kajian hidraulika pelimpah bendungan ladongi...

12
KAJIAN HIDRAULIKA PELIMPAH BENDUNGAN LADONGI KABUPATEN KOLAKA TIMUR DENGAN UJI MODEL FISIK SKALA 1:50 JURNAL ILMIAH TEKNIK PENGAIRAN KONSENTRASI PEMANFAATAN DAN PENDAYAGUNAAN SUMBER DAYA AIR Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan memperoleh gelar Sarjana Teknik Disusun Oleh: DANAN DWI PUTRANTO NIM. 125060407111028 UNIVERSITAS BRAWIJAYA FAKULTAS TEKNIK MALANG 2017

Upload: vubao

Post on 15-Mar-2019

336 views

Category:

Documents


14 download

TRANSCRIPT

Page 1: KAJIAN HIDRAULIKA PELIMPAH BENDUNGAN LADONGI …pengairan.ub.ac.id/s1/wp-content/uploads/sites/2/2017/01/Kajian... · z = elevasi dasar saluran pada suatu bidang vertical (m) d e

KAJIAN HIDRAULIKA PELIMPAH BENDUNGAN LADONGI

KABUPATEN KOLAKA TIMUR

DENGAN UJI MODEL FISIK SKALA 1:50

JURNAL ILMIAH

TEKNIK PENGAIRAN

KONSENTRASI PEMANFAATAN DAN PENDAYAGUNAAN SUMBER

DAYA AIR

Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan

memperoleh gelar Sarjana Teknik

Disusun Oleh:

DANAN DWI PUTRANTO

NIM. 125060407111028

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

FAKULTAS TEKNIK

MALANG

2017

Page 2: KAJIAN HIDRAULIKA PELIMPAH BENDUNGAN LADONGI …pengairan.ub.ac.id/s1/wp-content/uploads/sites/2/2017/01/Kajian... · z = elevasi dasar saluran pada suatu bidang vertical (m) d e

Kajian Hidraulika Pelimpah Bendungan Ladongi Kabupaten Kolaka

Timur dengan Uji Model Fisik Skala 1:50

Danan Dwi Puranto¹, Heri Suprijanto², Janu Ismoyo²

¹Mahasiswa Program Sarjana Teknik Jurusan Pengairan Universitas Brawijaya

²Dosen Jurusan Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya

Teknik Pengairan Universitas Brawijaya-Malang, Jawa Timur, Indonesia

Jalan MT. Haryono 167 Malang 65145 Indonesia

e-mail: [email protected]

ABSTRAK

Untuk memenuhi kebutuhan air baku di wilayah Kabupaten Kolaka Timur maka sangat dipelukan

dibangunnya Bendungan Ladongi di wilayah tersebut. Dalam membangun suatu bendungan, salah

satu tahapan yang harus dilalui untuk memperoleh kesempurnaan desain adalah dengan melakukan

uji model fisik hidrolika pelimpah. Dalam kajian hidrolika pada model fisik ini, untuk analisa

hidrolika pada saluran pelimpah menggunakan persamaan kontinuitas dengan perhitungan

koefisien debit Cd menggunakan metode USBR dan Iwasaki. Untuk analisa hidrolika pada saluran

transisi dan saluran peluncur menggunakan persamaan energi dengan metode perhitungan tahapan

standar. Sedangkan untuk analisa hidrolika pada peredam energi USBR tipe II menggunakan

persamaan momentum dan kontinuitas kenaikan mendadak. Untuk perhitungan gerak material

dasar menggunakan persamaan momentum dan dilakukan koreksi dengan menggunakan grafik

shield. Dari hasil pengujian final design, dengan menambahkan ambang/sill pada akhir saluran

transisi setinggi 1.50 m, dapat menghilangkan aliran silang pada saluran peluncur yang diakibatkan

sudut perubahan penampang di saluran transisi sebesar 7.83o. Pada saluran peluncur di pasang 2

(dua) aerator pada section 18 dan antara section 21-22 untuk menghindari terjadinya kavitasi.

Tinggi dinding peredam energi USBR Tipe II masih mampu menampung debit rancangan Q1000th

yang lewat. Pada sungai di hilir saluran pengarah hilir ditemukan adanya gerusan lokal dari hasil

pengamatan.

