5. bab v perencanaan struktur -...

Tugas Akhir

Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

HILALUDIN L2A 001 078 181 JOKO SANTOSO L2A 001 086

5. BAB V PERENCANAAN STRUKTUR PERENCANAAN STRUKTUR

5.1. TINJAUAN UMUM

Perencanaan struktur dam meliputi perhitungan – perhitungan konstruksi

tubuh dam dan PLTMH yaitu perencanaan spillway yang meliputi bentuk dan

ukuran crest spillway, peralihan mercu spillway ke saluran peluncur, koordinat

lengkung mercu spillway bagian hulu dan hilir, saluran peluncur sampai

bangunan peredam energi. Dalam perencanaan tubuh dam, komponen-

komponen yang perlu diperhatikan adalah dimensi dan stabilitas dam.

Perencanaan PLTMH meliputi perhitungan daya yang dihasilkan, penentuan

turbin, pipa pesat dan instalasi pengatur air serta perencanaan saluran

pembuangan.

5.2. PERENCANAAN TUBUH DAM

5.2.1. Tinggi Dam

Tinggi tubuh dam ditentukan berdasarkan kapasitas desain kolam dam

yang terpilih yaitu 57795,503 m3 . Berdasarkan grafik hubungan antara elv. dan

kapasitas kolam maka direncanakan puncak bendung terletak pada elevasi

+179,245 m.

Dari hasil flood routing didapat elv. muka air banjir +183,234 m.

Sedangkan Elevasi dasar kolam +165 dan elevasi tanah dasar dam +165

ditambah tinggi jagaan, maka tinggi dam adalah :

Tinggi dam = ( (+183,234) - (+165) ) = 18,234 m

Gambar 5-1 Menentukan Tinggi Dam

Tugas Akhir



5.2.2. Tinggi Puncak Dam

Untuk mendapatkan tinggi puncak dam maka perlu dicari tinggi jagaan.

Tinggi jagaan adalah jarak bebas antara mercu dam dengan permukaan air

maksimum rencana. Tinggi jagaan dapat dihitung dengan menggunakan

persamaan sebagai berikut :

Hf h + (hw atau 2

eh ) + ha + hi

Hf hw + 2

eh + ha + hi

(Sosrodarsono & Takeda, 1999)

di mana :

Hf = tinggi jagaan (tinggi kemungkinan kenaikan permukaan air dam) (m)

h = tinggi kenaikan permukaan air akibat timbulnya banjir abnormal(m)

hw = tinggi ombak akibat tiupan angin (m)

he = tinggi ombak akibat gempa (m)

ha = tinggi kemungkinan kenaikan permukaan air dam, apabila terjadi

kemacetan-kemacetan pada pintu bangunan pelimpah. (m)

hi = tinggi tambahan yang didasarkan pada tingkat urgensi dari dam(m)

Untuk mendapatkan tinggi jagaan, maka perlu dicari h, hw, he, ha, hi.

1. Tinggi kenaikan permukaan air yang disebabkan oleh banjir abnormal

(h) dihitung berdasarkan persamaan sebagai berikut :

TQhA

hQQh

1..

32 0


di mana :

Qo = Debit banjir rencana (m³/dt )

Q = Debit Outflow bangunan pelimpah untuk banjir abnormal(m³/dt)

= 0,2 untuk bangunan pelimpah terbuka

= 1,0 untuk bangunan pelimpah tertutup

h = kedalaman pelimpah rencana (m)

A = luas permukaan air dam pada elevasi banjir rencana (km²)

Tugas Akhir



T = durasi terjadinya banjir abnormal (1 s/d 3 jam)

Untuk perhitungan digunakan data-data sebagai berikut :

Qo = 95,414 m³/dt

Q = 95,19 m³/dt

h = 2 m

A = 0,0267 km²

T = 3 jam

h =

3.19,952.0267,01

2.19,95

414,95.2,0.32

h = 0,267 m

2. Tinggi jangkauan ombak yang disebabkan oleh angin (hw)

Tinggi jangkauan ombak yang disebabkan oleh angin sangat

dipengaruhi oleh panjangnya lintasan ombak (F) dan kecepatan angin di atas

permukaan air dam. Panjang lintasan ombak yang dipakai adalah Feff sebesar

253 m. Sedangkan kecepatan angin (maksimal) di atas permukaan air dam

diambil dari data di stasiun BMG Semarang yaitu 20 m/det. Dengan

kemiringan hulu 1:3 dan permukaan lereng hulu direncanakan terdiri dari

hamparan batu pelindung (kasar).

Perhitungan tinggi ombak (hw) ini menggunakan grafik metode SMB

(gambar 5.2). Dari grafik diperoleh tinggi jangkauan ombak (hw) yang

didapat adalah 0,15 m .

Tugas Akhir



Gambar 5-2 Panjang Lintasan Ombak Efektif

Gambar 5-3 Grafik Perhitungan Metode SMB (Sosrodarsono, 1989)

Lereng dengan Permukaan Halus

Lereng dengan Permukaan Kasar terdiri dari Hamparan Batu Pelindung

Tugas Akhir



3. Tinggi ombak yang disebabkan oleh gempa (he)

Digunakan data-data pada tabel berikut :

Tabel 5.1 Koefisien Gempa

Zone Koefisien (Z) Keterangan

A

B

C

D

E

F

1,90-2,00

1,60-1,90

1,20-1,60

0,80-1,20

0,40-0,80

0,20-0,40

SEMARANG

(Sumber : DHV Consultant, 1991)

Tabel 5.2 Percepatan Dasar Gempa

Periode Ulang (tahun) Percepatan dasar gempa (Ac) (cm/dt²)

10

20

50

100

200

500

1000

5000

10000

98,42

119,62

151,72

181,21

215,81

271,35

322,35

482,80

564,54 (Sumber : DHV Consultant, 1991)

Tabel 5.3 Faktor Koreksi

Tipe Batuan Faktor (V)

Rock Foundation

Diluvium (Rock Fill Dam)

Aluvium

Soft Aluvium

0,9

1,0

1,1

1,2 (Sumber : DHV Consultant, 1991)

Tugas Akhir



Dari data pada tabel-tabel di atas, maka dapat ditentukan harga yang akan

digunakan yaitu:

(1). Koefisien gempa (z) = 0,80

(2). Percepatan dasar gempa (Ac) = 181,21 cm/dt²

(3). Faktor koreksi (V) = 1,1

(4). Percepatan grafitasi ( g ) = 980 cm/dt²

Tugas Akhir



Gambar 5-4 Pembagian Zona Gempa di Indonesia (SNI Gempa 2002)

Tugas Akhir



Perhitungan intensitas seismis horisontal, dapat dihitung dengan rumus

sebagai berikut :

e = gVAcz ..

e =

9801.21,181.8,0

e = 0,147

Didapatkan tinggi ombak yang disebabkan oleh gempa adalah :

0.. Hgehe


di mana :

e = Intensitas seismis horizontal

= Siklus seismis ( 1 detik )

H0 = Kedalaman air di dalam waduk (m)

= elv.HWL – elv.dasar

= +183,234 - (+165)

= + 18,234 (MSL)

eh = 234,18.81,914,3147,0

= 0,626 m

Jadi tinggi puncak ombak di atas permukaan air rata-rata 2

eh= 0,313 m.

4. Kenaikan permukaan air dam yang disebabkan oleh ketidaknormalan

operasi pintu – pintu bangunan pelimpah (ha)

Ketidak-normalan operasi pintu-pintu mengakibatkan terjadinya kenaikan

permukaan air waduk (ha) melampaui batas maximum rencana. Karena

pertimbangan-pertimbangan ekonomis. Biasanya sebagai standard

diambil ha = 0,5 m (Sosrodarsono & Takeda, 1999).

Tugas Akhir



5. Angka tambahan tinggi jagaan yang didasarkan pada tipe dam (hi)

Mengingat limpasan melalui mercu dam urugan sangat riskan, maka

untuk dam tipe ini angka tambahan tinggi jagaan (hi) ditentukan sebesar 1,0

m (hi = 1,0 m). (Sosrodarsono & Takeda, 1978). Berdasarkan data

perhitungan tersebut di atas di mana :

h 0,267 m

hw 0,15 m

2eh

0,313 m

ha 0,5 m

hi 1,0 m

Tinggi jagaan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai

berikut :

Hf h + (hw atau 2

eh ) + ha + hi


Hf hw + 2

eh + ha + hi

Alternatif tinggi jagaan 1

Hf h + hw + ha + hi

Hf = 0,267 + 0,15 + 0,5 + 1,0

= 2,017 m


Hf h + 2

eh + ha + hi

Hf = 0,267 + 0,313 + 0,5 + 1,0

= 2,080 m


Hf hw + 2

eh + ha + hi

Hf = 0,15 + 0,313 + 0,5 + 1,0

= 2,063 m

Tugas Akhir



Didasarkan pada tinggi bendungan yang direncanakan, maka angka

standard untuk tinggi jagaan pada bendungan urugan adalah sebagai berikut:

Lebih rendah dari 50 m Hf ≥ 2,0 m

Dengan tinggi jagaan 50 s/d 100 m Hf ≥ 3,0 m

Lebih Tinggi dari 100 m Hf ≥ 3,5 m


Dari ketiga alternatif tinggi jagaan tersebut diambil tinggi jagaan 3 m.

Tinggi puncak Dam = tinggi dam + tinggi jagaan

= 18,234 + 3

= 21,234 m.

Jadi elevasi puncak dam = Elevasi dasar dam + Tinggi Puncak

= +165,00 + 21,234 m

= + 186,234 m

Tugas Akhir



5.2.3. Kemiringan Tubuh Tanggul

Kemiringan lereng tanggul adalah perbandingan antara panjang garis

vertikal yang melalui puncak dengan panjang garis horizontal yang melalui

tumit masing masing.

Untuk kemiringan lereng hulu = 1 : 3

Untuk kemiringan hilir = 1 : 2,25

Tabel 5.4 Kemiringan Tanggul yang diajurkan

Material Urugan

Material

Utama

Kemiringan Lereng

Vertikal : Horisontal

Hulu Hilir

1. Urugan homogen

2. Urugan majemuk

a.Urugan batu dengan inti

lempung atau dinding

diafragma

b. Kerikil-kerakal dengan

inti lempung atau dinding

diafragma

CH

CL

SC

GC

GM

SM

Pecahan batu

Kerikil-

kerakal

1 : 3

1 : 1,50

1 : 2,50

1 : 2,25

1 : 1,25

1 : 1,75

(Sumber: Ibnu Kasiro dkk,1994)

5.2.4. Panjang Dam

Panjang dam adalah panjang seluruh panjang mercu dam yang

bersangkutan, termasuk bagian yang digali pada tebing-tebing sungai di kedua

ujung mercu tersebut. Panjang dam Gambir adalah 108,39 m pada elevasi

puncak dam + 186,234 m.

Tugas Akhir



5.2.5. Lebar Dam

Lebar mercu dam minimum dihitung berdasarkan persamaan sebagai berikut :

B = 3,6 H1/3 – 3,0


di mana :

H = Tinggi Dam ( 21,234 m )

Maka B = 3,6 (21,234)1/3 – 3,0

= 6,968 m

Karena digunakan dam urugan tipe homogen, maka untuk memberikan rasa

aman terhadap kestabilan terhadap longsornya lapisan kedap air lebar dam

dibagian puncak dam diambil 7 m.

