bab v perencanaan konstruksi - eprints.undip.ac.ideprints.undip.ac.id/34036/7/1905_chapter_v.pdf ·...

BAB V PERENCANAAN KONSTRUKSI

V - 1

BAB V

PERENCANAAN KONSTRUKSI

5.1 Tinjauan Umum

Ciniru berfungsi menampung air yang nantinya akan digunakan untuk

keperluan irigasi dan memenuhi kebutuhan air baku untuk masyarakat. Dalam

perencanaan ini dibatasi pada perancangan tubuh , analisis stabilitas, dan

bangunan pelengkap, yang meliputi bangunan pelimpah, bangunan pengelak,

bangunan penyadap.

5.2 Dimensi

Perhitungan dimensi meliputi penentuan kemiringan lereng, tinggi, dan

lebar puncak .

5.2.1 Kemiringan Lereng Urugan ( Slope Gradient )

Kemiringan lereng ditentukan sedemikian rupa agar stabil terhadap

longsoran. Karena tubuh direncanakan menggunakan urugan tanah pilihan maka

diperoleh kemiringan lereng (vertikal : horizontal) sebelah hulu 1 : 3 dan sebelah

hilir 1: 2,25.

5.2.2 Tinggi Puncak

Tinggi puncak merupakan hasil penjumlahan antara tinggi dengan

tinggi jagaan. Berdasarkan hasil perhitungan flood routing didapat elevasi muka

air normal (MAN) adalah + 229,210 m, elevasi muka air banjir (MAB) yang

terjadi + 231,210 m. Sedangkan elevasi dasar kolam + 190,00 m.


V - 2

Kedalaman Pondasi

Tinggi Tanah Dasar

Tinggi M.A. Normal

Tinggi M.A BanjirTinggi Jagaan

Gambar 5.1 Dimensi

Tinggi jagaan adalah jarak bebas antara mercu dengan permukaan air

maksimum rencana. Tinggi jagaan dapat dihitung dengan menggunakan

Persamaan sebagai berikut :

Hf ≥ h∆ + (hw atau 2eh ) + ha + hi

Hf ≥hw + 2

eh + ha + hi

Tinggi jagaan dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain :

1. Tinggi kenaikan permukaan air yang disebabkan oleh banjir abnormal ( h∆ )

dihitung berdasarkan Persamaan sebagai berikut :

TQhA

hQ

Qh

××

+

×=∆

1..

32 0α

Untuk perhitungan digunakan data-data sebagai berikut :

Qo = 244,2 m³/dt

Q = 244,4 m³/dt

h = 5,8 m

A = 1,287 km2

T = 2 jam

h∆ =

24,2448,5287,11

8,5.4,244

2.2442,0.32

××

+

×

h∆ = 0,76 m


V - 3

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 .

Panjang lintasan ombak yang dipakai adalah Feff sebesar 410m (Gambar 5.2).

Sedangkan kecepatan angin (maksimal) di atas permukaan air diambil dari data di

stasiun Ciniru yaitu 20 m/dtk. Perhitungan tinggi ombak (hw) ini menggunakan

grafik metode SMB (Gambar 5.2) yang dikombinasikan dengan metode Saville.

Dengan kemiringan hulu 1:3 tinggi jangkauan ombak (hw) yang didapat adalah

0,39 m .

Gambar 5.2 Grafik Perhitungan Metode SMB (Sosrodarsono, 1989)

3. Tinggi ombak yang disebabkan oleh gempa (he)

Digunakan data-data pada tabel berikut :


V - 4

Tabel 5.1 Koefisien Gempa (DHV Consultant, 1991)

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

Kuningan

Tabel 5.2 Percepatan Dasar Gempa (DHV Consultant, 1991)

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

Tabel 5.3 Faktor Koreksi (DHV Consultant, 1991)

Tipe Batuan Faktor (V)

Rock Foundation

Diluvium (Rock Fill Dam)

Aluvium

Soft Aluvium

0,9

1,0

1,1

1,2

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


V - 5

(4). Percepatan grafitasi ( g ) = 981 cm/dt²

Gambar. 5.3 Pembagian Zone Gempa di Indonesia (SNI Gempa 2002)

Perhitungan intensitas seismis horisontal, dapat dihitung dengan rumus

sebagai berikut :

e = gVAcz ..

e = ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

9811.21,181.8,0

e = 0,15

Besarnya tinggi ombak yang diakibatkan oleh gempa (he) dihitung

menggunakan Persamaan berikut :

0..

= hgπτe

he

di mana :

e = Intensitas seismis horizontal

τ = Siklus seismis ( 1 detik )


V - 6

h0 = Kedalaman air di dalam (m)

= elv.M.A.B – elv.dasar kolam

= + 231,21 - (+ 190,00)

= 41,21 m

eh = 21,41.81,914,3

1.15,0

= 0,94 m

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

eh = 0,47 m.

4. Kenaikan permukaan air yang disebabkan oleh ketidaknormalan operasi

pintu bangunan (ha) diambil = 0,5 m (Sosrodarsono, 1989)

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

limpasan melalui mercu urugan sangat riskan maka untuk tipe ini angka

tambahan tinggi jagaan (hi) ditentukan sebesar (hi = 0.5 m).

Berdasarkan data perhitungan tersebut di atas di mana :

h∆ 0,76 m

hw 0,39 m

2eh

0,47 m

ha 0,5 m

hi 0.5 m

Maka tinggi jagaan dapat ditentukan , yang hasilnya adalah sebagai berikut

:

Hf = 0,39 + 0,47 + 0,5 + 0,5

= 1,86 m

Hf = 0,76 + 0,39 + 0,5 + 0,5

= 2.15 m

Hf = 0,76 + 0,47 + 0,5 + 0,5

= 2.23 m


V - 7

Dari ketiga alternatif tinggi jagaan tersebut diambil tinggi jagaan 3,80 m

(menyesuaikan elevasi garis kontur pada sisi kanan dan sisi kiri ).

Tinggi puncak = tinggi + tinggi jagaan = 41,21+ 3,80 = 45,01m. Jadi

elevasi puncak = 190,00 + 45,01 m, elevasi puncak + 235,01 m....+ 235,000 m.

Tinggi Jagaan

Ah

hwhehQ

hi

Main Dam

+235,000

231,210MAB

i

Gambar. 5.4. Tinggi Jagaan (free board)

5.2.3 Lebar Mercu

Lebar mercu minimum dihitung berdasarkan persamaan sebagai berikut :

B = 3,6 H1/3 – 3,0

di mana :

H = Tinggi ( 45,00 m )

Maka : B = 3,6 (45,00)1/3 – 3,0

= 10,083 m ≈ 14,000 m

Karena digunakan tipe urugan, maka untuk memberikan rasa aman

terhadap kestabilan terhadap longsornya lapisan kedap air lebar diambil 14 m.

Konstruksi Tubuh

Untuk melindungi permukaan lereng dari ombak serta penurunan air

mendadak, permukaan lereng dilapisi dengan hamparan batu pelindung (rip-rap).

Sedangkan untuk lereng sebelah hilir dihamparkan gebalan rumput, untuk

melindungi lereng terhadap erosi.

Dari perencanaan tubuh diatas dapat digambarkan sket tubuh seperti

gambar dibawah ini. Untuk lebih lengkapnya dapat dilihat pada lampiran gambar

perencanaan.


V - 8

14,00

5,00

URUGAN TANAH HOMOGEN

rip rapfiller kasarfiller halus

rip rapfiller kasarfiller halus19,00

45,00

31

31

2,251

COFFERDAM+190,00

+235,00

+209,00

Gambar. 5.5. Konstruksi tubuh Bendungan

5.3 Perhitungan Stabilitas Tubuh

5.3.1 Stabilitas Lereng Terhadap Aliran Filtrasi

Stabilitas lereng terhadap rembesan ditinjau dengan cara sebagai berikut

:

1. Formasi garis depresi tubuh bendung kondisi tanpa menggunakan

chimney

diketahui :

h = 41,21 m (kondisi FSL)

hwdk = 45,00 m

l1 = 140,38 m

l2 = 126,62 m

α = 24º

d = 21 +.333,0 ll = (0,333 x 140,38) + 126,62 = 173,37 m

Dengan persamaan ini, maka :

ddhY -220 += = )37,173()37,173()21,41( 22 −+ = 4,83 m

Parabola bentuk dasar dapat diperoleh dengan Persamaan :

200 +.2= yxyy = 283,483,4.2 +x

Dan diperoleh koordinat parabola sebagai berikut :

x -2,41 0 5 10 15 20 25 30 y 0 4.83 8.46 10.95 12.97 14.71 16.27 17.69 x 35 40 45 50 55 60 65 70 y 19.01 20.24 21.40 22.50 23.55 24.55 25.52 26.45


V - 9

Untuk α kurang dari 300, harga

a = 22

sin -

cos-

cos⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

αααhdd

Berdasarkan Persamaan ini, maka dapat ditentukan nilai :

