BAB V ANALISIS STRUKTUR BANGUNAN PELENGKAP
5.7 Evaluasi
1. Berat sendiri bangunan dan peralatan yang tidak berpindah tempat, merupakan pengertian dari...
a. Beban mati b. Beban gempa
c. Beban pada pintu dan balok sekat
d. Beban pada lantai bangunan peluncur dan bangunan pemecah enersi
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 79 2. Pada lantai bangunan peluncur dan bangunan pemecah enersi beban
yang diperhitungkan adalah...
a. Beban hidrostatik dan uplift b. Beban mati
c. Beban gempa d. Tekanan tanah
3. Stabilitas yang diperlukan untuk bangunan air agar tahan/ tidak bergerak jika mengalami tekanan horisontal seperti tekanan aktif,tekanan air, gempa,dan beban luar lainnya adalah...
a. Daya dukung b. Stabilitas guling c. Stabilitas lereng d. Gaya gesek
80 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 81
BAB VI
PENUTUP
6.1 Simpulan
Metoda pengelakan sungai sebelum pelaksanaan konstruksi bendungan, dipilih dengan mempetimbangkan biaya pengalihan/pengelakan sungai dengan resiko yang dihadapi.
Untuk bendungan kecil yang dapat diselesaikan dalam waktu satu musim kering, dapat mempertimbangkan untuk menggunakan debit banjir tahunan saat musim kering terjadi. Namun, dengan pertimbangan faktor keamanan, biasanya diambil banjir rencana minimal 5 tahunan.Periode ulang banjir untuk mendesain bangunan pengelak atau besar resiko yang dapat ditoleransi harus ditetapkan berdasarkan analisis hidrologi. Banjir rencana pada periode ulang yang berbeda unruk penentuan desain saluran pengelak dapat ditentukan dengan beberapa cara, menurut SNI 03-2415-1991, SNI 03-3412-1994 atau pedoman-pedoman lainnya.
Cara praktis untuk mengalihkan aliran sungai selama konstruksi berlangsung adalah menggunakan salah satu atau kombinasi dari cara berikut :
- Terowongan (tunnel) yang digali melalui bukit tumpuan.
- Konduit yang melalui fondasi bendungan.
Konduit atau terowongan kadang-kadang dibuat cukup besar untuk mengalihkan aliran sungai. Untuk aliran sungai yang kecil, aliran sungai dapat di-bypass dengan menggunakan pipa-pipa baja atau beton.
Pada suatu lembah yang sempit, yang tidak mungkin untuk dilakukan penggalian fondasi bendungan tanpa mengalihkan aliran sungai terlebih dahulu, pengalihan/pengelakan sungai melalui terowongan akan lebih layak dibandingkan saluran konduit. Terowongan tersebut dapat dibuat pada satu sisi bukit tumpuan atau pada dua bukit tumpuannya. Terowongan pengelak ini nantinya dapat dimanfaatkan dan dikombinasikan sebagai bangunan pelimpah, sehingga dapat menekan biaya proyek secara keseluruhan. Apabila
82 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
memungkinkan, terowongan kembar (misalnya, satu pada setiap tebing) sering digunakan untuk alasan keamanan dan kemudahan.
Alternatif selain terowongan adalah konduit atau gorong-gorong sebagai saluran pengelakan sungai, lebih cocok diterapkan pada pondasi batuan yang lebih jelek dan pada lembah yang cukup lebar.
Bendungan pengelak (cofferdam) adalah bersifat sementara yang digunakan untuk mengalihkan aliran sungai atau menutup suatu daerah tertentu selama konstruksi bendungan dilakukan. Tinggi bendungan pengelak ini harus didesain bersama-sama dengan ukuran bukaan terowongan/ konduit, sehinga tercapai kondisi ang optimum, ditinjau dari keamanan dan ekonominya. Studi optimalisasi harus mencangkup studi tinggi bendungan pengelak terhadap kapasitas aliran sungai yang melalui terowongan/ konduit, termasuk penelusuran banjir (flood routing) dari debit banjir yang didesain.