5.3. PERHITUNGAN STABILITAS TUBUH DAM

Tinjauan stabilitas tubuh dam meliputi tinjauan terhadap :

1. Stabilitas lereng dam terhadap filtrasi

2. Stabilitas lereng dam terhadap longsor

5.3.1. Stabilitas Lereng Dam Terhadap Aliran Filtrasi

Stabilitas lereng dam terhadap rembesan ditinjau dengan cara sebagai berikut:

1. Formasi garis depresi tubuh bendung kondisi sesuai dengan garis

parabola

diketahui :

h = 18,234 m (kondisi FSL)

l1 = 54,702 m

l2 = 58,527 m

= 23,96º

d = 21.333,0 ll = (0,333 . 54,702) + 58,527 = 76,743 m

maka :

Tugas Akhir



ddhY 220 (Sosrodarsono & Takeda, 1978)

= 743,76743,76234,18 22 = 2,136 m

Parabola bentuk dasar dapat diperoleh dengan persamaan :

200.2 yxyy (Sosrodarsono & Takeda, 1978)

= 2136,2.136,2.2 x

Dan diperoleh koordinat parabola sebagai berikut :

X - 1,068 0 5 10 15 20 25 30 Y 0,000 2,136 5,091 6,876 8,285 9,487 10,553 11,521 x 35 40 45 50 55 60 65 70 y 12,413 13,245 14,029 14,770 15,477 16,152 16,800 17,424

Untuk kurang dari 300, harga a = 22

sincoscos

hdd maka

dapat ditentukan nilai :

cos10

ya a = 96,23cos1

136,2

= 24,787 m

a =22

sincoscos

hdd

= 22

96,23sin234,18

96,23cos743,76

96,23cos743,76

= 13,011 m

Sehingga didapat nilai :

a = 13,011 m

Tugas Akhir



y0 = 2.136

L1 = 54.702 L2 = 58.527

7.000

+ 185.234 dpl

+ 165 dpl

16.411

d = 76.743

a + da = 24.787

a0 = 1.068

MAB+ 183.234 dpl

0 = 24,787 – 13,011 = 11,776 m

Dari hasil perhitungan didapat garis depresi aliran yang keluar

melalui lereng hilir dam sehingga tidak aman terhadap bangunan untuk itu

perlu digunakan drainase kaki maupun drainase alas.

Gambar 5-5 Garis Depresi Pada Bendungan Homogen (Sesuai Dengan Garis Parabola)

2. Formasi garis depresi tubuh bendung kondisi dengan menggunakan

drainase kaki

diketahui :

h = 18,234 m (kondisi FSL)

l1 = 54,702 m

l2 = 53,527 m

= 135º

d = 21.333,0 ll = (0,333 x 54,702) + 53,527 = 71,742 m

maka :

ddhY 220 = 742,71742,71234,18 22 = 2,280 m

Parabola bentuk dasar dapat diperoleh dengan persamaan :

200.2 yxyy = 2280,2280,2.2 x

Tugas Akhir



+ 183.234 dpl MAB

d = 71.742

16.411

+ 165 dpl

+ 185.234 dpl

7.000

L2 = 53.527L1 = 54.702

da = 0.200a = 1.135

Dan diperoleh koordinat parabola sebagai berikut :

x -1,14 0 5 10 15 20 25 30 y 0 2,280 5,291 7,127 8,579 9,818 10,918 11,916 x 35 40 45 50 55 60 65 70 y 12,837 13,697 14,505 15,271 16,000 16,697 17,367 18,011

Untuk = 1350, berdasarkan grafik pada Gambar 2.13 didapat nilai

C = a

a

dad

= 0,15 maka dapat ditentukan nilai :

cos10

yda a = 707,01

280,2

= 1,335 m

0,15 = 335,1

a

da = 0,15 . 1,335 = 0,200

a = 1,335 – 0,200 = 1,135

Gambar 5-6 Garis Depresi Pada Bendungan Homogen Dengan Drainase Kaki

3. Jaringan Trayektori aliran filtrasi (seepage flow-net)

Kapasitas aliran filtrasi asumsi Kh = Kv

Dengan menggunakan rumus jaringan trayektori aliran sebagai berikut:

LHkNN

Qe

ff


di mana :

Qf = kapasitas aliran filtrasi (kapasitas rembesan) (m3/dt)

Tugas Akhir



Nf = angka pembagi dari garis trayektori aliran filtrasi

Ne = angka pembagi dari garis equipotensial

k = koefisien filtrasi

H = tinggi tekanan air total (m)

L = panjang profil melintang tubuh dam (m)

Dari data yang ada di dapat :

Nf = 4 (asumsi)

Ne = 8 (asumsi)

k = 5x10-6 cm/det = 5x10-8 m/dt (asumsi)

H = 18,234 m

L = 113,2285 m

Maka debit aliran filtrasi adalah sebagai berikut :

Q = 2285,113234,1810584 8

= 5,161 x 10-5 m³/dt

= 5,161 x 10-5 .60.60.24

= 4,459 m³/hari

Syarat, Q < 2% Q inflow (0,02 x 95,414 =1,908 m³/dt)rata-rata waduk

113.229

12

3

4

5

67

8

4

3

2

1MAB

Gambar 5-7 Jaringan Trayektori

4. Tinjauan terhadap gejala sufosi (piping) dan sembulan (boiling)

Kecepatan aliran keluar ke atas permukaan lereng hilir yang komponen

vertikalnya dapat mengakibatkan terjadinya perpindahan butiran-butiran

bahan dam, kecepatannya dibatasi sebagai berikut :

Tugas Akhir



..1

Fgw

c


di mana :

c = kecepatan kritis

w1 = berat butiran bahan dalam air = 0,92 t/m³

g = gravitasi = 9,8 m/det²

F = luas permukaan yang menampung aliran filtrasi

= 2 m x 1 m = 2 m²(untuk per satuan meter panjang bidang)

maka :

c = 1.2

8,9.92,0 = 2,123 m/det

Kecepatan rembesan yang terjadi pada dam adalah :

V = k . i = lhk 2.


di mana :

k = koefisien filtrasi = 5 x 10-8 m/det

i = gradien debit

h2 = tekanan air rata-rata = 7,592 m

l = panjang rata-rata berkas elemen aliran filtrasi pada bidang keluarnya

aliran = 8,452 m

maka :

V = 452,8592,7.105 8x

= 4,491 x 10-8 m/det < c = 2,123 m/det Aman

5.3.2. Stabilitas Lereng Dam Terhadap Longsor

Stabilitas lereng dam ditinjau dalam tiga keadaan, yaitu pada saat muka

air dam mencapai elevasi penuh, dam baru selesai dibangun dan belum dialiri

Tugas Akhir



air, dan pada saat air dam mengalami penurunan mendadak (Rapid Drawdown).

Perhitungan menggunakan metode irisan bidang luncur.

Data Teknis

Tinggi Dam = 20,234 m

Tinggi Air = 18,234 m

Elevasi Air Waduk = + 183,234 m (FSL)

Lebar Mercu Dam = 7 m

Kemiringan Hulu = 1 : 3

Kemiringan Hilir = 1 : 2,25

Tabel 5.5 Kondisi Perencanaan Teknis Material Urugan sebagai Dasar Perhitungan

Zone tubuh Kekuatan Geser γ timbunan dalam beberapa kondisi Intensitas beban dam Basah Kering seismis horisontal

C (t/m³) Φ (0) γsat (t/m³) γd (t/m³) (e) Zone kedap air 0,6 18 1,712 1,209 0,147

Untuk perhitungan kestabilan terhadap longsor digunakan persamaan berikut

e

es TT

tgNUNClF

.

; sF > 1,2


Tugas Akhir



Gambar 5-8 Stabilitas Tubuh Dam Kondisi Baru Selesai dibangun Bagian Hulu

Tugas Akhir



Tabel 5.6 Perhitungan Metode Irisan Bidang Luncur pada Kondisi Dam Baru Selesai dibangun Bagian Hulu

r π

θ

deg rad

111,772 3,142 18,000 0,314

Irisan A (m^2) γ W

(t.m) α α rad sin α cos α T = W sin α

Te = e.W cos α

N = W cos α e Ne = e.W sin

α h γw u = h.γw

sudut pias l U = u.l U =

ul/cos α tan θ (N-Ne-U)tan θ C C.L

1 6,650 1,712 11,385 -2 -0,035 -0,035 0,999 -0,397 2,048 11,378 0,147 -0,072 0,000 1,000 0,000 2,0 3,902 0,000 0,000 0,325 3,721

1,6 175,593

2 30,460 1,712 52,148 3 0,052 0,052 0,999 2,730 9,374 52,076 0,147 0,491 0,000 1,000 0,000 3,0 5,853 0,000 0,000 0,325 16,763

3 48,108 1,712 82,361 8 0,140 0,139 0,990 11,464 14,681 81,560 0,147 2,064 0,000 1,000 0,000 5,0 9,755 0,000 0,000 0,325 25,833

4 59,338 1,712 101,587 13 0,227 0,225 0,974 22,855 17,817 98,983 0,147 4,114 0,000 1,000 0,000 5,0 9,755 0,000 0,000 0,325 30,829

5 63,841 1,712 109,295 19 0,332 0,326 0,946 35,588 18,601 103,339 0,147 6,406 0,000 1,000 0,000 5,0 9,755 0,000 0,000 0,325 31,500

6 61,110 1,712 104,621 23 0,401 0,391 0,920 40,884 17,334 96,302 0,147 7,359 0,000 1,000 0,000 5,0 9,755 0,000 0,000 0,325 28,903

7 50,374 1,712 86,241 28 0,489 0,470 0,883 40,492 13,706 76,144 0,147 7,289 0,000 1,000 0,000 5,0 9,755 0,000 0,000 0,325 22,375

8 19,799 1,712 33,895 34 0,593 0,559 0,829 18,956 5,058 28,099 0,147 3,412 0,000 1,000 0,000 6,0 11,706 0,000 0,000 0,325 8,022

Jumlah 172,571 98,618 547,880 31,063 36 70,237 0,000 167,947

e

es TT

tgNUNClF

. ; sF > 1,2

267,1618,98571,172947,167593,175

Fs > sF Syarat = 1,2 ...................AMAN!!!

Tugas Akhir



Gambar 5-9 Stabilitas Tubuh Dam Kondisi Baru Selesai dibangun Bagian Hilir

Tugas Akhir



Tabel 5.7 Perhitungan Metode Irisan Bidang Luncur pada Kondisi Dam Baru Selesai dibangun Bagian Hilir

r π

θ

deg rad

77,961 3,142 18,000 0,314

Irisan A (m^2) γ W


Te = e.W cos α


α h γw u = h.γw



1 31,462 1,712 53,863 40 0,698 0,643 0,766 34,623 7,427 41,262 0,147 6,232 0,000 1,0 0,0 9 12,248 0,000 0,000 0,325 11,383

1,6 195,282

2 67,392 1,712 115,374 31 0,541 0,515 0,857 59,422 17,801 98,895 0,147 10,696 0,000 1,0 0,0 8 10,887 0,000 0,000 0,325 28,662

3 72,142 1,712 123,507 22 0,384 0,375 0,927 46,267 20,612 114,514 0,147 8,328 0,000 1,0 0,0 8 10,887 0,000 0,000 0,325 34,507

4 63,462 1,712 108,648 15 0,262 0,259 0,966 28,120 18,890 104,946 0,147 5,062 0,000 1,0 0,0 8 10,887 0,000 0,000 0,325 32,459

5 43,157 1,712 73,885 7 0,122 0,122 0,993 9,004 13,200 73,335 0,147 1,621 0,000 1,0 0,0 7 9,526 0,000 0,000 0,325 23,305

6 12,146 1,712 20,793 -1 -0,017 -0,017 1,000 -0,363 3,742 20,790 0,147 -0,065 0,000 1,0 0,0 1 1,361 0,000 0,000 0,325 6,777

Jumlah 177,073 81,673 453,741 31,873 41 55,795 0,000 137,092

e

es TT

tgNUNClF

.