Kata kunci: Analisa hidraulika, pelimpah overflow, gerusan lokal.

ABSTRACT

To meet the needs of the raw water in the district of East Kolaka, Ladongi Dam construction in this

region is mandatory. In building a dam, one of the stages that must be passed to obtain perfection

of the design is to test the physical model hydraulics spillway. In this hydraulics study of the

physical model, analysis of hydraulics at Spillway is used the continuity equation by calculating the

coefficient of discharge Cd using USBR and Iwasaki method. For analysis of the transition channel

and the launcher channel using the energy equation with the calculation stages standard method.

As for the hydraulics analysis on USBR energy absorbers type II used the momentum and sudden

rise continuity equations. For the calculation of the base material movement using the equations of

momentum and correction by using charts shield. From The final design of the test results, by

adding the weir/ sill at the end of the transition channel as high as 1.5 m, can eliminate cross-flow

on a launcher channel caused by resulting angle changes the transition channel of 7.83 degree. On

the launchers channel is installed 2 (two) aerator on the section 18 and between section 21-22 to

avoid the occurrence of cavitation. Overall the high wall of energy absorbers USBR Type II is still

able to accommodate design discharge passing Q1000th. By observations, the downstream river

channel downstream director was found scours.

Keywords: Analysis of hydraulics, overflow spillway, scours.

Page 3: KAJIAN HIDRAULIKA PELIMPAH BENDUNGAN LADONGI …pengairan.ub.ac.id/s1/wp-content/uploads/sites/2/2017/01/Kajian... · z = elevasi dasar saluran pada suatu bidang vertical (m) d e

1. PENDAHULUAN

Salah satu permasalahan yang ada di

beberapa tempat wilayah Kabupaten Kolaka

Timur adalah kesulitan air terutama air baku

untuk irigasi dimusim kemarau, terutama pada

saat kemarau panjang. Untuk memenuhi

kebutuhan air baku di wilayah Kabupaten

Kolaka Timur maka sangat dipelukan

dibangunnya Bendungan Ladongi di wilayah

tersebut.

Maksud dari kajian ini adalah untuk

mempelajari perilaku hidraulika pada sistem

pelimpah tipe pelimpah langsung (over flow

spillway) model uji fisik Bendungan Ladongi.

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk

mengetahui kondisi aliran di sistem bangunan

pelimpah yang meliputi kedalaman aliran,

kecepatan dan bilangan Froude pada sistem

pelimpah dan mengetahui desainksaluran

peluncur aman atau tidak terhadap

bahayagkavitasi dan aliran getar, serta

mengetahui kondisi gerusan lokal pada sungi

hilir saluran pengarah.

2. METODOLOGI PENELITIAN

2.1. Analisa Hidrolika Pelimpah

a. Aliran Pada Pelimpah Pelimpah langsung (over flow spillway)

merupakan salah satunkomponen dari saluran

pengatur aliranndibuat untuk lebih

meningkatkan pengaturan serta memperbesar

debit air yang akannmelintasi bangunan

pelimpah (Sosrodarsono 2002 : 181)

b. Debit Pelimpah Rumus yang digunakan untuk menghitung

debit di atas pelimpah adalah sebagai berikut:

Q=C.L.H3/ (1)

dengan:

Q = debit yang melewati pelimpah (m3/dt)

C = koefisien limpahan

L = lebar efektif mercu pelimpah (m)

H = tinggi tekanan air di atas mercu (m)

c. Koefisien Debit Beberapa faktor yang mempengaruhi

besarnya koefisien debit (C) adalah:

1. Kedalaman air di dalam saluran pengarah

aliran.

2. Kemiringan lereng udik bendung

3. Tinggi air diatas mercu bendung

4. Perbedaan antara tinggi air rencana pada

saluran pengatur aliran yang bersangkutan.

Penentuan nilai “C” pada berbagai

bangunan pelimpah dapat dilihat pada Gambar

1 dan Gambar 2.

Gambar 1. Koefisien debit dipengaruhi oleh

faktor He/Ho.

Sumber: Anonim, 1987:370

Gambar 2. Koefisien debit dipengaruhi oleh

faktor P/Ho.

