MODEL NUMERIK STRUKTUR BANGUNAN PELIMPAH (STUDI KASUS: BENDUNGAN LEUWIKERIS)
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Bangunan pelimpah (spillway) merupakan bangunan hidrolik yang dibangun untuk menyalurkan aliran banjir lewat bendungan dengan tanpa membahayakan keamanan bendungan sekaligus berfungsi untuk membuang kelebihan air kearah hilir. Pelimpah tipe ogee salah satu struktur hidrolik yang banyak diterapkan. Pelimpah tipe ogee digunakan untuk mengontrol debit dan kedalaman tampungan pada bendungan (Badanapuri, 2018). Pelimpah tipe lain yang juga biasanya ditemui adalah pelimpah ogee yang kontrolnya diatur melalui pintu. Pelimpah tipe ini biasanya dibangun pada bendungan urugan untuk mengalirkan debit banjir dari waduk untuk mencegah terjadinya overtopping pada tubuh bendungan (Ahmed & Aziz, 2018). Pelimpah harus memiliki desain yang ekonomis dan fungsional, oleh karena itu, parameter hidrolik seperti debit, kedalaman aliran dan kecepatan harus diketahui secara akurat. Meskipun banyak informasi tentang pemahaman pelimpah ogee, namun setiap turunan dari parameter standar seperti kedalaman aliran dan bentuk puncak dapat mengubah parameter aliran.
Dalam proses perancangan struktur hidrolik, karena ada banyak variabel, karena kondisi yang direncanakan tidak teridentifikasi dengan cara pendekatan secara matematis. Studi model fisik memungkinkan untuk menghindari ketidakakuratan dan menemukan solusi yang paling tepat sebelumnya. Sebuah studi model fisik diselidiki di laboratorium untuk menentukan masalah yang mungkin timbul di lapangan (Alam, 2018). Namun, biaya yang diperlukan untuk model fisik mungkin sangat mahal jika dibandingkan dengan model numerik karena membutuhkan tenaga kerja profesional, waktu, dan laboratorium yang luas. Efek skala adalah kelemahan lain dari model fisik karena mungkin ada perbedaan antara hasil model dan prototipe terutama dalam aliran turbulen (Yildiz, et al., 2020). Dengan keterbatasan tersebut membuat para peneliti mencoba menggunakan simulasi numerik dalam melalukan studi aliran yang
melewati struktur hidrolik (Dehdar-Behbahani & Parsaie, 2016). Computational Fluid Dynamics (CFD) adalah salah satu jenis teknik pemodelan numerik yang dikembangkan untuk menemukan solusi untuk masalah- masalah yang meliputi aliran fluida (Hirt dan Nichols, 1981)
Penelitian ini dilakukan untuk mensimulasikan pola aliran yang melewati pelimpah Bendungan Leuwikeris menggunakan simulasi numerik 3 Dimensi.
Gaya tekanan air yang bekerja di dinding saluran peluncur tentunya akan berpengaruh terhadap kinerja peredaman energi dari kolam olak. Simulasi dilakukan pada beberapa skenario yang telah ditetapkan. Hasil dari simulasi numerik ini kemudian akan dibandingkan dengan hasil model tes model fisik yang sebelumnya sudah dilakukan. Perbandingan ini bertujuan untuk mengoptimalkan hasil simulasi numerik apabila dikemudian hari diperlukan suatu perubahan desain dan sebagai acuan pembangunan apabila ada yang mengunakan model bendungan yang sama. Apabila hasil dari simulasi numerik mendekati hasil dari model tes, tentunya ini akan sangat menunjang pelaksanaan pekerjaan konstruksi Bendungan Leuwikeris.
