BAB I

Perancangan Irigasi Dan Bangunan Air

BAB II

PERENCANAAN BADAN BENDUNG1.3 Data Perencanaan

Debit banjir rencana (Qd)

= 200 m3/dt Lebar dasar sungai pada lokasi bendung

= 25 m Tinggi / elevasi dasar sungai pada dasar bendung

= + 100,00 m Tinggi / elevasi sawah bagian hilir tertinggi dan terjauh= + 102,00 m Tinggi / elevasi muka tanah pada tepi sungai

= + 104,00 m Kemiringan / slope dasar sungai

= 0,0030 Tegangan tanah dasar yang diizinkan (t)

= 1,65 kg/cm2 Koefisien pengaliran (c) akibat curah hujan

= 0,5 Perencanaan bendung pelimpah pengambilan satu sisi (Q1)= 2,0 m3/dt1.4 Perhitungan Hidrolika Air Sungai

1. Menentukan Tinggi Air Maksimum pada Sungai

Gambar 2.1

Data sungai :

Kemiringan dasar sungai (I) = 0,0030Lebar dasar sungai (b)= 25 m

Debit banjir rencana (Qd)= 200 m3/dt

Kedalaman maksimum air sungai dicari dengan cara coba coba sampai didapat

Q = Qdesign. Dengan kemiringan tepi sungai dianggap 1 : 1

Persamaan :

Q = A . V3

V3 =

C =

dimana :

Q = debit (m/dt)

A= luas penampang (m2)

v3=kecepatan aliran sungai di hilir (m/dt)

R= jari jari basah (m)

I = kemiringan dasar sungai

= 1,3 (untuk dinding saluran yang terbuat dari tanah biasa)

C= koef. Chezy

Tabel 2.1 Perhitungan tinggi air maksimum di hilir bendung

BagianPerkiraan Tinggi Air ( d3 ) meter ( m )

2,3112,3122,3132,314

A = b.d3 + d3263,115763,145363,175063,2046

P = b + 2.d331,536531,539331,542231,545

R = A/P2,00142,00212,00292,0036

C =

40,826140,830240,834440,8385

V3 = C

3,16353,16443,16533,1622

Q = V3.A199,6634199,8152199,9670200,1188

Didapat d3 = 2,313 m.

Keterangan :

d3= tinggi air sungai maksimum di hilir bendung (m)

P= keliling basah (m)

R= jari jari hidrolis (m)

= 1,6 (untuk saluran tanah)

C= koef. Chezy

v3= kecepatan aliran sungai di hilir (m/dt)

Cek jenis aliran air dengan Bilangan Froud (Fr)

Fr = 1 ......................aliran kritis

Fr > 1 ......................aliran super kritis

Fr < 1 ......................aliran sub kritis

Fr =

=

= 0,664 < 1, termasuk aliran sub kritis2. Menentukan Lebar Bendung

Lebar bendung yaitu jarak antara pangkal pangkalnya (abutment). Agar tidak mengganggu sifat pengaliran setelah dibangun bendung dan untuk menjaga agar tinggi air di depan bendung tidak terlalu tinggi, maka dapat dibesarkan sampai B

1,2 Bn

Menentukan Tinggi Jagaan

Untuk menentukan besarnya tinggi jagaan (freeboard) maka dapat dipergunakan tabel berikut :

Tabel 2.2 : Tinggi jagaan minimum untuk saluran tanah

Q (m/dt)Tinggi Jagaan (m)

< 0,50,40

0,5 1,50,50

1,5 5,00,60

5,0 10,00,75

10,0 15,00,85

>15,01,00

Gambar 2.2 Penampang Sungai

Lebar sungai rata rata/lebar air normal (Bn)

Bn= b + 2 (1/2 d3) = b + d3

= 25+ 2,313

= 27,313 cm Lebar maksimum/panjang bendung (B)

