i

DESAIN SABO DAM DI PA-C4 KALI PABELAN MERAPI

Tugas Akhir

Untuk memenuhi sebagian persyaratan

mencapai derajat Sarjana-1 Teknik Sipil

diajukan oleh :

ENGGAR DYAH ANDHARINI

NIM : D 100 090 035

NIRM : 09.6.106.03010.50035

Kepada :

PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

Maret, 2015

ii

iii

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Wr.Wb. Alhamdulillah , segala puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunianya, sehingga laporan Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Tugas Akhir ini disusun guna melengkapi persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Bersama ini penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah banyak memberikan dukungan sehingga penyusun dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Kemudian dengan terselesaikannya Tugas Akhir ini penulis juga mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak Ir. H. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

2. Bapak Mochamad Solikin, S.T., M.T., Ph.D., selaku Ketua Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

3. Bapak Jaji Abdurrosyid, S.T., M.T., selaku Pembimbing Utama. 4. Bapak Gurawan Djati Wibowo, S.T., M.Eng., selaku Pembimbing

Pendamping. 5. Bapak Ir. Hermono S.B., M.Eng., selaku Anggota Tim Penguji. 6. Bapak Basuki, S.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik. 7. Bapak dan Ibu serta keluarga di rumah, terima kasih untuk doanya. 8. Keluarga besar PT. DDC Consultant, terima kasih bantuannya. 9. Teman-teman satu angkatan 2009 dan teman-teman seperjuangan. 10. Neny Legina, Ari Sambodo, Bagus Setya Sumedi, Septiyana

Sukiyaningrum, Dwi Setyo Nurizal, Masitoh Ambarwati, terima kasih atas dukungannya.

11. Dan seluruh pihak-pihak lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu. Semoga segala bantuan yang diberikan, senantiasa mendapatkan ridho dari

Allah SWT dan semoga Laporan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Amin. Wassalamu’alaikum Wr. Wb.

Surakarta, 7 Maret 2015

Penulis

iv

DAFTAR ISI Halaman

JUDUL ................................................................................................................ i LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................ ii KATA PENGANTAR .......................................................................................iii DAFTAR ISI ..................................................................................................... iv DAFTAR TABEL ............................................................................................ vii DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... ix DAFTAR NOTASI............................................................................................ xi DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xv PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ............................................. xvi ABSTRAKSI .................................................................................................. xvii BAB I PENDAHULUAN ............................................................................... 1 A. Latar Belakang ................................................................................ 1 B. Rumusan Masalah ............................................................................ 1 C. Tujuan dan Manfaat Penelitian ......................................................... 2 1. Tujuan penelitian ......................................................................... 2 2. Manfaat penelitian ....................................................................... 2 D. Batasan Masalah .............................................................................. 2 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................... 3 BAB III LANDASAN TEORI .......................................................................... 6

A. Hujan rata-rata pada suatu daerah .................................................... 6 1. Pengisian data hujan yang hilang ............................................... 6 2. Analisis konsistensi data hujan .................................................. 6

B. Hujan rata-rata pada suatu daerah .................................................... 7 1. Metode rata-rata Aljabar (Mean Arithmatic method) .................... 8 2. Metode Poligon Thiesen .............................................................. 8 3. Metode Isohyet ............................................................................ 8

C. Analisis Frekuensi .......................................................................... 11 1. Distribusi Normal ..................................................................... 12 2. Distribusi Log Normal .............................................................. 12 3. Distribusi Log Pearson Type III ................................................ 13 4. Distribusi Gumbel ..................................................................... 14

D. Penggambaran Kurva ..................................................................... 15 E. Pengujian Kecocokan ..................................................................... 16 F. Hujan Rancangan Efektif ............................................................... 18 G. Banjir rancangan ............................................................................ 19 H. Desain Kriteria Sabo Dam ............................................................. 23

1. Uraian Umum ............................................................................ 23 2. Penentuan Lokasi Sabo Dam ..................................................... 24

v

3. Analisa Mekanika Tanah ........................................................... 24 4. Perencanaan Debit Banjir ......................................................... 27 5. Desain Pelimpah / Peluap ......................................................... 27 6. Desain Main Dam ..................................................................... 29 7. Desain Sub Dam ....................................................................... 33 8. Apron (lantai terjun) ................................................................. 34 9. Dinding Tepi ............................................................................ 35

