Bab KRITERIA PERENCANAAN 4.1 PARAMETER BANGUNAN Tanah

KRITERIA PERENCANAAN

4.1 PARAMETER BANGUNAN

4.1.1 Tanah

Unified Soil Classification System diperkenalkan oleh US Soil Conservation Service (Dinas Konservasi Tanah di A.S). Sistem ini digunakan untuk mengklasifikasi tanah untuk tujuan-tujuan teknik. Sistem ini didasarkan pada identifikasi tanah menurut ukuran partikel,

gradasi, indeks plastisitas dan batas cair. Gradasi dan ukuran cair partikel ditentukan dengan analisis saringan (ayak). Batas-batas cair dan plastis ditentukan melalui pengujian di laboratorium dengan menggunakan metode-metode standar.

Sistem ini memiliki ciri-ciri yang menonjol, yakni :

• Sederhana ada 12 macam bahan yang akan dikerjakan oleh ahli empat bahan berbutir kasar, empat bahan berbutir halus dan empat bahan campuran. Selain itu masih ada tiga bahan organik meluli pengujian memerlukan perhatian khsusus jadi seluruhnya ada 15.

• Sistem ini memberikan kejelasan tentang sifat-sifat fisik penting. misalnya ukuran, gradasi, plastisitas, kekuatan, kegetasan, potensi konsolidasi dan sebagainya.

• Andal. Sifat-sifat teknik yang diperoleh dari sistem ini sesuai dengan keadaan sebenarnya.

Tabel dibawah ini menyajikan tentang klasifikasi tanah menurut sistem ini, sebagaimana disadur oleh US Bureau of Reclamation, US Corps of Engineers dan US Soil Conservation Service.

Kalisifikasi tanah menurut Sistem "Kelompok (Unified System), yang didasarkan pada fraksi bahan minus 3 inci (76 mnt), menggunakan huruf-huruf sebagai simbol sifat-sifat tanah seperti ditunjukan di bawah ini :

Tanah yang memiliki sifat-sifat teknik serupa menurut sifat perilakunya dijadikan satu kelompok. Masing-masing kelompok dilukiskan dengan dua dari sifat-sifat (karakteristik) di atas. Sifat teknik yang paling penting dari kelompok ini dicantumkan pada urutan pertama pada daftar, kemudian sifat terpenting berikutnya di tempat kedua.

Ukuran-ukuran sampai AS dipakai untuk memisahkan kelompok-kelompok bahan dari kelompok baku lainnya. Jenis-jenis saringan penting beserta ukuran lubangnya adalah:

Tabel 4. 1 Standar saringan AS

Ukuran lubang dalam mm 3 " 76 4-Mar 19 No. 4 4,76 No. 10 2,00 No. 40 0,42 No. 200 0.074 Ukuran Standar Saringan Amerika Serikat

Stabilitas lereng

Untuk pedoman pendahuluan perencanaan kemiringan tanggul dapat dipakai Bilangan Stabilitas Taylor. Untuk kemiringan-kemiringan yang lebih penting dibutuhkan analisis yang lebih lengkap, yaitu dengan metode irisan Bishop (Bishop method of slices).

Gambar 4.1 menyajikan kurva Taylor, dimana bilangan stabilitas N adalah jumlah tak berdimensi dan sama dengan :

H F C N × = Pers 4. 1 dimana : c = fakfor kohesi, kN/m2 F = faktor keamanan (1,2). γ = berat volume, kN/m3 H = tinggi lereng, m.

Gambar 4. 1 Kurva-kurva Taylor untuk stabilitas tanggul (dari Capper, 1976).

Gambar 4.1 menunjukkan Bilangan Stabilitas sebagai fungsi kemirinaan (i) tanggui, sudut gesekan ξ dan faktor kedalaman untuk tanah dengan ξ yang rendah.

Metode irisan Bishop

Cara yang tepat untuk menentukan lereng tanggul adalah dengan menyelidiki keseimbangan masa tanah yang cenderung slip di sepanjang lengkung permukaan bidang patahan (lingkaran slip). Dengan cara mengadakan beberapa penyelidikan, terhadap kemungkinan adanya permukaan patahan, maka permukaan slip yang paling berbahaya bisa ditemukan, yaitu permukaan yang faktor keamanannya mempunyai harga terendah.

Dalam metode Bishop, irisan dari tebal satuan, yakni volume yang cenderung slip, dibagi-bagi menjadi irisan-irisan vertikal (lihat gambar 4.2)

Masing-masing irisan pada Gambar 4.2 (a), dengan tinggi h dan lebar b adalah seimbang terhadap bekerjanya kelima gaya yang ditunjukkan pada gambar 4.2 (b)dengan rumus :

(

)

α φ α α φ

α 1 (tan tan )/ sin

sec tan sin 1 W X F W cb W F ∑ ∑ = + + ∑ ∑ = Pers 4. 2 dimana W = berat irisan, kN.