; sF > 1,2

285.1673.81073.177092.137282.195

Fs > sF Syarat = 1.2 ...................AMAN!!!

Tugas Akhir



Gambar 5-10 Stabilitas Tubuh Dam pada saat Mencapai Elevasi Penuh Bagian Hulu

Tugas Akhir



Tabel 5.8 Perhitungan Metode Irisan Bidang Luncur pada Kondisi Dam Mencapai Elevasi Muka Air Banjir Bagian Hulu

r π

θ

deg rad

111,772 3,142 18,000 0,314

Irisan A (m^2) γ W


Te = e.W cos α


α h γw u = h.γw



1 6,650 0,755 5,021 -2 -0,035 -0,035 0,999 -0,175 0,903 5,018 0,147 -0,032 1,375 1,000 1,4 2,0 3,902 5,365 5,368 0,325 -0,104

1,6 193,153

2 30,460 0,755 22,997 3 0,052 0,052 0,999 1,204 4,134 22,966 0,147 0,217 4,160 1,000 4,2 3,0 5,853 24,346 24,379 0,325 -0,530

3 48,108 0,755 36,322 8 0,140 0,139 0,990 5,056 6,474 35,968 0,147 0,910 6,215 1,000 6,2 5,0 9,755 60,630 61,226 0,325 -8,504

4 59,338 0,755 44,800 13 0,227 0,225 0,974 10,079 7,857 43,652 0,147 1,814 7,524 1,000 7,5 5,0 9,755 73,402 75,333 0,325 -10,885

5 63,841 0,755 48,200 19 0,332 0,326 0,946 15,694 8,203 45,573 0,147 2,825 8,051 0,0 5,0 9,755 0,000 0,000 0,000

6 61,110 0,755 46,138 23 0,401 0,391 0,920 18,030 7,645 42,469 0,147 3,245 7,737 1,000 7,7 5,0 9,755 75,474 81,994 0,325 -13,899

7 4,882 1,712 8,358

28 0,489 0,470 0,883 3,924 1,328 7,380 0,147 0,706 6,492 1,000 6,5 5,0 9,755 63,334 71,732 0,325 -21,142 45,492 0,755 34,347

8 9,1053 1,712 15,588

34 0,593 0,559 0,829 8,718 2,326 12,923 0,147 1,569 2,946 1,000 2,9 6,0 11,706 34,487 41,600 0,325 -9,829 5,6933 0,755 4,298

Jumlah 62,530 38,871 215,948 11,255 36 70,237 337,0,37 -64,892

e

es TT

tgNUNClF

. ; sF > 1,2

265,1871,3530,62

)892,64(153,193

Fs > sF Syarat = 1,2 ...................AMAN!!!

Tugas Akhir



Gambar 5-11 Stabilitas Tubuh Dam pada saat Mencapai Elevasi Penuh Bagian Hilir

Tugas Akhir



Tabel 5.9 Perhitungan Metode Irisan Bidang Luncur pada Kondisi Dam Mencapai Elevasi Muka Air Banjir Bagian Hilir

r π

θ

deg rad

77,961 3,142 18,000 0,314

Irisan A (m^2) γ W


Te = e.W cos α


α h γw u = h.γw



1 10,8243 0,755 8,172

40 0,698 0,643 0,766 5,254 1,127 6,260 0,147 0,946 4,218 1,0 4,2 9,0 12,248 51,656 67,437 0,325 -20,188

1,6 223,180

15,6379 1,712 26,772

2 2,846 0,755 2,149

31 0,541 0,515 0,857 1,107 0,332 1,842 0,147 0,199 8,192 1,0 8,2 8,0 10,887 89,185 104,050 0,325 -33,279 64,545 1,712 110,501

5 72,142 1,712 123,507 22 0,384 0,375 0,927 46,272 20,612 114,511 0,147 8,329 8,709 1,0 8,7 8 10,887 94,813 102,261 0,325 1,274

6 63,462 1,712 108,648 15 0,262 0,259 0,966 28,124 18,890 104,945 0,147 5,062 7,728 1,0 7,7 8 10,887 84,133 87,102 0,325 4,153

7 43,157 1,712 73,885 7 0,122 0,122 0,993 9,006 13,200 73,335 0,147 1,621 5,448 1,0 5,4 7 9,526 51,897 52,287 0,325 6,313

8 12,146 1,712 20,793 -1 -0,017 -0,017 1,000 -0,363 3,742 20,790 0,147 -0,065 1,966 1,0 2,0 1 1,361 2,675 2,675 0,325 5,908

Jumlah 89,399 57,903 321,683 16,092 41 55,795 374,359 -35,818

e

es TT

tgNUNClF

. ; sF > 1,2

272,1903,57399,89

)818,35(180,233

Fs > sF Syarat = 1,2 ...................AMAN!!!

Tugas Akhir



Gambar 5-12 Stabilitas Tubuh Dam pada Kondisi Dam Mengalami Penurunan Air Mendadak Bagian Hulu

Tugas Akhir



Tabel 5.10 Perhitungan Metode Irisan Bidang Luncur pada Kondisi Dam Mengalami Penurunan Air Mendadak (Rapid Dradown)

r π

θ

deg rad

111.772 3,142 18,000 0,314

Irisan A (m^2) γ W


Te = e.W cos α


α h γw u = h.γw



1 6,650 0,755 5,021 -2 -0,035 -0,035 0,999 -0,175 0,903 5,018 0,147 -0,032 1,38 1,000 1,375 2 3,902 5,365 5,369 0,325 -0,104

1,6 245,831

2 30,460 0,755 22,997 3 0,052 0,052 0,999 1,204 4,134 22,966 0,147 0,217 4,16 1,000 4,160 3 5,853 24,349 24,382 0,325 -0,531

3 48,108 0,755 36,322 8 0,140 0,139 0,990 5,056 6,474 35,968 0,147 0,910 6,22 1,000 6,215 5 9,755 60,628 61,224 0,325 -8,503

4 59,338 0,755 44,800 13 0,227 0,225 0,974 10,079 7,857 43,652 0,147 1,814 7,524 1,000 7,524 5,0 9,755 73,398 75,329 0,325 -10,884

5 1,414 1,712 2,421

19 0,332 0,326 0,946 0,788 0,412 2,289 0,147 0,142 8,051 1,000 8,051 5,0 9,755 78,539 83,066 0,325 -26,296 57,426 0,755 43,357

6 25,050 1,712 42,886

23 0,401 0,391 0,920 16,759 7,106 39,476 0,147 3,017 7,737 1,000 7,737 5,0 9,755 75,476 81,996 0,325 -14,798 31,060 0,755 23,450

7 45,033 1,712 77,096

28 0,489 0,470 0,883 36,199 12,253 68,070 0,147 6,516 6,492 1,000 6,492 5,0 9,755 63,331 71,729 0,325 -3,306 0,341 0,755 0,258

8 19,799 1,712 33,895 34 0,593 0,559 0,829 18,956 5,058 28,099 0,147 3,412 2,946 1,000 2,946 6,0 11,706 34,487 41,600 0,325 -5,496

Jumlah 88,866 44,197 245,538 15,996 36 70,237 415,573 -69,917

e

es TT

tgNUNClF

.

; sF > 1,2

322,1197,44866,88

)917,69(831,245 Fs > sF Syarat = 1,2 ...................AMAN!!!

Tugas Akhir



5.4. PERENCANAAN PELIMPAH (SPILLWAY)

Spillway atau bangunan pelimpah adalah bangunan yang berfungsi untuk

mengalirkan air banjir di dalam reservoir sehingga air banjir tersebut tidak

merusak tubuh dam. Dalam perencanaan ini, bangunan pelimpah yang akan

direncanakan adalah ambang berbentuk bendung pelimpah. Bangunan pelimpah

biasanya terdii dari empat bagian utama yaitu:

1. Saluran pangarah aliran

2. Saluran pengatur aliran

3. Saluran peluncur

4. Peredam energi

5.4.1. Saluran Pengarah aliran

Saluran pengarah aliran dimaksudkan agar aliran air senantiasa dalam

kodisi hidrolika yang baik dengan mengatur kecepatan alirannya tidak melebihi

4 m/det dengan lebar semakin mengecil ke arah hilir. Apabila kecepatan aliran

melebihi 4 m/det, maka aliran akan bersifat helisoidal dan kapasitas alirannya

akan menurun. Disamping itu aliran helisoidal tersebut akan mengakibatkan

peningkatan beban hidrodinamis pada bangunan pelimpah tersebut.

Berdasarkan pengujian-pengujian yang ada saluran pengaruh aliran

ditentukan sebagai berikut :

Gambar 5-13 Saluran Pengarah Aliran dan Ambang Pengatur Debit pada Bangunan

Pelimpah

W

H

V < 4 m/det

V

Saluran pengarah aliranAmbang pengatur debit

Tugas Akhir



Dari analisis data sebelumnya di mana didapat :

Ketinggian air di atas mercu H = 183,234 – 179,245 = 3,989 m

Qout yang melewati spillway Q = 95,19 m³/det

Maka :

HW .51


989,351

W = 0,797 m

W dipakai = 2 m > 0,797 m

5.4.2. Saluran Pengatur Aliran

5.4.2.1. Tipe Bendung Pelimpah (over flow weir type) Dipakai tipe bendung pelimpah dengan menggunakan metode yang

dikembangkan oleh U.S.B.R. Dari analisis data sebelumnya, maka hasil

perhitungannya adalah sebagai berikut :

Q = Qout lewat spillway = 95,19 m³/det

L = lebar mercu bendung = 12 m

Tinggi tekanan kecepatan aliran di dalam saluran pengarah :

Gambar 5-14 Saluran Pengarah Aliran dan Ambang Pengatur Debit pada Bangunan

Pelimpah

V

Hv

He

d

h

+183,234

+ 179,,245

+177,245

Hd

Tugas Akhir



Asumsi Bef = B = 12 m

Misal kedalaman air dalam saluran h = 5,989 m, maka :

Luas penampang basah di dalam saluran ini adalah :

A = 5,989 x 12 = 71,868 m²

Kecepatan aliran :

868,7119,95

AQV 1,324 m/det

Jadi tinggi kecepatan aliran :

089,0

8,92324,1

2

22

xg

Vhv m

Hd = 183,234 m – 179,245 m

= 3,989 m

Tinggi energi He = Hd + hv

= 3,989 m + 0,089 m.

