Studi Efektifitas Peredam Energi Bendung Pamarayan-Jawa Barat Dengan Uji Model Fisik.

(1)

STUDI EFEKTIVITAS PEREDAM ENERGI

BENDUNG PAMARAYAN-JAWA BARAT

DENGAN UJI MODEL FISIK 3 DIMENSI

Pribadi Maulana

NRP : 0121113

Pembimbing : Maria Christine S.,Ir. M.Sc FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK SIPIL

UNIVERSITAS KRISTEN MARANATHA

BANDUNG

ABSTRAK

Bendung Gerak Pamarayan Lama dibangun pada tahun 1911, terletak di Sungai Ciujung- Jawa Barat, dimana sungai tersebut mengairi sawah seluas 22.500 ha. Bendung ini mengalami kerusakan total dan digantikan oleh Bendung Gerak Pamarayan Baru yang mulai dioperasikan pada tahun 1997. Pada saat pelaksanaan konstruksi bendung baru (1992 sampai dengan tahun 1997) telah terjadi banjir yang cukup besar pada tahun 1994 dan 1996 yang mengakibatkan terjadinya kerusakan bendung yang cukup parah terutama bangunan peredam energinya dan dikhawatirkan Bendung Gerak Pamarayan Baru sendiri terancam roboh. Untuk menghindari hal tersebut diatas maka dibangunlah bangunan peredam energi dengan desain alternatif yang baru agar dapat digunakan dengan kondisi dasar sungai yang sudah tergerus.

Efektivitas kinerja dari beberapa perencanaan bangunan peredam energi diuji dengan uji model fisik yang kemudian dari model tersebut dipelajari arah aliran, kecepatan aliran dan penggerusan yang terjadi dihilir bangunan peredam energi agar kemudian didapatkan bentuk peredam energi yang optimal dan efisien. Hasil percobaan desain alternatif yaitu bangunan peredam energi dengan tipe mercu berganda yang dimodifikasi adalah tidak terlalu dalam besar penggerusan yang terjadi dan terdapat gerusan kecil di kanan dan di hilir peredam energi. Hasil percobaan ini menjadi pertimbangan sebelum bangunan tersebut diterapkan pada kondisi yang sebenarnya.

(2)

DAFTAR ISI

Halaman

SURAT KETERANGAN TUGAS AKHIR ... i

SURAT KETERANGAN SELESAI TUGAS AKHIR ... ii

ABSTRAK ... iii

DAFTAR LAMPIRAN ... xiii

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah ...1

1.2 Maksud dan Tujuan ...2

1.3 Pembatasan Masalah ...2

1.4 Sistematika Penulisan ...3

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Angkutan Sedimen. ...5

2.1.1 Macam-macam angkutan sedimen ...6

2.1.2 Proses angkutan sedimen ...9

2.1.3 Masalah penggerusan setempat ...11

2.2 Bangunan Peredam Energi ...13

2.2.1 Tipe bangunan peredam energi ...14

(3)

2.3 Model dan Prototipe ...21

2.3.1 Skala Model ...22

2.3.2 Model Tanpa Distorsi ...28

2.3.3 Model Dengan Distorsi ...28

2.3.4 Pengaruh Skala (Scale Effect) ...29

2.4 Konsolidasi Pondasi ...30

2.4.1 Jenis dan konstruksi konsolidasi pondasi ...31

2.4.2 Pemilihan tipe konsolidasi pondasi ...39

BAB 3 DESKRIPSI MODEL

3.1 Prototip Model ...41

3.1.1 Gambaran Umum ...42

3.1.2 Data Teknis Bangunan ...43

3.2 Deskripsi Model Dua Dimensi ...44

3.2.1 Konstruksi Model...44

3.2.2 Skala model dua dimensi ...46

3.3 Deskripsi Model Tiga Dimensi ...47

3.3.1 Skala model tiga dimensi ...47

3.3.2 Konstruksi Model ...48

3.3.3 Alat dan Perlengkapan Model ...50

3.3.4 Konfigurasi Pemodelan...50

3.4 Program Uji Model Hidraulik ...51

3.4.1 Percobaan Pengaliran ...51

3.4.2 Percobaan Keadaan aliran Bendung...51

(4)