α = sudut antara permukaan horisontal dan permukaan slip. F = faktor keamanan.

Daya dukung tanah untuk pondasi

Daya dukung dapat dicari dengan rumus berikut (dari Terzaghi) :

= α c Nc + γ z Nq + β γ B Nγ Pers 4. 3

qu

dimana

q u = daya dukung batas, kN / m2 c = kohesi, tegangan kohesi, kN / m2 γ = berat volume tanah, kN / m3

B = lebar telapak pondasi, m

z = kedalaman pondasi di bawah permukaan, m α dan β= faktor tak berdimensi, diberikan pada Tabel 211.3

Nc, Nq dan Nγ = faktor-faktor daya dukung tak berdimensi diberikan pada gambar 2.3

Tabel 4. 2 Bentuk telapak pondasi Bentuk α β Jalur / Strip 1,0 0,5 Bujur Sangkar 1,3 0,4 Segi Empat (L x B) 1,09 + 0.21 /BL 0,4 Lingkaran (diameter = B) 1,3 0,3

Besarnya daya dukung izin bisa dicari dari :

z F q q u a = +γ Pers 4. 4 dimana a q

= daya dukung izin, kN / m2

u

q

= daya dukung batas, kN / m2 F = faktor keamanan (2 sampai 3) γ = berat volume tanah, kN/m3

z = kedalaman pondasi dibawah permukaan tanah, m

Tabel 4. 3 Harga-harga perkiraan daya dukung izin Jenis

kN/m2 kg f/cm2

1. batu sangat keras 10 100

2. batu kapur/batu pasir keras. 4 40

3. kerikil berkerapatan sedang atau pasir dan kerikil 200-600 2-6

4. pasir berkerapatan sedang 100-300 3-Jan

5. lempung sinyal 150-300 1,5-3

6. lempung teguh 75-150 0,75-1,5

7. lempung lunak dan lanau < 75 < 0,75

Daya Dukung

Penurunan tanah dasar

Penurunan dapat diperkirakan dengan menggunakan rumus logaritmik Terzaghi berikut :

k

k

k

C

h

z

σ

σ

σ

+

Δ

×

=

ln

Pers 4. 5 dimana : z = penurunan, m

k

σ _{= tegangan butiran awal di tengah lapisan, kN/m}2

k

σ

Δ _{= tambahan tegangan butir akibat beban di permukaan, kN/m}2

Gambar 4. 4 Potongan tanah

Tabel 4. 4 Modulus kemampatan Jenis Tanah C P a s i r 50 - 500 Lempung pasiran 25 - 50 Lempung 10-25 Gambut 2-10 Tekanan tanah

Tekanan samping yang dipakai dalam perencanaan bangunan penahan dihitung dengan menggunakan cara pemecahan menurut Rankine.

Menurut cara pemecahan Rankine, tekanan samping aktif dan pasif adalah :

0.5 2 Ka Gaya Tekan : Eo = 1/2 Ko H - 2 c H 1 1 (active thrust) 0.5 2

tahanan pasif : EP = 1/2 Kp Y.H2 - 2 c H 1 Kp

dimana :

E = tekanan aktif, kN/m E p = tahanan pasif, kN/m K a = koefisien tegangan aktif γ = berat volume tanah, kN/m3

H 1 = tinggi tanah untuk tekanan aktif, m H 2 = tinggi untuk tekanan pasif,m C = kohesi, kN/m2

Gambar 4. 5 Tegangan samping Aktif dan Pasif cara pemecahan Rankine a) aktif; b) pasif

Tabel 4. 5 Harga-harga koefisien tegangan aktif Ka untuk dinding

100 20° 300 400 a 50 100 100 200 150 300 200 40 1200 0.48 0.45 0.44 0.27 0.24 0.23 0.13 0.12 0.12 0.06 0.05 0.05 1100 0.58 0.54 0.52 0.35 0.32 0.30 0.20 0.18 0.17 0.11 0.10 0.09 1000 0.65 0.61 0.59 0.42 0.39 0.37 0.26 0.24 0.24 0.16 0.14 0.15 900 Ko 0.70 0.66 0.65 0.49 0.45 0.44 0.33 0.30 0.31 0.22 0.20 0.22 80° 0.72 0.70 0.68 0.54 0.51 0.50 0.40 0.37 0.38 0.29 0.27 0.28 70° 0.73 0.70 0.70 0.57 0.54 0.54 0.46 0.44 0.45 0.35 0.34 0.38 60° 0.72 0.69 0.69 0.60 0.57 0.56 0.50 0.48 0.50 0.42 0.41 0.47