αcos -10ya a =∆+ =

086,083,4 = 56.16 m (A-C)

a =22

sin -

cos-

cos⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

αααhdd

= 22

24sin21,41 -

24cos37,173-

24cos37,173

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ooo

= 29,31 m

Sehingga didapat nilai :

a = 29,31 m jarak (A-C)

∆ a = 56,16 – 29,31 = 26,85 m jarak (C0-C)

Dari hasil perhitungan didapat garis depresi aliran yang keluar melalui

lereng hilir sehingga tidak aman terhadap bangunan untuk itu perlu digunakan

drainase kaki maupun drainase alas


V - 10

14,0 m

4,2 m

URUGAN TANAH

19,0

0

45,0

0

31

2,51

2,25

1

COFFERDAM+190,0 m

+235,0 m

+209,0 m

140,38 m

231,

210

24°

42,1 m

126,62 m

+231,2 m

173,3 m

29,3 m

26,8 m

4,8 m

A

Co

C

Gambar. 5.6 Garis Depresi Pada Bendungan Homogen (sesuai dengan garis parabola)


V - 11

2. Formasi garis depresi tubuh bendung kondisi dengan menggunakan drainase

kaki

diketahui :

h = 41,21 m (kondisi FSL)

hwdk = 45,00 m

l1 = 140,38 m

l2 = 111,62 m

α = 135º

d = 21.333,0 ll + = (0,333 x 140,38) + 111,62 = 158,36 m

Dengan persamaan ini, maka :

ddhY -220 += = ( )36,158 -)36,158()21,41( 22 + = 5,27 m

Parabola bentuk dasar dapat diperoleh dengan Persamaan:

200 +.2= yxyy = 227,527,5.2 +x

Dan diperoleh koordinat parabola sebagai berikut :

x -2.63 0 5 10 15 20 25 30 y 0 5.27 8.46 10.95 12.97 14.71 16.27 17.65 x 35 40 45 50 55 60 65 70 y 19.01 20.24 21.40 22.50 23.55 24.55 25.51 26.45

Untuk α = 1350, harga a = 21 ( ddh −+ 22 )

Berdasarkan Persamaan ini, maka dapat ditentukan nilai :

αcos 10

+=∆+

ya a = 707,01

27,5+

= 3,09 m

a = 21 ( 36.158 -236,15821,41 2 + ) = 2,64 m

∆ a = 3,09 m – 2,64 m = 0,45 m


V - 12

14,0 m

5,0 m

URUGAN TANAH PILIHAN

19,0

m

45,0

m

31

31

2,251

COFFERDAM+190,0 m

+235,0 m

+209,0 m

140,4 m

41,1

m

111,6 m

42,1 m

135°

15,0 m

158,3 m

Gambar 5.7 Garis Depresi Pada Bendungan Homogen Dengan Drainase Kaki


V - 13

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

Kapasitas aliran filtrasi asumsi Kh = Kv

Dengan menggunakan Persamaan ini, dihitung jaringan trayektori aliran

sebagai berikut :

LHkNN

Qe

ff ×××=

Dari data yang ada di dapat :

Nf = 3 (asumsi)

Ne = 29 (asumsi)

k = 5 x 10-6 cm/dtk= 5 x 10-8 m/dtk (asumsi)

H = 45,00 m

L = 267,00 m

Maka debit aliran filtrasi adalah sebagai berikut :

Q = 267458*105293

××−× x

= 6,21 x 10-5 m³/dtk

= 6,21 x 10-5 .60.60.24

= 5,37 m³/hari

1 : 3

1 : 2.25

M.A.B +231,2 m

1234567891011121314151617181920212223

2425

26

+235,0 m

+190,0 m

2728

29

Gambar 5.8 Jaringan Trayektori


V - 14

4. Tinjauan terhadap gejala sufosi dan sembulan

Kecepatan aliran keluar ke atas permukaan lereng hilir yang komponen

vertikalnya dapat mengakibatkan terjadinya perpindahan butiran-butiran bahan ,

kecepatannya dibatasi dengan dihitung menggunakan Persamaan sebagai berikut :

γ××

=F

gwc 1

di mana :

c = Kecepatan kritis (m/dtk)

w1 = Berat butiran bahan dalam air = 0,92 ton/m³

g = Percepatan gravitasi = 9,81 m/dtk²

F = Luas permukaan yang menampung aliran filtrasi

= 137,6 m x 1 m = 137,6 m² (untuk per satuan meter panjang bidang)

maka :

c = 1.6,1378,9.92,0 = 0,256 m/dtk

Kecepatan rembesan yang terjadi pada dihitung menggunakan Persamaan ini,

yaitu :

V = k . i = lhk 2.

di mana :

k = Koefisien filtrasi = 5 x 10-8 m/dtk

i = Gradien debit

h2 = Tekanan air rata-rata = 45 m

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

167,22 m

V = 22,16700,45.105 8−x = 1,345 x 10-8 m/det < c = 0,256 m/det → Aman


V - 15

5.3.2 Stabilitas Lereng Terhadap Longsor

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

mencapai elevasi penuh, baru selesai dibangun dan belum dialiri air. Perhitungan ini

menggunakan metode PLAXIS V.7.1 dan irisan bidang glincir bundar sebagai

pembanding antara perhitungan sistem komputasi dan manual.

5.3.2.1 Metode irisan bidang gelincir bundar.

Data Teknis

Tinggi Puncak = 45,00 m Elevasi Air = + 231,21 m (FSL)

Lebar Mercu = 14,00 m Tinggi Air = 41,21 m

Kemiringan Hulu = 1 : 3 Kemiringan Hilir = 1 : 2,25

Tabel 5.4 Kondisi Perencanaan Teknis Material Urugan Sebagai Dasar Perhitungan

Zone tubuh

Kekuatan Geser γ timbunan dalam beberapa kondisi Intensitas beban

seismis horizontal C

(t/m³) θ Basah

(t/m3)

Jenuh

(t/m3)

Air

(t/m3) Terendam

Zone kedap air 11.25 30 1,86 2,4 1,000 1,11 0,12

Untuk perhitungan kestabilan terhadap longsor digunakan Persamaan :

( ){ }( )∑

∑ tan--.

TeT

NeUNlCFs

+

+=

φ ≥ 1,2


V - 16

Gambar 5.9 Stabilitas Lereng Pada Kondisi Baru Selesai Dibangun Dengan Metode Pias Hulu


V - 17

Tabel 5.5 Perhitungan Metode Irisan Bidang Glincir Pada Kondisi Baru Selesai Dibangun Bagian Hulu

( )e

es TT

φtgNUNClF

+.+

= > 1,2

287,535321,1271534,2488966,1678

++

=sF = 2,306 > Fs Syarat = 1,2 ……….aman !!!

deg rad111.006 3.143 77 30 0.524

Irisan A (m̂ 2) γ W (t/m) α α rad sin α cos α T = W * Te = N = W* e Ne = h γw u = sudut l U = U = tan θ (N-Ne-U)* C C.Lsin α e*W cos α cos α e.W sin α h*γw pias u*l ul/cos α tan θ

1 20.756 1.860 38.606 -18.5 -0.323 -0.317 0.948 -12.255 4.393 36.610 0.12 -1.471 0.000 1.000 0.000 8.0 15.506 0.000 0.000 0.578 21.9962 176.591 1.860 328.459 -13.5 -0.236 -0.234 0.972 -76.708 38.325 319.377 0.12 -9.205 0.000 1.000 0.000 11.0 21.320 0.000 0.000 0.578 189.799

3 327.401 1.860 608.966 -4.5 -0.079 -0.078 0.997 -47.798 72.850 607.087 0.12 -5.736 0.000 1.000 0.000 11.0 21.320 0.000 0.000 0.578 353.9864 427.910 1.860 795.913 4.5 0.079 0.078 0.997 62.472 95.215 793.457 0.12 7.497 0.000 1.000 0.000 11.0 21.320 0.000 0.000 0.578 453.9955 468.302 1.860 871.042 13.5 0.236 0.234 0.972 203.421 101.635 846.955 0.12 24.411 0.000 1.000 0.000 11.0 21.320 0.000 0.000 0.578 475.128

6 447.383 1.860 832.132 22.5 0.393 0.383 0.924 318.565 92.249 768.740 0.12 38.228 0.000 1.000 0.000 11.0 21.320 0.000 0.000 0.578 421.9677 372.703 1.860 693.228 31.5 0.550 0.523 0.853 362.341 70.919 590.994 0.12 43.481 0.000 1.000 0.000 11.0 21.320 0.000 0.000 0.578 316.260

8 259.445 1.860 482.568 40.5 0.707 0.650 0.760 313.507 44.023 366.858 0.12 37.621 0.000 1.000 0.000 11.0 21.320 0.000 0.000 0.578 190.1789 106.048 1.860 197.249 48.5 0.847 0.749 0.662 147.775 15.678 130.651 0.12 17.733 0.000 1.000 0.000 11.0 21.320 0.000 0.000 0.578 65.225