3.4.4 Percobaan Kapasitas Peredam Energi...52

3.4.5 Percobaan Penggerusan...53

3.5 Pengukuran ...54

3.5.1 Parameter yang diukur ...54

3.5.2 Alat Pengukuran yang dipakai ...56

3.5.3 Cara Pengukuran ...58

BAB 4 HASIL UJI MODEL HIDRAULIK 4.1 Hasil Pengukuran/Pengujian ...61

4.2 Analisa Hasil Percobaan Dua Dimensi ...62

4.2.1 Hasil Percobaan Desain Awal ...62

4.2.2 Hasil Percobaan Desain Alternatif ... 66

4.3 Analisa Hasil Percobaan Tiga Dimensi ...72

4.3.1 Hasil Percobaan Desain Awal ...72

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ...78

5.1.1 Kesimpulan Khusus ...79

5.1.2 Kesimpulan Umum ...81

5.2 Saran...82

DAFTAR PUSTAKA ...83

(5)

DAFTAR NOTASI

A = Luas (m²)

C = Koefisien Chezy

d = Diameter butir

F = Luas basah

Frp = Bilangan Froude di prototipe Frm = Bilangan Froude di model h = Tinggi (m)

I = Kemiringan garis energi

K = Kekasaran

L = Panjang (m)

N = Jumlah putaran

n = Koefisien manning

n* = Jumlah putaran baling-baling perdetik

nv = Skala kecepatan aliran nt = Skala waktu aliran nQ = Skala debit

nc = Skala koefisien Chezy nn = Skala koefisien Manning R = Jari-jari hidraulik

T = waktu pengamatan (detik)

t = Waktu aliran (detik)

V = Volume (m³)

(6)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Gerakan-gerakan dari muatan sedimen dasar ...7

Gambar 2.2 Gerakan-gerakan sedimen melayang ...8

Gambar 2.3 Sedimen Muatan bilas ( wash load ) ...8

Gambar 2.4 Peredam energi Tipe Vlughter ...15

Gambar 2.5 Peredam energi Tipe MDO ...16

Gambar 2.6 Peredam Energi Tipe Bak Tenggelam ...16

Gambar 2.7 Peredam Energi Tipe Bucket ...17

Gambar 2.8 Peredam Energi Tipe MDL...17

Gambar 2.9 Peredam Energi Tipe Schoklitch...17

Gambar 2.10 Peredam Energi Tipe USBR I ...18

Gambar 2.11 Peredam Energi Tipe USBR II...19

Gambar 2.12 Peredam Energi Tipe USBR III ...19

Gambar 2.13 Peredam Energi Tipe USBR IV ...20

Gambar 2.14 Hubungan model dan prototip pada pengaliran melalui Bangunan pelimpah...20

Gambar 2.15 Lapis lindung batu dan hamparan lindung batu ...32

Gambar 2.16 Contoh konsolidasi pondasi dari blok beton tipe salib ...33

(7)

Gambar 2.18 Contoh konsolidasi pondasi dengan patok-patok

diatas blok beton ...34

Gambar 2.19 Fungsi blok beton tipe salib ...35

Gambar 2.20 Blok beton tipe bentuk Y ...35

Gambar 2.21 Blok beton tipe bentuk H ...36

Gambar 2.22 Blok beton tipe bentuk Tetrapot...36

Gambar 2.23 Blok beton tipe bentuk Hexapot...36

Gambar 2.24 Contoh konsolidasi pondasi dengan blok beton pracetak ...38

Gambar 4.1 Model Hidraulik Seri 1 ...62

(8)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Skala Besaran Model Dua Dimensi ...46

Tabel 2.2 Skala Besaran Model Tiga Dimensi...48

(9)

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1 Gambar lokasi dan potongan bendung...84

a. Denah Bendung Gerak Pamarayan...85

b. Tampak Atas Bendung Gerak Pamarayan ...86

c. Tampak Potongan Melintang Bendung...87

Lampiran 2 Hasil Pengujian Model 2 Dimensi ...88

A. Model Hidraulik Seri 1 ...89

1. Garis Tinggi Penggerusan Seri 1 - Debit 500m3/det...89

2. Garis Tinggi Penggerusan Seri 1- Debit 1000m3/det...90

(10)

E. Model Hidraulik Seri 5 ...101

F. Model Hidraulik Seri 6 ...104

G. Model Hidraulik Seri 7 ...107

H. Model Hidraulik Seri 8 ...110

Lampiran 3 Hasil Pengujian Model 3 Dimensi ...113

A. Model Hidraulik Seri 0 ...114

(11)