B= 6/5 Bn = 1,2 Bn

= 1,2 . 27,313

= 32,7756 meter

Tinggi jagaan (freeboard) = 1 m

3. Menentukan Lebar Efektif Bendung

Lebar efektif bendung adalah lebar bendung yang bermanfaat untuk melewatkan debit. Pada saat banjir, pintu pembilas ditutup, ujung atas pintu bilas tidak boleh lebih tinggi dari mercu bendung, sehingga air bisa lewat diantaranya. Kemampuan pintu bilas untuk mengalirkan air dianggap hanya 80% saja, maka disimpulkan besar lebar efektif bendung :

Beff = L= B b t + 0,80. b

= B t 0,20. bDimana : Beff= lebar efektif bendung (m)

B= lebar seluruh bendung (m)

t= jumlah tebal pilar (m)

b= jumlah lebar pintu bilas (m) Lebar pintu pembilas (b1)

b1= = = 3,278 m

Lebar maksimum pintu = 2 m

n= buah b1 = m

Lebar pintu pembilas (b1) = 1,639 m

Tebal pilar (t) diambil = 1.5 m Pengambilan air dari satu sisi, maka

Beff = L= B t 0,20. b

= 32,7756 ( 2 . 1.5 ) 0,20 ( 2 . 1,639)

= 29,12 meter.Direncanakan 2 pintu pembilas dan 2 pilar.

Gambar 2.3

4. Menentukan Tinggi BendungKehilangan energi air : Elevasi dasar sawah terhilir, tertinggi, dan terjauh= 102,00 m

Tinggi genangan air sawah

= 0,10 m

Kehilangan tekanan dari saluran tersier ke sawah= 0,10 m

Kehilangan tekanan dari saluran sekunder ke tersier= 0,10 m

Kehilangan tekanan dari saluran primer ke sekunder= 0,10 m

Kebilangan tekanan akibat kemiringan saluran = 0,30 m

Kehilangan tekanan akibat alat-alat ukur= 0,40 m

Kehilangan tekanan dari sungai ke primer= 0,20 m

Kehilangan tekanan akibat bangunan-bangunan= 0,25 m

Kehilangan tekanan akibat eksploitasi=0,10 m

+

Elevasi minimum mercu bendung (x) JUMLAH

=103,65 m

- Elevasi dasar sungai pada dasar bendung(y)=100,00 m

Maka, Tinggi Mercu Bendung (p)= x y

= 103,65 m 100,00 m

= 3,65 m

1.5 Perhitungan Tinggi Air Maksimum Diatas Mercu Bendung

Gambar 2.4

1) Tinggi Energi dari Puncak Mercu Bendung

Tinggi mercu bendung (p) = 3,65 m

Lebar efektif bendung (Beff) = 29,12 m

He3/2 =

He=

Untuk menentukan tinggi air di atas bendung digunakan cara coba coba (Trial and Error) dengan menentukan tinggi perkiraan He terlebih dulu.

Dicoba He = 2 m maka :

= = 1,825 hd = P + He d3 = 3,65 + 2 2,313 = 3,337 m

= = 1,6685Dari grafik DC 12 (pada lampiran) didapatkan C1 = 2,145 (dengan upstream face : vertical)

= = 2,82

Dari grafik DC 13A didapatkan C2 = 1,00

Dari grafik DC 13B didapatkan C3 = 1,00

Didapat C = C1 x C2 x C3 = 2,145 He` = = = 2,172 m

Perhitungan selanjutnya ditabelkan

Tabel 2.3 Perhitungan tinggi air di atas mercu bendung

BagianTinggi perkiraan He (m)Catatan

2.012.022.03

Qd200200200p = Hd = 3,65 m

P/He1.81592041.80691.7980d3 =2,313 m

hd = P + He d3 3.34703.35703.3670Leff = 29,12 m

(hd + d3)/He2.81592042.80692.7980

hd/He1.66517411.66191.6586

C12.1472.142.141

C2111

C3111

C = C1 x C2 x C32.1472.142.141

Beff29.1229.1229.12

He = 2.17112.17582.1751

Maka didapat tinggi total air di atas puncak/mercu bendung (He) = 2,03 m.