= 4,078 m

5.4.2.2. Penampang Bendung Bentuk dan Ukuran Crest Spillway dihitung berdasarkan Civil

Engineering Department US Army – US & DS Profile. Rumus yang digunakan

adalah sebagai berikut :

1. Rumus DS Profile

yHdx 85.085.1 2


2. Rumus untuk US Profile

HdrHdr

20.0250.01


Tugas Akhir



Gambar 5-15 Koordinat Penampang Memanjang Ambang Pengatur Debit pada

Bangunan Pelimpah

dimana :

US Profile = profil bangunan pelimpah bagian hulu

DS Profile = profil bangunan pelimpah bagian hilir

x = absis

y = ordinat

a = 0,175 Hd

b = 0,282 Hd

Koordinat Lengkung Mercu Spillway Bagian Hilir

Penampang lintang sebelah hilir dari titik tertinggi mercu bendung

dapat diperoleh dengan Rumus lengkung Harold sebagai berikut:

Rumus lengkung Harold

YhX d ..2 85.085.1 85.0

85.1

.2 dhXY

Bagian yang lebih ke hilir dari lengkung diteruskan dengan rumus :

85.085.0

1 .925.0 Xhd

Y 176.1'..096,1 YhdX

titik nol dari koordinat X,Y

X 1,85 = 2 Hd 0,85 Y

y

x

poros bendungan

He = 4,078

Hv = 0,089

b

a

+ 179,245

+ 177,245

r2

Hd = 3,989

r1

Tugas Akhir



Tabel 5.11 Koordinat Penampang Ambang Bendung Pelimpah

Koordinat Lengkung Koordinat Setelah Lengkung

X y x y

0,28 0,014 0,28 0,095

0,55 0,051 0,55 0,172

0,83 0,108 0,83 0,242

1,10 0,184 1,10 0,309

1,38 0,278 1,38 0,374

1,65 0,390 1,65 0,437

1,93 0,518 1,93 0,498

2,20 0,663 2,20 0,558

2,48 0,825 2,48 0,617

2,75 1,002 2,75 0,674

3,03 1,196 3,03 0,731

3,30 1,404 3,30 0,787

3,58 1,629 3,58 0,843

3,85 1,868 3,85 0,898

4,13 2,122 4,13 0,952

4,40 2,391 4,40 1,005

Lengkung Mercu Spillway Bagian Hulu

Penampang lintang sebelah hulu dapat diperoleh dengan rumus

sebagai berikut:

Untuk r1 = 0,5 . Hd = 0,5 . 3,989 = 1,994 m

a = 0,175 . Hd = 0,175 . 3,989 = 0,698 m

r2 = 0,2 . Hd = 0,2 . 3,989 = 0,797 m

b = 0,282 . Hd = 0,282 . 3,989 = 1,124 m

Tugas Akhir



O = 12,5°

y

C

B

A

8 .80 m 9.0 0 m

M A N

M A B

S = 1 : 1 0 0 .90 m

+ 1 83 ,23 4

+ 1 79 ,24 5

+ 1 77 ,24 5

5.4.2.3. Saluran Transisi Saluran transisi diperlukan karena adanya perubahan bentuk penampang

saluran pengatur dengan saluran peluncur.

Bentuk saluran transisi ditentukan sebagai berikut :

Gambar 5-16 Skema Bagian Transisi Saluran Pengarah pada Bangunan Pelimpah

Dengan ketentuan tersebut diatas dan keadaan topografi yang ada dimana

b1 = 12 m, b2 = 8 m maka :

y = 2 m

l = y/tgθ = 9 m

s = 1 : 10

Gambar 5-17 Penampang Melintang Saluran Pengatur (Hasil Analisa)

Tugas Akhir



5.4.3. Saluran Peluncur

5.4.3.1. Peralihan Mercu Spillway ke Saluran Peluncur Pada perencanaan bangunan pelimpah antara tinggi mercu dengan

bangunan peredam energi diberi saluran peluncur (flood way). Saluran peluncur

ini berfungsi untuk mengalirkan air, agar air yang melimpah dari mercu dapat

mengalir dengan lancar tanpa hambatan-hambatan hidrolis. Untuk mencari

kedalaman air di bagian kaki spillway, dengan menggunakan rumus :

221 HdzgV


BQq dan

1Vqyu

dimana :

yu = kedalaman air pada bagian kaki spillway

Beff = lebar spillway ( 12 m )

Hd = 3,989 m

Q = Qout lewat spillway = 95,19 m³/det

Misal kedalaman air dalam saluran = 5,989 m

Dalam kondisi tersebut kecepatan aliran pada lereng bagian hilir spillway

tidak dipengaruhi koefisien debit, maka :

196,82989,3989,581,921

V m/det

608,11196,8

19,95q m2/det

Sehingga :

415,1196,8608,11

uy m

Tugas Akhir



5.4.3.2. Perhitungan Saluran Peluncur Data perencanaan yang telah diperoleh dari perhitungan sebelumnya

adalah sebagai berikut :

Q outflow = 95,19 m³/det

a. Kedalaman kritis (Yc) saluran peluncur :

g

qYc2

706,381,9

608,11 2

Yc m

Bila diperoleh nilai yu = 1,415 m

Maka : yu < Yc, berarti aliran yang terjadi adalah aliran super kritis.

b. Kecepatan kritis (Vc)

YcqVc

132,3706,3608,11

Vc m/det

Saluran peluncur direncanakan dengan penampang berbentuk segi empat

untuk aliran kritis maupun non kritis, saluran peluncur direncanakan dengan

kemiringan seperti tertera pada gambar 5.18 ke arah hilir hingga berakhirnya

spillway. Saluran peluncur direncanakan dengan kemiringan saluran sebesar 1/2

ke arah hilir hingga berakhirnya spillway. Saluran peluncur ini disambung

dengan bangunan peredam energi ( energy dissipater ).

Saluran peluncur dalam perencanaan ini dibentuk sebagai berikut :

Tampak atas lurus.

Penampang melintang berbentuk segi empat.

Kemiringan diatur sebagai berikut :

25 m tahap pertama dengan kemiringan = 0,25 dengan lebar saluran = 8 m,

kemudian 20 m tahap kedua dengan kemiringan = 0,25 tetapi penampang

melebar dari 8 m menjadi 10,4 m.

Tugas Akhir



6.25

0

20.00025.000

SALURAN PE LUNCUR

4

1

P ENAMPANG LURUS

PE NA MPANG TE ROM PET

Gambar 5-18 Penampang Memanjang Saluran Peluncur (Hasil Analisa)

Bagian yang berbentuk terompet pada ujung saluran peluncur bertujuan

agar aliran dari saluran peluncur yang merupakan aliran super kritis dan

mempunyai kecepatan tinggi, sedikit demi sedikit dapat dikurangi akibat

melebarnya aliran dan aliran tersebut menjadi semakin stabil.

8 m

20 m

10.4

0 m

Gambar 5-19 Bagian Berbentuk Terompet pada Ujung Hilir Saluran Peluncur

Bagian yang berbentuk terompet pada ujung saluran peluncur bertujuan

agar aliran dari saluran peluncur yang merupakan aliran super kritis dan

mempunyai kecepatan tinggi, sedikit demi sedikit dapat dikurangi akibat

melebarnya aliran dan aliran tersebut menjadi semakin stabil.

Tugas Akhir



5.4.4. Rencana Teknis Hidrolis

9.00 m

CB

A

8.80 m

MAN

MAB + 183.234

+ 177.245

+ 179.245

25.00 m 20.00 m

D

E

+ 175.745+ 174.845

+ 170.395

+ 165.395

Gambar 5-20 Potongan Memanjang Spillway (Hasil Analisa)

Garis dasar saluran ditentukan dengan perhitungan hidrolik yang dilakukan

dengan rumus Bernoulli sebagai berikut :

Gambar 5-21 Skema Penampang Memanjang Aliran pada Saluran

V1

hd1

1

hv1

l

l1V2

2

hd2

h1hv2

hL

Tugas Akhir



Elevasi ambang hilir = elevasi ambang udik

ehhdg

Vhdg

V 2

22

1

21

22 (Sosrodarsono & Takeda, 1978)

gVhV2

21

1

gVhV2

22

2

13

4

2221

22 ..

22l

R

Vng

Vg

Vhe

34

22 .

R

VnS

1. lShL di mana :

V1 : kecepatan aliran air pada bidang-1

V2 : kecepatan aliran air pada bidang-2

hd1 : kedalaman air pada bidang-1

hd2 : kedalaman air pada bidang-2

l1 : panjang lereng dasar diantara bidang-1 dan bidang-2

l : jarak horisontal diantara bidang-1 dan bidang-2

R : radius (jari-jari) hidrolika rata-rata pada potongan saluran yang diambil

S0 : kemiringan dasar saluran

S : kemiringan permukaan aliran

hl : kehilangan energi karena gesekan dan lain-lain

he : perbedaan tinggi antara garis energi dengan permukaan air

n : angka kekasaran saluran = 0,013

Tugas Akhir



Di titik A :

Kecepatan aliran V = 1,324 m/det (V1)

Luas tampang hidrolis A = 71,868 m²

Tinggi tekanan kecepatan aliran hv = 0,089 m = he-hd

Tinggi aliran Hd = 3,989 m

Asumsi Bef B = 12 m

Qout lewat spillway = 95,19 m³/det

Jari-jari hidrolis rata-rata

R = A/(2Hd+ B) = 3,597 m

Dengan menggunakan rumus :

Di titik B : Tinggi energi potensial di bidang B = hd + he

= 3,989 + ( 179,245 – 172,65 )

= 3,989 + 6,595

= 10,584 m

∆l = 8,80 m

∆l1 = 9,432 m

Diasumsikan bahwa kecepatan aliran di B (V2) = 8 m/det, maka :

Hd2 = 22 .Vb

Q = 812

19,95

= 0,991 m

A2 = 12 x 0,991 = 11,898 m2

R2 = ).2( 22 bhd

A

= 12991,02898,11

= 0,850 m

Rt = 2

624,0597,3 = 2,11 m

Vt = 2

8324,1 = 4,662 m/det

13

4

2221

22 ..

22l

R

Vng

Vg

Vhe

= 3,26 + 0,089 + 0,005 = 3,354

Tugas Akhir



Dengan demikian tinggi tekanan total diperoleh :

Hd2 + he = 0,991 + 3,354 = 4,345 m < 10,584 m

Dicoba lagi dengan asumsi kecepatan aliran yang berbeda :

V2 B hd2 A2 R2 Rrata Vrata Hv2 hv1 hl he+hd

13 12 0,610 7,322 0,554 0,996 7,162 8,614 0,089 0,082 9,395

13,883 12 0,571 6,855 0,522 0,938 7,606 9,829 0,089 0,100 10,584

14 12 0,567 6,799 0,518 0,931 7,662 9,990 0,089 0,103 10,749

Dari hasil perhitungan di atas dengan V = 13,883 m/det didapatkan hd+he

= 10,584 m ~ 10,584 m (sesuai dengan asumsi yang diambil), maka:

he = (he+hd) – hd2 = 10,584 m – 0,571 = 10,013 m

hv = he – hl = 10,013 – 0,100 = 9,913 m

Froude number pada titik B adalah :

Fr = 2

2

.hdgV (Sosrodarsono & Takeda, 1978)

= 571,0*81,9

887,13 = 5,867

Di titik C :

Tinggi energi potensial di bidang C = hd + he

= 3,989 + (179,245 – 171,75 )

= 3,989 + 7,495

= 11,484 m

∆l = 17,8 m

∆l1 = 18,476 m

Diasumsikan bahwa kecepatan aliran di C berturut-turut sesuai tabel

sehingga didapatkan :


14 12 0,567 6,799 0,518 0,931 7,662 9,990 0,089 0,202 10,847

14,437 12 0,547 6,558 0,501 0,901 7,920 10,738 0,089 0,221 11,484

15 12 0,529 6,346 0,486 0,874 8,162 11,468 0,089 0,249 12,335

Tugas Akhir





he = (he+hd) – hd2 = 11,484 – 0,547 = 10,937 m

hv = he – hl = 10,937 – 0,221 = 10,827m

Froude number pada titik C adalah :

Fr = 2

2

.hdgV =

547,0*81,914,437 = 6,232

Di titik D : Tinggi energi potensial di bidang D = hd + he

= 3,989 + (179,245 – 165,5 )

= 3,989 + 13,745

= 17,734 m

∆l = 42,8 m

∆l1 = 44,245 m

Diasumsikan bahwa kecepatan aliran di D berturut-turut sesuai tabel



17 12 0,467 5,599 0,433 0,779 9,162 14,730 0,089 0,876 16,162

17,821 12 0,445 5,341 0,414 0,745 9,573 16,187 0,089 1,014 17,735

18 12 0,441 5,288 0,411 0,738 9,662 16,514 0,089 1,046 18,090



he = (he+hd) – hd2 = 17,735 – 0,445 = 17,290 m

hv = he – hl = 17,290 – 1,014 = 14,138 m

Froude number pada titik D adalah :