10. Kedalaman Gerusan Lokal ........................................................ 35 I. Analisis Stabilitas ........................................................................... 36

BAB IV METODE PENELITIAN ................................................................. 39 A. Bahan dan Alat .............................................................................. 39 B. Langkah-langkah penelitian ........................................................... 39 BAB V ANALISIS DAN PEMBAHASAN ..................................................... 42 A. Analisis Debit Masukan (Inflow) .................................................... 42

1. Curah hujan daerah (wilayah) ................................................... 42 2. Hujan Rancangan...................................................................... 49

a. Analisa Frekuensi .................................................................. 49 b. Analisis Hujan Rancangan .................................................... 51 c. Penggambaran Kurva ............................................................ 53 d. Pengujian Kecocokan ............................................................ 55 e. Hujan Efektif......................................................................... 56 f. Banjir Rancangan .................................................................. 58

B. Desain Sabo Dam ........................................................................... 60 1. Sabo Dam ................................................................................. 60 2. Perencanaan Debit Banjir .......................................................... 61 3. Desain Pelimpah/Peluap ........................................................... 62

4. Desain Main Dam ..................................................................... 63 5. Desain Sub Dam ....................................................................... 65 6. Apron (Lantai Terjun) ............................................................... 66 7. Dinding Tepi ............................................................................. 67 8. Kedalaman Gerusan Lokal ........................................................ 68 C. Analisis Stabilitas .......................................................................... 68 1. Stabilitas Main Dam ................................................................. 68

1.1. Kondisi Banjir .................................................................... 68 1.1.1. Kondisi Banjir (belum ada sedimen) ......................... 69 1.1.2. Kondisi Banjir (penuh sedimen) ............................... 74

1.2 Kondisi Normal .................................................................. 78 1.3 Kondisi Normal Saat Gempa .............................................. 82

vi

1.4 Stabilitas terhadap erosi bawah tanah (piping) .................... 86 2. Stabilitas Dinding Tepi ............................................................ 87

1. Saat Kondisi Kosong ............................................................. 88 2. Saat Kondisi Normal ............................................................. 91

BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................ 93 A. Kesimpulan ................................................................................... 93

B.Saran .............................................................................................. 93 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

vii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel III.1. Tabel nilai kritik dari Q dan R ....................................................... 7 Tabel III.2. Pemilihan jenis distribusi menurut kriteria Sri Harto (1981) ......... 15 Tabel III.3. Koefisien Limpasan (C) ................................................................ 22 Tabel III.4. Nilai standar rata-rata .................................................................. 25 Tabel III.5. Tinggi jagaan berdasarkan debit banjir rencana ............................ 28 Tabel III.6. Nilai koefisien limpasan untuk aliran debris .................................. 29 Tabel III.7. Lebar mercu pelimpah .................................................................. 30 Tabel III.8. Kedalaman maksimum gerusan lokal ............................................ 35 Tabel III.9. Nilai minimum angka rembesan Lane (CL) ................................... 37 Tabel V.1. Konsistensi Stasiun Babadan ......................................................... 43 Tabel V.2. Konsistensi Stasiun Banggalan ...................................................... 44 Tabel V.3. Konsistensi Stasiun Pagersari ........................................................ 45 Tabel V.4. Konsistensi Stasiun Krogowanan ................................................... 46 Tabel V.5. Curah hujan maksimum hasil rata-rata Thiessen............................. 48 Tabel V.6. Analisis frekuensi hujan daerah aliran sungai ................................. 49 Tabel V.7. Pemilihan jenis distribusi menurut kriteria Sri Harto (1981) .......... 50 Tabel V.8. Perhitungan metode Log Pearson Type III ..................................... 51 Tabel V.9. Harga-harga G (Koefisien Pearson) untuk periode ulang tertentu ... 53 Tabel V.10. Hasil Hujan rancangan metode Log Pearson Type III................... 53 Tabel V.11. Analisa Frekuensi dengan cara Weibull & Gumbel ....................... 53 Tabel V.12. Plotting P(Xi < X) ....................................................................... 55 Tabel V.13. Uji Chi-Kuadrat ........................................................................... 56 Tabel V.14. Tabel perhitungan intensitas hujan ............................................... 57 Tabel V.15. Perhitungan hujan efektif ............................................................. 58 Tabel V.16. Parameter desain .......................................................................... 60 Tabel V.17. Perhitungan kedalaman aliran ...................................................... 62 Tabel V.18. Data yang direncanakan (stabilitas main dam) ............................. 68 Tabel V.19. Gaya vertikal saat kondisi banjir (belum ada sedimen) ................. 69 Tabel V.20. Gaya horizontal saat kondisi banjir (belum ada sedimen) ............. 70 Tabel V.21. Koefisien daya dukung tanah Terzaghi ........................................ 71 Tabel V.22. Gaya vertikal saat kondisi banjir (penuh sedimen) ....................... 74 Tabel V.23. Gaya horizontal saat kondisi banjir (penuh sedimen) ................... 75 Tabel V.24. Gaya vertikal pada saat kondisi normal ........................................ 78 Tabel V.25. Gaya horizontal pada saat kondisi normal .................................... 78