Keterangan :

Qd= debit banjir rencana (m3/dt)

He= Tinggi energi dari puncak mercu bendung (m)

C= koefisien debit (discharge coefficient)

C1= dipengaruhi sisi depan bendung

C2= dipengaruhi lantai depan

C3= dipengaruhi air di belakang bendung

Nilai C1, C2, dan C3 didapat dari grafik ratio of discharge coefficient.2) Tinggi Air Maksimum Diatas Mercu

Tabel 2.3 Tinggi air maksimum di atas mercu bendungBagianTinggi perkiraan hv0 (m)

2.030.0350.0590.0766

H = He hv001.9951.9711.9534

d0 = H + P3.655.6455.6215.6034

A = Beff . d0106.2883164.3829163.6840163.1715

v0 = Qd/A1.88171.21671.22191.2257

hv = 0.18050.07540.07610.0766

hv0= 0,0766 m

H = 1,9534 md0 = 5,6034 m

v0= 1,2257 m/dtKeterangan :

hv0= tinggi kecepatan di hulu sungai (m)

H= tinggi air maksimum diatas mercu (m)

d0= tinggi muka air banjir di hulu bendung (m)

v0= kecepatan aliran di hulu bendung (m/dt)

1.6 Perhitungan Ketinggian Energi pada Tiap Titik

1. Tinggi Energi pada Aliran Kritis

q=

= = 6,8681 m4/dt

dc=

= = 1,6879 m

vc=

=

hvc=

=

Ec= dc + hvc + p

= 1,6879 + 0,8439 + 3,25

= 6,1818 m

Keterangan :

dc= tinggi air kritis diatas mercu (m)

, hvc= tinggi kecepatan kritis (m)

vc= kecepatan air kritis (m/dt)

, Ec= tinggi energi kritis (m)2. Tinggi Energi (Air Terendah) Pada Kolam OlakanTabel 2.5 Kecepatan aliran pada punggung bendungBagianPerkiraan kecepatan ( v1 )

1010.64510.5510.408

d1 = 0.68680.64520.65100.6599

hv1 = 5.09685.77555.67295.5212

E1 = d1 + hv15.78376.42076.32396.1811

E1EC

v1= 10,408 m/dt

d1= 0,6599 m

hv1= 5,5212 mE1= 6,1811 m

Keterangan :

d1= tinggi air terendah pada kolam olakan (m)

v1= kecepatan aliran pada punggung bendung (m/dt)

hv1= tinggi kecepatan (m)

E1= tinggi energi (m)2. Tinggi Energi (Air Tertinggi) pada Kolam Olakan

Fr=

=

d2=

=

v2=

=

hv2=

=

E2= d2 + hv2

= 3,5018 + 0,1961 = 3,6979 m

Keterangan :

Fr= bilangan Froude

d2= tinggi air tertinggi pada kolam olakan (m)

v2= kecepatan aliran (m/dt)

hv2= tinggi kecepatan (m)

E2= tinggi energi (m)

3. Tinggi Energi di Hilir Bendung

d3= 2,313 m.

v3=

=

hv3=

=

E3 = d3 + hv3

= 2,313 + 0,5107 = 2,8237 m

Keterangan :

v3= kecepatan aliran di hilir bendung (m/dt)

d3= tinggi air di hilir bendung (m)

hv3= tinggi kecepatan di hilir bendung (m)

E3= tinggi energi di hilir bendung (m)

4. Perhitungan Panjang dan Dalam Penggerusan

Dalam penggerusan (scouring depth) :

h= d0 d3

= 5,6034 2,313 = 4,2904 m

q= 6,8681 m4/dt

d= diameter batu terbesar yang hanyut waktu banjir, diambil d = 300 mm

Schoklish Formula :

T=

=

Keterangan :

h= beda tinggi muka air di hulu dan di hilir (m)

d= diameter batu yang jatuh ke dalam kolam olak (mm)

T= kedalaman penggerusan (m)Panjang penggerusan (scouring length) :

v1= 10,408 m/dt

H= 1,9534 m

p= 3,65 m

Angelholzer Formula :