Fr = 2

2

.hdgV =

445,0*81,9 17,735 = 8,488

Di titik E : Tinggi energi potensial di bidang E = hd + he

Tugas Akhir



= 3,989 + (179,245 – 160,5 )

= 3,989 + 18,745

= 22,734 m

∆l = 62,8 m

∆l1 = 64,860 m

Diasumsikan bahwa kecepatan aliran di E berturut-turut sesuai tabel



19 12 0,418 5,010 0,390 0,702 10,162 18,400 0,089 1,814 20,720

19,886 12 0,399 4,787 0,374 0,673 10,605 20,156 0,089 2,091 22,735

20 12 0,397 4,760 0,372 0,669 10,662 20,387 0,089 2,129 23,002



he = (he+hd) – hd2 = 22,735 – 0,399 = 22,336 m

hv = he – hl = 22,336 – 2,091 = 20,245 m

Froude number pada titik E adalah :

Fr = 2

2

.hdgV =

399,0*81,9 19,886 = 10,051

5.4.5. Peredam Energi

Bangunan peredam energi digunakan untuk menghilangkan atau

setidaknya mengurangi energi air yang melimpah dengan energi yang tinggi dari

bangunan pelimpah agar tidak merusak bangunan atau instalasi lain di sebelah

hilir bangunan pelimpah. Suatu bangunan peredam energi yang berbentuk

kolam, dimana prinsip peredam energinya yang sebagian besar terjadi akibat

proses pergesekan di antara molekul-molekul air, sehingga timbul olakan-olakan

di dalam kolam tersebut dinamakan peredam energi tipe kolam olakan.

Dalam perencanaan dam ini menggunakan bangunan peredam energi tipe

kolam olak USBR. Penggolongan tipe kolam olak USBR adalah :

USBR I : Bilangan Froude < 4,5

USBR II : Bilangan Froude > 4,5 dengan kecepatan < 15 m/detik

Tugas Akhir



USBR III : Bilangan Froude > 4,5 dengan kecepatan > 15 m/detik

USBR IV : Bilangan Froude 2,5 < Fr < 4,5

Perhitungan kolam olak digunakan rumus-rumus sebagai berikut :

VqY

YgVFr


Dimana :

V = Kecepatan awal loncatan (m/dt)

g = Percepatan gravitasi = 9,81 m²/dt

B = Lebar saluran = 12 m

Fr = Bilangan froude

Y = tinggi konjugasi

Perhitungan :

V = 19,886 m³/dt Y = Q/B V

Y = 95,19 / (12 x 19,886) Y = 0,398 m

Fr = gY

V = 19,886 / ( 9,81 . 0,398)0,5

= 10,051

Tipe kolam olak yang digunakan ditentukan berdasarkan nilai Fr dan V.

Fr = 10,051

V = 19,886 m/det

Digunakan kolam olak USBR III dengan dimensi sebagai berikut

Tugas Akhir



Gambar 5-22 Bentuk Kolam Olakan

a Panjang kolam olakan

Ukuran panjang kolam olakan tergantung pada bilangan Froude

aliran yang akan melintasi kolam tersebut. Karena Froude number > 4,5

maka digunakan kolam olak type USBR type III.

Gambar 5-23 Panjang Loncatan Hidrolis pada Kolam Olakan Datar

Kondisi sesungguhnya pada kolam olakan type I

Tugas Akhir



d1

d1

d10 .5d1

h3

0.3h3

h3

0.5h3

0.75h3

0.8d2

Kondisi sesungguhnya pada kolam olakan type II

Kondisi sesungguhnya pada kolam olakan type III

- Dengan Fr = 10,051, dari grafik didapatkan nilai L/d2 = 2,7

- D2/D1 = 0,5 x 181 21 F


- D2/0,398 = 0,5 x )051,10.81( 2 -1

- D2 = 5,262 m

- L = 2,7 x 5,262 = 14,209 m ~ dipakai 15 m

b Gigi-gigi pemencar aliran, gigi-gigi benturan dan ambang ujung hilir

kolam olakan

Gigi-gigi pemencar aliran yang berfungsi sebagai pembagi berkas

aliran terletak di ujung saluran sebelum masuk ke dalam kolam olakan.

Sedangkan gigi-gigi benturan yang berfungsi sebagai penghadang aliran

serta mendeformir loncatan hidrolis menjadi pendek terletak pada dasar

kolam olakan. Adapun ambang ujung hilir kolam olakan dibuat rata tanpa

bergerigi.

Gambar 5-24 Ukuran gigi-gigi pemencar dan gigi-gigi benturan aliran

1. Dimensi kolam olakan

Ukuran kolam olakan adalah 10,40 m x 15 m

Ukuran gigi-gigi pemencar aliran adalah Dl = 0,398 m ≈ 0,4 m,

karena lebar ujung saluran peluncur adalah 10 m maka jumlah gigi-

gigi dibuat = 25 buah @ 40 cm, jarak antara gigi-gigi = 40 cm dan

jarak tepi ke dinding masing-masing = 40 cm

cek jumlah jarak = 13 x 0,4 + 12 x 0,4 + 2 x 0,4 = 10,40 m

Ukuran gigi pembentur aliran dengan mengacu pada gambar 5.25

didapatkan nilai h3/D1 = 2,4 h3 = 2,4 x 0,398 = 0,955 ≈ 0,93 m,

Tugas Akhir



karena lebar kolam olakan adalah 15 m maka jumlah gigi-gigi dibuat

= 9 buah @ 0,95 m, jarak antara gigi-gigi = 0,75 x h3 = 0,75 x 0,95 =

0,712 m ≈ 0,7 m dan jarak tepi ke dinding masing-masing = 0,5 x h3

= 0,5 x 0,95 = 0,475 m ≈ 0,5 m.

cek jumlah jarak = 9 x 0,93 + 8 x 0,7 + 2 x 0,5 = 15,00 m.

Ukuran ambang ujung hilir kolam olakan dengan mengacu pada

gambar 5.25 didapatkan nilai h4/d1 = 1,50 h4 = 1,50 x 0,398 =

0,597 m dengan kemiringan 1 : 2

Jarak antara gigi-gigi pemencar aliran s/d gigi-gigi benturan (tepi ke

tepi) adalah : 0,8 d2 = 0,8 x 5,262 = 4,209 m

Gambar 5-25 Tinggi Gigi Benturan dan Ambang Hilir pada Kolam Olakan Datar

Type III

2. Tinggi jagaan

Tinggi jagaan pada bangunan pelimpah (spillway) dihitung dengan

menggunakan rumus sebagai berikut :

Fb = C . V . d


atau

Fb = 0,6 + 0,037 . V. 31

d

Fb minimal = 0,5 s/d 0,6 m di atas permukaan al

Fb = tinggi jagaan

C = koefisien = 0,1 untuk penampang saluran berbentuk

persegi panjang dan 0,13 untuk penampang berbentuk

trapesium

V = kecepatan aliran (m/det)

d = kedalaman air di dalam saluran (m)

Tugas Akhir



Tinggi jagaan pada kolam olakan adalah sebagai berikut :

d2 = 5,262 m

b = 10 m

A = 5,262. 10,4 = 54,724 m²

V = Q/A = 95,19/54,724 = 1,739 m/det

Tinggi jagaan :

Fb = 0,10 . 1,739 . 5,262

Fb = 0,915

Atau

Fb = 0,6 + (0,037 . 1,739 . 5,2621/3)

Fb = 0,71 m

Dipakai nilai tertinggi yaitu Fb = 0,915 m ≈ Fb = 1,00 m

5.5. ANALISIS STABILITAS BANGUNAN PELIMPAH

Perhitungan stabilitas konstruksi bangunan pelimpah ditinjau dengan dua

kondisi sebagai berikut :

1. Kondisi muka air normal

Akibat Berat Sendiri

Rumus : VolG

Dimana :

G = Berat konstruksi (ton)

V = Volume (m3)

= Berat jenis pasangan batu (2,2 ton/m3)

Jarak ditinjau ke titik G selanjutnya perhitungan disajikan dalam tabel

berikut :

Tabel 5.12 Perhitungan Gaya Akibat Berat Sendiri

No X Y γ G =vol . γ jarak momen

(ton) (m) (ton m)

G1 2,00 2,00 2,2 8,80 1,00 8,80

G2 6,00 1,00 2,2 12,10 5,00 60,5

G3 6,00 4,00 2,2 26,40 6,00 158,4

G4 1,00 1,00 2,2 1,10 5,87 6,45

Tugas Akhir



No X Y γ G =vol . γ jarak momen

(ton) (m) (ton m)

G5 2,60 1,00 2,2 5,72 7,50 42,90

G6 1,60 4,50 2,2 15,84 8,30 131,47

G7 1,60 0,50 2,2 1,17 8,03 9,43

Jumlah 71,13 362,13 (sumber: perhitungan)

Akibat Gaya Gempa

Gaya akibat beban gempa berupa gaya horizontal (He) dan momen (M),

besarnya :

GEHe

Dimana E adalah koefisien gempa = 0,14

Tabel 5.13 Gaya Akibat Gaya Gempa

No Berat bangunan

E Gaya jarak momen

(ton) Horizontal

(m) (ton m) (He=G.0,14)

G1 8,80 0,14 1,23 1,00 1,23

G2 12,10 0,14 1,69 4,75 8,05

G3 26,40 0,14 3,70 4,00 14,78

G4 1,10 0,14 0,15 5,87 0,90

G5 5,72 0,14 0,80 7,50 6,01

G6 15,84 0,14 2,22 8,30 18,41

G7 1,17 0,14 0,16 8,03 1,32

9,96 50,70 (sumber: perhitungan)

Akibat Gaya Angkat (Uplift Pressure)

Tekanan air tanah (Px) dihitung dengan rumus :

HHxPx

Dimana :

Px = tekanan air pada titik x (T/m2)

Lx = jarak jalur rembesan pada titik x (m)

L = panjang total jalur rembesan (m)

Hw = beda tinggi energi

Hx = tinggi energi di hulu bendung pada titik x (m)

Tugas Akhir



Tabel 5.14 Perhitungan Panjang Jalur Rembesan dan Tekanan Air

Titik Garis Lane

Panjang Rembesan H=Lw/Cw Hx Px=Hx-H

V H 1/3H Lw Cw = 5,98

A 0,00 0,00 2,00 2,00

A-B 1,00

B 1,00 0,17 3,00 2,83

B-C 0,25 0,08

C 1,08 0,18 3,00 2,82

CD 0,50

D 1,58 0,26 2,50 2,24

D-E 1,00 0,33

E 1,92 0,32 2,50 2,18

E-F 0,50

F 2,42 0,40 3,00 2,60

F-G 0,50 0,17

G 2,58 0,43 3,00 2,57

G-H 0,50

H 3,08 0,52 2,50 1,98

H-I 1,00 0,33

I 3,42 0,57 2,50 1,93

I-J 0,50

J 3,92 0,65 3,00 2,35

J-K 0,50 0,17

K 4,08 0,68 3,00 2,32

K-L 0,50

L 4,58 0,77 2,50 1,73

L-M 1,00 0,33

M 4,92 0,82 2,50 1,68

M-N 3,00

N 7,92 1,32 5,00 3,68

N-O 2,60 0,87

O 8,78 1,47 5,00 3,53

O-P 1,00

P 9,78 1,64 4,00 2,36

P-Q 3,20 1,07

Tugas Akhir



Titik Garis Lane

Panjang Rembesan H=Lw/Cw Hx Px=Hx-H

V H 1/3H Lw Cw = 5,98

Q 10,85 1,81 4,00 2,19

Q-R 1,00

R 11,85 1,98 5,00 3,02

R-S 2,00 0,67

S 12,52 2,09 5,00 2,91

S-T 1,50

T 14,02 2,34 3,75 1,41

T-U 25,00 8,33

U 22,35 3,74 3,75 0,01

U-V 0,50

V 22,85 3,82 4,25 0,43

V-W 0,25 0,08

W 22,93 3,83 4,25 0,42

W-X 1,00

X 23,93 4,00 3,25 -0,75

Jumlah 11,50 37,30 12,43 (sumber: perhitungan)

