DESAIN HIDROLIS MERCU BENDUNG (1)Kamis, April 04, 2013Muhammad Ikram MjNo commentsKirimkan Ini lewat EmailBlogThis!Berbagi ke TwitterBerbagi ke Facebook1. Bentuk mercu bendung(merujuk pada KP-02, Bagian 4.2.2)Untuk menjaga agar kondisi aliran yang melimpah diatas mercu stabil, bentuk mercu bendung harus direncanakan secara hati-hati dari segi hidrolis.Dua tipe mercu bendung tetap di sungai yang biasa digunakan di Indonesia adalah tipe mercu bulat dan tipe mercu ogee, sebagaimana diuraikan di bawah ini:1.1. Mercu bulat

Mercu bendung bulat mempunyai koefisien debit yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan mercu bendung ambang lebar.Pada sungai, ini akan banyak memberikan keuntungan karena bangunan ini akan mengurangi tinggi muka air hulu selama banjir. Harga koefisien debit menjadi lebih tinggi karena lengkung streamline dan tekanan negatif pada mercu.

1.2.Mercu OgeeMercu Ogee berbentuk tirai luapan bawah dari bendung ambang tajam aerasi. Oleh karena itu mercu ini tidak akan memberikan tekanan subatmosfer pada permukaan mercu sewaktu bendung mengalirkan air pada debit rencana. Untuk debit yang lebih rendah, air akan memberikan tekanan ke bawah pada mercu.Untuk merencanakan permukaan mercu Ogee bagian hilir, US. Army Corps of Engineers telah mengembangkan persamaan berikut :Y/hd = (I/k) . (X/hd)nDimana:X dan Y : koordinat-koordinat permukaan hilir; hd : tinggi energy rencana diatas mercu; K dan n : parameter yang tergantung pada kecepatan aliran dan kemiringan hilir.Harga k dan nKemiringan permukaan hilirkN

Vertikal1 - 0.331 - 0.671 - 12.0001.9361.9391.8731.8501.8361.8101.776

Bagian hulu mercu bervariasi sesuai dengan kemiringan permukaan hilir, seperti terlihat pada gambar berikut :

Posted inDESAIN HIDROLIS MERCU BENDUNG (2)Kamis, April 04, 2013Muhammad Ikram MjNo commentsKirimkan Ini lewat EmailBlogThis!Berbagi ke TwitterBerbagi ke Facebook2. Lebar Bendung

Lebar bendung yaitu jarak antara pangkal-pangkalnya (abutment), sebaiknya sama dengan lebar rata-rata sungai pada bagian yang stabil. Dibagian ruas bawas sungai, lebar rata-rata ini dapat diambil pada debit penuh (bankfull discharge); di bagian ruas atas mungkin sulit untuk menentukan debit penuh.Dalam hal ini banjir rata-rata tahunan dapat diambil untuk menentukan lebar rata-rata bendung.Lebar maksimum bendung hendaknya tidak lebih dari 1.2 lebar rata-rata sungai pada ruas yang stabil.Untuk sungai-sungai yang mengangkut bahan-bahan sedimen kasar yang berat, lebar bendung tersebut harus disesuaikan laga terhadap lebar rata-rata sungai, yakni jangan diambil 1.2 kali lebar sungai tersebut.Agar pembuatan bangunan peredam energi tidak terlalu mahal, maka aliran per satuan lebar hendaknya dibatasi sampai sekitar 12-14 m3/dt.m, yang memberikan tinggi energi maksimum sebesar 3.5 4.5 m (lihat gambar di bawah Lebar efektif mercu).Lebar efektif mercu (Be) dihubungkan dengan lebar mercu yang sebenarnya (B), yakni jarak antara pangkal-pangkal bendung dan/atau pilar-pilar dengan persamaan berikut :Be=B-2.(n.Kp+ Ka).H1(2)dimana:n:jumlah pilar; Kp:koefisien kontraksi pilar; Ka:koefisien kontraksi pangkal bendung (abutment); H1:tinggi energi, mHarga koefisien Kadan Kpdiberikan pada tabel berikut (merujuk pada KP-02, Bagian 4.2.1).Pilar KpUntuk pilar berujung segi empat dengan sudut-sudut yang dibulatkanDengan jari-jari 0.1 dari tebal pilar.0.02Untuk pilar berujung bulat 0.01Untuk pilar berujung runcing 0Abutment KaUntuk abutment segiempat dengan tembok hulu 90 ke arah aliran 0.20Untuk abutment bulat dengan tembok hulu 90 Kearah aliran dengan 0.5 H1> r > 0.15 H10.10Untuk abutment bulat dengan r > 0.5 H1dan tembok hulu tidak lebihdari 45ke arah aliran 0