Penutupan permanen terowongan pengelak dapat dilakukan menggunakan beton penyumbat (concrete plugging) di dalam terowongan. Bila terowongan pengelak (sementara) ini juga digunakan sebagai terowongan spillway, penyumbat biasanya diletakkan di bagian hulu dari bagian pertemuan terowongan. Kunci penahan (keyways) terhadap geser dapat dibuat pada batuan fondasi atau lining terowongan. Untuk perkuatan dan menjamin kekedapannya, disekeliling penyumbat biasanya digrouting.Penutupan sungai boleh dilakukan dengan memperhatikan syarat-syarat spesifikasi debit sungai dan setelah memperoleh kepastian hasil kajian hidrologi dengan menggunakan periode air rendah yang paling menguntungkan.
Bangunan Pelimpah
Fungsi utama bangunan pelimpah (spillway) adalah membuang kelebihan air waduk, sehingga air tidak melimpasi puncak bendungan (overtopping) yang dapat membahayakan bendungan, terutama bendungan tipe urugan tanah.
Bila pelimpah tersebut dilengkapi dengan pintu untuk mengendalikan aliran banjir, disebut sebagai pelimpah berpintu (gated spillway).Bila tidak, disebut sebagai pelimpah tidak berpintu (ungated spillway). Kapasitas pelimpah
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 83 tersebut harus didesain menggunakan banjir dengan kala ulang tertentu, sesuai dengan NSPM (Misalnya, untuk bendungan dengan tinggi > 40 m dan di hilirnya mempunyai resiko tinggi, kapasitas pelimpah didesain dengan PMF).
Untuk pelimpah yang dibangun pada timbunan bendungan, perlu perhatian khusus pada bagian transisi (bidang kontak) antara timbunan tanah dengan dinding beton yang merupakan bagian terlemah untuk dilewati air. Bila kondisi topografi memungkinkan, bangunan pelimpah sebaiknya dibangun terpisah dari bendungan utama, untuk menghindari pengaruh rembesan melalui bidang kontak.
Bagian-bagian penting dari bangunan pelimpah, adalah :
- Saluran depan/ masuk, untuk mengalirkan dan mengontrol air dari waduk.
- Konduit/ saluran untuk mengalirkan aliran air waduk dari bangunan/
saluran depan ke bagian level muka air rendah bagian hilirnya.
- Bangunan pengeluar untuk meredam energi aliran air yang cepat dan mengalirkannya ke saluran balik.
Beberapa jenis bangunan pelimpah yang sering digunakan sebagai bangunan pengeluaran air dari waduk, adalah :
- Ogee (berpintu atau tidak berpintu) - Ambang jatuh bebas (free overfall) - Syphon
- Shaft atau morning glory - Side channel
- Terowongan
Penambahan bangunan pelimpah darurat (emergency spillway) untuk menambah kapasitas bangunan pelimpah layanan (service spillway) akan mengurangi biaya konstruksi serta menambah faktor keamanan terhadap pelimpasan puncak (overtopping) tanpa mengurangi efesiensi operasi normal waduk.Bila topografinya memungkinkan dapat dibuat pelimpah darurat untuk mengeluarkan air waduk pada kondisi darurat. Pelimpah darurat ini dapat berupa timbunan tanah yang pada elevasi tertentu dibuat dengan timbunan
84 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
dari pasir kasar dan kerikil yang dibuat mudah tergerus oleh air. Elevasi bagian timbunan yang mudah tergerus lebih tinggi sedikit dibandingkan dengan elevasi mercu pelimpah utama. Pelimpah darurat ini disebut sebagai
”fuseplug dyke”.
Penampang pelimpah yang sering digunakan adalah bentuk “ogee”, rumus yang digunakan adalah dari U.S Army Corps of Engineers untuk memperoleh koordinat (x,y), yakni : X1.85 = 2 Hd0.85
y.