L=

=

Keterangan :

v1= kecepatan aliran pada punggung bendung (m/dt)

H= tinggi air maksimum dari puncak mercu (m)Elevasi Masing Masing Titik :

Elev. dasar sungai

= + 100,000 m Elev. muka air normal (MAN)

=100,000 + P = 100,000 + 3,65

=+ 103,650 m

Elev. muka air banjir (MAB)

=100,000 + do = 100,000 + 5,6034

= + 105,6034 m

Elev. energi kritis

=100,000 + Ec

= 100,000 + 6,1818

=+ 106,1818 m

Elev. energi di hilir bendung

=100,000 + E3 = 100,000 + 2,8237

=+ 102,8237 m

Elev. dasar kolam olakan

=100,000 (T d3)

=100,000 (2,9138 2,3130)

=+ 99,3992 m

Elev. sungai maksimum di hilir

=100,000 + d3 = 100,000 + 2,3130

=+ 102,3130 m

Gambar 2.5

P= tinggi mercu bendung (m)

L= panjang penggerusan (m)

1.7 Perencanaan Bentuk Mercu Bendung Tahap I

Menentukan bagian up stream (muka) bendung

Untuk menentukan bentuk penampang kemiringan bendung bagian hulu, ditetapkan berdasarkan parameter seperti H dan P, sehingga akan diketahui kemiringan bendung bagian up stream seperti ketentuan Tabel 2.6.Data:

p = 3,65 m

He= 2,03 m

hv0= 0,0766 m

H=He - hv0

=2,03 m 0,0766 m

=1,9534 m

Tabel 2.6 Hubungan nilai p/He terhadap kemiringan muka bendung :

p/HeKemiringan

< 0,401 : 1

0,40 1,003 : 2

1,00 1,503 : 1

> 1,50vertikal

Dari tabel, untuk p/He = 1,79 kemiringan muka bendung adalah vertikal.

Bentuk mercu yang dipilih adalah mercu Ogee.

Mercu Ogee berbentuk tirai luapan bawah dari bendung ambang tajam aerasi. Oleh karena itu mercu ini tidak akan memberikan tekanan subatmosfir pada permukaan mercu sewaktu bendung mengalirkan air pada debit rencana. Untuk debit yang lebih rendah, air akan memberikan tekanan ke bawah pada mercu (KP-02,1986). Bagian upsteam(upstream face) :

H = 1,9534X0=0,175 H=0,175 . 1,9534=0,342 m

X1=

0,282 H=0,282 . 1,9534=0,551 m

R0=0,5 H=0,5 . 1,9534

=0,977 m

R1=0,2 H=0,2 . 1,9534

=0,391 m

Tahap II

Menentukan bagian down stream (belakang) bendung

Untuk merencanakan permukaan mercu Ogee bagian hilir, U.S.Army Corps of Engineers mengembangkan persamaan sebagai berikut :

..................................................(1)

Dimana :

- k dan n tergantung kemiringan up stream bendung

Harga harga k dan n adalah parameter yang ditetapkan dalam Tabel 2.7.

x dan y adalah koordinat koordinat permukaan down stream

H adalah tinggi air di atas mercu bendung

Tabel 2.7 harga K dan n untuk berbagai kemiringan

Kemiringan permukaanKn

1 : 11,8731,776

3 : 21,9391,810

3 : 11,9361,836

vertikal2,0001,850

Bagian up stream : Vertikal, dari Tabel 2.7 diperoleh : k = 2,000

n = 1,850

Nilai K dan n dari tabel dimasukkan ke dalam persamaan (1)

Menentukan koordinat titik singgung antara garis lengkung dengan garis lurus sebagian hilir spillway

Kemiringan bendung bagian down stream (kemiringan garis lurus)

(1 : 1)

