bab vii _ perancangan bendung

BAB VII

PERANCANGAN BENDUNG

6.1 ANALISIS TINGGI MERCU BENDUNG

Tinggi mercu bendung dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu :

1. Elevasi sawah bagian hilir tertinggi dan terjauh;

2. Elevasi kedalaman air di sawah;

3. Kehilangan tekanan dari saluran tersier ke sawah;

4. Kehilangan tekanan dari saluran sekunder ke saluran tersier;

5. Kehilangan tekanan dari saluran primer ke saluran sekunder;

6. Kehilangan tekanan karena kemiringan saluran;

7. Kehilangan tekanan di alat – alat ukur;

8. Kehilangan tekanan dari sungai ke saluran primer;

9. Persediaan tekanan untuk eksploitasi;

10. Persediaan untuk bangunan lain.

Tinggi mercu bendung, p, yaitu ketinggian antara elevasi lantai udik

atau dasar sungai di udik bendung dan elevasi mercu. Dalam menentukan

tinggi mercu bendung maka harus dipertimbangkan terhadap :

1. Kebutuhan penyadapan untuk memperoleh debit dan tinggi tekan;

2. Kebutuhan tinggi energi untuk pembilasan;

3. Tinggi muka air genangan yang akan terjadi;

4. Kesempurnaan aliran pada bendung;

5. Kebutuhan pengendalian angkutan sedimen yang terjadi di bendung;

6. Tinggi mercu bendung, dianjurkan tidak lebih dari 4,00 meter dan minimum

0,5 H (H = tinggi energi di atas mercu).

63

Tabel 7.1 Elevasi Mercu Bendung Berdasarkan Elevasi Di Sawah

No Variable

Tinggi / Energi

Satuan

1 Elevasi tertinggi di sawah (A) = 98.000 m2 Tinggi lapisan air di sawah (a) = 0.1 m3 Kehilangan energi di boks kuarter = 0.05 m4 Kehilangan energi di boks bagi kuarte r(c) = 0.1 m5 d (Pengambilan saluran irigasi) = 0.761 m6 Kehilangan energi di boks bagi tertier = 0.05 m

7Kehilangan energi di bangunan sapdap tertier (G) = 0.713 m

8 Variasi tinngi muka air h100 = 0.107 m9 Kehilangan energi di pintu pengambilan = 0.2 m10 Kehilangan energi pada bangunan Terjun = 0 m11 Faktor keamanan = 0.095 m P(Jumlah keseluruhan) = 100.176 m

Tabel 7.2 Elevasi Mercu Bendung Berdasarkan Kebutuhan Tinggi Tekanan

Elevasi mercu bendung berdasarkan kebutuhan tinggi tekanan satuanPanjang penangkap sedimen = 100 mPanjang saluran pengantar ke penangkap sedimen = 5 m

Kemiringan permukaan sedimen di penangkap sedimen = 0.016 Elevasi dasar penangkap sedimen di bagian hilir = 98.000 Elevasi muka air di penangkap sedimen di bagian hilir = 100.2 Elevasi Permukaan air di kantong sedimen bagian hulu = 101.8 Elevasi permukaan air di hulu saluran pengantar/tepat di hilir intake = 101.8 Kehilangan tekanan pada intake diambil = 0.2 Elevasi muka air hulu intake = 102 Kehilangan tekanan akibat eksploitasi = 0.1 Ketinggian elevasi mercu bendung = 102.1

1. Kehilangan energi di setiap bangunan

Berdasarkan KP-02 BENDUNG didapatkan data sebagai berikut:

a. Bangunan sadap= 0,05 m

b. Bangunan bagi dan sadap = 0,1 m

c. Bangunan Terjunan = 1,4 m

d. Gorong-gorong = 0,05 m

e. Jembatan = 0,1 m

f. Bangunan ukur = 0,4 m

64

g. Kantong lumpur = 0,25 m

h. Pintu intake = 0,2 m

i. Talang = 0,1 m

2. Kehilangan energi karena exploitasi = 0,1 m

6.2 ANALISIS TINGGI MUKA AIR SEBELUM PEMBENDUNGAN

Data-data:

Q100 = 443,00 m3/dt

Q min sungai = 12 m3/dt

Luas daerah irigasi = 1928,1 Ha

Kemiringan dasar sungai (I) = 0,08

Lebar dasar sungai (B) = 30,05 m

Lebar bagian atas tebing = 82 m

Kedalaman tebing = 4,14 m

Kemiringan talut = 1

1. Luas penampang basah (A)

A = (B+(m.h)).h

= (30,05+(1.1)).1

= 31,15 m2

2. Keliling basah (P)

P = (B+2.h.(m2+1)0.5

= (30,05+(2.1.(1^2+1)0.5

= 4,14 m

3. Jari- jari hidrolis (R)

R = A/P

= 31,15/4,14

= 7,52 m

65

4. Kecepatan aliran sungai (V)

V = Ks . R2/3 . I0.5

= 45. 0,8872/3 . 0,080,5

= 0,79 m/dt

6.3 PINTU PEMBILAS (UNDER SLUICE)

Data Rumus Nominal Satuanb sungai 82 m

Bb 1.2 b 98 m/sb pembilas 1/10 Bb 9.80 m3/s

Pintu pembilas di buat 1 buah,dengan pilar 1 buah ( 1 m)b 8.80 my 1.50 m

Kecepatan pintu pembilasc 3.2 - 5.5 3.2 d 0.2 mv 1.5 c sqrt(d) 2.15 m/s

Debit yang mengalir pada pintuμ 0.8 Q Q = μ.b.y.sqrt(2.g(P-1/2y) 86.24 m3/sQ Q = μ.b.p.sqrt(2.g(1/3P) 152.15 m3/s

Berdasarkan KP-02 BENDUNG ditentukan :

Lebar pintu pembilas + pilar = (1/6 s/d 1/10) x lebar sungai rata-rata

= 1/6 x 14,64

= 8,80 m

Dipakai 1 unit pintu

Lebar pilar dipakai = 1m

Lebar pintu pembilas = 1 m

Tinggi pintu Pembilas under sluice dipakai (y) = 1,5 m

Kecepatan Pintu Pembilas

C = 3,2 berdasarkan KP-02 BENDUNG ketentuannya sbb (3,2- 3,5)

d = 0,2 m (diameter butiran yang dikuras)

V = 1,5 .C . √d

= 1,5 . 3,2.√0,2

= 2,15 m/dt

66

Debit yang mengalir pada pintu

μ = 0,8

b = 1 m

y = 1,5 m

P = 3,95 m

Q pada keadaan pintu dibuka setinggi under sluice

Q = μ . b. y. √2.g.(p-0,5y)

= 0,8 . 1. 1,5. √2.9,81.(3,95-0,5.1,5)

= 86,24 m3/dt

Q pada keadaan pintu dibuka setinggi mercu bendung

Q = μ . b. P. √2.g.(1/3 . P)

= 0,8. 1. 3,95. √2.9,81.(1/3 . 3,95)

= 152,15 m3/dt

6.4 PANJANG MERCU BENDUNG EFEKTIF

Rumus:

Be = Bb – 2(n.Kp + Ka). He

Dengan:

Bb = Panjang mercu bruto = 20 m

Kp = Koefisien konstraksi pilar (= 0,01; KP-02 Bendung)

Ka = koefisien konstraksi pangkal bendung (= 0,1; KP-02 Bendung)

He = Tinggi energi/ tinggi muka air

n = jumlah pilar

Be = 20 – 2(1.0,01 + 0,1). He

Be = 20 - 0,24 He

6.5 TINGGI MUKA AIR BANJIR DI HULU

Rumus:

Q100 = C.Be.He2/3

Dengan:

67

Q100 = Debit banjir rencana

C = Koefisien debit pelimpah; dihitung menggunaka persamaan C = 3,97

(He/Hd)0,12 dimana He = Ha; dari persamaan tersebut diperoleh nilai C = 2,19

(Open chanel hydraulic V.T. Chow)