Angka rembesan (Cw) = Hw

LhLv 31

= 4

43.1250.11 = 5,98

Tabel 5.15 Perhitungan Gaya Angkat

Gaya Luas x Tekanan Gaya

Vertikal Jarak Momen Vertikal

(ton) (m) (ton m)

U1 (2,6.3,53)+(0,5.3,53.(3,68-3,53)) 9,372 7,50 70,287

U2 (1.2,36)+(0,5.1.(3,53-2,36)) 2,948 1,10 3,243

U3 (3,2.2,19)+(0.5.3,2.(2,36-2,19)) 7,282 4,75 34,592

U4 (2.2,91)+(0,5.2.(3,02-2,91)) 5,928 1,00 5,928

Jumlah 25,530 114,049

Tabel 5.16 Perhitungan Gaya Hidrostatis


Horizontal Jarak Momen Vertikal

(ton) (m) (ton m)

W1 0,5.2.2 2,000 4,17 8,333

Tugas Akhir





(ton) (m) (ton m)

W2 3.1,68 5,035 1,50 7,552

0,5.3.(3,68-1,68) 2,998 1,00 2,998

W3 1.2,36 -2,365 0,50 -1,182

0,5.1.(3,53-2,36) -0,072 0,33 -0,024

W4 1.2,19 2,187 0,50 1,093

0,5.1.(3,02-2,19) 0,416 0,33 0,139

W5 0,5.1.0,42 0,209 1,33 0,278

Jumlah 10,407 19,187

Akibat Tekanan Tanah

Berdasarkan data penyelidikan tanah dari laboratorium

mekanika tanah Teknik Sipil Undip menghasilkan parameter tanah

berupa, (φ) = 18°, (γsat) = 1,7125 T/m3. Tekanan tanah dihitung dengan

rumus sebagai berukut : 2

21 HKasatPa

(Penerbit Gunadarma,1997)

Dimana :

Ka = )245(tan 2

= )21845(tan 2

= 0,528

Pa = 22

1 HKasat

= 23528.07125.121

=9,12 T/m2

Tabel 5.17 Perhitungan Tekanan Tanah

Gaya Luas x Tekanan Gaya horizontal Jarak Momen

vertikal

(ton) (m) (ton m)

Pa 0,5.9,12.3,5 15,96 1,17 18,62

Tugas Akhir



Gaya Luas x Tekanan Gaya horizontal Jarak Momen

vertikal

(ton) (m) (ton m)

Jumlah 15,96 18,62

Tabel 5.18 Resume Gaya-gaya pada Kondisi Normal

No. Jenis Gaya Gaya Momen

V (ton) H (ton) MV (ton m)

MH (ton m)

1 Berat sendiri 71,133 362,126

2 Gempa 9,959 50,698

3 Uplift Pressure 25,530 114,049

4 Hidrostatis 10,407 19,187

5 Tekanan Tanah 15,964 18,625

Jumlah 96,663 36,330 476,176 88,509

Kontrol Stabilitas Pada Kondisi Normal

a. Terhadap Guling

5.1

MHMV

Sf (KP-02, 1986)

5.1509.88176.476

= 5,38 > 1,5 (aman)

Dimana :

Sf = faktor keamanan

MV = jumlah momen vertikal

MH = jumlah momen horizontal

b. Terhadap Geser

5.1

RHRV

fSf (KP-02, 1986)

= 5.1330.36663.9675.0

= 2,00>1,5 (aman)

Tugas Akhir



Dimana :


RV = jumlah gaya vertikal

RH = jumlah gaya horizontal

f = 0,75

c. Terhadap Eksentrisitas

RV

MHMVa (KP-02, 1986)

= 663.96

509.88176.476 = 4,01

6)2( BaBe

e = 01.427 = -0,51 < 1,17 (aman)

d. Terhadap Daya Dukung Tanah

Dari data tanah pada lokasi dam diperoleh :

γ = 1,7125 T/m3

c = 1,6

φ = 18°

Dari grafik Terzaghi diperoleh :

Nc = 15,78

Nq = 6,2 Nγ = 4

B = 7 m Rumus daya dukung tanah Terzaghi adalah sebagai berikut :

NBNqNccqult ...5,0.. (Penerbit Gunadarma,1997)

= 1,6.15,78+1,7125.6,2+0,5.1,7125.7.4

= 59,84 T/m2

2/95.193

mTqultqall

Be

BRV 61

277.761max mkN

Be

BRV < qall (aman)

Tugas Akhir



285.1961min mkN

Be

BRV < qall (aman)

Tugas Akhir



Gambar 5-26 Panjang Jalur Rembesan dan Tekanan Air

+179.25

+175.25

Tugas Akhir



Gambar 5-27 Diagram Kondisi Air Normal

Tugas Akhir



2. Kondisi muka air banjir

Pada saat banjir gaya-gaya yang bekerja ada yang mengalami

perubahan seperti gaya tekan ke atas (Uplift Pressue) dan hidrostatis

Gaya Tekan ke atas

Tabel 5.19 Perhitungan Panjang Jalur Rembesan dan Tekanan Ai Banjir

Titik Garis Lane

Panjang Rembesan H=Lw/Cw Hx Px=Hx-

H V H 1/3H Lw Cw = 2.96

A 0,00 0,00 5,99 5,99

A-B 1,00

B 1,00 0,33 6,99 6,66

B-C 0,25 0,08

C 1,08 0,36 6,99 6,63

CD 0,50

D 1,58 0,53 6,49 5,96

D-E 1,00 0,33

E 1,92 0,64 6,49 5,85

E-F 0,50

F 2,42 0,81 6,99 6,18

F-G 0,50 0,17

G 2,58 0,86 6,99 6,13

G-H 0,50

H 3,08 1,03 6,49 5,46

H-I 1,00 0,33

I 3,42 1,14 6,49 5,35

I-J 0,50

J 3,92 1,31 6,99 5,68

J-K 0,50 0,17

K 4,08 1,36 6,99 5,63

K-L 0,50

L 4,58 1,53 6,49 4,96

L-M 1,00 0,33

M 4,92 1,64 6,49 4,85

M-N 3,00

N 7,92 2,64 8,99 6,35

N-O 2,60 0,87

O 8,78 2,93 8,99 6,06

O-P 1,00

Tugas Akhir



Titik Garis Lane

Panjang Rembesan H=Lw/Cw Hx Px=Hx-

H V H 1/3H Lw Cw = 2.96

P 9,78 3,27 7,99 4,72

P-Q 3,20 1,07

Q 10,85 3,62 7,99 4,37

Q-R 1,00

R 11,85 3,96 8,99 5,03

R-S 2,00 0,67

S 12,52 4,18 8,99 4,81

S-T 1,50

T 14,02 4,68 7,74 3,06

T-U 25,00 8,33

U 22,35 7,46 7,74 0,28

U-V 0,50

V 22,85 7,63 8,24 0,61

V-W 0,25 0,08

W 22,93 7,66 8,24 0,58

W-X 1,00

X 23,93 7,99 7,24 -0,75

Jumlah 11,50 37,30 12,43 (sumber : perhitungan)

Akibat kondisi banjir :

1. Muka air hulu = +183,234 m

2. Bagian hilir = +175,25 m

3. Hw = 183,234 - 175,25 = 7,989 m

4. Cw = 96.2989.7

43.125.11

Tabel 5.20 Perhitungan Gaya Angkat


Vertikal Jarak Momen Vertikal

(ton) (m) (ton m)

U1 (2.6.6,06)+(0.5.2.6.(6,35-6,06)) 16,125 7,50 120,934

U2 (1.4.72)+(0.5.1.(6.06-4.72)) 5.390 1.10 5.929

U3 (3,2.4,37)+(0,5.3.2.(4,72-4,37)) 14,545 4,75 69,088

U4 (2.4,81)+(0,5.2.(5,03-4,81)) 9,844 1,00 9,844

Jumlah 50,904 205,796

Tugas Akhir



Tabel 5.21 Perhitungan Gaya Hidrostatis



(ton) (m) (ton m)

W1 0,5.5,99.5,99 17,934 5,50 98,572

W2 3.4,85 14,543 1,50 21,815

0,5.3.(6,35-4,85) 2,248 1,00 2,248

W3 1.4,72 -4,723 0,50 -2,362

0,5.1.(6,06-4,72) -0,145 0,33 -0,048

W4 1.4,37 4,367 0,50 2,184

0,5.1.(5,03-4,37) 0,333 0,33 0,111

W5 0,5.1.0,58 0,292 1,33 0,389

Jumlah 34,850 122,909

Tabel 5.22 Resume Gaya-gaya pada Kondisi Banjir

No. Jenis Gaya Gaya Momen

V (ton) H (ton) MV (ton m)

MH (ton m)

1 Berat sendiri 71,133 362,126

2 Gempa 9,959 50,698

3 Uplift Pressure 50,904 205,796

4 Hidrostatis 34,850 122,909

5 Tekanan Tanah 15,964 18,625

Jumlah 122,037 60,772 567,922 192,231

Kontrol Stabilitas Pada Kondisi Banjir

a. Terhadap Guling

5,1

MHMV

Sf (KP-02, 1986)

= 5,1231.192922.567

= 2,95 > 1,5 (aman)

Dimana :


MV = jumlah momen vertikal

MH = jumlah momen horizontal

Tugas Akhir



b. Terhadap Geser

5.1

RHRV

fSf (KP-02, 1986)

= 5.1772.60037.12275.0

= 1,51 >1,5 (aman)

Dimana :


RV = jumlah gaya vertikal

RH = jumlah gaya horizontal

f = 0,75 (Joetata dkk, 1997)

c. Terhadap Eksentrisitas

RV

MHMVa (KP-02, 1986)

= 037.122

231.192922.567 = 3,08

6)2( BaBe

08.327 e = 0,42 < 1,17 (aman)

d. Terhadap daya Dukung Tanah

Dari data tanah pada lokasi dam diperoleh :

γ = 1,7125 T/m3

c = 1,6

φ = 18°

Dari grafik Terzaghi diperoleh :

Nc = 15,78

Nq = 6,2 Nγ = 4

B = 7 m Rumus daya dukung tanah Terzaghi adalah sebagai berikut :

NBNqNccqult ...5,0.. (Penerbit Gunadarma,1997)

= 1,6.15,78+1,7125.6,2+0,5.1,7125.7.4

= 59,84 T/m2

Tugas Akhir



2/95.193

mTqultqall

Be

BRV 61

288.1961max mkN

Be

BRV < qall (aman)

256.1261min mkN

Be

BRV < qall (aman)

Tugas Akhir



Gambar 5-28 Diagram Kondisi Air Banjir

Tugas Akhir



5.6. PERENCANAAN PIPA PESAT (PENSTOCK)

Data design :

Material pipa pesat = plat baja

Tegangan ijin :

- Tarik dan tekan = 1200 kg/cm2

- Geser = 750 kg/cm2

Efisiensi sambungan 1as = 0,85

Korosi ijin = 2 mm

Beban rencana :

- Tinggi terjun maksimum = 18.24 m

- Tinggi terjun design = 14.25 m

5.6.1. Dimensi Pipa Pesat

a. Diameter pipa pesat

Dihitung dengan Gordon dan Penman :

Q andalan = Debit air = 0.113 m3/det

Do = 0,72 * (Qair)0.5

= 0,72*(0.113)0.5

= 0.242 m = 24.2 cm

Direncanakan diameter pipa pesat 25 cm

b. Tebal plat pipa pesat

*Do*Pto

(Mosonyi,1991)

Di mana:

to = Tebal plat (mm)

P = Tekanan air dalam pipa pesat (kg/cm2)

= 0,1 * Hdyn = 0,1*(1,2*Ho)

Ho = Tinggi terjun desain maksimum = 18.24 m

= Tegangan ijin plat baja (= 1300 kg/cm2)

η = Efisiensi sambungan las (0,85)

ε = Korosi plat yang diijinkan (1 - 3 mm), diambil 2 mm.