viii

Tabel V.26. Gaya vertikal gempa saat kondisi normal ..................................... 82 Tabel V.27. Gaya horizontal gempa pada saat kondisi normal ......................... 83 Tabel V.28. Panjang rembesan ........................................................................ 87 Tabel V.29. Data yang direncanakan (Stabilitas dinding tepi).......................... 87 Tabel V.30. Gaya vertikal dinding tepi saat kondisi kosong ............................ 88 Tabel V.31. Gaya horizontal dinding tepi saat kondisi kosong ......................... 88 Tabel V.32. Gaya vertikal dinding tepi saat kondisi normal ............................. 92 Tabel V.33. Gaya horizontal dinding tepi saat kondisi normal ......................... 92

ix

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar III.1. Poligon Thiessen ............................................................................ 9

Gambar III.2. Metode Isohyet ............................................................................. 10

Gambar III.3. Plotting Distribusi Log Pearson Type III ...................................... 18

Gambar III.4. Curah hujan jam-jaman ................................................................ 19

Gambar III.5. Sketsa Hidrograf Nakayasu .......................................................... 20

Gambar III.6. Nama bagian sabo dam ............................................................... 24

Gambar III.7. Sketsa Desain Pelimpah .............................................................. 27

Gambar III.8. Main Dam Type Standart ............................................................ 29

Gambar III.9. Sketsa lebar mercu peluap main dam ........................................... 30

Gambar III.10. Sketsa tinggi efektif main dam .................................................. 31

Gambar III.11. Sketsa kedalaman pondasi main dam ......................................... 31

Gambar III.12. Sketsa tebal apron (lantai terjun) ............................................... 34

Gambar IV.1. Bagan alir penelitian ................................................................... 41

Gambar V.1. Grafik Plotting pada kertas probabilitas ........................................ 54

Gambar V.2. Curah hujan jam-jaman ................................................................. 57

Gambar V.3. Debit banjir rencana dari perhitungan metode HSS Nakayasu ...... 59

Gambar V.4. Sketsa Desain Pelimpah ............................................................... 63

Gambar V.5. Main Dam Type Standart ............................................................. 63

Gambar V.6. Sketsa tebal apron (lantai terjun) .................................................. 66

Gambar V.7. Desain dinding tepi ...................................................................... 67

Gambar V.8. Gaya yang bekerja pada main dam pada kondisi banjir (belum ada sedimen) .................................................................................... 69

x

Gambar V.9. Gaya yang bekerja pada main dam pada kondisi banjir (penuh sedimen) .................................................................................... 74

Gambar V.10. Gaya yang bekerja pada main dam pada kondisi normal ............. 78

Gambar V.11. Gaya gempa saat kondisi normal ................................................ 82

Gambar V.12. Sketsa panjang rembesan ............................................................ 86

Gambar V.13. Gaya yang bekerja pada dinding tepi saat kondisi kosong ........... 88

Gambar V.17. Gaya yang bekerja pada dinding tepi saat kondisi normal ........... 91

xi

DAFTAR NOTASI

R = rata-rata curah hujan (mm)

R1, R2,..Rn = curah hujan di masing-masing stasiun

n = jumlah stasiun hujan

A = luas daerah aliran sungai (km2)

A1, A2,..A3 = luas sub area yang mewakili masing-masing stasiun hujan (km2)