Sumber: Anonim, 1987:371

Besarnya koefisien debit limpahan (C) dari tipe

standar suatu bendung juga dapat diperoleh

dengan rumus Iwasaki sebagai berikut:

Cd = 2,20 - 0,0416 (Hd/W)0,990

(2)

(3)

C = koefisien debit limpahan

Cd = koefisien debit limpahan pada saat h =

Hd

H = tinggi air di atas mercu pelimpah (m)

Hd = tinggi tekan rencana di atas mercu

bendung (m)

W = tinggi bendung (m)

a = nilai koefisien pada saat h = Hd

sehingga C = Cd

d. Lebar Efektif Pelimpah Lebar efektif merupakan hasil

pengurangan lebar sesungguhnya dengan

jumlah seluruh kontraksi yang timbul pada

aliran air yang melintasi mercu pelimpah

tersebut (Sosrodarsono, 1989:182).

L=L’-2(N.Kp+Ka).H (4)

dengan:

L = lebar efektif pelimpah (m)

L’ = lebar pelimpah sebenarnya (m)

N = jumlah pilar-pilar di atas mercu

Kp = koefisien kontraksi pilar

Page 4: KAJIAN HIDRAULIKA PELIMPAH BENDUNGAN LADONGI …pengairan.ub.ac.id/s1/wp-content/uploads/sites/2/2017/01/Kajian... · z = elevasi dasar saluran pada suatu bidang vertical (m) d e

Ka = koefisien kontraksi dinding samping

H = tinggi tekanan total di atas mercu

pelimpah (m)

e. Tinggi Muka Air di Atas Pelimpah Kecepatan aliran teoritis pada pelimpah dapat

dihitung dengan rumus sebagai berikut (Chow,

1985:378):

(5)

(6)

(7)

dengan:

Q = debit aliran (m3/dt)

L = lebar efektif pelimpah (m)

Vz = kecepatan aliran (m/dt)

g = percepatan gravitasi (m/dt2)

Z = tinggi jatuh atau jarak vertikal dari

permukaan hulu sampai lantai kaki

hilir (m)

Hd = tinggi tekanan di atas mercu bendung

(m)

hz = kedalaman aliran di kaki pelimpah (m)

Fz = bilangan froude di kaki pelimpah

Gambar 3. Muka Air di Atas Tubuh

Pelimpah.

Sumber: Chow, 1985:363.

2.2. Saluran Transisi Saluran transisi biasanya direncanakan

agar debit banjir rancangan yang akan

disalurkan tidak menimbulkan kecepatan yang

tidak rata dan air terhenti yang akan

menimbulkan aliran balik (back water)

dibagian hilir saluran setelah pelimpah,

sehingga dapat memberikan kondisi yang

menguntungkan, baik di dalam saluran transisi

tersebut maupun aliran permukaan yang akan

menuju saluran peluncur.

Untuk bangunanmpelimpah yang relatif

kecil, biasanya saluran transisi ini dibuat

dengan dindingmtegak yang makin menyempit

ke hilir dengan inklanasi sebesar 12°30'

terhadap sumbu saluran peluncur

Perhitungan hidraulika saluran transisi

menggunakan persamaan energi dengan rumus

sebagai berikut:

m

ceccc

eee h

g

vvK

g

vdz

g

vdz

222

2222

(8)

dengan:

z = elevasi dasar saluran pada suatu bidang

vertical (m)

de = kedalaman aliran masuk ke dalam

saluran transisi (m)

ve = kecepatan aliran masuk ke dalam

saluran transisi (m/dt)

dc = kedalaman kritis pada ujung hilir

saluran transisi (m)

vc = kecepatan aliran kritis pada ujung hilir

saluran transisi (m/dt)

K = koefisien kehilangan tinggi tekanan

yang disebabkan oleh perubahan

penampang lintang saluran transisi

hm = kehilangan total tinggi tekanan

yang disebabkan oleh gesekan, dan

lain-lain. (m)

Gambar 4. Skema aliran dalam kondisi

terjadinya aliran kritis di ujung

saluran transisi

Sumber: Sosrodarsono, 1989:204

2.3. Saluran Peluncur Saluran peluncur merupakan saluran

pembawa dari ujung hilir saluran transisi atau

ujung hilir ambang pelimpah (tanpa saluran

transisi) sampai ke peredam energi. Saluran ini

direncakanan dengan aliran super kritis,

dengan F > 1.

