Perencanaan Kolam Olakan

4.1 Perencanaan Bendung

4.1.7 Perencanaan Kolam Olakan

91

kavitasi. Kriteria Kavitasi ditentukan dengan syarat jika σ > σ

1

menunjukkan kondisi tidak terjadi kativasi, jika σ ≤ σ

1

berarti terjadi kativasi.

σ = 𝑃₀− 𝑃_𝑣 ρ𝑉₀²

2

σ₁ = 𝑃_𝑔− 𝑃₀ ρ𝑉₀²

2

Keterangan :

σ = Indeks Kavitasi σ1 = Batas kavitasi

Po = Tekanan Sekitar (1000 N/m

²

) = Pa + Pg Pa = Tekanan atmosfir (=101000 N/m

²

) Pg = Tekanan Setempat = ρ . g. h H = Tinggi Muka air (m)

Pv = Tekanan uap air (kPa)

Ρ = Massa jenis (kg/ m

³

)

V0 = Kecepatan aliran (m/dt)

92 a. Untuk analisa stabilitas bendung.

b. Untuk menyiapkan cut off end sill atau analisa dimensi curve.

c. Untuk keperluan perhitungan piping atau seepage.

d. Untuk perhitungan kolam olak atau dimensi.

Gambar 3.8. Perencanaan Kolam Loncat Air

a Kriteria Desain Kolam Olak

Terlepas dari kondisi hidrolis, yang dapat dijelaskan dengan bilangan Froude dan kedalaman air hilir, kondisi dasar sungai dan tipe sedimen yang diangkut memainkan peranan penting dalam pemilihan tipe kolam olak:

1. Bendung di sungai yang mengangkut bongkah atau batu-batu besar dengan dasar yang relatif tahan gerusan, biasanya cocok dengan kolam olak tipe bak tenggelam/submerged bucket;

2. Bendung di sungai yang mengangkut batu-batu besar, tetapi sungai itu mengandung bahan aluvial, dengan dasar tahan gerusan, akan menggunakan kolam loncat air tanpa blok-blok halang atau tipe bak tenggelam/peredam energi.

3. Bendung sungai yang hanya mengangkut bahan-bahan sedimen halus dapat direncanakan dengan kolam loncat air yang diperpendek dengan menggunakan blok-blok halang. Untuk tipe kolam olak yang terakhir, daya gerus sedimen yang terangkut harus dipertimbangkan dengan mengingat bahan yang harus dipakai untuk membuat blok.

93 b Tipe Kolam Olak

Untuk mengetahui tipe kolam olak yang digunakan diperlukan adanya perhitungan bilangan Froude. Perhitungan bilangan Froude dilakukan guna menentukan tipe USBR.

Data yang diperlukan : Yj = 0,296 Vj = 11,06 Rumus perhitungan : 𝐹𝑟 = 𝑉𝑗

√𝑔 × 𝑌𝑗 𝐹𝑟 = 11,06

√9,81 × 0,296 𝐹𝑟 = 6,486

1. Faktor dalam pemilihan type kolam olak :

• Gambar karakteristik hidrolis pada peredam energi yang direncanakan.

• Hubungan lokasi antara peredam energi dengan tubuh embung.

• Karakteristik hidrolis dan karakteristik konstruksi dari bangunan pelimpah.

• Kondisi-kondisi topografi, geologi dan hidrolis di daerah tempat kedudukan calon

• peredam energi.

• Situasi serta tingkat perkembangan dari sungai di sebelah hilirnya.

2. Secara garis besar kolam olak ada 4 tipe, yaitu

• Ruang Olak Tipe Vlughter

Ruang olak ini dipakai pada tanah aluvial dengan aliran sungai tidak membawa batuan besar. Bentuk hidrolis kolam ini akan dipengaruhi oleh tinggi energi di hulu di atas mercu dan perbedaan energi di hulu dengan muka air banjir hilir.