1271.321 535.287 4460.728 152.558 96 186.067 0.000 2488.534Jumlah

r π α θ

11.2

5

1678

.966


V - 18

o

Gambar 5.10 Stabilitas Lereng Pada Kondisi Baru Selesai Dibangun Dengan Metode Pias Hilir


V - 19

Tabel 5.6 Perhitungan Metode Irisan Bidang Glincir Pada Kondisi Baru Selesai Dibangun Bagian Hilir

( )e

es TT

tgNUNClF

++

=φ.--

> 1,2

03,393778,121376,180780,1418

++

=sF = 2,008 > Fs Syarat = 1,2 ……….aman !!!

deg rad87.02 3.14 83 30 0.52

Irisan A (m̂ 2) γ W (t/m) α α rad sin α cos α T = W * Te = N = W* e Ne = h γw u = sudut l U = U = tan θ (N-Ne-U)* C C.Lsin α e*W cos α cos α e.W sin α h*γw pias u*l ul/cos α tan θ

1 38.15 1.86 70.96 -16.50 -0.29 -0.28 0.96 -20.16 8.16 68.03 0.12 -2.42 0.00 1.00 0.00 7.00 10.64 0.00 0.00 0.58 40.692 259.27 1.86 482.25 -6.50 -0.11 -0.11 0.99 -54.61 57.50 479.15 0.12 -6.55 0.00 1.00 0.00 13.00 19.75 0.00 0.00 0.58 280.56

3 429.60 1.86 799.05 6.50 0.11 0.11 0.99 90.49 95.27 793.91 0.12 10.86 0.00 1.00 0.00 13.00 19.75 0.00 0.00 0.58 452.324 483.62 1.86 899.53 19.50 0.34 0.33 0.94 300.39 101.75 847.89 0.12 36.05 0.00 1.00 0.00 13.00 19.75 0.00 0.00 0.58 468.955 420.82 1.86 782.72 32.50 0.57 0.54 0.84 420.70 79.20 660.04 0.12 50.48 0.00 1.00 0.00 13.00 19.75 0.00 0.00 0.58 352.10

6 273.47 1.86 508.64 45.50 0.79 0.71 0.70 362.91 42.77 356.40 0.12 43.55 0.00 1.00 0.00 13.00 19.75 0.00 0.00 0.58 180.717 71.91 1.86 133.75 58.50 1.02 0.85 0.52 114.07 8.38 69.83 0.12 13.69 0.00 1.00 0.00 13.00 19.75 0.00 0.00 0.58 32.43

1213.78 393.03 3275.26 145.65 85.00 129.15 0.00 1807.76Jumlah

r π θ

11.2

5

1418

.80

α


V - 20

Gambar 5.11 Stabilitas Lereng Pada Kondisi Air Penuh Dengan Metode Pias Hulu


V - 21

Tabel 5.7 Perhitungan Metode Irisan Bidang Glincir Pada Kondisi Air Penuh Bagian Hulu

( )

e

es TT

tgNUNClF

++

=φ.--

> 1,2

98.92185.151206.14407.4012

++

=sF = 1,707 > Fs Syarat = 1,2 ……….aman !!!

deg rad111.01 3.14 77 30 0.52

Irisan A (m^2) γ W (t/m) α α rad sin α cos α T = W * Te = N = W* e Ne = h γw u = sudut l U = U = tan θ (N-Ne-U)* C C.Lsin α e*W cos α cos α e.W sin α h*γw pias u*l ul/cos α tan θ

270.90 1.00 270.90 -20.0 -0.35 -0.34 0.94 -92.69 30.55 254.55 0.12 -11.123 0.00 1.00 0.00 8.0 15.51 0.00 0.00 0.58 153.4620.76 2.40 49.81 -20.0 -0.35 -0.34 0.94 -17.04 5.62 46.81 0.12 -2.045 5.33 1.00 5.33 11.0 21.32 113.64 120.94 0.58 -41.64531.99 1.00 531.99 -13.5 -0.24 -0.23 0.97 -124.24 62.07 517.28 0.12 -14.909 0.00 1.00 0.00 11.0 21.32 0.00 0.00 0.58 307.41176.59 2.40 423.82 -13.5 -0.24 -0.23 0.97 -98.98 49.45 412.10 0.12 -11.877 15.05 1.00 15.05 11.0 21.32 320.87 329.99 0.58 54.29446.14 1.00 446.14 -4.5 -0.08 -0.08 1.00 -35.02 53.37 444.76 0.12 -4.202 0.00 1.00 0.00 11.0 21.32 0.00 0.00 0.58 259.34327.40 2.40 785.76 -4.5 -0.08 -0.08 1.00 -61.67 94.00 783.34 0.12 -7.401 22.20 1.00 22.20 11.0 21.32 473.31 474.77 0.58 182.51345.63 1.00 345.63 4.5 0.08 0.08 1.00 27.13 41.35 344.56 0.12 3.255 0.00 1.00 0.00 11.0 21.32 0.00 0.00 0.58 197.15427.91 2.40 1026.98 4.5 0.08 0.08 1.00 80.61 122.86 1023.82 0.12 9.673 26.62 1.00 26.62 11.0 21.32 567.54 569.30 0.58 256.95240.28 1.00 240.28 13.5 0.24 0.23 0.97 56.11 28.04 233.64 0.12 6.734 0.00 1.00 0.00 11.0 21.32 0.00 0.00 0.58 131.07468.30 2.40 1123.92 13.5 0.24 0.23 0.97 262.48 131.14 1092.84 0.12 31.497 28.20 1.00 28.20 11.0 21.32 601.23 618.33 0.58 255.90139.70 1.00 139.70 22.5 0.39 0.38 0.92 53.48 15.49 129.06 0.12 6.418 0.00 1.00 0.00 11.0 21.32 0.00 0.00 0.58 70.84447.38 2.40 1073.72 22.5 0.39 0.38 0.92 411.05 119.03 991.92 0.12 49.326 26.90 1.00 26.90 11.0 21.32 573.51 620.81 0.58 185.8852.33 1.00 52.33 31.5 0.55 0.52 0.85 27.35 5.35 44.61 0.12 3.282 0.00 1.00 0.00 11.0 21.32 0.00 0.00 0.58 23.87372.70 2.40 894.49 31.5 0.55 0.52 0.85 467.54 91.51 762.57 0.12 56.104 22.75 1.00 22.75 11.0 21.32 485.03 568.94 0.58 79.441.65 1.00 1.65 40.5 0.71 0.65 0.76 1.07 0.15 1.25 0.12 0.128 0.00 1.00 0.00 11.0 21.32 0.00 0.00 0.58 0.65

259.44 2.40 622.66 40.5 0.71 0.65 0.76 404.52 56.80 473.36 0.12 48.542 15.48 1.00 15.48 11.0 21.32 330.04 434.13 0.58 -5.389 106.05 1.86 197.25 50 0.87 0.77 0.64 151.15 15.21 126.74 0.12 18.138 0.00 1.00 0.00 11.0 21.32 0.00 0.00 0.58 62.73

1512.85 921.98 7683.20 181.54 121 356.63 3030.67 144.06

r π θ

11.2

5

Jumlah

1

α

8

2

3

4

5

6

7

4012

.07


V - 22

o

Gambar 5.12 Stabilitas Lereng Pada Kondisi Air Penuh Dengan Metode Pias Hilir


V - 23

Tabel 5.8 Perhitungan Metode Irisan Bidang Glincir Pada Kondisi Air Penuh Bagian Hilir

( )e

es TT

tgNUNClF

++

=φ.--

> 1,2

70.50405,153380,140580,1418

++

=sF = 1,386 > Fs Syarat = 1,2 ……….aman !!!

deg rad C.L87.02 3.143 83 30 0.52 1418.80

Irisan A (m̂2) γ W (t/m) α α rad sin α cos α T = W * Te = N = W* e Ne = h γw u = sudut l U = U = tan θ (N-Ne-U)* Csin α e*W cos α cos α e.W sin α h*γw pias u*l ul/cos α tan θ

1 38.15 2.40 91.56 -16.50 -0.29 -0.28 0.96 -26.01 10.53 87.78 0.12 -3.12 5.20 1.00 5.20 7.0 10.64 55.31 57.69 0.58 19.19

2 259.27 2.40 622.26 -6.50 -0.11 -0.11 0.99 -70.47 74.19 618.25 0.12 -8.46 14.17 1.00 14.17 13.0 19.75 279.90 281.71 0.58 199.283 429.60 2.40 1031.04 6.50 0.11 0.11 0.99 116.76 122.93 1024.40 0.12 14.01 18.66 1.00 18.66 13.0 19.75 368.59 370.98 0.58 369.354 483.62 2.40 1160.68 19.50 0.34 0.33 0.94 387.59 131.29 1094.06 0.12 46.51 18.46 1.00 18.46 13.0 19.75 364.64 386.85 0.58 381.64