Tabel 4. 6 Harga-harga koefisien tegangan aktif Ka untuk dinding miring kasar dengna permukaan tanah datar 0 ₁₀0 200 30° 40' a a 00 100 00 100 20P 00 1 150 300 00 200 40P 1200 1.52 1.71 1.91 2.76 3.67 4.51 5.28 9.07 13.5 11.3 2 8 4 56.o 1100 1.53 1.69 1.83 2.53 3.31 4.04 4.42 7.38 10.8 8.34 19.5 39.0 1000 1.49 1.64 1.77 2.30 2.93 4.53 3.65 5.83 8.43 6.16 13.8 266 900 Ko 1.42 1.55 1.66 2.04 2.55 3.04 3 00 4.62 6.56 4.60 9.69 18.2 800 1.31 1.43 1.52 i.77 2.19 2.57 2.39 3.62 5 02 3.37 6.77 12 3 7&' 1.18 1.28 1.35 1.51 1.83 2.13 1.90 2.80 3.80 2.50 4.70 8 22 600 1.04 1.10 1.17 1.26 ~ 1.48 l 1.72 1.49 2.08 2 79 1.86 3.17 5.43

Gambar 4. 6 Tekanan Aktif dan Pasif menurut Rankine a) aktif; b) pasif

4.1.2 Analisis Stabilitas

Gaya-gaya yang bekerja pada bangunan pengelak dan mempunyai arti penting dalam perencanaan adalah :

- tekanan air, dalam dan luar

- tekanan lumpur (sediment pressure) - gaya gempa

- berat bangunan - reaksi pondasi 1. Tekanan air

Rumus gaya tekan ke atas untuk bangunan yang didirikan pada pondasi batuan adalah (lihat Gambar 4.11) :

W = c [h + ½ x (h – hu γw 2 1 2)] A Pers 4. 6

Dimana :

c = proporsi luas dimana tekanan hidrostatik bekerja (c = 1, untuk semua tipe pondasi)

w

γ 3

= berat jenis air, kN/m h = kedalaman air hilir, m 2

x = proporsi tekanan (proportion of net head) h = kedalaman air hulu, m 1

2

A = luas dasar, m

Wu = gaya tekan ke atas resultante, kN

Tabel 4. 7 Harga-harga X

Tipe pondasi batuan X (proporsi tekanan) berlapis horizontal 1,00

sedang, pejal (massive) 0,67

Gambar 4. 7 Gaya Angkat Untuk Bangunan Yang Dibangun Pada Pondasi Batuan

Gaya tekan keatas untuk bangunan pada permukaan tanah dasar (subgrade) lebih rumit. Gaya angkat pada pondasi itu dapat ditemukan dengan membuat jaringan aliran (flownet), atau dengan asumsi-asumsi yang digunakan oleh Lane untuk teori angka rembesan (weighted creep theory).

H L L_x Δ Px = Hx - Pers 4. 7 Dimana :

P = gaya angkat pada x, kg/mx 2

L = panjang total bidang kotak bendung dan tanah bawah, m. = jarak sepanjang bidang kontak dari hulu sampai x, m. Lx

∆H = beda tinggi energi, m.

H = tinggi energi di hulu bendung, m. x

dan di mana L dan Lx adalah jarak relatif yang dihitung menurut cara Lane,

bergantung kepada arah bidang tersebut. Bidang yang membentuk sudut 450 atau lebih terhadap bidang horisontal, dianggap vertikal.

Gambar 4. 8 Daya angkat pada pondasi bendung

2. Tekanan lumpur

Tekanan lumpur yang bekerja terhadap muka hulu bendung atau terhadap pintu dapat dihitung sebagai berikut :

⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + − ϕ ϕ sin 1 sin 1 2 h γ 2 s Ps = Pers 4. 8 Dimana :

Ps = gaya yang terletak pada 2/3 kedalaman dari atas lumpur yang bekerja secara

horizontal.

s γ

= berat lumpur, kN H = dalamnya lumpur, m

ϕ _{= sudut gesekan dalam, derajat}

Beberapa andalan/asumsi dapat dibuat seperti berikut :

g s s 1 ' − Γ =γ γ Pers 4. 9 Dimana :

s γ

= berat volume kering tanah 16 kN/m3 (1.600 kgf/m3) Γ = berat volume butir = 2,65

Menghasilkan gs = 10 kN/m3 (1000 kgf/m3)

Sudut gesekan dalam, yang bisa diandaikan 30% untuk kebanyakan hal menghasilkan :

P = 1,67 hs 2 Pers 4. 10

3. Gaya gempa

harga gaya gempa diberikan dalam bagian Parameter Bangunan. Harga-harga tersebut didasarkan pada peta Indonesia yang menunjukkan berbagai daerah dan risiko. Faktor minimum yang akan dipertimbangkan adalah 0,1 g perapatan gravitasi sebagai harga percepatan. Faktor ini hendaknya dipertimbangkan dengan cara mengalikannya dengan massa bangunan sebagai gaya horisontal menuju ke arah yang paling tidak aman, yakni arah hilir.