Be = Panjang mercu efektif

He = Tinggi energi

Perhitungan ini menggunakan metode trial dan error dengan ketentuan Be >

lebar sungai rata-rata (panjang mercu)

mencari y & H1Q 443.00 m3/dt

Be (asumsi) 35.5 mg 9.81 m2/dtq 12.479 m3/dt.m

maka y = 2.513 mmaka H1 = 3.770 m

tinggi mercu (P) 4.149 m

P/H1= 1.101 didapat dari grafik

Co= 1.1 C1= 0.96 C2= 0.997 Cd= 1.053

7.6 DIMENSI PEREDAM ENERGI

El. Banjir hulu = El. dasar sungai + tinggi mercu + hd

El. Banjir hilir = El. dasar sungai + hd

Z = El. Banjir hulu - El. Banjir hilir

Q 100 = 443 m3/dt

Data RumusNomina

l SatuanP Didapat 4.1 m

Dasar Lantai Bawah Asumsi dulu 1 m

z h+ Dasar Lantai Bawah 5.1 m

68

gravity 9.81 9.81 m/s2V1 (2g (z+0,5h))^0,5 11.90 m/sq Qrencana/Befektif 4.56 m3/s/my1 q/V1 0.383 m

Fr1 V1/(gy1)^0,5 6.139USBR Tipe

IIIKOLAM OLAK TIPE III

y2 y2 = 0,5 y1 ((1 + 8Fr12)^0,5-1) 3.14 mn n = y1 (18-Fr1)/18 0.25 mn3 n3 = y1 (4-Fr1)/6 0.65 m

0,2 n3 0.2 0.13 m0,675 n3 0.675 0.44 m0,75 n3 0.75 0.49 m0,5 y1 0.5 0.19 m0,82 y2 0.82 2.58 m2,7 y2 2.7 8.48 m

∆h ∆h= (z + hd) - (n + y2) 5.57 mLj Lj = 5 (n + y2) 16.97 m

Kecepatan aliran di kaki bendung (V1)

V1 = √2.g.(0,5 . He+Z)

= √2.9,81. (0,5 .3,76+3,947)

= 11,90 m/dt

Tinggi muka air di kaki bendung (Y1)

Y1 = Q100V1

= 434,66413,23

= 0,383 m

Bilangan Froud (Fr)

Fr = V1

√g . Y1

= 13,23

√9,81. 1,72

= 6,139 ; dipakai kolam USBR tipe 3

69

Kedalaman air di ambang ujung (Y2)

Y2 = Y1/2

√( 8 . Fr2 ) - 1

= 1,72/2

√( 8 .3,222 )−1

= 3,14 m

Panjang kolam olak :

L = 2,7 . Y2

L = 2,7 . 3,14

L = 16,97 m

Jadi, panjang ruang olak L = 16,97 m

7.7 PINTU PENGAMBILAN

Data RumusNomina

l Satuant 0.1 0.10 mz 0,15 - 0,30 0.2 mn 0.05 0.05 mμ 0.8 0.8 d 0,15-0,25 0.2 mP Asumsikan dulu 4.1 mp 0,5 - 1,5 0.5 m

Qpengambilan 1,2 x Q primer 3.597 m3/sha P-p 3.6 mh h = ha -z 3.4 ma a = P - z - p + t 3.5 m

bef (Lebar Bukaan) bef = Qpengambilan / (μ a (2gz)^0,5) 0.70 m

Pada hal ini kami menggunakan pintu pengambilan tipe aliran bebas, maka

dari itu berdasarkan KP-02 Bendung didapat data sebagai berikut:

z = 0,15 – 0,3; dipakai z = 0,2 m

Qpengambilan = Qprimer x 1,2

= 2,99 x 1,2

= 3,597 m3/dt

μ = 0,8

70

t = 0,1 m

ρ = 0,5 m

h = ha - z

= 3,4 – 0,2

= 3,2 m

Tinggi bukaan pintu (a) = h + t

= 3,2 + 0,1

= 3,3 m ; dipakai a = 3,3 m

Lebar pintu (b) = Q pengambilan

μ . a .√2 . g . z

= 3,2512

0,8 .3,3 .√2. 9,81 . 0,2

= 0,6 m ; dipakai b = 0,6 m

Kesimpulan:

Tinggi bukaan pakai (a) = 3,5 m

Lebar pintu pakai (b) = 0,7 m

Banyaknya pintu = 1 unit

7.8 LANTAI DEPAN

Data RumusNomina

l Satuan∆h ∆h= (z + hd) - (n + y2) 5.57 mI Kemiringan 0.08

L keritis L = ∆h/i 69.57 mL Bawah Bendung 2,7 y2 8.48 m

L lantai Depan L = L Keritis - L Bawah Bendung 61.09 m

Data-data:

∆h = 5,57 m

Karena data-data kurang, maka diasumsikan:

Υsat = 1,73 T/m3 ; tanah latosol (lanau berbatu)

Υair = 1 T/m3

Y ‘ = Ysat – Yair

71

= 1,73 – 1

= 0,73 T/m3

I kritis = Y '

Yair

= 0,73

1

= 0,73 T/m3

Lkritis = ∆ h

i

= 3,9470,08

= 69,57 m

Jadi panjang lantai depan dapat ditentukan:

Ldepan = Lkritis – L Bawah Bendung

= 69,57 – 8,48

= 61,09 m

7.9 KANTONG LUMPUR

Data-data:

Q pengambilan = Q primer = 2,99 m3/dt

Berdasarkan KP-02 Bendung didapat data-data sebagai berikut:

Ukuran partikel rencana = 0,06 -0,07; diambil 0,07 mm

Volume bahan layang yang harus diendapakan = 0,6 0/00 ; diambil = 0,0006

Volume kantong lumpur = (0,0006.2,7093)(2.7.24.3600)

= 1966,302 m3

1. Luas rata-rata perkiraan kantong lumpur

Perkiraan awal ; LB = Qn/w

Faktor bentuk = 0,7 untuk pasir alamiah.; KP-02 Bendung

Suhu air 200

w = 3,2 mm/dt = 0,0032 m/dt; grafik KP-02 Bendung

72

maka LB = Q pengambilan

w

= 2,70930,0032

= 846,6563 m2

2. Mencari dimensi saluran kantong lumpur

Untuk mencegah aliran tidak terjadi endapan di dalam kantong, maka

L/B > 8; KP-02 Bendung

L >8B

8B.B < 741,2693

Didapat :

B = 10,28747 m

L = 82,29976 m

Dipakai:

B = 7 m

L = 80,00 m

3. Menentukan kemiringan saluran (In)

Asumsi:

Kemiringan talut (m) = 1,5

Vn = 0,7 m/dt; KP-02 Bendung

Ks = 40

Luas penampang basah (An)

An = Qn/Vn

= 2,7093/0,7

= 3,8704 m2

hn = An/B

= 3,8704/ 8

= 0,5529 m

b = B- (2. m . hn)

73

= 8 – (2. 1,5. 0,5529)

= 5,3412 m ; dipakai b = 2 m

Pn = b + (2. hn. (1+1,52)0,5

= 2 + (2. 0,5529 (1+1,52)0,5

= 3,9936 m

Rn = A/P

= 3,8704/3,9936

= 0,9692 m

In = (Vn/ (Ks. Rn2/3)2

= (0,7/ 40 . 0,96922/3 )2

= 0,000319

4. Menentukan kemiringan saluran pembilas pada kantong Lumpur (Is)

Q pembilas kantong lumpur = 1,2 . Qpengambilan

= 1,2 . 2,99

= 3,597 m3/dt

Vs = 1,5 m/dt; KP-02 Bendung

Ks = 40

As = Qs/Vs

= 3,2512/1,5

= 2,1674 m2

b = B- (2. m . hn)

= 8 – (2. 1,5. 0,5529)

= 5,3412 m ; dipakai b = 2 m

hs = As/b

= 2,1674/ 2

= 1,0837 m

Ps = b + (2. hs. (1+1,52)0,5

= 2 + (2. 1,0837 (1+1,52)0,5

= 5,9074 m

Rs = As/P

74

= 2,1674/5,9074

= 0,3669 m

Is = (Vs/ (Ks. Rs2/3)2

= (1,5/ 40 . 0,36692/3 )2

= 0,005354

5. Menentukan bilangan froud (Fr)

Fr = Vs/ (9,81. hs)0,5

= 1,5/ (9,81. 1,0837)0,5

= 0,725 < 1 maka aliran ini adalah aliran subkritis, OK.