5 420.82 2.40 1009.96 32.50 0.57 0.54 0.84 542.84 102.20 851.67 0.12 65.14 13.59 1.00 13.59 13.0 19.75 268.44 318.34 0.58 270.446 273.47 2.40 656.32 45.50 0.79 0.71 0.70 468.26 55.18 459.87 0.12 56.19 4.28 1.00 4.28 13.0 19.75 84.54 120.66 0.58 163.48

7 71.91 1.86 133.75 58.50 1.02 0.85 0.52 114.07 8.38 69.83 0.12 13.69 0.00 1.00 0.00 13.0 19.75 0.00 0.00 0.58 32.431533.05 504.70 4205.87 183.97 85 129.15 1421.43 1435.80Jumlah

r π θ

11.2

5

α


V - 24

5.3.2.2 Metode Plaxis V.7.1.

Pada perhitungan stabilitas lereng dengan menggunakan irisan bidang

gelincir bundar didapat hasil yang kurang begitu akurat, karena hanya meninjau

pada tubuh bendungan. Sedangkan pada Plaxis V.7.1 yang notabene adalah

program analisa geoteknik, terutama untuk analisa stabilitas tanah dengan

menggunakan metode elemen hingga yang mampu melakukan analisa yang dapat

mendekati perilaku sebenarnya. Geometri tanah yang akan dianalisa

memungkinkan untuk diinput dengan cukup teliti. Karena Plaxis dilengkapi fitur

– fitur khusus yang berhubungan dengan banyak aspek dari struktur geometri

yang komplek.

Aplikasi geoteknik memerlukan model konstruksi tingkat lanjut untuk

simulasi perilaku tanah yang tidak linear dan perilaku yang bergantung pada

waktu. Disamping itu, material tanah adalah material yang multiphase. Untuk

analisa yang melibatkan keberadaan air tanah perlu diperhitungkan tekanan

hidrostatis dalam tanah.

Selain itu Plaxis V.7.1 menyediakan berbagai analisa tentang

displacement, tegangan-tegangan yang terjadi pada tanah, faktor keamanan dan

lain-lain. Untuk melakukan analisis struktur tubuh dan spillway pada

perencanaan waduk, digunakan metode elemen hingga dengan kondisi plane

strain (regangan bidang). Model plane strain digunakan dengan asumsi bahwa

sepanjang sumbu potongan melintang penampang dipandang relatif sama dan

peralihan dalam arah tegak lurus potongan tersebut dianggap tidak terjadi.

Tabel 5.9 Parameter Desain Material untuk Tubuh Bendung

kedalaman jenis tanah tipe γ dry γ sat v E c φ ψ k

( KN/m³ ) ( KN/m³ ) ( KN/m² ) ( KN/m² ) ( º ) ( º ) ( m/hari )

timbunan Urugan tanah pilihan undrained 18 24 0,3 50000 11.25 30 0.05 0.05

0 - 3 m Pasir kelempungan undrained 12.28 16.11 0.24 20000 14.8 19.97 0.18 5.167E-03

3 - 6 m Lempung kepasiran undrained 11.85 16.04 0.27 2000 12.2 22.11 0.17 4,1E-03

6 - … Tanah keras drained 20.45 24.57 0.3 50000 10.25 8,95 0.11 8.65E-03


V - 25

a. Tahap Awal Perhitungan Plaxis 7.1

Dalam perhitungan Plaxis 7.1 pertama –tama adalah input geometry, pada

tahap input dilakukan permodelan material tanah dan beban yang bekerja terhadap

tanah dengan menggunakan geometri line atau dengan menginput koordinat

dengan mengetikkan pada point on geometri line pada sisi bawah window. Kedua

adalah input materials , pada tahap ini Plaxis 7.1 telah menyediakan jenis-

jenis tanah secara umum. Untuk mendapatkan parameter tanah yang sesuai

dengan penyelidikan tanah pada suatu bangunan kita dapat mengganti parameter-

parameter pada material tanah yang ada, atau membuat baru suatu jenis tanah.

Setelah itu dilakukan meshing generation untuk membagi material tanah

ke dalam elemen-elemen diskret yang berhingga, dengan menggunakan

toolbar . Kemudian baru dilakukan penetapan kondisi awal yaitu dengan klik

. Penetapan kondisi awal adalah untuk menetapkan elevasi muka

air tanah pada kondisi awal sebuah bangunan. Kondisi awal memiliki 2 mode,

yaitu :

Mode 1 untuk pembangkitan tekanan air awal (water condition mode).

Mode 2 untuk menetapkan konfigurasi tekanan efektif awal (geometry

configuration mode).

Setelah melalui tahap-tahap diatas, kemudian klik . Tahapan

perhitungan selanjutnya adalah mengidentifikasikan, mendefinisikan , dan

mengeksekusi tahapan fase-fase perhitungan untuk memperoleh output program

yang diinginkan dengan menekan toolbar untuk menuju PLAXIS

CALCULATION V 7.1.


V - 26

Gambar 5.13 New Project pada Plaxis Input Gambar 5.14 Input

Geometry

Gambar 5.16 Generate Mesh Fine

b. Plaxis Calculations

Perhitungan stabilitas Ciniru dengan Plaxis 7.1 ditinjau pada

kondisi-kondisi di bawah ini.

1. Kondisi tanah asli, kondisi dimana tegangan dan regangan awal akibat

berat tanah sendiri

2. Kondisi awal, kondisi dimana terjadi tegangan dan regangan yang

diakibatkan oleh beban sebelum diisi air

3. Kondisi terisi air, kondisi dimana terjadi tegangan dan regangan yang

diakibatkan oleh beban dan beban air

Gambar 5.15 Material Sets


V - 27

4. Kondisi rapid drawdown, kondisi dimana air tampungan turun secara tiba-

tiba, sehingga pada saat muka air tampungan turun, tapi air pada tubuh

belum ikut turun

Gambar 5.17 Tampilan Plaxis Calculations dan Parameter yang Akan

Diperhitungkan

c. Fase kondisi yang akan diperhitungkan

Yaitu fase dimana terjadi tegangan dan regangan yang diakibatkan oleh

beban pada kondisi-kondisi yang akan diperhitungkan.

1. Fase tanah asli.

Dimana pada fase tersebut beban yang bekerja adalah berat sendiri

tanah asli tanpa tubuh dan tekanan air pada tubuh .

Pengaturan pada fase ini adalah :

Number / ID = Nama fase

Calculation type = Plastic

Control Parameters = Delete intermediate steps

Iterative procedure = Standard

Loading input = Stage construction

Start from phase = fase sebelumnya


V - 28

Untuk perubahan pada kondisi-kondisi tertentu dilakukan dengan

klik . Disini kita dapat mengaktifkan atau menonaktifkan suatu

lapisan tanah, dan mengubah permukaan air pada tersebut.

2. Fase Konsolidasi

Yaitu fase dimana terjadi penurunan lapisan tanah akibat keluarnya

air pada lapisan tanah karena ada beban yang bekerja. Pengaturan pada fase

ini adalah :


Calculation type = Consolidation

Control Parameters = -


Loading input = Incremental multipliers

Start from phase = fase kondisi yang diperhitungkan

3. Fase perhitungan faktor keamanan (SF)

Yaitu fase akibat perhitungan beban dan takanan air yang bekerja.

Pada perhitungan faktor keamanan (SF) digunakan metode Phi-c

reduction. Phi-c reduction adalah option yang tersedia dalam Plaxis

untuk menghitung faktor keamanan (SF). Option ini hanya tersedia untuk

tipe perhitungan secara Plastic menggunakan Manual control atau

dengan prosedur Load advencement number of steps. Dalam Phi-c

reduction dilakukan pendekatan parameter-parameter kekuatan tanah tan

φ dan c dengan mengurangi nilainya sampai tercapainya keadaan dimana

kegagalan struktur terjadi. Jumlah pengali ΣMsf digunakan untuk

mendefinisikan harga dari parameter-parameter kekuatan tanah.

ΣMsf =reduced

input

reduced

input

cc

=ϕϕ

tantan

Parameter-parameter kekuatan tanah secara otomatis dikurangi sampai

tercapainya kegagalan struktur.

==failure

availableSFσσ harga ΣMsf saat kegagalan


V - 29

Pengaturan pada fase ini adalah :


Calculation type = Phi-c reduction

Control Parameters = reset displacement to zero


Loading input = Incremental multipliers

Start from phase = fase sebelumnya

d. Proses perhitungan

Proses perhitungan dilakukan dengan klik pada , tapi sebelumnya

ditentukan titik-titik yang akan ditinjau dengan klik pada dan klik pada titik-

titik yang akan ditinjau.

