bab 2 irbang
DESCRIPTION
perancanganTRANSCRIPT
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