4.1.3 Reaksi Pondasi

Reaksi pondasi boleh diandalkan berbentuk trapesium dan tersebar secara linier. - Tekanan vertikal pondasi adalah :

( )

( )

m I e W A W

∑

∑

₊ P = Pers 4. 11 Dimana :

p = tekanan vertikal pondasi.

∑(W) = keseluruhan gaya vertikal, termasuk tekanan ke atas, tetapi tidak termasuk reaksi pondasi.

A = luas dasar, m2

e = eksentrisitas pembebasan, atau jarak dari pusat gravitasi dasar (base) sampai titik potong resultante dengan dasar.

I = momen kelembaman atau moment of inertia dasar di sekitar pusat gravitasi. m = jarak dari titik pusat luas dasar sampai ke titik dimana tekanan dikehendaki.

Gambar 4. 9 Unsur-Unsur Persamaan Distribusi Tekanan Pada Pondasi

Untuk dasar segi empat dengan panjang I dan lebar 1,0 m, I = L3/12 dan A = 1, rumus tadi menjadi :

( )

⎥⎦ ⎤ ⎢⎣ ⎡ +

∑

_m L 12e 1 L W 2 Pers 4. 12 P =

Sedangkan tekanan vertikal pondasi pada ujung bangunan ditentukan dengan rumus :

( )

⎥⎦ ⎤ ⎢⎣ ⎡ +

∑

L 6e 1 L W P’ = Pers 4. 13

Bila harga e lebih besar dari 1/6 L, maka akan dihasilkan tekanan negatif pada ujung bangunan. Biasanya tarikan tidak diizinkan, yang memerlukan irisan yang mempunyai dasar segi empat sehingga resultan untuk semua kondisi pembebanan jatuh pada daerah inti.

Ada tiga penyebab runtuhnya bangunan gravitasi, yaitu : 1. Gelincir (sliding), :

- sepanjang sendi horisontal atau hampir horisontal diatas pondasi - sepanjang pondasi, atau

- sepanjang kampuh horisontal atau hampir horisontal dalam pondasi. 2. Guling (overtuning)

- di dalam bendung - pada dasar (base), atau

- pada bidang di bawah dasar 3. Erosi bawah tanah (piping).

Ketahanan terhadap gelincir

Tangen q, sudut antara garis vertikal dan resultante semua gaya, termasuk gaya angkat, yang bekerja pada bendung di atas semua bidang horisontal, harus kurang dari koefisien gesekan yang diizinkan pada bidang tersebut.

( )

(

)

S f < =

∑

∑

V-U tanθ H Pers 4. 14 Dimana :

∑(H) = keseluruhan gaya horisontal yang bekerja pada bangunan, kN

∑(V-U) = keseluruhan gaya vertikal (V) dikurangi gaya tekan ke atas yang bekerja pada bangunan, kN.

θ = sudut resultante semua gaya terhadap garis vertikal, derajat. f = koefisien gesekan

S = faktor keamanan

Harga-harga perkiraan untuk koefisien gesekan f diberikan pada tabel 4.7

Tabel 4. 8 Harga-harga perkiraan untuk koefisien gesekan f

Bahan F Pasangan batu pada pasangan batu 0.60 – 0.75

Batu keras berkualitas baik 0.75

Kerikil 0.50

Pasir 0.40

Lempung 0.30

Untuk bangunan-bangunan kecil seperti bangunan-bangunan yang dibicarakan di sini, dimana berkurangnya umur bangunan, kerusakan besar, dan terjadinya bencana besar belum dipertimbangkan. Harga-harga faktor keamanan (S) yang dapat diterima adalah 2,0 untuk kondisi pembebanan normal dan 1,25 untuk kondisi pembebanan ekstrem.

Kondisi pembebanan ekstrem dapat dijelaskan sebagai berikut : - Tak ada aliran di atas mercu selama gempa, atau

- Banjir rencana maksimum.

geser, sama dengan atau lebih besar dari harga-harga faktor keamanan yang sudah ditentukan.

( )

(

)

S cA U V f H

∑

∑

≤ − + Pers 4. 15 Dimana :

C = satuan kekuatan geser bahan, kN/m2 A = luas dasar yang dipertimbangkan, m2

Harga-harga faktor keamanan jika geser juga dicakup, sama dengan harga-harga yang hanya mencakup gesekan saja, yakni 2,0 untuk kondisi normal dan 1,25 untuk kondisi ekstrem

Ketahanan terhadap guling

Agar bangunan aman terhadap guling, maka resultante semua gaya yang bekerja pada bagian bangunan di atas bidang horisontal termasuk gaya angkat harus memotong bidang ini pada teras. Tidak boleh ada tarikan pada bidang irisan manapun.