S = standar deviasi

Cv = koefisien variasi

Cs = koefisien asimetri/ skewness

Ck = koefisien kurtosis

G = koefisien Pearson

P’ = fungsi kerapatan kemungkinan

RT50 = hujan rancangan periode 50 tahun

C = koefisien limpasan dari tata guna lahan

L = panjang sungai (km)

Qp = debit puncak banjir (m3/dt)

Ro = hujan satuan (mm)

Tg = waktu konsentrasi (jam)

Tr = waktu efektif (jam)

Tp = tenggang waktu dari permulaan hujan sampai puncak (jam)

Q = debit (m3/detik)

C = koefisien pengaliran

T0,3 = waktu yang diperlukan pleh penurunan debit dari debit puncak sampai menjadi 30 % dari debit puncak (jam)

Qa = limpasan setelah mencapai debit puncak (m3/dt)

t = waktu (jam)

xii

Q50 = debit banjir rencana dengan kala ulang 50 tahunan (m3/dt)

Qd = debit banjir rencana bersedimen (m3/dt)

α = rasio konsentrasi sedimen

hw = kedalaman aliran pelimpah (m)

hf = tinggi jagaan (m)

hm = tinggi efektif main dam (m)

hp = kedalaman pondasi (m)

B1 = lebar dasar pelimpah (m)

B2 = lebar permukaan pelimpah (m)

a = koefisien limpasan

m = kemiringan dinding pelimpah

Hc = Tinggi total pelimpah (m)

b1 = lebar mercu main dam (m)

b2 = lebar pondasi maindam (m)

n = kemiringan hilir main dam

m = kemiringan hulu main dam

H1 = tinggi total main dam (m)

γw = berat jenis air (ton/m)

γc = berat jenis bahan konstruksi (ton/m)

γs = berat jenis sedimen (ton/m)

γsat = berat jenis sedimen terendam (ton/m)

H2 = tinggi sub dam (m)

ta = tebal lantai terjun (m)

L = panjang lantai terjun (m)

H = tinggi dinding tepi (m)

DC = tebal dinding tepi (m)

DB = lebar dasar dinding tepi (m)

xiii

Fr = bilangan froude

Ka = kondisi tanah aktif

Φ = nilai sudut geser dalam (°)

f = koefisien gesekan dasar main dam (ton/m)

K = koefisien gempa

F = gaya aliran debris (ton/m)

hd = kedalaman aliran debris (m)

hj = ketinggian muka air di atas mercu sub dam sampai apron (m)

W = berat sendiri

VW = tekanan air vertikal

Pev = tekanan sedimen vertikal

U = tekanan uplift

V = gaya vertikal (ton)

H = gaya horizontal (ton)

L = lengan momen (m)

HW = tekanan air horizontal

Peh = tekanan sedimen horizontal

CL = angka rembesan lane

∑Lv = jumlah panjang vertikal (m)

∑LH = jumlah panjang horizontal (m)

H = beda tinggi muka air (m)

FS = angka keamanan terhadap penggulingan

∑MV = momen vertikal total terhadap titik momen pusat

∑MH = momen horizontal total terhadap titik momen pusat

e = nilai eksentrisitas

∑H = gaya horizontal total

∑V = gaya vertikal total

xiv

SF = angka keamanan terhadap gaya geser

σmax = tegangan tanah maksimal yang terjadi

σmin = tegangan tanah minimum yang terjadi

qult =daya dukung ultimit Keruntuhan Geser Umum (ton/m2)

qult’ = daya dukung ultimit Keruntuhan Geser Lokal (ton/m2)

c = nilai kohesi tanah (ton/m3)

hp = kedalaman pondasi (m)

b2 = lebar pondasi (m)

Is = kemiringan dasar sungai

Nc, Nq, Nγ = faktor daya dukung

xv

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Gambar Desain Sabo Dam ................................................................... Lampiran 1

Gambar Desain Situasi di PA-C4 ......................................................... Lampiran 2

Gambar Desain Sabo Dam (Tampak atas) ............................................ Lampiran 3

Gambar Desain Sabo Dam (Potongan A-A) ......................................... Lampiran 4

Gambar Desain Sabo Dam (Potongan B-B) .......................................... Lampiran 5