Untuk menunjang pelaksanaan pekerjaan konstruksi Bendungan Leuwikeris, maka dilakukan beberapa tinjauan terhadap perencanaan yang telah dilakukan. Tinjauan tersebut antara lain tinjauan terhadap gaya tekanan air yang bekerja di dinding saluran peluncur dan evaluasi terhadap performa redaman energi dari kolam olak. Tinjauan yang dilakukan menggunakan pemodelan numerik 3 dimensi dengan memperhatikan skenario yang telah ditetapkan. Dari hasil pemodelan terhadap desain yang ada akan diperoleh gambaran dan rencana penyempurnaan desain tersebut. Kriteria perencanaan dari konstruksi pelimpah dan kolam olak bendungan Leuwikeris yang diperoleh dari Laporan Final Uji Model Fisik Bendungan Leuwikeris tahun 2018 adalah sebagai berikut:
a. Kriteria debit, QPMF : 4767 m3/s
b. Tipe : Pelimpah samping tipe Ogee (tanpa pintu)
c. Debit QPMF dikurangi Qpintu : 3225,39 m3/s d. Elevasi mercu pelimpah : +150,00 m e. Elevasi muka air banjir : +156,48 m
f. Elevasi apron : +148,00 m
Bangunan pemecah energi didesain dengan debit Q100 dengan lebar 35,00 m, elevasi dasar olakan + 74,00 m dan panjang mencapai 40,00 m dibangun untuk meredam energi akibat aliran dari saluran peluncur. Hasil perencanaan bangunan pemecah energi adalah sebagai berikut:
a. Kriteria debit, Q100 : 600,30 m3/s
b. Tipe : USBR Tipe II
c. Lebar kolam olak : 35,00 m d. Panjang kolam olak : 46,32 m e. Elevasi dasar kolam olak : +71,57 m
1.2 Rumusan Masalah
1. Bagaimana perbandingan uji model fisik dengan model numerik?
2. Bagaimana hasil simulasi dengan debit QPMF, Q1000 dan Q100? 3. Apakah elevasi muka air overtopping?
4. Apakah kolam olak mampu meredam aliran dengan debit yang sudah di tentukan?
1.3 Tujuan Penelitian
1. Mengetahui perbedaan yang di hasilkan antara uji fisik dan numerik 2. Mengetahui hasil dengan debit QPMF, Q1000 dan Q100
3. Mengetahui apakah elevasi muka air terjadi overtopping
4. Mengetahui apakah dapat meredam aliran yang sudah di tentukan 1.4 Batasan Masalah
1. Model yang digunakan adalah pada Uji Model Fisik Bendungan Leuwikeris
2. Variasi debit yang digunakan debit QPMF, Q1000 dan Q100
3. Pemodelan numerik menggunakan Aplikasi DualSPHysics
1.5 Originalitas
M ulai Studi literatur Pengumpulan Data
Data Pelimpah
Lebar Pelimah (B) Panjang Puncak Radius Upstream (R1) Radius Downstream (R2) Kemiringan
Setting Model
Hasil Model Numerik Tinggi Muka Air (d) Kecepatan Aliran (V)
Validasi
Kesimpulan dan Saran Analisa dan Pembahasan
Selesai Data Aliran
Debit (Q)
Parameter Hidraulik
Hasil Eksperimen Tinggi Muka Air (d) Kecepatan aliran (V)
Runing Model BAB III
METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Bagan Alir Penelitian
Gambar 3.1. Bagan Alir Penelitian
3.2 Input Data
Data yang digunakan untuk penelitian ini yaitu data eksperimen sebelumnya, antara lain data Pelimpah, debit (Q), dan parameter hidraulik hasil eksperimen meliputi tinggi muka air (d), dan kecepatan (v).
3.3 Setting Model
Beberapa tahapan dalam setting model yaitu membuat geometri pelimpah, mengatur physical parameter, membuat mesh, mengatur kondisi awal model dan boundary condition.
3.4 Pemodelan
Dalam penelitian ini pemodelan secara numerik yang dilakukan menggunakan aplikasi 3D yaitu FreeCAD yang sudah terintegerasi dengan DualSPHysics.
3.5 Running Model
Penelitian ini akan dilakukan dengan tiga variasi debit. Simulasi dilakukan hingga aliran mendapatkan nilai yang sesui.
3.6 Validasi
Hasil simulasi dalam penelitian ini yaitu tinggi muka air (d) dan kecepatan aliran (v) dari berbagai debit. Dalam penelitian ini, proses validasi menggunakan hasil eksperimen penelitian pelimpah Ogee. Model dikatakan akurat apabila nilai mendekati atau sama dari hasildari uji fisik artinya hasil model numerik mendekati model eksperimen.