Perhitungan profil muka air pada saluran

peluncur dapat didekati dengan rumus

kekekalan energi dalam aliran (persamaan

Bernoulli), sebagai berikut :

z1 + d1 + hv1 = z2 + d2 + hv2 + hL + he (9)

dengan :

z = elevasi dasar saluran pada suatu bidang

vertical (m)

d = kedalaman air pada bidang tersebut

(m)

hv = tinggi tekan kecepatan pada bidang

tersebut (m)

Page 5: KAJIAN HIDRAULIKA PELIMPAH BENDUNGAN LADONGI …pengairan.ub.ac.id/s1/wp-content/uploads/sites/2/2017/01/Kajian... · z = elevasi dasar saluran pada suatu bidang vertical (m) d e

hL = kehilangan tinggi tekan yang terjadi di

antara 2 (dua) bidang vertical yang

ditentukan akibat gesekan (m),

dinyatakan dengan:

(10)

he = kehilangan tinggi tekan akibat

perubahan penampang (m)

(11)

g = percepatan gravitasi (m/dt2) sehingga

menjadi:

(12)

dengan:

Δl = jarak horizontal antara bidang -1 dan

bidang -2 (m)

hl = kehilangan tinggi tekanan (m)

V1 = kecepatan aliran pada bidang -1 (m/dt)

V2 = kecepatan aliran pada bidang -2 (m/dt)

d1 = kedalaman air pada bidang -1 (m)

d2 = kedalaman air pada bidang -2 (m)

S0 = kemiringan dasar saluran peluncur

Gambar 5. Skema penampang memanjang

aliran pada saluran peluncur

Sumber: Sosrodarsono, 1989:208

Aliran Getar Pada suatu saluran peluncur yang panjang

terdapat bahaya aliran yang tidak stabil yang

disebut sebagai aliran getar (slug/pulsating

flow). Apabila panjang saluran tersebut > 30

meter, maka harus dikontrol dengan cara

menghitung bilangan “vendernikov (V)”dan

bilangan“Montuori (M)”.

Bilangan Vendernikov (V)

V =

(13)

Bilangan Montuori (M)

M2 =

(14)

dengan:

b = lebar dasar saluran (m)

v = kecepatan aliran (m/dt)

g = percepatan gravitasi (= 9,81 m/dt2)

P = keliling basah (m)

d = kedalaman hidraulik (m)

I = kemiringan rerata gradien energi

Ө = sudut gradien energi

L = panjang saluran (m)

Untuk perhitungan dari kedua persamaan

tersebut selanjutnya diplotkan pada Gambar 6

untuk mengetahui timbul tidaknya aliran getar.

Gambar 6. Grafik Kriteria Aliran Getar

Sumber: Anonim, 2010:159

2.4. Peredam Energi Sebelum aliran air di alirkan ke sungai

harus diperlambat dan dirubah pada kondisi

aliran sub-kritis,untuk menghindari gerusan

geometri dasar sungai dan tebing.

Rumus hidrolika struktur yang digunakan

dalam perhitungan pada kolam olakan datar

sebagai berikut:

Bilangan Froude di akhir saluran peluncur:

(15)

Kedalaman aliran setelah loncatan

(kedalaman konjugasi)

(16)

Panjang loncatan hidrolis pada kolam

olakan (Raju, 1986 : 194)

L = A (y2 – y1) (17)

Dimana A bervariasi dari 5,0 sampai 6,9 , atau

secara empirik dapat digunakan grafik pada

Gambar 7. (Sosrodarsono, 1989:222).

Gambar 7. Panjang Loncatan Hidrolis

Sumber: Peterka, 1984:3

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Bilangan Montouri (M2)

Bila

ngan

Ven

dern

ikov

(V) Daerah aliran getar

Daerah tanpa aliran getar

1

11

h.g

VF

18Fr12

1

h

h 2

1

2

Page 6: KAJIAN HIDRAULIKA PELIMPAH BENDUNGAN LADONGI …pengairan.ub.ac.id/s1/wp-content/uploads/sites/2/2017/01/Kajian... · z = elevasi dasar saluran pada suatu bidang vertical (m) d e

2.5. Kavitasi Kavitasi adalah suatu kejadian yang

timbul dalam aliran dengan kecepatan begitu

besar, sehigga tekanan air menjadi lebih kecil

dari pada tekanan uap air maksimum di

temperatur itu. Proses ini menimbulkan

gelembung-gelembung uap air yang dapat

menimbulkan erosi pada konstruksi (Patty,

1995:99).