5. Pola Arah aliran Seri 0 - Debit1000m3/det ...118

B. Model Hidraulik Seri 0.2 ...126

Lampiran 4 Gambar Foto Hasil Pengujian ...129

1. Bendung dan peredam energi (seri 0) ...130

2. Aliran masuk ke arah bendung-debit 500m3/det...130

3. Aliran di bendung dan peredam energi-debit 500m3/det ...131

4. Pengggerusan dihilir bendung-debit 500m3/det...131

5. Aliran di bendung dan peredam energi-debit 1000m3/det ....132

6. Pengggerusan dihilir bendung-debit 1000m3/det...132

7. Aliran di bendung dan peredam energi-debit 2000m3/det ....133

(12)

LAMPIRAN I

(13)

(14)

(15)

(16)

LAMPIRAN II

(17)

(18)

(19)

(20)

(21)

(22)

(23)

(24)

(25)

(26)

(27)

(28)

(29)

(30)

(31)

(32)

(33)

(34)

(35)

(36)

(37)

(38)

(39)

(40)

(41)

LAMPIRAN III

(42)

(43)

(44)

(45)

(46)

(47)

(48)

(49)

(50)

(51)

(52)

(53)

(54)

(55)

(56)

(57)

LAMPIRAN IV

(58)

Foto no.1

Bendung Peredam energi (seri 0 )

Foto no.2

(59)

Foto no.3

Aliran di bendung dan peredam energi dengan debit 500m3 _/det

Foto no.4

(60)

Foto no.5

Foto no.6

(61)

Foto no.7

Foto no.8

(62)

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pada sebuah bendung, bilamana aliran air sungai mengalir kearah bendung tersebut melampaui batas daya tampung rencananya maka permukaan air dalam

bendung akan naik terus dan akhirnya melimpah. Untuk mencegah terjadinya

limpasan air pada bendung, limpasan itu dilokalisir pada bangunan pelimpah.

Sebelum aliran air yang melintasi bangunan pelimpah dikembalikan lagi kedalam

sungai, air akan mengalir dengan kecepatan yang tinggi dan terkandung energi

dengan gaya penggerus yang sangat kuat. Guna meredam energi yang terdapat

(63)

dibuat suatu bangunan yang disebut peredam energi pencegah gerusan (scour

protection stilling basin).

Dalam tugas akhir ini akan dibahas mengenai pengujian terhadap hasil dari

perhitungan perencanaan beberapa jenis peredam energi dengan uji model

hidraulik fisik berdimensi dua dan berdimensi tiga di laboratorium, untuk

perbaikan dan penyempurnaan desain sebelum diterapkan dalam kenyataannya di

lapangan.

1.2 Maksud dan tujuan

Maksud dari studi ini adalah untuk mempelajari dan menganalisa desain hidraulik yang efektif dari beberapa jenis bangunan peredam energi Bendung

Pamarayan, ditinjau dari segi aliran, tinggi terjunan, penggerusan lokal, dan

degradasi dasar sungai, dengan bantuan uji model hidraulik fisik di laboratorium.

Tujuan dari studi ini adalah untuk mencari jawaban atas masalah-masalah

hidraulis pada bangunan peredam energi Bendung Pamarayan yang tidak dapat

dipecahkan dalam perhitungan agar kemudian dapat menentukan bentuk dan

ukuran hidraulis yang optimal, efektif dan hemat, terutama untuk mengatasi

penurunan dasar (degradasi) dan penggerusan lokal (local scouring) pada lapisan

dasar saluran yang direncanakan..

(64)

Masalah yang akan dibahas dalam Tugas Akhir ini khususnya pada pemodelan tubuh bendung. Selain itu dilakukan pula pembahasan sebagai berikut:

1. Pengujian dengan model fisik terhadap desain hidraulik bangunan

peredam energi baik model dua dimensi dan model tiga dimensi

2. Mempelajari dan menganalisa keadaan penggerusan yang terjadi dihilir

bendung dari beberapa jenis peredam energi yang dimodifikasikan.

3. Mempelajari dan menganalisa efektivitas dari hasil modifikasi-modifikasi

bangunan peredam energi yang sudah direncanakan.