Dalam memperhitungkan lebar efektif, lebar pembilas yang sebenarnya (dengan bagian depan terbuka) sebaiknya diambil 80% dari lebar rencana untuk mengkompensasi perbedaan koefisien debit dibandingkan dengan mercu bendung itu sendiri (lihat gambar Lebar efektif mercu)

Posted in:Bendung - IrigasiDESAIN HIDROLIS MERCU BENDUNG (3)Kamis, April 04, 2013Muhammad Ikram MjNo commentsKirimkan Ini lewat EmailBlogThis!Berbagi ke TwitterBerbagi ke FacebookDebit yang melimpas lewat mercu dan pintu

Persamaan tinggi energy-debit untuk bendung ambang pendek dengan pengontrol segi empat adalah :Q = Cd. (2/3) . {(2/3).g}. b . (H1)1.5(1)Dimana: Q : debit, m/dtCd: koefisien debit (Cd= C0.C1.C2)g : percepatan gravitasi, m/dt (9.8)b : panjang mercu bendung, mH1: tinggi energy diatas mercu, mKoefisien debit Cdadalah hasil dari:C0: fungsi dari H1/r (lihat gambar berikut)C1: fungsi dari P/H1(lihat gambar berikut)C2: fungsi dari P/H1dan kemiringan permukaan hulu bendung (lihat gambar berikut)C0mempunyai harga maksimum 1.49 jika H1/r lebih dari 5.0. Harga C0sahih apabila mercu bendung cukup tinggi diatas dasar rata-rata alur pengarah (p/H1>1.5).Dalam tahap perencanaan P dapat diambil setengah dari jarak dari mercu sampai dasar rata-rata sungai sebelum bendung dibuat. Untuk harga-harga P/H1 yang kurang dari 1.50 maka gambar tersebut dapat dipakai untuk menemukan faktor pengurangan C1.

Harga-harga koefisien koreksi untuk pengaruh kemiringan muka bendung bagian hulu terhadap debit diberikan pada gambar dari koefisien C2 untuk mercu bendung ogee dengan kemiringan permukaan hulu. Koefisien koreksi (C2) diasumsi kurang lebih sama dengan harga factor koreksi untuk bentuk-bentuk mercu tipe ogee.Harga-harga factor pengurangan aliran tenggelam f sebagai fungsi perbandingan H2/H1 dapat diperoleh pada gambar di bawah. Faktor pengurangan aliran tenggelam mengurangi debit dalam keadaan tenggelam.Koefisien debit efektif Ce adalah hasil Co, C1, dan C2 (Ce = C0. C1. C2).C0adalah konstanta (= 1.30)C1adalah fungsi P/hd dan H1/hd.C2adalah factor koreksi untuk permukaan huluFaktor koreksi C1 disajikan pada gambar factor koreksi untuk selain tinggi energy rencana pada bendung mercu Ogee, dan sebaiknya dipakai untuk berbagai tinggi bendung diatas dasar sungai.Harga-harga C1 pada gambar tersebut berlaku untuk bendung mercu ogee dengan permukaan hulu vertical. Apabila permukaan bendung bagian hulu miring, koefisien koreksi tanpa dimensi C2 harus dipakai; ini adalah fungsi baik kemiringan permukaan bendung maupun perbandingan p/H1. Harga C2 dapat diperoleh pada gambar harga koefisien C2 untuk bendung mercu Ogee dengan kemiringan hulu.

DESAIN HIDROLIS MERCU BENDUNG (4)Kamis, April 04, 2013Muhammad Ikram MjNo commentsKirimkan Ini lewat EmailBlogThis!Berbagi ke TwitterBerbagi ke Facebook3.Kolam Olak(merujuk pada KP-02, Bagian 4.2.4)Gambar berikut menunjukkan metode perencanaan kolam loncat air.