Bangunan Pengeluaran
Bangunan pengeluaran (outlet works) adalah suatu bangunan untuk melepaskan air dari waduk pada kondisi muka air waduk normal. Bangunan pengeluaran tersebut juga dapat diletakkan di dekat dasar waduk, untuk mengeluarkan air waduk pada kondisi darurat (bottom outlet). Pada umumnya, suatu konduit tertekan/tertutup yang membawa air melalui bendungan dianggap sebagai bangunan pengeluaran (outlet works) dibandingkan pelimpah (spillway). Namun konduit pengeluaran ini kadang- kadang juga dapat digabung dengan bangunan pelimpah. Bangunan pengeluaran ini dapat berupa konduit melalui bendungan beton, konduit melalui bendungan urugan tanah, pipa atau penstock atau konduit di dalam suatu terowongan yang digali di luar bendungan
Komponen-komponen bangunan pengeluaran (outlet) adalah :
- Saluran masuk, fungsinya untuk membawa/mengalirkan air dari waduk.
- Bangunan pemasukan (intake), fungsinya untuk memasukkan air waduk ke dalam bangunan pengeluaran.
- Rumah pintu atau katup, tempat pintu atau katup dioperasikan melepaskan air waduk.
- Konduit, saluran pembawa air melalui bendungan.
- Peredam energi, suatu bangunan untuk mengurangi energi dan kecepatan aliran air.
- Saluran balik (return channel), saluran untuk pembuangan air kembali ke sungai.
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 85 Bangunan pengambil (intake) adalah berfungsi sebagai mulut pemasukan langsung dari waduk. Bangunan intake juga dilengkapi dengan pintu pengatur aliran, saringan sampah (trashrack) dan saringan ikan (fish screen), bila diperlukan serta fasilitas untuk alat penutup bulkhead atau stoplogs.
Konstruksi saringan sampah tergantung dari ukuran konduit, pintu pengatur, air yang diambil, kondisi sampah di waduk dan alat/ cara membersihkan sampah, hal tersebut akan mempengaruhi jenis saringan dan ukuran bukaan.
Pada umumnya, kinerja hidraulis bangunan pengeluaran adalah bersifat seperti saluran terbuka dan konduit tertutup/tertekan (pressured conduit).
Analisis aliran di dalam saluran terbuka adalah berdasarkan prinsip aliran langgeng yang tidak seragam (steady nonuniform flow). Sedangkan aliran penuh di dalam pipa tertutup adalah dianggap aliran tertekan. Kolam olak, baffle atau blok-blok peredam energi digunakan untuk mengurangi energi aliran pada bagian hilir bangunan pengeluaran.
Bila pintu dipasang di bagian hilir mulut pemasukan dari suatu konduit, bagian atas pintu dalam kondisi mengalami tekanan. Suatu konduit yang tidak berpintu juga dalam kondisi aliran penuh dan tertekan, tergantung geometri inletnya. Untuk aliran melalui sistim pipa tertutup/tertekan, berlaku hukum Bernoulli, HT = hL + hc ; dimana HT adalah total head, hL adalah kehilangan tinggi tekanan kumulatif dan hc adalah kehilangan tinggi tekanan akibat kontraksi. Kehilangan tinggi tekanan kumulatif harus diperhitungkan sebagai akibat adanya trashrack, mulut pemasukan, bentuk belokan/tekukan, pintu atau katup, gesekan dan lain-lain.
6.2 Tindak Lanjut
Peserta diharapkan mengikuti materi selanjutnya dan membaca literatur yang tertera pada daftar pustaka modul ini.
86 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
DAFTAR PUSTAKA
United States Bureau of Reclamation, 1977. Design of Small Dams, .Denver Colorado, 1977.