Tugas Akhir



Perhitungan

P = 0,1 * (1,2*18.24) = 2.19 kg/cm2

20,85*1300*2

250*2.19 to

= 2,49 mm

Menurut Technical Standard for Gates and Penstock tebal plat

minimum tidak boleh lebih kecil dari 6 mm, sehingga tebal plat pipa pesat

yang dipakai adalah 6 mm.

5.6.2. Stabilitas Pipa Pesat

Tekanan air maksimum akibat Water Hammer

Konstanta Allievi

1Ho*g*2

Vo* P

(Mosonyi,1991)

2

41 Do**

Vo

Q

(Mosonyi,1991)

Di mana :

α = Kecepatan rambat gelombang tekanan (m/dt)

Ho = Tekanan Hidrostatis (m)

Vo = Kecepatan rata-rata dalam aliran (m/dt)

Rumus pendekatan

21

*50

1000

toDok

(Mosonyi,1991)

dengan harga k = 0,5 untuk baja

k = 1 untuk besi tuang

perhitungan :

Tugas Akhir



21

006,0250.0*5.050

1000

α = 31,46 m/dt

2

41 0.250**

113.0 Vo = 2.4580 m/dt

18.24*9.81*2.45802*31,46 P

P = 0,216 < 1 ………………………………..…..AMAN !!!!!

Karena P < 1, maka tekanan akibat water hammer tidak banyak

mempengaruhi stabilitas pipa pesat tersebut.

Pipa pesat dari baja ada 2 kriteria :

1. Pipa kecil apabila : P * D <10000 kg/cm

Maka pipa tidak perlu pakai sabuk/ beugel.

2. Apabila P*D > 10000 kg/cm

Maka pipa memerlukan beugel perkuatan.

P = tekanan air

2/10

cmkgHdynP

(Mosonyi,1991)

Di mana :

D = diameter pipa

Hdyn = tinggi terjun dinamis (m)

Perhitungan :

P = 1824/10 = 182.4 kg/cm2

P < 10000 kg/cm2

Maka digunakan pipa jenis pertama yaitu pipa kecil tanpa sabuk atau

beugel.

Tekanan Lingkar Akibat Tekanan Hidrostatis

)/(-to

R*P σ 2cmkg

(Mosonyi,1991)

Di mana :

Tugas Akhir



P = Tekanan air maksimum = 0,1 * Hdyn

R = Luas basah = 0,5 (Do+ε)

Perhitungan :

R = 0,5* (24.2+0.2) = 12.2 cm

0.2-0,6*22.12*1.824 σ

σ = 27,82 kg/cm2 < σ ijin = 1300 kg/cm2 ......................AMAN!!!

5.7. PERENCANAAN TURBIN

5.7.1. Tinggi Terjun (Head)

Turbin yang digunakan pada PLTMH di sini adalah direncanakan

menggunakan Turbin Impuls. Adapun alasan digunakannya turbin jenis tersebut

karena ketinggian terjunnya kurang dari 40 m. Dari data perencanaan dam dapat

ditentukan tinggi terjun sebagai berikut :

Data elevasi :

MAT (elevasi Muka Air Tinggi) = + 183,234 m

MAN (elevasi Muka Air Normal) = + 179,245 m

MAR (elevasi Muka Air rendah ) = + 169,791 m

5.7.2. Kehilangan Tinggi Terjun (Head Loss)

Dengan adanya penyaluran dari kolam (reservoir) ke saluran

pembuangan akan terjadi kehilangan energi terdiri dari :

1. Akibat trash rack dapat dihitimg dengan rumus :

g

Vo

2

sinbtK

Hr

234

(Mosonyi,1991)

Di mana :

K = Koefisien losses untuk elemen dengan bentuk segi empat =

2,42

t = Tebal elemen = 0,8 cm

b = Celah antar 2 elemen = 6 – 0,8 = 5,2 cm

α = Sudut kemiringan trash rack = 90°

Tugas Akhir



Q = Debit air yang direncanakan = 0,113 m3/det

Vo = Kecepatan rata-rata dalam aliran (m3/det)

241 Do

Vo

Q

g = Percepatan gravitasi = 9,81 m/dt2

Perhitungan :

241 Do

Vo

Q

241 0.242

113.0

= 2,46 m/dt

81,92

46.290sin5,20,82,42

Hr

2o34

= 0,062 m

2. Akibat gesekan

Kerena gesekan sepanjang pipa pesat dihitung dengan persamaan

Mainning :

V = 1/n . R2/3 . I1/2

V = D

Q4

1

241 0.242

113.0

= 2.46 m/dt

gV2

2

= 81,92

46.2 2

= 0.31 m

Untuk panjang pipa pesat L = 20 m, maka Hf = Q / L = 0.113 / 20

= 0,00565 m

g2

V

g2VHf Hf

2

2

(Mosonyi,1991)

g2

V31.0

0,00565 Hf2

g2

V018.0 Hf2

Tugas Akhir



3. Akibat belokan

Hb = fb. (V2/2g)

Di mana :

fb = Koefisien belokan (rumus Fuller)

fb = (0,131+0,163 (D/R)3,5 ).(θ/90)0,5

D = Diameter dalam pipa (= 65 m)

R = Jari-jari lengkung sumbu belokan

F = Koefisien kerugian

θ = Sudut belokan = 92 °

Perhitungan :

fb = (0,131+0,163.(D/R)3,5 ).(θ/90)0,5

= (0,131 + 0,163 . (0,242/5)3,5) . (92 / 90)0,5

= 0,1310

Hb = fb. (V2/2g)

= 0,1310 . (V2/2 . g)

Kehilangan tinggi energi total :

Hl = Hr + Hf + Hb

= 0,062 + 0,018 .(V2/2.g) + 0,1310.(V2/2.g)

= 0,062 + 0,149.( V2/2.g)

= 0,062 + 0,149.(2,462/2.9,81)

Hl = 0,108 m

5.7.3. Tinggi Terjun Bersih ( Net Head )

Tinggi. terjun bersih adalah tinggi terjun yang dapat digunakan untuk

mengerakkan turbin, yaitu pada elevasi tinggi terjun pada MAT dengan elevasi

dasar dam dikurangi total kehilangan tinggi terjun.

Hn = (MAT – Elev.dasar) - Hl

Hn = 183,234 – 165 – 0,108 = 18,126 m

5.7.4. Turbin

1. Daya Turbin

Data :

Hn = 18,126 m

Tugas Akhir



Q = 0,113 m3/dt

η = 0,85

Perhitungan :

Pt = Hn . Q . g . η

(Mosonyi,1991)

Pt = 18,126 . 0,113 . 9,81 . 0,85

Pt = 17,08 kWatt

2. Putaran spesifik turbin (Ns)

Persamaan Desiervo dan Lugaresi (1978)

Nsj = 85,49/Hn0,243 .

Di mana: Nsj = Putaran spesifik turbin untuk single jet

Nsj = 85,49/18,1260,243

Nsj = 42,281

Putaran spesifik turbin = Ns

zNsj Ns

(Mosonyi,1991)

Di mana : z = jumlah jet

142.281 Ns

Ns = 42,281

Putaran turbin = N

N = Ns .(Hn5/4/P1/2) rpm

Di mana : P = daya turbin

N = 42,281 . (18,1265/4/17,081/2)

N = 382,630 rpm

3. Estimasi putaran lari (Runway speed)

Yaitu perhitungan kemampuan putaran turbin.

Nr/N = 0,63 (Ns)0,2

Nr = 0,63 . 42,2810,2.382,630

Nr = 509,740

Nmax = Nr (Hn/Hd)0,5

Nmax = 509,740. (18,126/14,25)0,5

Nmax = 574,900

Tugas Akhir



4. Dimensi kasar turbin

Kecepatan mutlak pancaran air (Cl)

Hng2Kc CI

(Mosonyi,1991)

Di mana : Kc = koefisien kecepatan naik = 0,97

18.1269.812 0,97 CI

Cl = 18,292

Kecepatan ketuar optimal (UI)

Hng2Ku UI

(Mosonyi,1991)

Di mana : Ku = koefisien kecepatan keluar = 0,45 – 0,49 ; diambil 0,47

18.1269,8120,47 UI

UI = 8,863

Diameter lingkaran tusuk runner (D)

NUI60 D

(m)

(Mosonyi,1991)

382.6308.86360 D

D = 0,443m

Diameter pancaran air/ nozzle dengan diameter roda jalan/ runner

(D) berkisar antara 10 (untuk low head impulse turbin) hingga 24 (untuk

high head impulse turbin).

Dipilih D/d = 10

Diameter pancaran d = D/10 = 0,443 / 10 = 0,044

Debit air yang melalui inlet turbin = debit air yang melalui pancaran air.

Q = n . A . CI

n = Q/(π . d2. CI)

dimana : n = jumlah pancaran

n = 0,113 / (π . 0,0442 . 18,292)

n = 1,016

jumlah mangkok (Z) menurut rumus empiris jumlah mangkok turbin :

Tugas Akhir



Z = (D/2d)+15

Z = (0,443/(2. 0,044)) + 15

Z = 20,4 ≈ 21 buah

5. Pengaturan/ Regulation

Peningkatan kecepatan setelah beban penuh.

a. Perhitungan parameter pipa pesat.

Waktu Refleksi (Tr)

i

aiLi2 Tr

t*epDi

ew1

1 ai

(detik)

(Mosonyi,1991)

Di mana:

ρ = Massa jenis air = 1000 kg/m3

t = Tebal pipa = 6 mm

Di = Diameter pipa = 24,2 cm

Ep = Young modulus baja = 2,1 . 1011 N/m3

Ew = Young modulus air = 2 . 109 N/m3

Perhitungan :

0,006102,10.242

10211000

1 ai

119

ai = 1202,062 detik

Tr = 2,120 / 1202,062

= 0,1997

Waktu percepatan start air (Tw)

i

AmLi

HngQr Tw

(Mosonyi,1991)

Di mana :

Qr = Debit (rated discharge)

Tugas Akhir



Hr = Tinggi terjun (rated Head)

Am = luas penampang pipa = ¼.π.d2 = ¼.π.0,2422 = 0,046 m2

Perhitungan :

046.021

18.1269.810.113 Tw

Tw = 0,2901

b. Peningkatan tekanan dinamik maksimum

1997.02901.0

TrTw hw

(Mosonyi,1991)

hw = 1,453 > 1

c. Waktu penutupan minimal (Tf)

2

TrH/HrTw Tf

Kc

(Mosonyi,1991)

syarat Tf > 3 . Tr

Kc = faktor koreksi turbin = 3,7

2

TrH/HrTw Tf

Kc

Tf = 141,725 detik > 3 . 0,0297.........Aman!