Suatu bentuk persamaan untuk

memperkirakan kavitasi berupa parameter tak

berdimensi, merupakan hubungan antara gaya

pelindung terhadap kavitasi (ambient pressure)

dan penyebab kavitasi (dynamic pressure)

disebut indeks kavitasi. Perhitungan kavitasi

dengan persamaan berikut:

(18)

(19)

dengan:

σ = indeks kavitasi

Po = ambient pressure (kPa) 1kPa =

1000 N/m2

= Pa + Pg

Pa = tekanan atmosfir (=101 kPa)

Pg = tekanan setempat (kPa) = . g . h

h = tinggi muka air (m)

Pv = tekanan uap (kPa)

= massa jenis cairan (kg/m3)

Vo = kecepatan aliran (m/dt)

Cp = koefisien kavitasi

σ 1 = angka batas kavitasi

Kriteria timbulnya kavitasi ditentukan dengan

syarat :

1. > 1 : tidak terjadi kavitasi

2. ≤ 1 : terjadi kavitasi

2.6. Gerusan Lokal

Gerusan local pada sistem pelimpah

terjadi pada saluran hantar hilir disebabkan

oleh aliran yang mempunyai kecepatan yang

besar dan mempunyai dasar saluran yang

bergerak.

Perhitungan gerusan lokal pada bagian

hilir dapat juga menggunakan persaamaan

momentum, dan dilakukan koreksi dengan

menggunakan grafik shield untuk menentukan

butiran pada tegangan geser ijin. Prinsip dasar

pendekatan hitungan dengan prinsip

momentum diuraikan sebagai berikut :

P1 – P2 + W sin θ – Fa – PL = β.ρ.Q (V1 – V2) (20)

dengan :

P1 = tekanan pada section 1 (kN/m)

P2 = tekanan pada section 2 (kN/m)

W = berat air (kN/m)

Fa = gesekan akibat tekanan atmosfer

(kN/m)

β = koefisien momentum

ρ = masa jenis air (kg/m3)

Q = debit aliran (m3/detik)

V1 = kecepatan pada section 1 (m/detik)

V2 = kecepatan pada section 2 (m/detik)

= tegangan geser (N/m)

P = panjang keliling basah (m)

L = panjang section (m)

h = kedalaman air (m)

I = kemiringan saluran

Ū = kecepatan rata-rata (m/s)

Selanjutnya dibandingkan dengan

yang didapat dari grafik shield dan metode

isbach. Jika maka butiran dasar

tidak bergerak. Sebaliknya jika ,

maka butiran dasar bergerak. Nilai dapat

dilihat pada grafik shield berikut.

Gambar 8. Grafik Shield

Sumber: Ven Te Chow, 1985

Perhitungan empirik gerusan setempat

dapat menggunakan pendekatan rumus sebagai

berikut :

Rumus Schoklitsch.

S mdD

qHK

57,0

32,0

90

2,0 .. (21)

Rumus Veronise.

S = ( K.He0,255

. q0,54

) – dm (22)

dengan :

S = kedalaman gerusan (local scouring)

yang terjadi di hilir bangunan

H = jarak vertical antara muka air hulu

dengan permukaan air di hilir

bangunan

q = debit per satuan lebar (m3/detik.m)

dm = kedalaman aliran di hilir bangunan (m)

2

2

0V

PvPo

2

2

0V

PoPCp

Page 7: KAJIAN HIDRAULIKA PELIMPAH BENDUNGAN LADONGI …pengairan.ub.ac.id/s1/wp-content/uploads/sites/2/2017/01/Kajian... · z = elevasi dasar saluran pada suatu bidang vertical (m) d e

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1. Pola Operasi

Sesuai dengan investigasi lapangan dan

berdasarkan desain konstruksi konsultan

perencanaan, pengujian perilaku hidrolika

aliran di bangunan pelimpah diuji dengan

beberapa kondisi model. Masing-masing model

seri tersebutodiuji dengan beberapa variasi

banjir rencana yaitu kondisi banjir rancangan

Q2 sebagai debit terkecilodan debit-debit banjir

Q5, Q10, Q25, Q50, Q100, Q1000, dan QPMF.