Gambar Desain Sabo Dam (Potongan C-C) .......................................... Lampiran 6

Gambar Desain Sabo Dam(Potongan D-D) ......................................... Lampiran 7

Gambar Desain Sabo Dam (Potongan E-E) .......................................... Lampiran 8

Gambar Desain Sabo Dam (Potongan F-F)........................................... Lampiran 9

Gambar Detail Bufferfil Main Dam Kanan......................................... Lampiran 10

Gambar Detail Bufferfil Main Dam Kiri ............................................ Lampiran 11

Gambar Detail Bufferfil Sub Dam Kanan ........................................... Lampiran 12

Gambar Detail Bufferfil Sub Dam Kanan ........................................... Lampiran 13

Gambar Peta Rupa Bumi .................................................................... Lampiran 14

Gambar Peta Lokasi Sabo Dam .......................................................... Lampiran 15

Data Curah Hujan Harian ................................................................... Lampiran 16

Data Curah Hujan Maksimum ............................................................ Lampiran 70

Metode Land Use ............................................................................... Lampiran 72

Perhitungan Debit Banjir Rencana ..................................................... Lampiran 73

Nilai Kritik untuk Uji Smirnov Kolmogorov ...................................... Lampiran 80

Faktor “K” untuk Sebaran Pearson ..................................................... Lampiran 81

Nilai Distribusi X2 ............................................................................. Lampiran 82

Plotting Distribusi Log Pearson Type III ............................................ Lampiran 83

Nilai Koefisien Pengaliran untuk Periode Tertentu ............................. Lampiran 84

xvi

xvii

DESAIN SABO DAM DI PA-C4 KALI PABELAN MERAPI

ABSTRAKSI

Sabo dam di PA-C4 Kali Pabelan Merapi terletak di Desa Gondosuli, Kecamatan Muntilan, Kabupaten Magelang. Sabo dam berfungsi untuk mengendalikan aliran sedimen lahar dingin dan menahan sedimen dalam jumlah besar, serta melokalisir endapan sedimen agar tidak merusak daerah sekitarnya.

Tujuan dari penelitian ini adalah merencanakan sabo dam yang mampu mengalirkan Q50 serta aman terhadap beban gempa, beban gaya hidrostatik, uplift, aman terhadap bahaya piping, dan aman terhadap daya dukung tanah di lapangan.

Perencanaan ini dilakukan dengan analisis data hujan, hujan efektif, dan analisis hujan rerata dengan metode Poligon Thiesen serta analisis banjir rencana dengan metode HSS Nakayasu. Analisa tersebut menghasilkan debit banjir rencana 50 tahun (Q50) sebesar 148,516 m3/dt.

Analisis sabo dam dilakukan kontrol kestabilan terhadap rembesan (piping) sehingga didapatkan hasil CL = 5,216 ≥ 3. Kestabilan terhadap momen guling didapatkan hasil SF = 5,519 > 1,2 (kondisi banjir belum ada sedimen), SF = 4,159 >1,2 (kondisi banjir penuh sedimen), SF = 7,147 > 1,2 (kondisi normal), dan SF = 5,001 >1,2 (kondisi gempa saat muka air normal). Kestabilan terhadap momen geser didapatkan hasil SF = 1,632 > 1,2 (kondisi banjir belum ada sedimen), SF = 1,297 > 1,2 (kondisi banjir penuh sedimen), SF = 2,408 > 1,2 (kondisi normal), SF = 2,000 > 1,2 (kondisi gempa saat muka air normal). Kestabilan terhadap daya dukung tanah pondasi didapatkan hasil σmax = 4,160 < 53,300 ton/m2 (kondisi banjir belum ada sedimen), σmax = 1,579 < 53,300 ton/m2 (kondisi banjir penuh sedimen), σmax = 2,761 < 53,300 ton/m2 (kondisi normal), σmax = 1,568 < 53,300 ton/m2 (kondisi gempa saat muka air normal). Analisis sabo dam di PA-C4 Kali Pabelan Merapi aman terhadap beban gempa, beban gaya hidrostatik, beban uplift, aman terhadap bahaya piping, dan aman terhadap daya dukung tanah di lapangan.

Kata kunci : Sabo Dam (di PA-C4 Kali Pabelan Merapi), Kestabilan sabo dam.