Dari grafik (q) dengan H1 dan tinggi jatuh z, kecepatan V1 di awal loncatan dapat dihitung dengan persamaan :V1={(2g) .[( . H1) + z]}0.5dimana : V1: kecepatan aliran di awal loncatan, m/dt; g : percepatan gravitasi, m/dt (9.8); H1: tinggi energy diatas ambang, m;z: tinggi jatuh, mDengan q = V1. yu,dan persamaan untuk kedalaman konjugasi di loncatan hidrolis adalah :y2/ yu=(1/2) .[1+(8Fr)]0.5Fr=V1/ (g . yu)0.5dimana :y2: kedalaman air diatas ambang ujung, m; yu: kedalaman air di awal loncatan, m; Fr : bilangan Froude; V1: kecepatan di awal loncatan, m/dt;g : percepatan gravitasi, m/dt (9.8)Kedalaman konjugasi untuk setiap q dapat ditemukan dan diplot. Untuk menjaga agar loncatan tetap dekat dengan muka miring bendung dan diatas lantai, maka lantai harus diturunkan hingga kedalaman air hilir sekurang-kurangnya sama dengan kedalaman konjugasi. Untuk aliran tenggelam, yakni jika muka air hilir lebih tinggi dari 2/3 H1 diatas mercu, tidak diperlukan peredam energi.

Panjang Kolam OlakPanjang kolam loncat air di belakang potongan U biasanya kurang dari panjang bebas loncatan tersebut karena adanya ambang ujung (end sill).Ambang yang berfungsi untuk memantapkan aliran ini umumnya ditempatkan pada jarak:Lj =5 ( n + y2)Dimana :Lj: panjang kolam olak, m; n : tinggi ambang ujung hilir, m;y2: kedalaman air diatas ambang, m.Tinggi yang diperlukan ambang ujung ini sebagai fungsi bilangan Froude (Fru), kedalaman air yang masuk (yu), dan tinggi muka air hilir, dapat ditentukan dari grafik pada gambar berikut :

Perhitungan Kolam Olak Tipe MDL dan MDOKolam olak tipe MDL adalah kolam olak tipe loncatan air, sedangkan tipe MDO adalah kolam olak datar dengan ambang ujung hilir. Kedua tipe ini merupakan tipe pengembangan dari tipe bak tenggelam dan kolam olak tipe USBR berdasarkan penelitian hidrolis dari Laboratorium Hidrolika DPMA Bandung.Tahapan dalam desain kolam olak tipe MDL adalah sebagai berikut :1. Dari perencanaan mercu sebelumnya diketahui : Elevasi mercu, lebar bendung efektif Be, jari-jari mercu R (untuk tipe mercu bulat), tinggi muka air banjir diatas mercu h1.2. Direncanakan kemiringan hilir tubuh bendung (misalnya, 1:1)3. Dihitung degradasi hilir berdasarkan kondisi tanah dasar sungai hilir (bila tidak ada data yang pasti asumsi kedalaman gerusan minimal 2.00 m)4. Hitung kedalaman air di hilir, h2 dengan lengkung debit yang diketahui (jika ada), atau dengan pendekatan rumus Manning (dengan parameter hidrolis rata-rata, yaitu : lebar dasar sungai, b; kemiringan talud, m; koefisien kekasaran, n; dan kemiringan dasar sungai, I), atauberdasarkan hasil analisis hidrolika sungai (misalnya dengan analisis hydraulic HEC-RAS)5. Hitung Z = (Elevasi mercu + h1 elevasi dasar sungai dengan keadaan degradasi + h2), atau dengan persamaan Z = (P+h1) h2 d (degradasi)6. Hitung debit persatuan lebar, q = Q/B; dengan : Q = debit banjir rencana, m3/dt; B = lebar total kolam olak, m.7. Hitung parameter energi berdasarkan persamaan : (q/(g.z^3)^0.5)Dan dengan bantuan grafik MDL untuk tipe MDL (peredam energy cekung) dapat dicari : Dr = dalamnya cekungan; R = radius cekungan; Lr = panjang cekungan; dan e = panjang ambang hilir.Atau dengan bantuan grafik MDO untuk tipe MDO (peredam energy kolam datar dengan ambang hilir)8. Pasang rip-rap batu dengan diameter d=30/40 cm di hilir ambang hilir cekungan dengan panjang > 3.00 m dan dalam minimum 4-5 lapis.Sedangkan tahapan untuk desain kolam olak tipe MDO : tahap (1) sampai (6) dan (8) sama seperti diatas, sedangkanuntuk tahap (7) adalah :Hitung parameter energi berdasarkan persamaan : (q/(g.z^3)^0.5)Dengan menggunakan grafik MDO (seperti tercantum di bawah) didapat harga Ds dari harga perbandingan Ds/D2, dimana : Ds = elevasi mercu elevasi kolam olak; D2 = tinggi muka air hilir bendung.Dengan menggunakan grafik MDO diperoleh panjang kolam olak L dari perbandingan L/Ds.

Posted in:Bendung - Irigasi