6. Cek panjang kantong lumpur

hn = 0,5529 m

Vn = 0,7 m/dt

w = 0,0032 m/dt

maka:

hn/w = L /Vn

L = (hn.Vn)/w

= (0,5529 . 0,7)/0,0032

= 190,29 m = 191 m, OK.

75

Gambar 7.1 Penampang Kantong lumpur

(Sumber : KP-02 Bendung, Dirjen Bina Marga)

7.10 STABILITAS BENDUNG

Gambar 7.2 Bendung

1. Menghitung Luas

Bagian 1 = ( 2.1 x 0.91 )

= 1.765 m2

Bagian 2 = ( 4.1761 x 3.44 )

= 15.6094 m2

Bagian 3 = ( 0.5 x 4.176 x 4.1744)

= 9.012 m2

Bagian 4 = ( 2 x 2.0494 )

= 3.978 m2

Bagian 5 = ( 1 x 5.6114 )

= 5.882 m2

Bagian 6 = ( 0.5 x 1.25 x 1.5 )

= 1.3700 m2

Bagian 7 = ( 18.96 x 1 )

= 17.79 m2

Bagian 8 = ( 2.8 x 1.4 )

= 3.68 m2

Bagian 9 = ( 1 x 2.8 )

76

=2.73 m2

Bagian 10 = ( 1.0494 x 2.8 )

= 2.6 m2

2. Menghitung Gaya

Gambar 7.3 Stabilitas Bendung

Bagian 1 = ( Luas x Berat jenis beton )

= 1.911 x 2.4

= 4.586


= 14.368 x 2.4

= 34.48


= 8.718 x 2.4

= 20.92


= 4.0988 x 2.4

= 9.837


= 5.6114 x 2.4

= 13.467


= 2.377 x 2.4

= 5.704

77


= 18.96 x 2.4

= 45.5


= 3.92 x 2.4

= 9.408


= 2.8 x 2.4

= 6.72


= 2.938 x 2.4

= 7.05


= 4.74 x 2.4

= 11.376


= 0.75 x 2.4

= 1.8


= 0.261 x 2.4

= 0.6264


= 0.261 x 2.4

= 0.6264


= 0.75 x 2.4

= 1.8

∑ = 152.300 ton/meter

3. Menghitung Lengan

Bagian 1 = 5.8944

Bagian 2 = 2.084

78

Bagian 3 = 1.392

Bagian 4 = 1.024

Bagian 5 = 0.5

Bagian 6 = 1.45

Bagian 7 = -0.45

Bagian 8 = -0.7

Bagian 9 = -0.5

Bagian 10 = -1.52

Bagian 11 = 1.23

Bagian 12 = 0.48

Bagian 13 = 0.65

Bagian 14 = 0.65

Bagian 15 = 0.48

4. Menghitung Momen

Bagian 1 = ( Gaya x Lengan )

= ( 4.58 x4.586 )

= 21.025


= ( 34.48 x 2.084 )

= 71.87


= ( 20.92 x 1.39 )

= 29.131


= ( 9.837 x 1.024 )

= 10.08


= ( 13.46 x 0.5 )

= 6.733


= ( 5.7 x 1.45 )

79

= 8.27


= ( 45.5 x -0.45 )

= -20.47


= ( 9.408 x -0.7 )

= -6.585


= ( 6.72 x -0.5 )

= -3.36


= ( 7.05x -1.52 )

= -10.717


= ( 11.37 x 1.23 )

= 13.99


= ( 1.8 x 1.23 )

= 13.992


= ( 0.6264 x 0.65 )

= 0.407


= ( 0.6264 x 0.65 )

= 0.407


= ( 1.8 x 0.48 )

= 0.864

Total = 122.5144 ton.m

∑ = ∑Gaya x 2.3

= 173.9141 x 2.3

80

= 4000.0243 ton

7.11 GAYA GULING

Data tanah keras

ɣw = 1 t/m2 ø = 00 H1 = 3,95 m

ɣ sat = 1,73 t/m2 Kp = 1 s = 1,5

1. Menghitung Kp

tan2(45+(ϕ/2) = TAN(45+(0/2)2)

= 1

2. Menghitung Pp

Pp 1 = (0,5 x H2 x ɣ x Kp)

