Gaya Akibat Gempa (ton) W = Berat Bangunan (ton) Kh = Koefisien Gempa
ad = Percepatan Gempa Rencana (cm/dtk2) ac = Percepatan Kejut Dasar (cm/dtk2) n = Koefisien jenis tanah
g = Gravitasi (981 cm/dtk2)
z = Faktor yang tergantung pada letak geografis
(Sumber : Braja M.Das Jilid 2, 1985:83)
2.3.1.5 Tekanan Uplift
Gaya uplift adalah gaya tekan ke atas dibawah pelimpah, rumus yang digunakan berdasarkan pada Kriteria Perencanaan-02 yaitu sebagai berikut:
Gambar 2.14 Gaya Angkat (uplift) pada pelimpah
Sumber : Kriteria perencanaan 02 (1986 : 140) 𝑃𝑥 = 𝐻𝑥 − 𝐿𝑥
𝐿 . ∆𝐻 (2.52)
Dimana:
Px = Gaya angkat (kg/m2)
Lx = Jarak bidang rembesan pada pelimpah (m) L = Panjang total jalur rembesan pada pelimpah (m) Δ = Beda tinggi (m)
H = Tinggi energi di hulu pelimpah (m)
(Kriteria Perencanaan 02, 1986)
2.3.2 Kontrol Terhadap Stabilitas
Dalam perhitungan stabilitas terhadap pelimpah, kontrol yang akan diperhitungkan adalah:
1. Stabilitas terhadap Guling 2. Stabilitas terhadap Geser
3. Stabilitas terhadap Daya Dukung Tanah (DDT)
2.3.2.1 Stabilitas Terhadap Guling
Suatu bangunan dapat dikatakan aman terhadap bahaya guling apabila momen guling pada suatu bangunan tersebut mempunyai nilai yang lebih kecil daripada momen tahanan nya.
Rumus yang digunakan untuk menghitung stabilitas terhadap guling adalah:
➢ Keadaan normal Sf = ∑ Mt
Mg > 1,5 (2.53)
➢ Keadaan gempa Sf = ∑ Mt
Mg > 1,25 (2.54)
Dimana:
ΣMt = Momen tahanan (t.m) ΣMg = Momen guling (t.m) Sf = Faktor keamanan
(Hary Christady, Teknik Pondasi, 1996:399)
2.3.2.2 Stabilitas Terhadap Geser
Agar konstruksi aman terhadap geser, maka gaya geser suatu bangunan tersebut harus lebih kecil dari gaya tahanan dengan memperhitungkan koefisien geser tanah terhadap konstruksi yang ada.
Untuk menghitung stabilitas terhadap geser, maka dapat menggunakan rumus keamanan sebagai berikut:
➢ Keadaan normal Sf = 𝐶 . 𝐴+ 𝐹 . ∑ 𝑉
∑ 𝐻 > 1,5 (2.55)
➢ Keadaan gempa Sf = 𝐶 . 𝐴+ 𝐹 . ∑ 𝑉
∑ 𝐻 > 1,25 (2.56)
Dimana:
Σv = Jumlah gaya vertikal (ton) ΣH = Jumlah gaya horizontal (ton) Sf = Faktor keamanan
C = Kohesi antara tanah dasar pondasi dengan tanah A = Luas pembebanan efektif (m2)
F = Tan ∅ = sudut geser tanah
(Kriteria Perencanaan 02, 1986:147).
2.3.2.3 Stabilitas Terhadap Daya Dukung Tanah
Rumus yang digunakan untuk menghitung daya dukung tanah adalah sebagai berikut:
a. Jika titik tangkap resultan terletak di dalam batas 1/3 dari tepi dasar masing- masing sisi:
𝜎 = ∑
𝐿𝐵 . (1 ± 6 .𝑒
𝐵) < 𝜏 (2.57)
𝜎 = 𝐿
2− ∑𝑀𝑣 − ∑𝑀𝐻
∑𝑉 (2.58)
Dimana:
σ = Besarnya daya dukung tanah (t/m2)
e = Resultan gaya atau eksentrisitas pembebanan (m) Mv = Momen akibat gaya vertical (t.m)
MH = Momen akibat gaya horizontal (t.m)
B = Lebar pondasi (m) L = Panjang pondasi (m) 𝑟 = Tegangan ijin (t/m2)
b. Jika titik tangkap gaya resultan terletak diluar batas 1/3 dari tepi dasar masing- masing sisi (diluar inti dari pondasi)
e > L/6 (2.59)
τmaks= 2 .∑V
LX (2.60)
Dimana:
e = Resultan gaya atau eksentrisitas pembebanan (m) L = Lebar (m)
X = Lebar manfaat dari kerja reaksi dasar pondasi = 3 (B/2 – e) (m) 𝜏maks = Tegangan maksimum (t/m2)
Σv = Jumlah gaya vertikal (ton)