Besarnya tegangan dalam bangunan dan pondasi harus tetap dipertahankan pada harga-harga maksimal yang dianjurkan. Tiap bagian bangunan diandaikan berdiri sendiri dan tidak mungkin ada distribusi gaya-gaya melalui momen lentur (bending moment). Oleh sebab itu, tebal lantai kolam olak dihitung sebagai berikut :

γ x

x W

P −

dx > S Pers 4. 16

Dimana :

d = tebal lantai pada titik x, m x

P = gaya angkat pada titik x, kg/mx 2

WX = kedalaman air pada titik x, m

γ _{= berat jenis bahan, kg/m}2

S = faktor keamanan (1,5 untuk kondisi normal dan 1,25 untuk kondisi ekstrem)

Stabilitas terhadap erosi bawah tanah (piping)

Bangunan-bangunan yang harus mengatasi beda tinggi muka air hendaknya dicek stabilitasnya terhadap erosi bawah tanah dan bahaya runtuh akibat naiknya dasar galian (heave) atau rekahnya pangkal hilir bangunan.

Bahaya terjadinya erosi bawah tanah dapat dicek dengan jalan membuat jaringan aliran/flownet dan dengan beberapa metoda empiris, seperti :

- Metode Bligh - Metode Lane, atau - Metode Koshla

Metode Lane, yang juga disebut metode angka rembesan Lane (weighted creep ratio

method), adalah cara yang dianjurkan untuk mencek bangunan guna mengetahui

adanya erosi bawah tanah. Metode ini memberikan hasil yang aman dan mudah dipakai. Untuk bangunan-bangunan yang relatif kecil, metode-metode lain mungkin dapat memberikan hasil-hasil yang lebih baik, tetapi penggunaannya lebih sulit. Metode Lane diilustrasikan pada Gambar 4.15 dan memanfaatkan tabel. Metode ini membandingkan panjang jalur rembesan di bawah bangunan di sepanjang bidang bangunan tanah bawah dengan beda tinggi muka air antara kedua sisi bangunan.

Gambar 4. 11 Metode Angka Rembesan Lane

0

Disepanjang jalur perkolasi ini, kemiringan yang lebih curam dari 45 dianggap vertikal dan yang kurang dari 450 dianggap horisontal. Jalur vertikal dianggap

Oleh karena itu, rumusnya adalah : H L L_v + Σ _H Σ = 1/3 L C Pers 4. 17 Dimana :

CL = Angka rembesan Lane (lihat tabel 4.5)

ΣLV = jumlah panjang vertikal, m

ΣL = jumlah panjang horisontal, m H

H = beda tinggi muka air, m

Tabel 4. 9 Harga-Harga Minimum Angka Rembesan Lane (C ) L

JENIS TANAH Nilai CL

Pasir sangat halus atau lanau 8,5

Pasir halus 7,0

Pasir kasar 6,0

Pasir kasar 5,0

Kerikil halus 4,0

Kerikil sedang 3,5

Kerikil kasar termasuk berangkal 3,0 Bongkah dengan sedikit berangkal dan kerikil 2,5

Lempung lunak 3,0

Lempung sedang 2,0

Lempung keras 1,8

Lempung sangat keras 1,6

Untuk melindungi bangunan dari bahaya erosi bawah tanah ada beberapa cara yang bisa ditempuh, kebanyakan bangunan hendaknya menggunakan kombinasi beberapa konstruksi lindung.

Pertimbangan utama dalam membuat lindungan terhadap erosi bawah tanah adalah mengurangi kehilangan beda tinggi energi per satuan panjang pada jalur rembesan serta ketidak terusan pada garis ini..

Dalam perencanaan bangunan pemilihan konstruksi-konstruksi lindung berikut dapat dipakai sensiri-sendiri ata dikombinasikan dengan :

• Lantai hulu • Dinding halang • Filter pembuang • Konstruksi pelengkap

Hal penting yang harus diperhatikan bahwa erosi bawah tanah adalah masalah tiga dimensi dan bahwa semua konstruksi lindung harus bekerja ke semua arah dan oleh sebab itu termasuk pangkal bendung (abutment) dan bangunan pengambilan.

1. lantai hulu

lantai hulu akan memperpanjang jalur rembesan karena gaya tekan keatas dibawah lantai diimbangi oleh tekanan air diatasnya, maka lantai dapat dibuat tipis. Persyaratan terpenting adalah bahwa lantai ini kedap air, demikian pula sambungan nya dengan tubuh bendung. Sifat kedap air ini dapat dicapai dengan foil plastik atau lempung kedap air dibawah lantai dan sekat karet yang menghubungkan lantai dengan tubuh bendung.

