vii
STUDI PERENCANAAN HIDRAULIK
BENDUNG TIPE GERGAJI DENGAN
UJI MODEL FISIK DUA DIMENSI
Bramantyo Herawanto NRP : 1021060
Pembimbing : Ir. Endang Ariani, Dipl., HE
ABSTRAK
Bendung merupakan bangunan air yang berfungsi untuk meninggikan muka air hulu, dan untuk mengendalikan kapasitas debit yang melimpah ke hilir. Pada saat ini sudah banyak dilakukan berbagai penelitian yang bertujuan untuk mendapatkan kapasitas pelimpahan debit yang besar. Salah satu cara untuk mendapatkannya adalah dengan menggunakan bendung tipe gergaji.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui besarnya kapasitas debit maksimum dan penggerusan lokal yang terjadi di hilir bendung. Penelitian menggunakan saluran terbuka model 2 dimensi yang berada di Laboratorium Hidraulika Universitas Kristen Maranatha dengan panjang saluran 9 m, lebar 1 m dan tinggi 0,62 m. Penelitian menggunakan bendung tipe gergaji yang sebelumnya telah direncanakan dengan dimensi tinggi 0,16 m, lebar 1 meter dan panjang pelimpahan bendung 0,5 m. Pada penelitian ini juga menggunakan peredam energi tipe MDO dengan kedalaman lantai dari mercu bendung 0,18 m, panjang lantai 0,31 m dan tinggi ambang 0,02 m. Material dasar saluran yang digunakan yaitu pasir Garut. 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 termasuk kedalam klasifikasi tanah dengan simbol SP-SM (Pasir Bergradasi Buruk dengan Lanau) dengan nilai Gs sebesar 2,65. Pengujian penggerusan dilakukan selama ±40 menit setelah aliran konstan dan dilakukan dengan 3 debit Thompson yang ditinjau (100%, 60%, dan 30%).
Pola gerusan memberi gambaran tentang gerusan lokal di hilir bendung yang mungkin terjadi. Kedalaman gerusan maksimum yang terjadi pada model awal desain didapat titik terdalam sebesar -2 cm. Kedalaman gerusan maksimum yang terjadi pada perubahan model yaitu dengan menambahkan rip-rap didapat titik terdalam -0,8 cm.
viii
HIDRAULIC DESIGN STUDY
OF LABYRINTH WEIR WITH
TWO DIMENSIONAL PHYSICAL MODEL TESTS
Bramantyo Herawanto NRP : 1021060
Advisor : Ir. Endang Ariani, Dipl., HE
ABSTRACT
Weir is a water construction which has a function to increase the water surface on the upper course, and also to control the discharge capacity that flows to the lower course. Some researches have been done due to get a bigger discharge capacity. One way to achieve this is using a labyrinth type weir.
The objective of this research is to find out the maximum value of debit capacity and local scouring on the course of weir. It uses 2 dimensional model in Maranatha Kristen University Hydraulic Laboratory with 9 m channel length, 1 m width, 0,62 m height. This research is using labyrinth weir that has been design with 0,16 m dimension height, 1 m width, and 0,5 m length of spillway. The height specification of energy dissipator MDO type is 0,18 m from the bottom floor to the weir, its floor length is 0,31 m, and the endsill height is 0,02 m.
Garut’s sand is used as the material on the bottom channel. The result of Grain Size Analysis gives values of Cu = 26,22 , and Cc = 4,6. The research concludes that the soil is included to the SP-SM classification (Poorly Graded Sand With Silt) with Gs = 2,65. This research takes about ± 40 minutes to get a constant flow and uses 3 kinds of Thompson’s discharge (100%, 60%, and 30%).
The scouring pattern gives an illustration about local scouring on the lower course of weir that might be happened. The maximum scouring depth in the earlier model pattern is in -2 cm. The maximum scouring depth in the modification model is in -0,8 cm , the modification is given by adding rip – rap.