Persamaan parabola :

m

y=

=

= 1,157 m

m

Diperoleh koordinat titik singgung = (2,141 ; 1,157) m

Jadi perpotongan garis lengkung dan garis lurus terletak pada jarak :

y = 1,157 m dari puncak spillway

x = 2,141 m dari sumbu spillway

Tabel 2.8 Perhitungan Elevasi

x (m)y (m)Elevasi (m)

00103.650

0.20.0144103.636

0.40.0520103.598

0.60.1100103.540

0.80.1873103.463

10.2830103.367

1.20.3965103.253

1.40.5274103.123

1.400080.5274103.123

1.400090.5275103.123

2.14101.1573102.493

Bagian Hilir Spillway dengan Kemiringan 1 : 1

= 1;

persamaan

Elev. dasar kolam olakan

= + 100 (T d3)

= + 105 (2,9138 2.313)

= + 99,399 m

Gambar 2.6 Mercu Bendung1.8 Perencanaan Lantai Depan ( Apron )

Untuk mencari panjang lantai muka, maka yang menentukan adalah H terbesar. H terbesar ini biasanya terjadi pada saat air muka setinggi mercu bendung, sedangkan di belakang bendung adalah kosong. Seberapa jauh lantai muka ini diperlukan, sangat ditentukan oleh garis hidraulik gradien yang digambar kearah upstream dengan titik ujung belakang bendung sebagai titik permulaan dengan tekanan sebesar nol. Miring garis hidraulik gradien disesuaikan dengan kemiringan yang diijinkan untuk suatu tanah dasar tertentu, yaitu dengan menggunakan Creep Ratio (c).

Gambar 2.7Fungsi lantai muka adalah menjaga jangan sampai pada ujung belakang bendung terjadi tekanan yang bisa membawa butir butir tanah.Berdasarkan teori Bligh, prosedur mencari panjang apron dengan hidroulik gradient ini menggunakan perbedaan tekanan sepanjang garis aliran.

Gambar 2.8 Creep Line Menentukan panjang lantai muka dengan rumus BLIGHH =

L = c . H

Di mana:H = Beda Tekanan

L = Panjang Creep Line

c=Creep Ration (diambil c = 5, untuk pasir kasar)

H ab=2,5/5

=0,5

H bc=1,5/5

=0,3

H cd=1,5/5

=0,3

H de=1,5/5

=0,3

H ef=1/5

=0,2

H fg=1,9/5

=0,38

H gh=1/5

=0,2 H hi=2,1/5

=0,42

H ij

=1.2/5

=0,24 +H = 2,84 m

L=H.c

=2,84.5= 14,2 m

faktor keamanan = 20% . 14,8 m = 2,84 m

jadi L = 14,2 m + 2,84 m = 17,04 m Menentukan Panjang Creep LinePanjang horizontal (Lh )=1,5 + 1,5 + 1,9 + 2,1 + 2 + 1 + 2 + 1 + 2 + 1,4

= 16,5 m

Panjang vertical (Lv)=2,5 + 1,5 + 1+ 1 + 1,2 + 1 + 1 + 1+ 1 +1 +1,4

= 13,6 m

Panjang Total Creep Line (L)= Lh + Lv

= 16,5 + 13,6 = 30,1 m

Cek :

L H . c

30,1 2,5 . 5

30,1 12,5.............(konstruksi aman terhadap tekanan air)

Pengujian Creep Line ada dua cara yaitu:

a.Teori Bligh

L = Cc . Hb

Di mana L = Panjang Creep Line yang diijinkan

Cc = Koefisien Bligh (Cc diambil 5)

Hb = beda tinggi muka air

Hb = P + H d3

= 3,65 + 1,9534 2,313 = 3,2904 m

sehingga L = Cc . Hb

= 5 . 3,2904 = 16,452 m

Syarat : L < L

16,452 m < 30,1 m ..(OK!!!)b.Teori Lane

L= Cw . Hb

Di mana Cw adalah koefisien lane (Cw diambil 3)

Sehingga L=Cw . Hb

=3 . 3,2904

=9,8712 m

Ld=Lv + Lh

=13,6 + .16,5

= 19,1 m

Syarat : L