Gambar 5.18. Penentuan Titik-Titik yang Akan Ditinjau

Fase-fase yang akan dihitung akan diberi tanda anak panah biru di

depan tulisan Phase, yang akan menjadi centang hijau apabila perhitungan

sukses dilakukan.


V - 30

Gambar 5.19 Proses Kalkulasi Selesai

e. Plaxis Output V.7.1

Setelah proses kalkulasi selesai maka menuju ke Plaxis Output, pada

sesi kali ini dapat diketahui besaran penurunan tanah yang terjadi dan nilai

keamanan (SF).

1. Tanah asli adalah kondisi dimana belum ada timbunan tubuh . Gaya-

gaya yang bekerja adalah akibat berat tanah asli sendiri dan tekanan air

tanah. Setelah dilakukan perhitungan dengan Plaxis 7.1 didapat bahwa

pada kondisi mengalami deformasi sebesar 16,9 cm dengan angka

keamanan 2,91.

2. Kondisi awal adalah kondisi sudah ada timbunan tubuh . Setelah

dilakukan perhitungan dengan Plaxis 7.1 didapat bahwa pada kondisi

ini terjadi deformasi sebesar 51,7 cm dengan angka keamanan 1,72.

3. Kondisi terisi air adalah kondisi sudah ada timbunan tubuh dan air

pada tampungan terisi penuh. Gaya-gaya yang bekerja adalah akibat

berat timbunan dan tekanan air pada tampungan . Setelah dilakukan

perhitungan didapat deformasi sebesar 52 cm dengan angka keamanan

1,71.

4. Kondisi rapid drawdown adalah kondisi setelah air pada tampungan

penuh tiba-tiba terjadi penurunan muka air tampungan.


V - 31

Setelah muka air turun tidak didikuti dengan turunnya air yang

merembes pada tubuh Waduk. Gaya-gaya yang bekerja adalah akibat

berat timbunan dan tekanan air yang masih ada pada tubuh Waduk.

Setelah dilakukan perhitungan dengan Plaxis 7.1 didapat bahwa pada

kondisi ini terjadi deformasi sebesar 52 cm dengan angka keamanan

1.70.

f. Angka Keamanan Tubuh Waduk

Dari keadaan-keadaan yang dianalisis dapat diketahui besarnya

angka keamanan pada tiap-tiap keadaan tersebut. Besar angka keamanan pada

titik-titik yang ditinjau adalah seperti yang ditampilkan dalam bentuk grafik

seperti gambar dibawah ini.

Gambar 5.20 Angka Keamanan Titik A dan B

Gambar 5.21 Angka Keamanan Titik C dan D

Gambar 5.22 Angka Keamanan Titik E


V - 32

5.4. Material Konstruksi

5.4.1 Lapisan Kedap Air

Bahan yang dipakai untuk lapisan kedap air dapat berasal dari tanah

dan tanah liat (clay), baik tanpa campuran maupun dicampur dengan pasir

dengan perbandingan tertentu berdasarkan hasil percobaan penimbunan (trial

embankment).

Tanah ataupun tanah liat yang dipakai sebagai bahan timbunan

lapisan kedap air ini haruslah memenuhi persyaratan utama untuk bahan

kedap air yaitu :

• Koefisien filtrasi serta kekuatan geser yang diinginkan.

• Tingkat deformasi yang rendah.

• Mudah pelaksanaan pemadatannya.

• Tidak mengandung zat-zat organis serta bahan mineral yang mudah

terurai.

Lapisan kedap air harus mempunyai tingkat permeabilitas yang

rendah, hal ini ditentukan oleh nilai koefisien filtrasinya. Sebagai standar

koefisien filtrasi (k) bahan nilainya 1 x 10-5 cm/dtk. Hal ini bertujuan untuk

SF Tanah Asli

SF Waduk + Air SF Penurunan Air

SF Waduk Awal

Gambar 5.23 Grafik Angka Keamanan (SF) Tubuh Waduk


V - 33

mencegah terjadinya rembesan air melalui lapisan kedap air yang

bersangkutan. Untuk mendapatkan nilai (k) yang memenuhi syarat untuk lapis

kedap air biasanya diperkirakan berdasarkan prosentase butiran tanah yang

lolos saringan No.300 (Sosrodarsono, 1989). Gradasi bahan kedap air

biasanya mempunyai ukuran butiran seperti tertera pada Gambar 5.21.

Gambar 5.24 Gradasi Bahan Kedap Air (Sosrodarsono, 1989)

5.4.2 Perlindungan Lereng

Lereng sebelah hulu dari Waduk Ciniru dilindungi oleh lapisan

timbunan batu (rip-rap) setebal 0,5 m, yang bertujuan untuk melindungi

lereng dari pengaruh kekuatan ombak dan aliran air. Kondisi batu untuk

perlindungan lereng ini harus baik dan tidak mudah lapuk.

Perlindungan lereng bagian hulu ini dimulai dari batas tertinggi

gerakan gelombang (mercu) sampai ke permukaan genangan terendah (LWL).


V - 34

Dalam pelaksanaannya lapisan timbunan batu ini diletakkan di atas suatu

lapisan saringan yang terdiri dari batu pasir dengan ukuran butir yang teratur.

Lapisan saringan ini memiliki ketebalan sebesar 0,10 m. Penempatan lapisan

saringan ini di bawah lapisan timbunan batu, bertujuan mencegah tergerusnya

bahan-bahan halus dari Waduk ke dalam tumpukan batu.

Penggunaan rip-rap sebagai lapisan pelindung mempunyai kelebihan,

antara lain

- Dapat mengikuti penurunan tubuh Waduk.

- Mempunyai kemampuan reduksi hempasan ombak yang besar.

- Cukup stabil terhadap pengaruh-pengaruh fluktuasi permukaan air dan

gerakan ombak.

- Konstruksinya dapat dikerjakan secara mekanis.

Selain kelebihan-kelebihan seperti di atas, rip-rap juga mempunyai

kekurang-kekurangan, yaitu antara lain :

- Dibutuhkan banyak bahan batu.

- Memerlukan lapisan filter yang relatif tebal.

Tabel 5.10 Ukuran Batu dan Ketebalan Hamparan Rip-Rap (Sosrodarsono, 1989)

Tinggi Gelombang

(m)

Diameter rata2

batu hamparan

pelindung

(D 50 cm)

Ketebalan

minimum hamparan

batu pelindung

(cm)

Ketebalan minimum

lapisan filter

(cm)

0,0 – 0,6 25 40 15

0,6 – 1,2 30 45 15

1,2 – 1,8 38 60 23

1,8 – 2,4 45 75 23

2,4 – 3,0 52 90 30


V - 35

5.5 Perencanaan Bangunan Pelimpah

Bangunan pelimpah atau spillway adalah bangunan yang berfungsi untuk

mengalirkan air banjir yang masuk ke dalam waduk, sehingga air banjir tersebut

tidak merusak tubuh embung. Dalam perencanaan Waduk Ciniru ini, bangunan

pelimpah yang akan direncanakan adalah bangunan pelimpah terbuka dengan

ambang tetap. Bangunan pelimpah tipe ini, biasanya terdiri dari empat bagian uama

yaitu:

1. Saluran pangarah aliran

2. Saluran transisi

3. Saluran peluncur

4. Peredam energi

Gambar 5.25 Skema Bangunan Pelimpah

BETON K 225 LANTAI KERJA

BETON K350

SAL. PENGARAH OGEE

SAL. TRANSISI SAL. PELUNCUR SAL. PEREDAM


V - 36

5.5.1 Saluran Pengarah Aliran

Saluran pengarah aliran dimaksudkan agar aliran air senantiasa dalam

kodisi hidrolika yang baik dengan mengatur kecepatan alirannya tidak melebihi

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

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

akan menurun. Disamping itu aliran helisoidal tersebut akan mengakibatkan

peningkatan beban hidrodinamis pada bangunan pelimpah tersebut.

Gambar 5.26 Saluran Pengarah Aliran Pada Bangunan Pelimpah

Dari analisis data sebelumnya di mana didapat :

− Ketinggian air di atas mercu (H) = + 229,210 – +231,2 = 1,99 m

− Qout yang melewati spillway (Q) = 224,2 m3/dtk

− Lebar ambang mercu embung (b) = 40 m

− Maka :

HW .51

≥

99,151×=W = 0,28 m

W yang dipakai = 3,5 m > 0,28 m.

+ 225,710

+ 229,210v

Saluran pengarah aliranMercu Ogee

3,5

1,99


V - 37

5.5.2 Saluran Pengatur Aliran

5.5.2.1 Ambang Penyadap

Dipakai tipe bendung pelimpah dengan menggunakan metode yang

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

perhitungannya adalah sebagai berikut :

Dari hasil flood routing didapatkan :

Q = Qout lewat spillway = 224,2 m3/dtk

L = Lebar mercu bendung = 40 m

He = Total tinggi tekanan air di atas mercu bendung = 1,99 m

Gambar 5.27 Ambang Pengatur Debit Pada Bangunan Pelimpah

Tinggi tekanan kecepatan aliran di dalam saluran pengarah

− Asumsi (b) = 40 m

− Asumsi kedalaman saluran pengarah = 3,5 m

− Asumsi tinggi tekanan air total diukur dari dasar saluran pengarah:

H total = + 231.20 – + 225,710 = 5,49 m

− Tinggi air diatas mercu = + 231,20 – + 229,210 = 1,99 m.