US Department of The Interior , Bureau of Rclamation, Design Standards No. 14 Appurtenance Structures for Dams (Spillway and Outlet Works) Design Standards , October 2011
US Department of The Interior , Bureau of Rclamation, Water Maintenance and Maintenance Bulletin No. 219, March 2007
US Army Corps of Engineers , Hydraulic Design of Spillway , Engineering Manual EM 1110 - 2 - 1683
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 87
GLOSARIUM
Banjir Desain : Design flood
Bangunan Pengeluaran : Outlet works
Gaya Angkat : Uplift Pressure
Gradien Hidraulik : Hydraulic Gradient
Indeks kavitasi : Cavitation Index
Nilai Euler : Number Euler
Mercu pelimpah : Spillway Crest
Saluran Buri : Tail race
Sekat Air : Water stop
Pelimpah utama : Primary Spillway
Pelimpah Tambahan : Auxilliary spillway
Pelimpah Darurat : Emergency Spillway
Pelimpah Corong : Shaft Spillway
Pelimpah Samping : Side Spillway
Pelimpah Sipon : Siphon Spillway
Pelimpah Luncur : Chute Spillway
88 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
KUNCI JAWABAN
A. LATIHAN MATERI POKOK 1: PENGELAKAN SUNGAI
1. Pertimbangan apa saja yang perlu diperhatikan dalam mendesain sistem pengelakan, untuk berbagai kombinasi tipe sistem pengelakan serta risiko yang dihadapi!
Jawaban:
Pertimbangan yang perlu diperhatikan dalam mendesain sistem pengelakan, untuk berbagai kombinasi tipe sistem pengelakan serta risiko yang dihadapi, sebagai berikut:
- Karakteristik aliran sungai
- Banjir desain yang digunakan, sesuai dengan resiko yang dihadapi - Metode pengalihan/pengelakan sungai
- Spesifikasi yang diperlukan
2. Jelaskan mengenai prosedur dan pertimbangan dalam penutupan sistem pengelakan!
Jawaban:
Prosedur dan pertimbangan dalam penutupan sistem pengelakan sebagai berikut :
Penutupan permanen terowongan pengelak dapat dilakukan menggunakan beton penyumbat (concrete plugging) di dalam terowongan.
Bila terowongan pengelak (sementara) ini juga digunakan sebagai terowongan spillway, penyumbat biasanya diletakkan di bagian hulu dari bagian pertemuan terowongan. Kunci penahan (keyways) terhadap geser dapat dibuat pada batuan fondasi atau lining terowongan. Untuk perkuatan dan menjamin kekedapannya, disekeliling penyumbat biasanya digrouting.
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 89 3. Elevasi puncak cofferdam harus didesain bersama-sama dengan ukuran
bukaan terowongan atau konduit menggunakan penelusuran banjir untuk memperoleh desain yang optimum. Jelaskan Prosedur tersebut!
Jawaban:
Prosedur menentukan elevasi puncak cofferdam didesain bersama dengan ukuran bukaan terowongan atau konduit menggunakan penelusuran banjir, sebagai berikut:
Prosedur dimulai dengan menetapkan periode ulang banjir untuk mendesain bangunan pengelak atau besar resiko yang dapat ditoleransi misal, banjir 20 tahunan dan lain-lain dapat ditetapkan berdasarkan analisis hidrologi. Dalam memilih periode ulang perlu diingat bahwa probabilitas suatu kejadian dengan suatu periode ulang T tahun, terjadi paling sedikit sekali dalam T tahun .
Perencanaan kapasitas desain dari bangunan pengelak dapat dilakukan dengan melakukan optimasi dengan mempertimbangkan keamanan.
Optimasi bertujuan dalam meminimumkan biaya pelaksanaan dari bangunan pengelak. Kerugian yang dihasilkan dari desain yang terlalu rendah, tidak hanya pada lapangan pekerjaan itu sendiri, tetapi juga untuk kepemilikan di hilir bila terjadi kegagalan mendadak, atau di hulu karena adanya rintangan oleh pekerjaan pengelak.
B. EVALUASI MATERI POKOK 1: PENGELAKAN SUNGAI 1. C
2. B 3. B
C. LATIHAN MATERI POKOK 2: BANGUNAN PELIMPAH
1. Pemilihan tipe pelimpah menggunakan pelimpah samping didasarkan oleh pertimbangan apa saja?
Jawaban:
Pemilihan tipe pelimpah menggunakan pelimpah samping didasarkan oleh pertimbangan bahwa pada umumnya pelimpah samping ditempatkan pada tumpuan yang berdekatan dengan bendungan. Pelimpah samping dapat di tempatkan pada tumpuan bendungan yang sempit, umumnya tanpa pintu. Karakteristik aliran sama dengan aliran melalui ambang
90 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
bebas, kecuali pada debit aliran tinggi yang mungkin merendam sebagian puncak pelimpah. Keuntungan lain, mempunyai saluran yang sempit, akibat terjalnya lereng tumpuan, ambang pelimpah dapat didesain cukup panjang untuk mengakomodasi debit banjir desain.