Salah satu penyebab utama runtuhnya konstruksi ini bahaya penurunan tidak merata (diferensial) antara lantai dan tubuh bendung. Oleh sebab itu sambungan harus direncanakan dan dilaksanakan dengan amat hati-hati.

Keuntungan dari pembuatan lantai hulu adalah biayanya lebih ,urah dibanding dinding penghalang vertikal yang dalam.

2. dinding halang (cut-off)

dinding halang bisa berupa dinding beton bertulang atau pasangan batu, inti tanah kedap air atau pudel atau dengan pelat pancang baja atau kayu.

Agar gaya keatas pada bangunan dapat dikurangi, maka tempat terbaik untuk dinding halang adalah diujung hulu bangunan yaitu dipangkal lantai hulu atau dibawah bagian depan tubuh bendung.

3. Alur pembuang

Alur pembuang dibuat untuk mengurangi gaya angkat dibawah kolam olak bendung pelimpah karena ditempat ini tidak cukup tersedia berat pengimbang dari tubuh bendung.

Untuk mencegah hilangnya bahan padat melalui pembuang ini, konstruksi sebaiknya dibuat dengan filter yang dipasang terbalik dari kerikil atau pasir bergradasi baik atau bahan filter sintetis.

4. kontruksi pelengkap

jika bagian bendung memliki kedalaman pondasi yang berbeda-beda maka ada bahaya penurunan tidak merata yang mengakibatkan retak-retak dan terjadinya jalur pintasan erosi bawah tanah. Selama pembangunan harus diperhatikan dalam membuat sambungan antara bangunan dan tanah bawah sebaiknya dibuat dengan baik. Jika tanah bawah menjadi jenuh air akibat hujn, maka lapisan atas ini harus ditangani sedimkian sehingga mencegah kemungkinan terjadinya erosi bawah tanah atau jalur gelincir.

4.2 PERENCANAAN BANGUNAN AIR

4.2.1 Bendung

Dalam mendesain suatu Pembangkit Listrik Tenaga Minihidro (PLTM) diperlukan beberapa bangunan utama. Bangunan utama yang umumnya dipakai adalah bendung, kolam olak, intake, pembilas, kantong lumpur, saluran penghantar, kolam penenang, pipa pesat, turbin, dan saluran pembuang (Tail Race). Uraian mengenai bangunan air yang didesain tersebut adalah sebagai berikut :

Pemilihan dan penetapan lokasi Bendung harus memenuhi kriteria antara lain:

1. Morfologi sungai mantap, alur sungai relatif lurus, gejala gradasi dan degradasi seimbang, sungai tidak terlalu dalam, tebing sungai stabil, penampang relatif simetris, gradien hidrolis <2%.

2. kondisi topografi cukup baik yaitu tidak memerlukan tanggul banjir. Akibat pengempangan sebesar-besarnya air masih tertampung pada badan sungai. Untuk keperluan PLTM kondisi topografi harus dapat menghasilkan head (tinggi jatuh) yang optimal.

3. kondisi geologi stabil, tidak berada pada daerah patahan, sesar, kekar maupun longsor, tanah tidak porus namun memiliki daya dukung yang baik.

4. debit cukup dapat diandalkan untuk memenuhi kebutuhan pengoperasian turbin, sehingga dapat menghasilkan daya dan energi listrik optimal, kualitas air memenui syarat, kandungan sedimen tidak terlalu tinggi(<5% debit air).

5. ada kemudahan untuk mendapatkan bahan konstruksi seperti bahan pondasi, timbunan, batu pasir, maupun kerikil.

Perencanaan hidrolis bendung meliputi kriteria hidrolis dari bagian-bagian bendung itu sendiri, yaitu meliputi :

1. Lebar Bendung

Lebar bendung, yaitu jarak antara pangkal-pangkalnya, diambil sama dengan lebar rata-rata sungai pada bagian yang stabil. Lebar efektif mercu (Be) dihubungkan dengan lebar mercu yang sebenarnya (B), yakni jarak antara pangkal-pangkal bendung, ditentukan dengan persamaan berikut :

Be = B – 2(nKp + Ka)H1

Dimana :

B = lebar bersih bendung N = Jumlah pilar

Kp = Koefisien kontraksi pilar

Tabel 4. 10 Harga koefisien kontraksi

URAIAN Kp - Pilar berujung segi empat dengan sudut-sudut dibulatkan pada jari-jari

yang hampir sama dengan 0,1 dari tebal pilar. 0,02 0,01 - Pilar berujung bulat.

0 - Pilar berujung runcing.

URAIAN Ka

0

0,20 - Pangkal tembok segi empat dengan tembok hulu pada 90 ke arah

aliran.

- Pangkal tembok bulat dengan tembok hulu pada 900 ke arah aliran 0,10 dengan 0,5 H1 > r > 0,15 H1.