− Misal kedalaman air dalam saluran = 1,50 m, maka kedalaman air

dalam saluran (Hd) = 1,5 + 3,5 = 5 m

Luas penampang basah di dalam saluran ini adalah :

A = 5 m x 40 m = 200 m²

Hd:5.00

W:3.50 He:1.99

Hv:0.1


V - 38

Kecepatan aliran :

2002,244

==AQV = 1,221 m/dtk

Jadi tinggi kecepatan aliran :

( )( )81,9.2

221,12

22

==g

VH v = 0,076 m ≈0,1 m

5.5.2.2. Mercu bendung

Dipakai tipe mercu Ogee dan untuk merencanakan permukaan

mercu Ogee bagian hilir U.S Army Corps of Engineers mengembangkan

persamaan : n

dd hX

khY

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

1

dimana,

X dan Y = koordinator-koordinator permukaan hilir

hd = tinggi rencana di atas mercu ( m )

K dan n = parameter

Tabel 5.11 Harga – Harga K dan n

Kemiringan permukaan hilir K n

Vertikal 2,000 1,850

3 : 1 1,936 1,836

3 : 2 1,939 1,810

3 : 1 1,873 1,776


V - 39

Digunakan Mercu Ogee tipe hulu vertical Hd : 1,99 m

k : 2,00

n : 1,850

y x^n x 0.000 0.000 0.000 0.500 1.864 1.400 1.000 3.727 2.036 1.500 5.591 2.535 2.000 7.454 2.961 2.500 9.318 3.341 3.000 11.181 3.687 3.500 13.045 4.000 4.000 14.908 4.308 4.500 16.772 4.591 5.000 18.635 4.860

Gambar 5.28 Mercu Ogee

Hd (0,0)

xy

0.282 Hd


V - 40

5.5.3. Saluran Transisi

Bentuk saluran transisi ditentukan sebagai berikut :

Gambar 5.29 Bagian Transisi Pada Bangunan Pelimpah

Dengan ketentuan tersebut diatas dan keadaan topografi yang ada

dimana b1 = 40 m, b2 = 20 m maka :

• y = ( )2

20-40 = 10 m

• l = 115 m

• l = θtg

y =

θtg10

• 115 = θtg

10

+207.00+224.2140 20

115

• θ = 5 ˚

• S = ∆H:1

• 0,15 = 115

H∆

• ∆H =17,21 m


V - 41

Gambar 5.30 Penampang Melintang Saluran Pengatur

5.5.4 Saluran Peluncur

Saluran peluncur dalam perencanaan ini dibentuk sebagai berikut :

• b1 = b2 = 20 m

• l = 95 m

• S = 0,34

• ∆H = l x S

= 95 x 0,34 = 32 m

Gambar 5.31 Penampang Memanjang 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.

17.21

115

+207.000

+175.000

32 m


V - 42

5.5.5 Peredam Energi

Guna mereduksi energi aliran air dari saluran peluncur spillway,

maka di ujung hilir saluran tersebut dibuat suatu bangunan yang disebut

peredam energi pencegah gerusan (scour protection stilling basin).

Saluran peredam energi direncanakan sebagai berikut

• b1 = b2 = 20 m

• L = 29 m

• Menggunakan kolam olak type USBR II

Dari perhitungan HEC-RASdidapat :

Karena Fr = 6.3 > 4,5 dan Q = 244,2 m3/dtk maka digunakan

kolam olak type USBR type II.

Gambar 5.32 Bentuk Kolam Olakan


V - 43

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 II. Saluran transisi

diperlukan karena adanya perubahan bentuk penampang saluran pengatur

dengan saluran peluncur. Bentuk saluran transisi ditentukan sebagai

berikut :

Gambar 5.33 Panjang Loncatan Hidrolis Pada Kolam Olak Datar

• Dengan Fr = 6.30 dari grafik didapatkan nilai L/D2 = 4

• Fr = 1Dg

V

• 6,30 = 1*8,9

68,16D

• D1 = 0.715 m

6.30


V - 44

• D2/D1 = 0,5 x [ ( ) 1-81 2r

F+ ]

• D2/0.715 = 0,5 x [ )30.6*81( 2+ -1 ]

• D2 = 6,02 m

• L = 4 * 6,02 = 28,08m ~ 29 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 5.34 Ukuran Gigi-Gigi Pemencar dan Gigi-Gigi Benturan Aliran

1. Dimensi kolam olakan

1. Ukuran kolam olakan adalah 20 m x 29 m

2. Ukuran gigi-gigi pemencar aliran adalah Dl = 0.715 m ≈ 0,75 m,

karena lebar ujung saluran peluncur adalah 20 m maka jumlah gigi-


V - 45

gigi dibuat 13 buah @ 0,75 m, jarak antara gigi-gigi = 0,75 m dan

jarak tepi ke dinding masing-masing = 0,625 m, cek jumlah jarak =

13 * 0,75 * + 12 * 0,75 + 2 * 0,625 = 20 m

3. Ukuran ambang ujung hilir kolam olakan dengan mengacu pada

gambar 5.26 didapatkan nilai D2 = 6,02 S2 = 0,15 * 6,02 = 1 m,

karena lebar kolam olakan adalah 20 m maka jumlah gigi-gigi

dibuat = 10 buah @ 1 m, jarak antara gigi-gigi = 1 m dan jarak tepi

ke dinding masing-masing = 0,5 m cek jumlah jarak = 10 *1 +

9 * 1 + 2 * 0,5 = 20 m

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 aliran

Fb = Tinggi jagaan

C = Koefisien = 0,1 untuk penampang saluran berbentuk

persegi panjang dan 0,13 untuk penampang berbentuk

trapesium

V = Kecepatan aliran (m/dtk)

d = Kedalaman air di dalam saluran (m)

Tinggi jagaan pada kolam olakan adalah sebagai berikut :

d = 2,69 m

b = 20 m

A = 2,69 * 20 = 53,8 m²

V = Q/A = 244,2 / 53,8 = 4,54 m/dtk


V - 46

Tinggi jagaan :

Fb = 0,10 * 4,54 * 2,69

Fb = 1,22 m

Atau

Fb = 0,6 + (0,037 * 4,54 * 2,691/3)

Fb = 0,833 m

Dipakai nilai tertinggi yaitu Fb = 1,22 m dibulatkan Fb = 1,5 m.

5.5.6 Rencana Teknis Hidrolis

Garis dasar saluran ditentukan dengan perhitungan hidrolik yang dilakukan

mengacu pada persamaan Barnoulli.Dalam menentukan dimensi, kecepatan aliran,

bilangan Froude dibantu dengan program HEC-RAS.

Elevasi ambang hilir = elevasi ambang udik

ehhdg

Vhd

gV

++2

=+2 2

22

1

21

13

4

2221

22 ..

22l

R

Vng

Vg

Vhe ∆++=

34

22 .=

R

VnS

1∆.= lShL

di mana :

V1 = Kecepatan aliran air pada bidang-1 (m/dtk)

V2 = Kecepatan aliran air pada bidang-2 (m/dtk)

hd1 = Kedalaman air pada bidang-1 (m)

hd2 = Kedalaman air pada bidang-2 (m)

∆l1 = Panjang lereng dasar diantara bidang-1 dan bidang-2

∆l = Jarak horisontal diantara bidang-1 dan bidang-2


V - 47

R = Radius (jari-jari) hidrolika rata-rata pada potongan saluran

yang diambil

S0 = Kemiringan dasar saluran

S = Kemiringan garis energi

hl = Kehilangan energi karena gesekan dan lain-lain

he = Perbedaan tinggi antara garis energi dengan permukaan air

(m)

n = Angka kekasaran saluran = 0,01

5.5.6.1 Perhitungan dengan program HEC-RAS

1. Geometric Data

Dalam geometric data kita input dimensi rencana dari saluran

pelimpah untuk setiap cross section. Setiap cross section mempunyai

dimensi dan elevasi yang berbeda sesuai dengan gambar rencana. Dalam hal

ini saluran pelimpah dibagi dalam 19 cross section. 17 cross section yang

akan di Run dalam supercritical dan 2 cross section yang di Run dalam

subcritical.

Gambar 5.35 Pembagian Cross Section


V - 48

2. Steady Flow Data

Dalam steady flow data kita input debit banjir yang melalui spillway

dalam hal ini adalah 244,2 m³/dtk dan elevasi air diatas mercu +231,200.