1.4 Sistematika Penulisan

Penjabaran permasalahan dalam tugas akhir ini menurut sistematika

penulisan sebagai berikut:

BAB 1 : PENDAHULUAN

Membahas tentang latar belakang masalah, maksud dan tujuan,

pembatasan masalah, dan sitematika penulisan

BAB 2 : TINJAUAN PUSTAKA

Membahas tentang teori angkutan sedimen, bangunan peredam energi,

model dan prototip, dan teori konsolidasi pondasi

BAB 3 : DESKRIPSI MODEL

Membahas tentang data prototip model, model 2 dimensi, model 3

dimensi, program percobaan uji model hidraulik,pengukuran

(65)

Membahas tentang hasil pengukuran/pengujian, analisa hasil

percobaan 2 dimensi, dan analisa hasil model 3 dimensi

BAB 5 : KESIMPULAN DAN SARAN

Membahas kesimpulan khusus yang didasarkan pada hasil pengujian

model fisik, kesimpulan umum mengenai pentingnya uji model fisik

dalam perencanaan bangunan hidraulik dan saran yang dapat diajukan

(66)

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan dari hasil percobaan dan pembahasan diatas dibagi dalam 2

bagian yakni kesimpulan khusus yang berhubungan dengan perencanaan Bendung

Pamarayan dan kesimpulan umum yang menyangkut masalah pemanfaatan model

dalam desain bangunan air. Untuk kesimpulan khusus dibagi atas 2 bagian yaitu

(67)

5.1 Kesimpulan

5.1.1 Kesimpulan Khusus

A. Hasil Pengujian Model 2 Dimensi

1.Pradesain bendung yang diusulkan pada percobaan 2 dimensi dapat

mengontrol tinggi muka air hulu secara baik meskipun dalam kondisi

debit yang kecil.

2.Desain peredam energi seri-1 dan seri-2, yaitu peredam energi

dengan ambang hilir bergerigi dan ditambah floor blok masih belum

mampu dalam meredam energi aliran dari bendung. Dimana lapisan

dasar saluran tergerus maksimal sampai 5m.

3.Peredam energi hasil modifikasi dari seri-2, yaitu model seri-3 dan

seri-4 dimana peredam dengan ambang gerigi dan floor blok

ditambah rip-rap batu kali dengan diameter batu 0,6 m sepanjang

10-20 m ternyata cukup efektif dalam meredam energi dari bendung.

Tetapi untuk kondisi dasar sungai yang terdegradasi peredam energi

ini tidak efektif lagi.

4.Peredam energi dengan hasil desain alternatif (seri-7 dan seri-8),yaitu

peredam energi dengan penambahan mercu pada peredam energinya

dimana dilengkapi dengan ambang bergerigi dan floor blok sangat

cocok untuk meredam energi akibat aliran dalam bendung dan

melindungi dasar sungai sekalipun dasar sungai tergerus 2m sampai

(68)

B. Hasil Pengujian Model 3 Dimensi

1. Pradesain bendung yang diusulkan pada percobaan 3 dimensi dapat

mengontrol tinggi muka air hulu secara baik meskipun dalam kondisi

debit yang kecil.

2. Desain awal dari peredam energi seri-0.1, yaitu peredam energi seri 1

pada model 2 dimensi ditambah rip-rap kubus beton, tidak mampu

dalam meredam energi dengan baik terlihat dari gerusan maksimum

yang terjadi sebesar 6m dan terjadi gerusan lokal pada kanan dan kiri

hilir bendung.

3. Terjadi gradasi sebesar 1 m pada percobaan seri-0.1 dihilir terjadinya

gerusan lokal dengan debit 1000 m3/det, karena hasil limpasan gerusan yang terjadi. Tapi untuk debit 2000 m3/det tidak terjadi gradasi karena endapan tersebut hanyut sebagai akibat debit yang cukup besar.

4. Aliran masuk ke model terdistribusi cukup merata dengan kecepatan

aliran didaerah hulu bendung cukup rendah dan aliran menuju mercu

bendung terarah secara wajar dengan kecepatan aliran semakin tinggi

menuju bangunan peredam energi.

5. Variasi bukaan pintu pada percobaan seri 0.2 ternyata berpengaruh

juga terhadap dalamnya penggerusan pada lapisan dasar sungai selain

dipengaruhi oleh variasi debit dan keandalan dari bangunan peredam

(69)

5.1.2 Kesimpulan Umum

Kesimpulan umum ini berhubungan dengan pemanfaatan model terutama

model tanpa distorsi dalam membantu memberikan solusi dalam perencanaan

bangunan-bangunan air khususnya bendung dan beserta kelengkapannya.

1. Besarnya skala suatu model bisa dipilih secara bebas sesusai dengan

kondisi peralatan yang dimiliki sejauh penurunan besaran geometrik dan

hidraulis yang berasal dari pemilihan skala diatas masih menghasilkan

bentuk aliran sesuai dengan di lapangan

2. Model 2 dimensi akan membantu kita dalam perencanaan suatu bangunan

air terutama dalam masalah waktu. Hal ini dikarenakan dengan model 2

dimensi ini karakteristik dan ukuran model pada model 3 dimensi bisa

mendekati kondisi yang diinginkan sehingga model 3 dimensinya tidak

perlu banyak perubahan untuk perubahan untuk mendapatkan hasil yang

optimal dalam perencanaan.