• Ruang Olak Tipe Schoklitsch

Peredam tipe ini mempunyai bentuk hidrolis yang sama sifatnya dengan peredam energi tipe Vlughter. Berdasarkan percobaan, bentuk hidrolis kolam peredam energi ini dipengaruhi oleh faktor-faktor, yaitu tinggi energi di atas mercu dan

94

perbedaan tinggi energi di hulu dengan muka air banjir di hilir.

• Ruang Olak Tipe Bucket

Kolam peredam energi ini terdiri dari tiga tipe, yaitu solid bucket, slotted rooler bucket atau dentated roller bucket, dan sky jump. Ketiga tipe ini mempunyai bentuk hampir sama dengan tipe Vlughter, namun perbedaanya sedikit pada ujung ruang olakan. Umumnya peredam ini digunakan bilamana sungai membawa batuan sebesar kelapa (boulder). Untuk menghindarkan kerusakan lantai belakang maka dibuat lantai yang melengkung sehingga bilamana ada batuan yang terbawa akan melanting ke arah hilirnya.

• Ruang Olak Tipe USBR

Tipe ini biasanya dipakai untuk head drop yang lebih tinggi dari 10 meter. Ruang olakan ini memiliki berbagai variasi dan yang terpenting ada empat tipe yang dibedakan oleh rezim hidraulik aliran dan konstruksinya. Tipe-tipe tersebut, yaitu ruang olakan tipe USBR I merupakan ruang olakan datar dimana peredaman terjadi akibat benturan langsung dari aliran dengan permukaan dasar kolam, ruang olakan tipe USBR II merupakan ruang olakan yang memiliki blok-blok saluran tajam (gigi pemencar) di ujung hulu dan di dekat ujung hilir (end sill) dan tipe ini cocok untuk aliran dengan tekanan hidrostatis lebih besar dari 60 m, ruang olakan tipe USBR III merupakan ruang olakan yang memiliki gigi pemencar di ujung hulu, pada dasar ruang olak dibuat gigi penghadang aliran, di ujung hilir dibuat perata aliran, dan tipe ini cocok untuk mengalirkan air dengan tekanan hidrostatis rendah, dan ruang olakan tipe USBR VI merupakan ruang olakan yang dipasang gigi pemencar di ujung hulu, di ujung hilir dibuat perata aliran, cocok untuk mengalirkan air dengan tekanan hidrostatis rendah, dan Bilangan Froud antara 2,5 - 4,5.

• Ruang Olak Tipe The SAF Stilling Basin (SAF = Saint Anthony Falls) Ruang olakan tipe ini memiliki bentuk trapesium yang berbeda dengan bentuk

ruang olakan lain dimana ruang olakan lain berbentuk melebar. Bentuk hidrolis tipe ini mensyaratkan Fr (Bilangan Froude) berkisar antara 1,7 sampai dengan 17. Pada pembuatan kolam ini dapat diperhatikan bahwa panjang kolam dan tinggi loncatan dapat di reduksi sekitar 80% dari seluruh perlengkapan. Kolam ini akan lebih pendek dan lebih ekonomis akan tetapi mempunyai beberapa

95

kelemahan, yaitu faktor keselamatan rendah.

Tipe USBR

Beberapa tipe kolam olak ini telah dikembangkan oleh USBR. Pinggir dari tipe ini adalah vertikal dan pada umumnya mempunyai lantai yang panjang, blok–

blok dan ambang hilir biasa maupun ambang hilir bergigi. Ruang olak dengan blok–blok dan ambang tidak baik untuk sungai yang mengangkut batu.

Macam – macam kolam olak tipe USBR sebagai berikut :

1. Kolam olak USBR I, koalm yang terbentuk oleh loncatan hidraulik yang terjadipada lantai dasar. Tipe ini biasanya tidak praktis karena terlalu panjang dan dipakai untuk bilangan Froude ( Fr =2,5-4,5 ).