ix
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ... i
LEMBAR PENGESAHAN ... ii
PERNYATAAN ORISINALITAS LAPORAN PENELITIAN ... iii
PERNYATAAN PUBLIKASI LAPORAN PENELITIAN ... iv
KATA PENGANTAR ...v
1.2 Maksud dan Tujuan Penelitian ... 3
1.3 Pembatasan Masalah ... 3
1.4 Sistematika Penulisan... 4
BAB II TINJAUAN LITERATUR 2.1 Pengertian Bendung ... 5
2.2 Tipe Bendung ... 6
2.2.1 Bendung Tetap ... 6
2.2.2 Bendung Gerak... 8
2.3 Komponen Utama Bendung ... 9
2.3.1 Pelimpah Bendung ... 9
2.3.2 Mercu Bendung ... 10
2.3.3 Bangunan Peredam Energi ... 11
2.4 Bendung Tipe Gergaji ... 14
2.4.1 Persyaratan Penerapan Bendung Tipe Gergaji ... 15
2.4.2 Keuntungan Bendung Tipe Gergaji ... 15
2.4.3 Desain Hidraulik ... 16
2.5 Debit Aliran ... 18
2.6 Penggerusan Di Hilir Bendung ... 19
2.7 Klasifikasi Tanah ... 20
2.7.1 Penentuan Berat Jenis Butir (Spesific Gravity-Gs) ... 20
2.7.2 Analisis Ayak ... 22
2.7.3 Sistem Klasifikasi Tanah... 23
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Deskripsi Pelaksanaan Penelitian ... 24
3.2 Pengujian Lengkung Debit Thompson... 26
x
3.4 Perencanaan Dimensi Bendung Tipe Gergaji ... 29
3.5 Perencanaan Peredam Energi Tipe MDO ... 33
3.6 Pengujian Berat Jenis Butir (Spesific Gravity-Gs) ... 34
3.7 Pengujian Analisis Ayak ... 37
BAB IV HASIL ANALISIS PENELITIAN 4.1 Analisis Uji Aliran Pada Thompson ... 40
4.2 Analisis Penggerusan di Hilir Bendung ... 42
4.2.1 Penggerusan Pada Model Desain Awal ... 43
4.2.2 Penggerusan Pada Perubahan Model Desain ... 50
4.3 Analisis Berat Jenis Butir (Spesific Grafity-Gs) ... 57
4.4 Analisis Ukuran Butir (Grain Size Analisys) ... 60
BAB V SIMPULAN DAN SARAN ... 5.1 Simpulan ... 65
5.2 Saran ... 66
DAFTAR PUSTAKA ... 67
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Pelimpah Gergaji Bendungan Way Rarem, Lampung ...2
Gambar 1.2 Bendung Gergaji Ciwadas, Jawa Barat ...3
Gambar 2.1 Bendung Susunan Batu Kali ...7
Gambar 2.2 Bendung Bronjong ...7
Gambar 2.3 Bendung Cerucuk ...8
Gambar 2.4 Bendung Gerak ...9
Gambar 2.5 Bentuk Mercu ...10
Gambar 2.6 Peredam energi tipe MDO ...13
Gambar 2.7 Grafik MDO Penentuan Kedalaman Lantai Peredam Energi ...13
Gambar 2.8 Grafik MDO Penentuan Panjang Lantai Peredam Energi ...14
Gambar 2.9 Pengaruh Besar Nilai Pelipatan Panjang Pelimpah terhadap Kapasitas Pelimpah ...17
Gambar 2.10 Alat Ukur Thompson ...18
Gambar 2.11 Hubungan antara berat volume, air dan berat spesifik ...20
Gambar 3.1 Tampak Atas Saluran ...24
Gambar 3.2 Diagram alir pelaksanaan ...25
Gambar 3.3 Meteran taraf ...27
Gambar 3.4 Pintu air ...27
Gambar 3.5 Pengaruh banyak gigi terhadap kapasitas pelimpah ...30
Gambar 3.6 Sudut dan kemiringan gigi gergaji ...32
Gambar 3.7 Skema Bendung Tipe Gergaji ...32
Gambar 3.8 Desain peredam energi tipe MDO ...34
Gambar 4.1 Grafik Lengkung Debit Thompson ...41
Gambar 4.2 Grafik Lengkung Debit Melalui Bendung ...42
Gambar 4.3 Model Desain Awal ...43
Gambar 4.4 Profil Aliran dan Penggerusan Pada Model Awal (Q 100%) ...45
Gambar 4.5 Profil Aliran dan Penggerusan Pada Model Awal (Q 60%) ...47
Gambar 4.6 Profil Aliran dan Penggerusan Pada Model Awal (Q 30%) ...49
Gambar 4.7 Perubahan Model Desain ...50
Gambar 4.8 Profil Aliran dan Penggerusan Pada Perubahan Model Desain (Q 100%) ...52
Gambar 4.9 Profil Aliran dan Penggerusan Pada Perubahan Model Desain (Q 60%) ...54
Gambar 4.10 Profil Aliran dan Penggerusan Pada Perubahan Model Desain (Q 30%) ...56
Gambar 4.11 Grafik Kalibrasi Erlenmeyer ...58
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Peralatan Uji Lengkung Debit Thompson...26
Tabel 3.2 Peralatan Uji Penggerusan ...28
Tabel 3.3 Peralatan Uji Berat Jenis Butir (Spesific Gravity-Gs) ...35
Tabel 3.4 Peralatan Uji Analisa Ayak ...37
Tabel 4.1 Hasil Uji Debit Thompson ...41
Tabel 4.2 Hasil Uji Aliran Melalui Bendung ...42
Tabel 4.3 Rekapitulasi Hasil Uji Penggerusan ...57