3. Model memungkinkan seseorang perancang untuk mengamati perilaku

alam secara cermat tanpa harus terus menerus berada di lapangan yang

belum tentu bisa dilaksanakan secara terus menerus. Dengan pengamatan

ini seorang desainer dapat membuat suatu rancangan bangunan fisik untuk

mengolah alam sehingga hasil rancangannya benar-benar dapat

memberikan solusi yang memadai

4. Percobaan model memberikan memberikan akurasi solusi permasalahan

yang lebih baik dibanding perhitungan matematis dan analitis saja

5. Percobaan model memungkinkan seseorang desainer mengetahui

(70)

yang perlu sehingga rancangannya benar-benar cukup aman dan tidak

mengganggu kelestarian lingkungan tempat rancangan tersebut

direalisasikan.

6. Rancangan yang memakai model sebagai alat bantu akan memakan waktu

yang lebih pendek dengan hasil yang lebih baik dibanding perencanaan

tanpa model disamping biaya relatif murah dibandingkan dengan hasil

solusinya yang memadai.

7. Dari hasil percobaan model yang berupa grafik-grafik, tabel dan gambar

dapat diturunkan atau diperoleh suatu koefisien atau faktor koreksi,

sehingga selanjutnya faktor-faktor tersebut dapat dipakai pada perhitungan

dalam praktek.

5.2 Saran

Saran yang dapat disampaikan dari hasil analisa studi yang telah

dilaksanakan antara lain :

1. Pengamanan pada Bendung Gerak Pamarayanan harus segera

dilaksanakan agar tidak terjadi masalah serius yang akan terjadi di

lapangan karena akan membahayakan bangunan bendung dan

perlengkapannya.

2. Dilanjutkannya penanganan terhadap bangunan pengendali dasar

sungai yang terletak pada hilir bendung sejarak 360m agar

penggerusan yang terjadi akan jauh dari bangunan bendung dan tidak

membahayakan konstruksi bendung.

3. Disarankan agar studi terhadap efektifitas bangunan peredam energi

dengan menggunakan model 3 dimensi dilanjutkan agar diketahui

hasil analisa dari desain akhir pada bangunan tersebut yang optimal

(71)

DAFTAR PUSTAKA

1. Badan Standardisasi Nasional (1994), Metode Pengukuran Pola Aliran Pada Model Fisik, SNI 03-3410-1994,Departemen Pekerjaan Umum, Jakarta

2. Badan Standardisasi Nasional (1994), Metode Pengukuran Tinggi Muka Air pada Model Fisik, SNI 03-3411-1994 Departemen Pekerjaan Umum, Jakarta

3. Badan Standardisasi Nasional (1995), Metode Pembuatan Model Fisik Sungai Dengan Dasar Tetap, SNI 03-3965-1995 Departemen Pekerjaan Umum, Jakarta

4. Bambang Triatmodjo (1995), Hidrolika II, Beta Offset, Yogyakarta

5. Departemen Pekerjaan Umum Direktorat Jendral Pengairan (1989), Standar Perencanaan Irigasi, Kriteria Perencanaan Bagian Bangunan Utama KP-02

6. Drs.Erman Mawardi, Dipl.AIT dan Ir. Moch. Memed, DIpl.H.E,APU (2002), Desain Hidraulik Bendung Tetap Untuk Irigasi Teknis, ALFABETA Bandung.

7. Pusat penelitian dan Pengembangan Pengairan Departemen Pekerjaan Umum(1984), Report on Hydraulic Model Test of Pamarayan Barrage West Java, No.P.1552A-HA

8. Pusat Penelitian dan Pengembangan Pengairan Departemen Pekerjaan Umum (1989), Pedoman Desain Bendung

9. Prof. dr. M. de Vries (1997) ,Scale Models In Hydraulic Engineering, International Institute for Hydraulic and Environmental Engineering

10. The Association For Internasional Technical Promotion Tokyo, Japan (1985),Perbaikan dan Pengaturan Sungai, Cetakan Pertama, Terjemahan Ir.M.Yusuf Gayo dkk, Terbitan Pt.Pradnya Paramita, Jakarta Pusat

11.Ven Te Chow.,Ph.D.(1992),Hidrolika Saluran Terbuka,Cetakan Ketiga,Penerbit Erlangga