2. Kolam olak USBR II, dikembangkan untuk kolam olak yang banyak digunakan pada bendungan tinggi, bendungan urug tanah dan struktur–struktur saluran besar. Kolam olak dilengkapi dengan blok – blok di ujung hulu dan ambang bergigi di ujung hilir. Panjang kolam olak dapat diperoleh dari kurva yang dibuat oleh biro tersebut. Kolam olak USBR II dapat dipakai pada bilangan Froude lebih besar atau sama dengan 4,5 (Fr≥4,5 ), dengan catatan kecepatan v1 ≤ 16 m/dt untuk menghin dari grvitasi.

3. Kolam olak USBR III, digunakan pada bangunan drainase kecil dengan panjang ruang olak [ ], tetapi mempunyai faktor keamanan yanglebih tinggi. Kolam USBR dapat dipakai untuk bilangan Froude lebih besar atau sama dengan 4,5(Fr≥ 4,5 ), tetapi bila kecepatan v1 ≥ 16 m/dt.

4. Kolam olak USBR IV dirancang untuk mengatasi persoalan pada loncatan hidrolis yang berosilasi. Kolam olak ini hanya dapat digunakan untuk penampang persegi panjang. Kolam olak USBR IV dipakai untuk bilangan Froude 2,5 samapi 4,5.

a. Kedalaman Konjugasu (Loncat Air)

96

Gambar .Metode Perencanaan kolam Loncat Air

Gambar tersebut memberikan penjelasan mengenai metode perencanaan. Dari grafik q versus H1 dan tinggijatuh 2, kecepatan (v1) awalloncatan dapat ditemukan dari:

dimana: v1 = kecepatan awalloncatan, m/dt g = percepatan gravitasi, m/de (9,8) H1 = tinggi energi di atas ambang, m z = tinggi j atuh, m.

Dengan q = y~, dan rumus untuk kedalaman konjugasi dalam loncat air adalah:

y2 = kedalaman air di atas ambang ujung, m Yu = kedalaman air di awalloncat air, m Fr = bilangan Froude

v1 = kecepatan awalloncatan, m/dt

g = percepatan gravitasi, m/dt2 (9,8 m/dt2)

Untuk menjaga agar loncatan tetap dekat dengan muka miring bendung dan di atas lantai, maka lantai harus diturunkan hingga kedalaman air hilir sekurang-kurangnya sama dengan kedalaman konjugasi.

Diketahui data :

Pada dasar hilir, Yj = 0,296 m

97

Vj = 11,06 m/dt

Hj = Yj + (Vj²/2 x (2 x 9,81))

Hj = 0,296 + (11,06²/19,62)

Hj = 6,526 m

q = Vj x Yj

q = 11,06 x 0,296

q = 3,2736 m³/dt

𝒀𝒎𝒊𝒏 = 𝟎, 𝟓 × 𝒀𝒋 ((𝟏 + 𝟖 × 𝑭𝒓^𝟐− 𝟏)^𝟎,𝟓 𝑌𝑚𝑖𝑛 = 0,5 × 0,296 ((1 + 8 × 6,486 ²− 1)^0,5 𝒀𝒎𝒊𝒏 = 𝟐, 𝟓𝟕𝟐 𝒎

Kedalaman konjugasi untuk setiap q dapat ditemukan dan diplot. Untuk menjaga agar loncatan tetap dekat dengan muka miring bendung dan di atas lantai, maka lantai harus diturunkan hingga kedalaman air hilir sekurang- kurangnya sama dengan kedalaman konjugasi. Untuk aliran tenggelam, yakni jika muka air hilir lebih tinggi dari 2/3 H1 di atas mercu, tidak diperlukan peredam energi.

b. Panjang Loncatan Hidrolis

Panjang kolam loncat air dibelakang Potongan U (Gambar 3.9) biasanya kurang dari panjang bebas loncatan tersebut adanya ambang ujung (endsill). Ambang yang berfungsi untuk memantapkan aliran ini umumnya ditempatkan pada jarak

𝐿𝑗 = 5(𝑛 + 𝑌₂) Dimana :

Lj = Panjang kolam, m.

n = Tinggi ambang ujung, m.