Tabel 3.1. Data teknik debit banjir rancangan

Q2 s/d QPMF

Debit

Rancangan

Q

Prototipe

Q

Model Q Model

(m3/dt) (m

3/dt) (lt/dt)

Q2 44,75 0.0025 2.53

Q5 82,94 0.0047 4.69

Q10 108,10 0.0061 6.12

Q25 148,84 0.0084 8.42

Q50 176,14 0.0100 9.96

Q100 183,69 0.0104 10.39

Q1000 307,49 0.0174 17.39

QPMF 768,23 0.0435 43.46

Sumber: Hasil Perhitungan

3.2. Perhitungan Profil Muka Air Pada

Pelimpah

Bendungan Ladongi menggunakan

pelimpah langsung (over flow spillway). Mercu

pelimpah memiliki lebar 31 m dan tinggi 3,8

meter.

Dengan menggunakan Persamaan (5)

sampai (7) dapat dihitung profil muka air

diatas pelimpah. Berikut contoh perhitungan

diambil untuk Q100th:

100th = 183,69 m3/dt

Z = 5,80 m

Hd = 2,033 m

Dengan mensubtitusi persamaan

dengan

maka didapatkan persamaan

sebagai berikut:

Selanjutnya dengan coba-coba (trial & error)

akan didapatkan nilai hz = 0,494 m.

Selanjutnya didapatkan nilai Vz :

Bilangan froude (Fz) :

Elevasi lereng pelimpah = +114,0 m

Elevasi muka air = 114,0 + 0,494 = +114,494

m

Gambar 9. Profil muka air mercu pelimpah.

3.3. Saluran Transisi Bentuk saluran transisi pada Bendungan

Ladongi mempunyai lebar 31 m lalu

menyempit menjadi 20 m dan panjang saluran

transisi 73,06 m. Metode yang digunakan

dalam perhitungan saluran transisi adalah

metode tahapan standar. Berikut ini merupakan contoh

perhitungan profil muka air pada saluran

transisi dengan debit pengaliran Q100th:

Contoh perhitungan pada section 8 dan 7:

Saluran transisi section 8;

Q100th = 183,69 m3/dt

B8 = 22,70 m

Slope = 0,00

Elevasi section 8 = 115,50 m

Datum = 115,50 m,

Z = 115,50 – 113,00 = 2,5 m

Sehingga:

H8 =

V8 = Q/A= 183,69/(22,70 . 1,882)= 4,297 m/dt

Z8 + h8 + = 2,5 + 1,882 + 0,941= 5,324 m

ZdZ hHZ2gV

Z

ZL.h

QV

0L.h

QhHZ2g

Z

Zd

5,453 9,81.0,494

12,001

g.h

V F

Z

Z Z

m/dt 12,001 31.0,494

183,69 V Z

0 31.h

183,69 h 2,033 5,8 2.9,81 Z

Z

m 1,882 9,81

22,7 183,69

g

B Q

3

2

3

2

m 941 , 0

9,81 . 2

4,297 2

2g

v 2

hv 8

8

Page 8: KAJIAN HIDRAULIKA PELIMPAH BENDUNGAN LADONGI …pengairan.ub.ac.id/s1/wp-content/uploads/sites/2/2017/01/Kajian... · z = elevasi dasar saluran pada suatu bidang vertical (m) d e

(R) =

Langkah perhitungan selanjutnya sebagai

berikut:

1. Lebar dasar saluran section 7, b = 25,6 m

2. Panjang jarak section 7 sampai section 8 ,

ΔX = 10,5 m

3. Jarak datum, Z7 = Elevasi section 7 – datum

= 114,00 – 113,0 = 1 m

4. Coba-coba tinggi muka air pada section 7, h

=4,270 m

5. A = 109,332 m2, P = 34,141 m,R = 3,202 m

6. Kecepatan Aliran V7 = Q / A = 183,69 /

109,332 = 1,680 m/det

7.

8. Kehilangan akibat perubahan penampang,

9. Kehilangan akibat faktor gesekan,

Dengan menggunakan persamaan (9) maka

persamaannya menjadi,

Z8 + h8 + = Z7 + h7 + - hf - he

2,50 + 1,882 + 0,941 = 1,00 + 4,270 + 0,143 -

0,00101 - 0,079

5,324 = 5,324 (memenuhi)

dengan menggunakan sistem coba-coba maka

didapatkan nilai h7 = 4,270 m, memenuhi.