Tabel 4.4 Kalibrasi Erlenmeyer ...57
Tabel 4.5 Berat Jenis Butir ...58
xiii
D10 : Diameter butir yang bersesuaian dengan 10% lolos ayakan (mm) D30 : Diameter butir yang bersesuaian dengan 30% lolos ayakan (mm) D60 : Diameter butir yang bersesuaian dengan 60% lolos ayakan (mm) Ds : Kedalaman lantai peredam energi (meter)
E : Parameter energi
F : Koefisien pelimpahan mercu Fi : Persentase lolos saringan no. i g : Gravitasi (meter/detik2)
Gs : Berat jenis butir
GT : Berat jenis dari air pada suhu ToC h : kedalaman aliran (cm)
lg : Panjang pelimpah bendung tipe gergaji (m) Ls : Panjang lantai peredam energi (m)
Ri : Persentase kumulatif tertahan saringan no. i WS : Berat tanah kering (gram)
xiv
W2 : Berat Erlenmeyer + aquades (gram)
z : Beda tinggi muka air udik dan muka air hilir (meter)
α : Sudut pada alat ukur Thompson (90°)
xv
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
LAMPIRAN 1 Tabel berat jenis air ... 68
LAMPIRAN 2 Tabel berat jenis butir ... 69
LAMPIRAN 3 Tabel klasifikasi tanah ... 70
LAMPIRAN 4 SURAT KETERANGAN TUGAS AKHIR ... 71
68 Universitas Kristen Maranatha
LAMPIRAN I
Tabel 1 Berat jenis air (GT)
GT
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0
C
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
69 Universitas Kristen Maranatha
LAMPIRAN II
Tabel Berat jenis butir (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
70 Universitas Kristen Maranatha
LAMPIRAN III
71 Universitas Kristen Maranatha
SURAT KETERANGAN TUGAS AKHIR
Sesuai dengan persetujuan dari Ketua Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha, melalui surat No. 1324/TA/FTS/UKM/III/2012
tanggal 10 Maret 2012, dengan ini saya selaku Pembimbing Tugas Akhir memberikan tugas kepada:
Nama : Bramantyo Herawanto N R P : 1021060
untuk membuat Tugas Akhir bidang Struktur dengan judul:
STUDI PERENCANAAN HIDRAULIK BENDUNG TIPE GERGAJI DENGAN UJI MODEL FISIK 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 Maret 2012
72 Universitas Kristen Maranatha
SURAT KETERANGAN SELESAI TUGAS AKHIR
Yang bertanda tangan di bawah ini selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir dari mahasiswa:
Nama : Bramantyo Herawanto N R P : 1021060
Menyatakan bahwa Tugas Akhir dari mahasiswa tersebut di atas dengan judul:
STUDI PERENCANAAN HIDRAULIK
BENDUNG TIPE GERGAJI DENGAN
UJI MODEL FISIK DUA DIMENSI
dinyatakan selesai dan dapat diajukan pada Ujian Sidang Tugas Akhir (USTA).
Bandung, Desember 2012
1 Universitas Kristen Maranatha
BAB I
PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Bendung merupakan bangunan air yang berfungsi untuk meninggikan muka air hulu, dan untuk mengendalikan kapasitas debit yang melimpah ke hilir. Kapasitas pelimpahan ini erat kaitannya dengan tinggi muka air udik akibat pembendungan.
Pada saat ini sudah banyak dilakukan berbagai penelitian yang bertujuan untuk mendapatkan kapasitas pelimpahan debit yang besar. Salah satu penelitian tersebut adalah bendung tipe gergaji.
Bangunan tipe gergaji hakikatnya adalah bendung tetap yang dibangun melintang sungai guna meningkatkan muka air udik, menahan atau mengurangi laju muatan sedimen yang bergerak dari udik ke hilir, mempertahankan dan atau meninggikan dasar sungai, mengendalikan kemiringan dasar sungai di udik bendung atau untuk mengendalikan debit yang melimpah ke hilir. Pelimpah bendungan tipe gergaji berguna untuk melewatkan sebagian air yang berlebih dengan aman ke hilir.
2 Universitas Kristen Maranatha
Gambar 1.1 Pelimpah gergaji bendungan Way Rarem, Lampung [Pusat Penelitian dan Pengembangan Pengairan]
3 Universitas Kristen Maranatha
Gambar 1.2 Bendung gergaji Ciwadas, Jawa Barat [Pusat Penelitian dan Pengembangan Pengairan]
Berdasarkan berbagai penelitian yang telah dilakukan, penulis tertarik untuk melalukan penelitian kembali tentang studi perencanaan hidraulik bendung tipe gergaji dengan uji model fisik dua dimensi.