2. Pada bangunan pelimpah maka, aliran yang melalui bangunan pelimpah di redam energinya menggunakan berbagai tipe peredam energi, ada tipe apa saja dan jelaskan pertimbangan dalam pemilihan tipe tersebut!
Jawaban:
Pada bangunan pelimpah maka, aliran yang melalui bangunan pelimpah di redam energinya menggunakan berbagai tipe peredam energi, ada tipe apa saja dan jelaskan pertimbangan dalam pemilihan tipe tersebut.
Untuk meredam enersi yang terjadi pada aliran dipergunakan kolam peredam enersi atau Stilling Basin USBR. Terdapat 4 tipe Stilling Basin USBR yang digunakan untuk angka Froude yang berbeda.
Disamping ke empat tipe Stilling Basin USBR, terdapat pula peredam enersi tipe flip bucket dan roller Bucket. Dimana kecepatan aliran di redam pada saat melontarkan aliran.
3. Jelaskan urutan cara perhitungan hidraulik untuk bangunan pelimpah, sejak dari saluran pengarah, bangunan kendali, saluran atau chute pembawa, peredam enersi sampai saluran hilir !
Jawaban:
analisis hidraulik pada saluran pengarah menggunakan rumus Manning atau Chezy.
mercu pelimpah dapat menggunakan penampang pelimpah dari U.S Army Corps of Engineers untuk memperoleh koordinat (x,y) untuk penampang bagian hilir, menurut rumus :
X1.85 = 2 Hd0.85
y ...
Aliran melalui ambang (mercu bendungan) berbentuk “ogee” dapat dinyatakan dengan rumus :
Q = C L H3/2 ……
Dimensi saluran luncur didesain menggunakan rumus Bernoulli
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 91
Kolam peredam enersi yang sesuai dengan desain yang diinginkan di tentukan dengan menghitung besar angka Froude.
D. EVALUASI MATERI POKOK 2: BANGUNAN PELIMPAH 1. B
2. B 3. B
E. LATIHAN MATERI POKOK 3: BANGUNAN PENGELUARAN
1. Apabila sebagian dari terowongan atau konduit pengelakan akan digunakan sebagai bagian dari bangunan pengeluaran, pertimbanngan apa yang harus dilakukan pada waktu mendesain sistem pengelakan?
Jawaban:
Pertimbangan terhadap penggunaan bagian dari bangunan pengelak pada masa operasi, sebagai bagian dari bangunan pengeluaran, terutama adalah pertimbangan ekonomis dan kemudahan pelaksanaannya.
2. Kapan terjadi kondisi aliran bertekanan pada bangunan pengeluaran?
Jawaban:
Kondisi aliran bertekanan pada konduit atau terowongan yang digunakan sebagai bagian bangunan pengeluaran, terjadi apabila bangunan kendali yang terdiri dari pintu atau katup ditempatkan di bagian kaki hilir bendungan atau ditempatkan di bagian tengah bendungan yang menyebabkan saluran konduit di bagian hulu bangunan kendali m bertekanan.
3. Pertimbangan apa yang diambil pada bangunan pengeluaran dengan penempatan bangunan kendali (pintu atau katup) miring?
Jawaban:
Pertimbangan yang diambil pada penempatan bangunan kendali miring Bangunan kendali atau intake miring biasanya diletakkan pada bagian lereng hulu bendungan atau disepanjang tepi waduk bagian hulu bendungan. Tergantung dari kebutuhan dan kondisi di lapangan, bangunan pengambil miring tersebut dapat terendam seluruhnya atau diperpanjang sampai di atas elevasi muka air waduk maksimum untuk