0 - Pangkal tembok bulat, dimana r > 0,5 H1 dan tembok hulu tidak lebih

dari 450 ke arah aliran.

Dalam memperhitungkan lebar efektif, lebar pembilas sebenarnya (dengan bagian depan terbuka) sebaiknya diambil 80% dari lebar rencana untuk mengkompensasi perbedaan koefisien debit dibandingkan dengan mercu bendung itu sendiri.

Perencanaan Mercu Bendung

2.

Bendung dengan mercu bulat memiliki harga koefisien debit yang jauh lebih tinggi (44%) dibandingkan dengan koefisien bendung ambang lebar. Pada sungai ini akan memberikan banyak keuntungan karena bangunan ini akan mengurangi tinggi muka air hulu selama banjir. Harga koefisien debit menjadi lebih tinggi karena lengkung streamline dan tekanan negatif mercu. Tekanan pada mercu adalah fungsi perbandingan antara H1 dan r.

untuk bendung dengan dua jari-jari (R1) jari-jari hilir akan digunakan

untuk menentukan harga koefisien debit. Untuk menghindari bahaya kavitasi local, tekanan minimum pada mercu bendung harus dibatasi sampai -4 meter tekanan air jika mercu terbuat dari beton; untuk pasangan batu tekanan atmosfir sebaiknya dibatasi sampai -1 tekanan air.

Perhitungan untuk menentukan mercu bendung dan muka air rencana dilakukan dengan menggunakan persamaan tinggi energi-debit untuk bendung ambang pendek dengan pengontrol segi empat, yaitu :

15 1 3 / 2 gBeH Q = Cd2/3

Be = lebar efektif bendung, m H = tinggi energi hulu, m 1

Koefisien debit Cd adalah hasil dari :

C0 yang merupakan fungsi H1/r (Gambar 4.10)

C1 yang merupakan fungsi p/H1 (Gambar 4.11)

Harga-harga C0 pada gambar 4.10 valid apabila mercu bendung tinggi di atas

dasar rata-rata alur pengarah (p/H1 ≥ sekitar 1,5). Utuk harga-harga p/H1 yang

kurang dari 1,5, maka gambar 4.10 dapat di pakai untuk menentukan faktor pengurangan C . Tekanan pada mercu adalah fungsi perbandingan antara H1 1 dan

r(H1/r) (Gambar 4.12). Untuk menghindari bahaya kavitasi lokal, tekanan

minimum pada mercu bendung harus dibatasi sampai -1 m tekanan air jika mercu terbuat dari pasangan batu. Jari-jari mercu bendung pasangan batu akan berkisar antara 0,3 sampai 0,7 kali H1 maks.

Gambar 4. 12 Harga-harga Koefisien C0 Untuk Bendung Gambar Bulat Sebagai Fungsi Perbandingan H1/r

Gambar 4. 14. Tekanan PadaMercu Bendung Bulat Sebagai Fungsi Perbandingan H1/r Dalam menentukan tinggi mercu bendung maka harus dipertimbangkan terhadap:

• Kebutuhan penyadapan untuk memperoleh debit dan tinggi tekan • Kebutuhan tinggi energi untuk pembilasan

• Tinggi muka air genangan yang akan terjadi • Kesempurnaan aliran pada bendung

• Kebutuhan pengendalian angkutan sedimen yang terjadi pada bendung.

Dalam menentukan panjang mercu bendung harus dipertimbangkan beberapa hal berikut ini;

• Kemampuan melewatkan debit desain dengan tinggi jagaan yang cukup

• Batasan tinggi muka air genangan maksimum yang diijinkan pada debit desain.

Dalam menentukan elevasi mercu bendung harus dipertimbangkan beberapa hal berikut ini:

• Kehilangan tekanan mulai dari intake sampai dengan saluran

• Pengaruh elevasi mercu bendung terhadap panjang bendung untuk mengalirkan debit rencana

• Untuk mendapatkan sifat aliran sempurna

• Tekanan yang diperlukan agar dapat membilas sedimen di kantong lumpur. • Kestabilan bangunan secara keseluruhan, biaya pembangunan, dengan tidak

menutup kemungkinan pemilihan lokasi lain.

Pangkal Bendung

turbulensi. Elevasi pangkal bendung di sisi hulu bendung sebaiknya lebih tinggi daripada elevasi air (yang terbendung) selama terjadinya debit rencana. Tinggi jagaan (freeboard) yang harus diberikan adalah 0,75 m sampai 1,5 m, tergantung kepada kurva debit sungai di tempat itu. Untuk kurva yang landai 0,75 m akan cukup, sedangkan untuk kurva yang curam akan diperlukan 1,5 m untuk memberikan tingkat keamanan yang sama.