Gambar 5.37 Steady Flow Data

3. Compute HEC-RAS

Setelah input selesai maka compute bisa dilakukan. Compute dibagi

menjadi 3, subcritical untuk saluran landai, supercritical untuk saluran curam

dan mixed untuk gabungan. Dalam hal ini dilakukan 2 compute yaitu

subcritical dan supercritical.

Gambar 5.36 Pengisian koordinat cross section


V - 49

Gambar 5.38 Compute HEC-RAS

4. Result HEC-RAS

Dengan menggunakan program HEC-RAS kita bisa mencari elevasi

air di atas saluran, kemiringan saluran, kecepatan aliran dan juga bilangan

Froude.

Tabel 5.12 Hasil HEC-RAS compute Supercritical River Sta Profile

Q Total

Min Ch Elv WS Elv

Crit WS E.G Elv

E.G Slope

Vel Chnl

Flow Area

Top Width Froude

m³/s m m m m m/m m/s m² m

17 100 years 244.2 229.21 230.75 230.75 231.49 0.001416 3.86 64.73 44.1 0.99

16 100 years 244.2 228.96 230.14 230.5 231.44 0.003519 5.08 48.88 43.14 1.5

15 100 years 244.2 228.37 229.31 229.91 231.36 0.007434 6.37 38.86 42.51 2.1

14 100 years 244.2 227.34 228.1 228.88 231.24 0.01506 7.89 31.32 42.04 2.88

13 100 years 244.2 225.94 226.58 227.48 231.08 0.027311 9.44 26.13 41.71 3.77

12 100 years 244.2 224.21 224.76 225.75 230.88 0.045447 11 22.38 41.47 4.74

11 100 years 244.2 221.96 222.49 223.57 229.98 0.058118 12.17 20.24 38.81 5.33

10 100 years 244.2 218.97 219.5 220.68 228.55 0.070116 13.38 18.43 35.33 5.85

9 100 years 244.2 215.98 216.53 217.81 226.94 0.077075 14.36 17.19 31.9 6.17


V - 50

8 100 years 244.2 212.98 213.57 214.96 225.24 0.079879 15.22 16.25 28.51 6.35

7 100 years 244.2 209.99 210.63 212.15 223.53 0.079211 16.02 15.49 25.17 6.41

6 100 years 244.2 207 207.71 209.37 221.86 0.075718 16.81 14.83 21.89 6.38

5 100 years 244.2 201.95 202.59 204.32 220.17 0.108078 18.73 13.29 21.7 7.49

4 100 years 244.2 195.21 195.79 197.58 217.25 0.149865 20.67 12.02 21.54 8.68

3 100 years 244.2 188.47 190.85 190.85 191.93 0.001201 4.74 54.93 26.32 0.98

2 100 years 244.2 181.74 182.64 184.11 191.12 0.032803 13.05 19.22 22.42 4.37

1 100 years 244.2 175 175.71 177.37 189.63 0.073701 16.68 14.95 21.9 6.3

Tabel 5.13 Hasil HEC-RAS compute Subcritical River Sta Profile

Q Total

Min Ch Elv WS Elv

CritWS E.G Elv

E.G Slope

Vel Chnl

Flow Area

Top Width Froude

m³/s m m m m m/m m/s m² m

1 100 years 244.2 175 177.69 177.37 178.51 0.000777 4.14 63.34 27.16 0.81

0 100 years 244.2 175 177.38 177.38 178.45 0.00119 4.73 55.09 26.34 0.98


V - 51

5.6 Analisis Stabilitas Bangunan Pelimpah Dengan Plaxis V.7.1

Plaxis V.7.1 yang notabene adalah program analisa geoteknik, terutama

untuk analisa stabilitas tanah dengan menggunakan metode elemen hingga yang

mampu melakukan analisa yang dapat mendekati perilaku sebenarnya. Geometri

tanah yang akan dianalisa memungkinkan untuk diinput dengan cukup teliti.

Karena Plaxis dilengkapi fitur – fitur khusus yang berhubungan dengan banyak

aspek dari struktur geometri yang komplek.

Selain itu Plaxis V.7.1 menyediakan berbagai analisa tentang

displacement, tegangan-tegangan yang terjadi pada tanah, faktor keamanan (SF)

dan lain-lain. Oleh sebab itu pada perhitungan analisa kestabilan bangunan

pelimpah kali ini menggunakan Plaxis V.7.1.

Tabel 5.14 Desain Material untuk Bangunan Pelimpah

kedalaman jenis tanah tipe γ dry γ sat v E c φ ψ k

( KN/m³ ) ( KN/m³ ) ( KN/m² ) ( KN/m² ) ( º ) ( º ) ( m/hari )

timbunan Urugan tanah

pilihan undrained 18 24 0,3 50000 11.25 30 0.05 0.05

0 - 3 m Pasir

kelempungan undrained 12.28 16.11 0.24 20000 14.8 19.97 0.18 5.167E-03

3 - 6 m Lempung kepasiran undrained 11.85 16.04 0.27 2000 12.2 22.11 0.17 4,1E-03

6 - … Tanah keras drained 20.45 24.57 0.3 50000 10.25 8,95 0.11 8.65E-03

5.6.1 Tahap Awal Perhitungan

Tahap- tahap perhitungan kestabilan bangunan pelimpah kali ini seperti

yang dijelaskan pada tahap-tahap perhitungan kestabilan lereng bendung, adapun

yang membedakan hanya pada input geometry line. Tahapan perhitungan

selanjutnya adalah mengidentifikasikan, mendefinisikan , dan mengeksekusi

tahapan fase-fase perhitungan untuk memperoleh output program yang diinginkan

Kedalaman Jenis

Material

Tipe γ dry

( KN/m³ )

v E

( KN/m² )

N/A Beton

Bertulang

Linear

Elastic

30 0,3 7,5 E +6


V - 52

dengan menekan toolbar untuk menuju PLAXIS CALCULATION V

7.1.

5.6.2 Plaxis Calculations

Perhitungan stabilitas Waduk Ciniru dengan Plaxis 7.1 ditinjau pada

kondisi-kondisi di bawah ini.

1. Kondisi tanah asli, kondisi dimana tegangan dan regangan awal akibat

berat tanah sendiri

2. Kondisi pelimpah, kondisi dimana terjadi tegangan dan regangan yang

diakibatkan oleh beban pelimpah dengan muka air sama dengan muka

air tanah.

3. Kondisi air normal, kondisi dimana terjadi tegangan dan regangan

yang diakibatkan oleh beban pelimpah dan air pada tampungan terisi

sampai puncak mercu pelimpah.

4. Kondisi melimpah, kondisi dimana air pada tampungan melimpah

diatas mercu pelimpah.

Gambar 5.40 Material Sets Gambar 5.39 Input Geometry


V - 53

5.6.3 Plaxis Output V 7.1

A. Kondisi tanah asli

Kondisi tanah asli adalah kondisi dimana belum ada timbunan dan

bangunan pelimpah diatasnya. Gaya-gaya yang bekerja adalah akibat berat

tanah asli sendiri dan tekanan air tanah. Setelah dilakukan perhitungan dengan

Plaxis 7.1 didapat bahwa pada kondisi ini terjadi deformasi sebesar 2,93 cm

dengan angka keamanan 2,37.

Gambar 5.41 Tampilan Plaxis Calculations dan Parameter yang Akan Diperhitungkan

Gambar 5.42 Arah Pergerakan Tanah pada Kondisi Tanah Asli


V - 54

B. Kondisi Pelimpah Awal

Kondisi dimana terjadi tegangan dan regangan yang diakibatkan oleh

beban pelimpah dengan muka air sama dengan muka air tanah. Setelah

dilakukan perhitungan dengan Plaxis 7.1 didapat bahwa pada kondisi ini

terjadi deformasi sebesar 14,8 cm dengan angka keamanan 1,84.

C. Kondisi Air Normal

kondisi dimana terjadi tegangan dan regangan yang diakibatkan oleh

beban pelimpah dan air pada tampungan terisi sampai puncak mercu pelimpah.

Setelah dilakukan perhitungan dengan Plaxis 7.1 didapat bahwa pada kondisi

ini terjadi deformasi sebesar 14,8 cm dengan angka keamanan 2,07.

Gambar 5.43 Arah Pergerakan Tanah pada Kondisi Pelimpah awal

Gambar 5.44 Arah Pergerakan Tanah pada Kondisi Pelimpah Dengan Air Normal


V - 55

D. Kondisi Melimpah

Kondisi dimana air pada tampungan melimpah diatas mercu pelimpah.

Setelah dilakukan perhitungan dengan Plaxis 7.1 didapat bahwa pada kondisi ini

terjadi deformasi sebesar 79,6 cm dengan angka keamanan 1,39.