1.2Maksud dan Tujuan Penelitian
Maksud dari penelitian ini adalah merencanakan dimensi bendung tipe gergaji dan peredam energi / kolam olak tipe MDO.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui kapasitas debit maksimum bendung dan penggerusan yang terjadi di hilir bendung sedangkal mungkin.
1.3Pembatasan Masalah
Adapun pembatasan masalah dalam penelitian ini adalah:
1. Penelitian menggunakan saluran terbuka model 2 dimensi yang berada di Laboratorium Hidraulika, Universitas Kristen Maranatha.
2. Saluran yang digunakan memiliki ukuran panjang 9 meter, lebar 1 meter dan tinggi 0,62 meter.
4 Universitas Kristen Maranatha 5. Jumlah gigi yang digunakan pada penelitian ini adalah dua buah.
6. Peredam energi yang digunakan adalah peredam tipe MDO. 7. Debit aliran yang ditinjau pada 30%, 60%, dan 100%.
8. Pengujian analisis ayak dan berat jenis butir pasir (Gs) dilakukan di Laboratorium Mekanika Tanah, Universitas Kristen Maranatha.
9. Pasir yang digunakan adalah pasir Garut.
1.4Sistematika Penulisan
Penulisan Tugas Akhir ini terdiri dari 5 (lima) bab, dengan beberapa subbab di dalamnya. Secara garis besar, sistematika isi dari tiap bab adalah sebagai berikut:
Pada Bab 1 Pendahuluan membahas latar belakang permasalahan, tujuan penulisan, ruang lingkup penelitian, diagram alir penelitian
Pada Bab 2 Tinjauan Literatur, menguraikan tentang dasar teori penelitian, dan rumusan-rumusan yang digunakan.
Pada Bab 3 Metodologi Penelitian, menguraikan tentang metode penelitian yang digunakan, data-data yang digunakan dalam penelitian, dan data hasil dari penelitian.
Pada Bab 4 Hasil Analisis Penelitian, menguraikan tentang perhitungan data dan hasil penelitian.
65 Universitas Kristen Maranatha
BAB V
SIMPULAN DAN SARAN
5.1Simpulan
Percobaan menggunakan bendung dan peredam energi yang sebelumnya telah didesain. Bendung yang digunakan adalah bendung tipe gergaji yang memiliki 2 gigi dengan tinggi 0,16 m, lebar 1 m, dan panjang pelimpahan 0,5 m. Peredam energi yang digunakan merupakan peredam energi tipe MDO dengan kedalaman lantai yang diukur dari atas mercu bendung sebesar 0,18 m, panjang lantai 0,31 m dan tinggi ambang 0,02 m.
Setelah menganilisis data dan melakukan percobaan, maka diperoleh hasil- hasil sebagai berikut :
Pada percobaan penggerusan debit yang ditinjau untuk mengetahui gerusan terdalam yaitu pada debit maksimum (Q 100%). Pada pemodelan desain awal, penggerusan yang terjadi memiliki gerusan terdalam -2 cm dengan debit 100% (QThompson = 0,0371 m3/dt) dengan datum ± 0,00 ambang terendah, yang berarti hasil penggerusan cukup dalam.
Dilakukan perubahan ke -1, dimana perubahan yang dilakukan dengan member rip-rap Ø ≤ 0,5 - 1 cm, panjang rip-rap 10 cm, kedalaman 5 cm dan kemiringan 1 : 5. Dialiri dengan debit 100% (QThompson = 0,035 m3/dt), penggerusan terdalam yang terjadi adalah -0,8 cm dengan datum ± 0,00 ambang terendah yang berarti penggerusan cukup dangkal.
66 Universitas Kristen Maranatha
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.
Dengan adanya kandungan lanau yang merupakan tanah berbutir halus pada tanah yang telah diuji, dampak yang terjadi terhadap penggerusan di hilir bendung sangat besar karena pada saat dialiri oleh air, tanah dengan butir halus akan mudah terbawa oleh air. Hal tersebut menyebabkan adanya titik penggerusan di hilir bendung yang cukup dalam yaitu melebihi 1 cm.
5.2 Saran
67 Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR PUSTAKA
Chow, V.T. 1992, Hidrolika Saluran Terbuka, Terjemahan E.V Nensi Rosalina, Erlangga, Jakarta.
Mawardi, Erman, Drs, Dipl.AIT, Memed, H.Moch, Ir,Dipl.HE,APU. 2002, Desain
Hidraulik Bendung Tetap, Alfabeta. Bandung
Pedoman Konstruksi dan Bangunan, Pd T-01-2001-A, Perencanaan Hidraulik
Bendung dan Pelimpah Bendung Tipe Gergaji, Departemen Permukiman dan
Prasarana Wilayah
Standar Kriteria Desain, KP-02, 1990, Kriteria Desain Bangunan Utama, Departemen Pekerjaan Umum Direktorat Jenderal Pengairan.