4.2.2 Bangunan Pengambilan (Intake)

Bangunan pengambilan untuk mengelakan air dari sungai dalam jumlah yang diinginkan dan bangunan berfungsi untuk mengurangi sebanyak mungkin benda-benda terapung dan fraksi-fraksi sedimen kasar yang masuk ke saluran penghantar. Pengambilan sebaiknya dibuat sedekat mungkin dengan pembilas dan as bendung. Selain itu, adalah penting untuk merencanakan dinding sayap dan dinding pengarah sedemikian rupa, sehingga turbulensi dapat sebanyak mungkin dihindari dan dialirkan menjadi mulus.

Kapasitas pengambilan harus sekurang-kurangnya 120% dari kebutuhan pengambilan (dimension requirement) untuk menambah fleksibilitas dan agar dapat memenuhi kebutuhan yang lebih tinggi selama usia layan proyek.

Tata letak intake biasanya diatur sebaik mungkin sehingga memenuhi fungsinya, misalnya seperti berikut:

• Sedekat mungkin dengan bangunan pembilas • Merupakan satu kesatuan dengan pembilas • Tidak menyulitkan penyadapan aliran

• Tidak menimbulkan pengendapan sediment dan turbulensi aliran di udik intake.

Rumus dibawah ini adalah perkiraan kecepatan :

(

h d

)

d v2 ≥_{32 /} 13

dimana:

v = kecepatan rata-rata, m/det h = kedalaman air , m

d = diameter butir, m

dalam kondisi biasa rumus ini dapat disederhanakan menjadi:

5 , 0

10d v=

dengan kecepatan sebesar 1-2 m/det yang merupakan besaran perencanaan normal, dapat diharapkan bahwa butir-butir berdiameter 0,01 -0,04 dapat masuk.

gz ba Q=μ 2 dimana:

Q = koefisien debit untuk bukaan dibawah permukaan air dengan kehilangan tinggi energi kecil=0,80 (debit, m3/s)

b = lebar bukaan, m a = tinggi bukaan, m

2

g = percepatan gravitasi, (9,8 m/s )

z = kehilangan tinggi energi pada bukaan, m

Gambar 4. 15 Sketsa Pintu Pengambilan

Pengambilan hendaknya selalu dilengkapi dengan sponeng skot balok di kedua sisi pintu, agar pintu ini dapat dikeringkan untuk keperluan pemeliharaan dan perbaikan. Kisi-kisi penyaring direncanakan dengan rumus sebagai berikut:

Kehilangan tinggi energi pada saringan adalah:

δ β sin : dim 2 3 4 2 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = = b s C ana g V C h_f dimana:

hf = kehilangan tinggi energi

v = kecepatan datang g = percepatan gravitasi C = faktor bentuk βs = tebal jeruji, m

4.2.3 Bangunan Pembilas

Lantai pembilas merupakan kantong tempat mengendapkan bahan-bahan kasar ditempat pembilas. Sedimen yang terkumpul dan dibilas dengan jalan membuka pintu pembilas secara berkala guna menciptakan aliran terkonsentrasi tepat didepan pengambilan.

Beberapa pedoman dalam menentukan lebar pembilas:

• Lebar pembilas ditambah tebal pilar pembagi sebaiknya sama dengan 1/6-1/10 dari lebar bersih bendung (jarak) antara pangkal-pangkalnya, untuk sungai-sungai yang lebarnya kurang dari 100 m.

• Lebar pembilas sebaiknya diambil 60% dari lebar total pengambilan termasuk pilar-pilarnya.

• Untuk panjang dinding pemisah dapat diberikan harga empiris sebaiknya diambil sekitar 600-700.

Kriteria bangunan pembilas adalah operasi pembilasan tidak boleh terganggu atau mendapat pengaruh negatif dari lubang pembilas dan kecepatan pembilasan tetap dijaga. Agar aliran melalui pembilas bisa mulus, lebar total lubang pembilas termasuk pilar dibuat sama dengan lebar rata-rata kantong lumpur. Pintu bangunan pembilas dibuat kedap air dan mampu menahan tekanan air dari kedua sisi, dibuat dengan bagian depan tertutup.

Oleh sebab itu, aliran pada pintu pembilas harus tidak tenggelam, keadaan ini selalu terjadi pada debit sungai dibawah Q1/5. Penurunan kecepatan aliran akan berarti

menurunnya kapasitas angkutan sedimen. Oleh karena itu kecepatan pembilasan di depan pintu tidak boleh berkurang.

Bangunan pembilas direncanakan sebagai pembilas bawah dengan pertimbangan untuk mencegah masuknya angkutan sedimen dasar dan fraksi pasir ke dalam pengambilan. Mulut pembilas bawah ditempatkan di hulu pengambilan, dimana ujung pembilas membagi air menjadi dua lapisan, yaitu lapisan atas dan mengalir ke pengambilan dan lapisan bawah mengalir melalui saluran pembilas bawah lewat bendung.