Y2 = Kedalaman air di atas ambang ujung, m.

Diketahui data :

Y2 = 2,572 m

Yj = 0,296 m

Rumus Panjang loncatan hidrolis

98

𝑳𝒋 = 𝟔, 𝟗 (𝒀𝟐 − 𝒀𝒋)

Lj = 6,9 (2,572-0,296)

Lj = 15,706 m dibulatkan menjadi 16,000 m Jadi Panjang loncatan hidrolis kolam olak tersebut sebesar 16 m.

Di belakang Potongan U. Tinggi yang diperlukan ambang ujung ini sebagai fungsi bilangan Froude (Fr), kedalaman air yang masuk yu dan tinggi muka air hilir, dapat ditentukan dari Gambar 3.11

Gambar. Hubungan Percobaan Antara Fr, y2/yu untuk Ambang Ujung Pendek (Menurut Frster dan Skrinde, 1950)

Gambar. Karakteristik Kolam Olak untuk dipakai dengan Bilangan Froude Dibawah 4,5 Kolam USBR Tipe IV

99

Gambar. Blok - blok Halang dan Blok - blok Muka

Terlepas dari kondisi hidrolis yang dapat dijelaskan dengan bilangan Froude dan kedalaman air hilir, kondisi dasar sungai dan tipe sedimen yang diangkut memainkan peranan penting dalam pemilihan tipe kolam olak :

1. Bendung di sungai yang mengangkut bongkah atau batu – batu besar dengan dasar yang relative tahan gerusan, biasanya cocok dengan kolam olak tipe bak tenggelam atau submerged bucket (lihat Gambar 3.13).

2. Bendung di sungai yang mengangkut batu – batu besar, tetapi sungai itu mengandung bahan aluvial, dengan dasar tahan gerusan, akan menggunakan kolam loncat air tanpa blok – blok halang (lihat Gambar 3.8) atau tipe bak tenggelam atau peredam energi.

3. Bendung sungai yang hanya mengangkut bahan – bahan sedimen halus dapat direncanakan dengan kolam loncat air yang diperpendek dengan menggunakan blok – blok halang (lihat Gambar 3.11). Untuk tipe kolam olak yang terakhir daya gerus sedimen yang terangkat harus dipertimbangkan dengan mengingat bahan yang harus dipakai untuk membuat balok.

c Elevasi Dasar Kolam Olakan

Elevasi mercu bendung = 338,14 m Tinggi mercu hulu = 3,5 m

Y2 = 2,572 m

100

z = 5,215 m

Maka,

elevasi dasar kolam olak = elevasi mercu – z = 338,14 – 5,215 = 332,925 m d Dimensi Kolam Olakan

Panjang Kolam Olak Lb = 2,7 x Y2 Lb = 2,7 x 2,572 Lb = 6,945 m

*Tinggi (qc), panjang (pc) dan lebar (bc) chute block:

Qc = Pc = bc = Yj = 0,296 m

*Tinggi end sill (ambang ujung)

As = Yj . (18+Fr)/18

= 0,40

*Tinggi blok halang (n3) 10,3506346

n3 = Yj. (4+Fr) / 6 = 51,7531731 0,52 m

0,375n3 = 0,194 m

0,75n3 = 0,388 m

0,103506346

*Jarak ant. Chute block (sc) Sc = Yj = 0,30 m

0,5 yu = 0,148 m

*Lebar dan jarak antar blok halang (n) n = {yu(18+Fru)}/18

= 0,388 m

101

4.1.8 Perencanaan Apron (Lantai Bendung)