5.7.5. Pemilihan Tipe Turbin

Data-data :

Hnetto = 18.126 m

Q = 0,113 m3/dt

Pt = 17,08 kWatt

Ns = 42,281

Tabel 5.23 Kecepatan Spesifik Untuk Bermacam-macam Tipe Turbin Type of runner Ns (Specific speed) (rpm)

Pelton

Turgo

Cross Flow

Francis

Propeller and Kaplan

12-30

20-70

20-80

80-400

340-1000

Tugas Akhir



Dengan Ns = 42.281 rpm, maka dari tabel diatas dapat diketahui bahwa tipe

turbin yang dipakai adalah tipe turbin Cross Flow

5.8. GENERATOR

5.8.1. Jenis Dan Tipe Generator

Pemilihan generator tergantung pada kecepatan putar generator :

a. Generator dengan kecepatan putar rendah

Biasanya berukuran besar, berat dengan efisiensi rendah

b. Generator dengan kecepatan putar tinggi

Berukuran lebih kecil, lebih ringan dengan efisiensi lebih kecil

Sedangkan kecepatan putar generator dipengaruhi oleh kecepatan putar

turbin.

Jumlah kutub magnetik pada generator dihitung dengan rumus :

P = (60.f)/N

Di mana:

P = Jumlah kutub magnetik generator

f = Frekuensi generator

N = Kecepatan putar generator

N generator dianggap sama dengan N turbin = 382,630 rpm

Frekuensi generator yang tersedia dipasaran adalah 50-60 Hz , maka diambil

50 Hz

P = (60. 50)/ 382,630

P = 7,84 = 8 buah

Generator yang dipilih adalah generator dengan daya 22 kVA,

kecepatan putar generator 382,630 rpm dengan faktor daya 0,8. Daya keluar

generator 230/400 Volt.

Klasifikasi lengkap yang dipilih sebagai berikut :

Kapasitas = 22 kVA

Tegangan = 230/400 Volt

Kecepatan putar = 382,630 rpm

Faktor daya = 0,8

Frekwensi = 50 Hz

Jumlah kutub magnetik = 8 buah.

Tugas Akhir



5.8.2. Daya yang Dihasilkan PLTMH

Daya yang dapat dipakai diperhitungkan terhadap overall efisiensi

(EOV) di mana overall efisiensi tersebut dirumuskan sebagai :

Pkeluar = 9,81.:Qr . Hn.EOV (kW)

Pkeluar = 9,81 . Qr . Hn. Et . Eg . Es . Etr . Ets

Di mana :

Qr = debit aliran = 0,113 m3/det

Hn = tinggi jatuh bersih = 18,126

Et = effisiensi turbin = untuk turbular turbin = 0,85

Eg = effisiensi generator = untuk daya 100% = 0,90

Es = effisiensi speed increaser = untuk beban 100% = 0,96

Etr = effisiensi transformator = untuk beban 100% = 0,98

Ets = effisiensi transmisi putar = untuk beban 100% = 0,98

Perhitungan :

Pkeluar = 9,81 . 0,113 . 18,126 . 0,85 . 0,9 . 0,96 . 0,98 . 0,98

Pkeluar = 14,172 kWatt

5.9. POWER HOUSE

Power house adalah bangunan tempat pengendalian keseluruhan operasi

PLTMH yang didalamnya terdapat instalasi-instalasi listrik seperti generator,

turbin dan kantor. Power house yang direncanakan mempunyai panjang 12,5 m,

lebar 21 m, dan di bawah bangunan terdapat sarana saluran yang mengalirkan air

dari turbin ke saluran pembuangan. Sedangkan bahan yang digunakan sebagai

struktur adalah K250, untuk atap digunakan asbes bergelombang dengan kuda-

kuda dari rangka baja dan pondasi setempat.

5.10. SALURAN PEMBUANGAN (TAIL RACE)

Saluran pembuangan ini berfungsi untuk mengalirkan debit air yang keluar

dari turbin air untuk kemudian dibuang ke sungai. Saluran ini dimensinya harus

sama atau lebih besar daripada saluran pemasukan mengingat adanya

kemungkinan perubahan mendadak dari debit turbin air. Rumus untuk

mendimensi saluran ini sama dengan rumus untuk mendimensi saluran pemasukan

yaitu :

Tugas Akhir



Q = A. V PAR

(C.D. Soemarto,1999)

V = l/n . R2/3.I1/2

Di mana :

Q = V.A = Debit air

A = Luas pcnampang basah

V = Kecepatan air ; V = l/n . R2/3.I1/2

B = Lebar saluran

h = Tinggi air

P = Keliling basah

R = A/P = Jari-jari hidrolis

n = Koefisien manning = 0,030

I = Kemiringan dasar saluran = 0,0035

Perhitungan :

A = b.h , dimana : b = 2h

A = 1,5.h2

P = 2 . h + b = 3,5 h

R = A / P = 1,5 . h2 / (3,5.h) = 0,429 . h

V = l/n . R2/3.I1/2

V = 1/0,030 . (0,429 . h)2/3 . 0,00350,5 = 1,122 . h2/3

Q = A . V = 1,5 . h2 . 1,122 . h2/3

= 1,683. h8/3

0,113 = 1,683. h8/3

h = 0,36 m ≈ 1 m

jika h = 1m, maka b = 2h = 2.1 = 2 m

5.11. PERENCANAAN PINTU PENGATUR

5.11.1. Dimensi Profil Horisontal dan Vertikal Pada Pintu

Pada pintu sorong, tekanan air harus diteruskan ke sponning, pintu

direncanakan sedemikian rupa sehingga masing-masing profil melintang

(horisontal) mampu menahan tekanan hidrostatis dan meneruskannya ke sponning,

agar pelaksanaan pembuatan pintu lebih mudah dan ekonomis maka perhitungan

Tugas Akhir



V e r tik a lH o ris on ta l

0 ,5

0 ,2 5

0 ,2 5

P 2

P 1h 2

h 1

h

dimensi profil berdasarkan pada jarak antar profil tetap dan momen maksimal

yang terjadi.

Diketahui :

Tinggi pintu = 50 cm

Lebar pintu = 50 cm

Bahan daun pintu = plat baja

Tegangan ijin baja = 1300 kg/cm2

γair = 1 ton/m3

Gambar 5-29 Dimensi Pintu Pengatur

a. Profil Horisontal

P1 = ½. γair.(h12-h2).c

P2 = ½. γair.(h22-h1

2).c

Q = P/L

M = 1/8.qL2

W = M/σ1

Di mana :

P = Besar tekanan air (T)

γair = Berat jenis air

h = Kedalaman muka air

c = Jarak antar profil

q = Beban merata yang bekerja pada profil (T/m)

M = Momen yang bekerja pada profil (Tm)

L = Panjang profil (m)

W = Modulus penampang pada profil (cm3)

σ1 = Tegangan ijin baja

Tugas Akhir



Perhitungan :

P1 = 0,5.1,00.(0,752- 0,52).0,5

= 0,078 ton

q1 = 0,078/0,5

= 0,156 ton/m

M1 = 1/8.0,156.0,52

= 0,005 tm

= 487,500 kgcm

W1 = 487,500/1300

= 0,375 cm3

P2 = 0,5.1,00.(1,02-0,752).0,5

= 0,109 ton

q2 = 0,109/0,5

= 0,218 ton/m

M2 = 1/8 .0,218.0,52

= 0,007 tm

= 681,250 kgcm

W2 = 681,250/1300

= 0,524 cm3

Profil horisontal 1 dan 2 digunakan profil [3

• Wx = 4,26 cm3

• Ix = 6,39 cm4

• E = 2,1.106

b. Profil Vertikal

Pendimensian menyesuaikan profil horisontal yaitu : bagian tepi

menggunakan profil [ 3

c. Syarat Kontrol Lendutan f < f

250L

EILMmaks

485 2

(Mosonyi,1991)

250L

EIL681,250

485 2

0,013 < 0,2 ...................Aman!

Tugas Akhir



d. Tebal Plat Pintu

Lebar profil [ 3 = 0,033 m

Jarak antara profil horisontal (Ch) = 0,5 m

a' = Ch – 2 . 0,5 . bp

= 0,5 – 2 . 0,5 . 0,033

= 0,467 m

b' = 0,5 – 2 . 0,5. bp

= 0,5 – 2 . 0,5 . 0,033

= 0,467 m

c’ = a' . b' / (a'2 - b'2 )0,5

= 0,467 . 0,467 / (0,4672 + 0,4672)0,5

= 0,330 m

maka tebal plat

Rumus :

Pp = 0,5 . γair . (h22 – h1

2) . c

Ra = Rb = 0,5 . Pp

M = (Ra + Rb). c - (Ra + Rb).2/3 . c

)ba*/(*6d 221

2 M

Di mana :

Pp = tekanan pada plat

a',b'= sisi - sisi pada plat

R = gaya reaksi pada plat

M = momen yang terjadi pada plat

d = tebal plat minimum

σ1 = tegangan ijin plat baja

Perhitungan :

Pp = 0,5. 1 . (1,02 - 0,752).0,330

= 0,144 ton

Ra = Rb = 0,5 . 0,144

Tugas Akhir



= 0,072 ton

M = (0,072 +0,072). 0,330 - (0,072 + 0,072 ).2/3.0,330

= 0,016 tm

d2 = 6 . 1584 / (1300.(46,72 + 46,72)0,5)

= 0,111 cm

d = 0,333 cm ≈ 0,5 cm

dipakai tebal plat adalah 0,5 cm

5.11.2. Dimensi Stang Ulir

Berat pintu pengatur :

Profil Horisontal

[3 = 4,26 . 2 . 0,5 = 4,260 kg

Profil Vertikal

[3 = 4,26 . 0,5 = 2,130 kg

Plat Pintu = 0,5 . 0,5 . 0,5 . 7600 = 950,000 kg

Berat Pintu = 956,390 kg

Mur dan Baut = 20% . 956,39 = 191,278 kg

Berat total pintu = 1147,668 kg

Diameter stang ulir dihitung menggunakan rumus batang tarik

Rumus :

A = n. P/ σ1

d2 = 4A/π

Di mana :

A = Luas batang penampang stang ulir

P = Gaya pada satu stang ulir

n = Angka keamanan = 3


Perhitungan :

A = 3 .1.147,668 / 1300

= 2,648 cm2

d2 = 4 . 2,648/ π

= 3,372

d = 1,836 cm

Tugas Akhir



Diambil diameter stang ulir (d) = 2,0 cm dan dalam penguliran (v) = 0,5 cm,

maka diameter total stang ulir (d1) = 2,0+(2.0,5) = 3 cm

Perhitungan diameter poros roda :

W = P. ½ . D / (0,1. σ1)

(Mosonyi,1991)

Di mana :

W = Momen tahanan poros roda

D = Diameter poros roda

P = Gaya angkat


Perhitungan:

W = 1.147,668 . 0,5 . D/(0,1 . 1300)

W = 4,414 D

W = π .D3 /32

D2 = 44,963

D = 6,705 cm = 7,0 cm

5.11.3. Sponning

Diketahui dimensi 3 sebagai berikut :

h = 30 mm

b = 33 mm

t = 7 mm

d = h + t = 37 mm

a = 5 + (0,5 . d)

= 23.5 mm

b = 3 + (l,1 . d)

= 43,7 mm

c = a + 3 + (0,1.d) = 23,5 + 3 + (0,1 . 37)

= 30,2 mm

e = c - a

= 30,2 – 23,5

= 6,7 mm

5. bab v perencanaan struktur -...

Documents