Didapatkan profil muka air sebagai berikut.

Gambar 10. Profil muka pada air saluran

transisi.

3.4. Saluran Peluncur Saluran peluncur Bendungan Ladongi

memiliki lebar saluran 20 m dengan

kemiringan yang cukup curam yaitu 1:3,4.

Metode yang digunakan dalam perhitungan

saluran peluncur adalah metode tahapan

langsung.

Berikut ini merupakan contoh perhitungan

profil muka air pada saluran peluncur atas

dengan debit pengaliran Q100th:

Contoh perhitungan pada section 8 dan section

9;

Q100th = 183,69 m3/dt

(perhitungan saluran pengelak)

B9 = 22,7 m

Slope = 0,294

Z9 = 60 m

Sehingga:

H8 =

V8 = Q/A= 183,69/(22,70 . 1,882)= 4,297 m/dt

Z8 + h8 + = 61,5 + 1,882 + 0,941= 64,324 m

Bilangan Froude,

(R) =

Langkah perhitungan selanjutnya sebagai

berikut:

1. Lebar dasar saluran section 9, b = 20 m

2. Panjang jarak section 8 sampai section 19,

ΔX = 9,8 m

3. Jarak datum, Z9 = Elevasi section 9 – datum

= 58,5 m

4. Coba-coba tinggi muka air pada section 9, h

= 1,242 m

5. A = 24,841 m2 ,P = 22,484 m, R = 1,105 m.

6. Kecepatan Aliran V9 = Q / A = 183,69 /

24,841 = 7,395 m/det

7.

8. Kehilangan akibat perubahan penampang,

9. Kehilangan akibat faktor gesekan,

kritis) ( 1 .1,882 9,81

4,297

.

V Fr c

c h g

kritis) ( 1 .1,882 9,81

4,297

.

V Fr c

c h g

2g

v 2

8

2g

v 2

7

m 079 , 0

9,81 . 2

| 680 , 1 297 , 4 | 0,1

2g

| v K|v he

2 2 2 7

2 8

m 615 , 1

47 , 26

42,74

8

8

m 0,00101 10,50 .

2

3,202 1,615

2

1,680 297 , 4 . 0,014

x .

2

R R

2

v v . n

hf 3

4

2 2

3 4

7 8

2 7 8 2

m 143 , 0

9,81 . 2

680 , 1

2g

v hv

2 2 7

7

,

m 1,882 9,81

22,7 183,69

g

B Q

3

2

3

2

m 941 , 0

9,81 . 2

4,297 2

2g

v 2

hv 8

8

m 615 , 1

47 , 26

42,74

8

8

m 79 , 2

9,81 . 2

39 , 7

2g

v hv

2 2 9

9

0,185 m 9,81 . 2

| 29 , 4 39 , 7 | 0,1

2g

| v k|v he

2 2 2 9

2 8

Page 9: KAJIAN HIDRAULIKA PELIMPAH BENDUNGAN LADONGI …pengairan.ub.ac.id/s1/wp-content/uploads/sites/2/2017/01/Kajian... · z = elevasi dasar saluran pada suatu bidang vertical (m) d e

Dengan menggunakan persamaan (9) maka

persamaannya menjadi,

Z8 + h8 + = Z9 + h9 + + hf + he

60,00 + 1,882 + 0,941= 58.50 + 1,242 + 2,79 +

0,111 + 0,185

62,824 = 62,824 (memenuhi)

dengan menggunakan sistem coba-coba maka

didapatkan nilai h9 = 1,242 m memenuhi.

Didapatkan profil muka air sebagai berikut.

Gambar 11. Profil muka air peluncur.

3.5. Peredam Energi Peredem energi pada bendungan

Sukamahi menggunakan tipe peredam energi

USBR tipe II. Perhitungan tinggi muka air

pada peredam energi dipengaruhi oleh hukum

persamaan momentum.