= ( 0,5 x 3.952 x 1 x 1)

= 7.7894 ton

Pp 2 = ( H1 x H2 x ɣ x Kp)

= ( 3.95 x 4.0625 x 0,73 x 1)

= 11.7053 ton

Pp 3 = (0,5 x H2 x ɣ )

= ( 0,5 x 4.06252 x 0,73

= 6.0239 ton

Pp 4 = (0,5 x H2 x ɣ )

= ( 0,5 x 4.06252 x 1 )

= 8.251 ton

Pp 5 = (0,5 x H2 x ɣ x Kp)

= ( 0,5 x 4.06252 x 1 x 1)

= 24.654 ton

Pp 6 = ( H1 x H2 x ɣ x Kp)

= ( 3.95 x 4.0625 x 0,73 x 1)

= 15.378 ton

Pp 7 = (0,5 x H2 x ɣ )

= ( 0,5 x 4.06252 x 0,73 )

= 3.285 ton

81

Pp 8 = (0,5 x H2 x ɣ )

= ( 0,5 x 4.06252 x 1 )

= 4.5 ton

3. Menghitung momen pengguling

Momen Pengguling = (Pp 1 x H) + (Pp 2 x H) + (Pp 3 x H) + (Pp 4 x H) +

( Pp 5 x H) + (Pp 6 x H) + (Pp 7 x H) + (Pp 8 x H)

= (7.789 x 3,95) + (11.70 x 4.0625) +( 6.023 x 4.06) +

( 8.25x 4.062 ) + (24.654 x 7.02) + (15.37 x 3)+

(3.285 x 3) + (4.5 x 3) = 62,006 ton m

Momen Penahan = 152,300 ton m

Momen Pengguling = 62,006 ton m

Cek keamanan

Momen Pengguling < Momen Penahan

1,5

M pengguling < M penahan

62,006<152,300 ( Aman )

7.12 GAYA GESER

1. Menghitungtgδa

Tgδa = 1

2. MenghitungCa

Ca = 0

3. Menghitung∑ Fh

Fh kiri bendung = Pp 1 + Pp 2 + Pp 3 + Pp 4

= 7.789 + 11.70 + 6.023 + 8.25

= 33.770 ton

4. Menghitung ∑ Fv

Fv = Bagian 1 + Bagian 2 + Bagian 3 + Bagian 4 + Bagian 5 + Bagian 6

+ Bagian 7 + Bagian 8 + Bagian 9 + Bagian 10 + Bagian 11 +

Bagian 12 + Bagian 13 + Bagian 14 + Bagian 15

= 1.911 + 14.39 + 8.718 + 4.098 + 5.611 + 2.37 + 18.96 + 3.92 +

+ 2.8 + 2.398 + 4.74 + 0.75 + 0.261 + 0.261 + 0.75

= 72.464 ton

82

Gaya angkat bendung = 5.2049 ton

∑ Fv = Fv - Gaya angkat bendung

= 72.464 – 5.2049 = 67.2591 ton

5. Cek keamanan stabilitas geser

F penggeser = 81.588 ton

F penahan = 286,702 ton

∑ F.H < ∑ F.V

F penggeser = 54,788 < F penahan = 286,702 ( OK ! )

7.12 PIPING

Piping atau rembesan pada bendung, maka di buat lintasan rembesan air

No.

Macam Pondas

i CL

1

Pasir sangat halus atau lanau 8,5

2Pasir halus 7,0

3Pasir sedang 6,0

4Pasir kasar 5,0

5Kerikil halus 4,0

6Kerikil sedang 3,5

83

PIPING1 ke 2 3.0625 V2 ke 3 2 H3 ke 4 1.0494 V4 ke 5 2.3 H5 ke 6 1.4841 V6 ke 7 1.2155 H

7 ke 8 1.4842 V8 ke 9 16.97 H

9 ke 10 1 V10 ke 11 3.32 H11 ke 12 3.0494 V

Rumus Piping

( ∑Lv + 1/3 ∑LH ) / ∆H < cL

Maka di dapatkan piping dari hasil melihat table koefesien lane (cL) =

13,2909 > 6.0 (Pasir sedang) OK

84

bab vii _ perancangan bendung

Documents