E. Angka Keamanan (Safety Factor)

Dari keadaan-keadaan yang dianalisis dapat diketahui besarnya angka

keamanan pada tiap-tiap keadaan tersebut. Besar angka keamanan ditampilkan

dalam bentuk grafik seperti gambar dibawah ini.

Gambar 5.45 Arah Pergerakan Tanah pada Kondisi Pelimpah Dengan Air Melimpah

Gambar 5.46 Titik Yang Akan Ditinjau


V - 56

Gambar 5.47 Angka Keamanan Titik A,B,C,D,E,F

Gambar 5.48 Grafik Angka Keamanan (SF) Tubuh Bangunan Pelimpah

Tanah Asli

Pelimpah Awal

Kondisi Melimpah

Kondisi Normal


V - 57

5.7. Bangunan Penyadap

Bangunan penyadap dalam perencanaan ini dipakai tipe penyadap

menara, hasil sadapan kemudian dialirkan ke hilir sungai melalui bangunan

pengambilan untuk dimanfaatkan sebagai air baku dan kebutuhan irigasi.

Dan dalam Tugas Akhir kali ini perencanaan bangunan penyadap maupun

bagian-bagian lainnya tidak memperhitungkan perhitungan-perhitungan

strukturnya.

PINTU AIR

MENARA PENGAMBILAN

BETON BERTULANG

BETON BERTULANG

RIP-RAP

JEMBATAN PELAYANAN

Gambar 5.49. Bangunan Penyadap

1. Konstruksi dan pondasi bangunan penyadap menara

Bangunan penyadap menara merupakan banguanan yang berdiri

sendiri, sehingga semua beban luar yang bekerja pada menara tersebut harus

ditampung secara keseluruhan oleh pondasinya. Dasar penentuan konstruksi

dan pondasi bangunan penyadap ditentukan atas dasar beban-beban luar yang

bekerja pada bangunan penyadap, antara lain sebagai berikut :


V - 58

Berat menara beserta perlengkapannya (ruang operasi dan

pengawasan, pintu-pintu dan perlengkapan operasinya, tubuh menara

termasuk tapak menara, berat air di dalam menara, dan kekuatan apung).

Beban-beban lainnya, seperti :

a) Jembatan penghubung.

b) Beban seismik.

c) Tekanan air dari dalam waduk, termasuk air yang terdapat di dalam

menara.

d) Kekuatan angin termasuk tekanan negatif yang biasanya terjadi

pada permukaan menara yang menghadap ke sebelah hilir.

e) Lain-lainnya, seperti tekanan tanah.

Tinggi menara adalah 38 m, yang pembuatannya masih memungkinkan,

baik ditinjau secara ekonomis maupun secara konstruktif. Menara penyadap

berbentuk persegi panjang, didalam menara tersebut terdapat ruang kosong yang

berukuran 8 m x 8 m dan didalamnya terdapat anak tangga untuk memudahkan

exploitasi dan pemeliharaannya.

2. Terowongan Pengambilan

Saluran pengambilan berfungsi sebagai saluran untuk mengalirkan air dari

pintu air menara penyadap di hulu menuju ke saluran pemanfaatan air tampungan

di hilir . Saluran pengambilan direncanakan menggunakan pipa beton K225

berdiameter 1,5 m dan panjang 250,50 m. Lokasi dan formasi saluran diusahakan

sedemikian rupa, sehingga mudah untuk dihubungkan dengan menara penyadap dan

terletak pada kondisi topografi dan geologi yang paling baik. Untuk

penyambungan pipa digunakan angker blok beton bertulang K175 dengan klem

agar pipa terjaga kestabilannya dari getaran-getaran aliran air serta tekanan tanah

disekitar daerah sambungan tersebut. Perencanaan pipa menggunakan perhitungan

HEC-HMS dengan acuan Q25, kebutuhan akan air baku, kebutuhan irigasi, dan

kecepatan aliran pada pipa tersebut 2m/s.


V - 59

3. Terowongan Pengelak

Saluran pengelak berfungsi untuk mengelakkan air yang dibendung oleh

Cofferdam agar tempat yang akan dibuat waduk benar-benar terbebas dari air.

Terowongan saluran pengelak menggunakan pipa beton bertulang K350, supaya

lebih dapat lebih memudahkan pembuatannya serta pekerjaan pelaksanaannya dan

memudahkan exploitasi pemeliharaannya maka dipilih pipa dengan diameter 6,0 m

panjang 310 m yang berpenampang lintang berbentuk ladam yang telah

distandardkan (standard horse-shoe shaped cross section).

Pemilihan diameter pipa dengan menggunakan perhitungan HEC-HMS dan

grafik hubungan harga/volume timbunan cofferdam dengan harga/volume beton

bertulang. Setelah pembangunan waduk selesai, bagian ujung hulu pipa ditutup

beton dan saluran pengelak ini juga berfungsi sebagai saluran pengambilan yang

fungsinya sebagai saluran untuk mengalirkan air dari pintu air menara penyadap di

hulu menuju ke saluran pemanfaatan air tampungan di hilir.

= Kurva Elevasi Cofferdam = Kurva Diameter pipa outlet

Gambar 5.50 Grafik Hubungan Diameter Pipa Dengan Volume Timbunan

Harga (dalam miliar rupiah)

Dia

met

er p

ipa

(m)

Elev

asi c

offe

rdam

(m)


V - 60

4. Perencanaan Pintu Air

Elevasi dasar pintu air terletak diatas elevasi tampungan sedimen , elevasi

tampungan sediman adalah +213,00. Direncanakan elevasi dasar pintu air yaitu

+214m, Lubang sadap direncanakan berbentuk persegi.

Dimensi lubang direncanakan berdasarkan elevasi muka air minimum dan

maksimum tampungan . Pada saat muka air minimum, untuk memenuhi debit air

yang akan dimanfaatkan diharapkan pintu air dalam keadaan dibuka penuh.

Elevasi muka air maksimum : +231,21 m

Elevasi muka air minimum : +229,21 m

Q = v . A

Q : debit penyadap sebuah lubang (m3/dt) = 0,526 m3/dt

(Q kebutuhan air)

A : luas penampang penyadap (m2) = 2 x 0,25 m2

v : kecepatan aliran (m/dt)

maka:

Q = V . A

0,526 = V . (2 x 0,25)

V = 1,052 m/dt 2 m/dt Memenuhi Syarat

Dari perhitungan diatas luas pintu air minimum yang diperlukan saat muka

air minimum adalah 0,5 m2 (2 x 0,25 m2 ) dan didapat kecepatan aliran = 1,052 m/dt

yang dimana dalam perencanaan kecepatan aliran dalam pipa tidak boleh melebihi 2

m/dt. Oleh sebab itu direncanakan pintu air berukuran lebar 0,5 m dan tinggi 0,5 m,

dan pintu air tersebut berupa pintu sorong berbentuk persegi dari plat baja sebanyak

2 buah. Untuk operasional, pintu air disambung dengan batang ulir kemudian untuk

mengoperasikan digunakan keran pemutar yang terletak pada ruang operasi menara

penyadap.


V - 61

Gambar 5.51 Detail Pipa Pengambilan dan Angker Blok


V - 62

K 225

D 30

PINTU AIR

ELEVASI SEDIMEN +214,0 m+213,0 m

BATANG ULIR

BETON BERTULANG

Gambar 5.52 Pintu Air

5.8. Operasional Pintu Air

Debit aliran air pada pintu air tergantung dari elevasi muka air tampungan

dan besarnya bukaan pintu. Operator pintu air harus mengetahui elevasi muka air

tampungan untuk menentukan besarnya bukaan pintu sehingga debit air yang

disalurkan bisa sesuai.

Debit air berdasarkan besarnya bukaan pintu air adalah :

Q = C A Hg ∆2

Q : debit penyadap sebuah lubang (m3/dt) = 0,526 m3/dt (Q kebutuhan

air)

A : luas penampang penyadap (m2) = 2 x 0,25 m2

C : koefisien debit = 0.62

g : percepatan gravitasi = 9,8 m/det²

∆H : tinggi air titik tengah lubang ke permukaan (m)


V - 63

Tabel 5.14 Operasional Pintu Air

Elevasi muka air (m) Bukaan pintu air (m) 229.21 0,09987 229,46 0,09903 229.71 0.09822 229.96 0.09742 230.21 0.09664 230.46 0.09588 230.71 0.09514 230.96 0.09441 231.21 0.09371

Sumber: Hasil Perhitungan

0.0910.0920.0930.0940.0950.0960.0970.0980.099

229.21 229,46 229.71 229.96 230.21 230.46 230.71

Bukaan

Pintu (m

)

Elevasi Muka Air (m)

Grafik Operasional Pintu Air

Gambar 5.53 Grafik Tinggi Bukaan Pintu dan Elevasi Tampungan untuk Memenuhi Debit Kebutuhan

bab v perencanaan konstruksi - eprints.undip.ac.ideprints.undip.ac.id/34036/7/1905_chapter_v.pdf ·...

Documents