Contoh perhitungannya adalah sebagai berikut:

Q100th = 183,69 m3/dt

B = 20 m

h1 = 0,435 m

v1 = 21,120 m/dt

Tinggi muka air setelah loncatan adalah

Fr =

=

= 10,225

h2 = 6,075 m

Dengan nilai Fr = 26,55 maka tipe loncatan

hidrolis yang terjadi adalah tipe loncatan tetap.

Gambar 12. Profil muka air peredam energi.

4.6 Gerusan Lokal

Perhitungan gerusan lokal pada hilir

peredam energi menggunakan persamaan

momentum, dan dilakukan koreksi dengan

menggunakan grafik shield untuk menetukan

butiran pada tegangan geser ijin.

Contoh perhitungannya adalah sebagai

berikut :

Diketahui:

Section 36 – 37 pada Q2th = 44,75 m3/dt

h1 = 0,9 m B1 = 11,9 m

h2 = 1,27 m B2 = 10,37 m

P1 = ½. ρ . g. h12 . B

= ½. ρ . 1000. 9,81. 0,92 . 11,9

= 47279,3 N/m

P1 = ½. ρ . g. h22 . B

= ½. 1000 . 9,81. 1,272 . 10,37

= 82039,9 kN/m

W sin θ = ρ . g. h . B. (Z1 – Z2)

= 1000 . 9,81 .

.

.

(9,40 – 9,08)

= 37926,166 N

ρQ(βV2-βV1) = 1000 . 44,75. (1,10 . 3,07-

1,10. 3,22)

= -7374,709 N

Ff = P1 - P1 + W sin θ - ρQ(βV2-βV1)

= 47279,3 - 82039,9 + 37926,16 -7374,709

= 10540,3 N

=

=

= 21,272 N/m2

Selanjutnya = 21,272 N/m2 dibandingkan

dengan yang didapat dari grafik shield

pada gambar 2.19. Nilai dari grafik shield

= 8,00 N/m2 < sehingga maka butiran dasar

bergerak.

Perhitungan kedalaman gerusan

menggunakan metode schoklistch dan

Veronise. Contoh perhitungannya sebagai

berikut :

Data-data:

Q2th = 44.75 m3/det

B = 20 m

18Fr12

1

h

h 2

1

2

2g

v 2

9

m 0,111 9,8 .

2

1,105 1,615

2

7,39 29 , 4 . 0,014

x .

2

R R

2

v v . n

hf 3

4

2 2

3 4

9 8

2 9 8 2

1 8.10,22 1 2

1

0,435

h 2 2

Page 10: KAJIAN HIDRAULIKA PELIMPAH BENDUNGAN LADONGI …pengairan.ub.ac.id/s1/wp-content/uploads/sites/2/2017/01/Kajian... · z = elevasi dasar saluran pada suatu bidang vertical (m) d e

V = 3,07 m/det

dm = 0,45 m

H = 3.42 m

D90 = 9 mm

Maka :

q = Q/B

= 44.75/20 = 2,238 m3/det

Metode Schoklitsch

S = 4,75( H0,2

. q0,57

)/( D0,32

) – dm

= 4,75( 3,420,2

. 2,2380,57

)/ ( 90,32

) – 0,45

= 4,259 m

Metode Veronese

S = (1,9.He0,255

. q0,54

) – dm

= (1,9. 3,9000,255

. 2,2380,54

) – 0,45

= 3,703 m

4. KESIMPULAN

Berdasarkan analisaoperhitungan dan

pengujian pada model fisik Bendungan

Ladongi dengan skala 1 : 50 yang dilakukan

sesuai dengan rumusan masalah pada kajian

ini, maka dapat disimpulkan beberapa hal

sebagai berikut:

1. Pendekatan hitungan terhadap kondisi

aliran yang terjadi adalah sebagai berikut:

Pelimpah

Perhitungan tinggi muka air

menggunakan metode USBR dan

Iwasaki. pada hasil pengujian

mempunyai perbedaan dengan hitungan

menggunakan metode USBR yaitu pada

Q100th = 4,07%, Q1000th = 3,65% dan

QPMF = 0,27 %

Saluran transisi

Pendekatan hitungan pada saluran

transisi atasomenggunakan metode

tahapan standar dengan titik kotrol

padaoujung hilir saluran transisi dengan

kondisi kritis atau bilangan Froude sama

dengan 1 (satu). Dengan0pendekatan

hitungan metode tahapan standar

memperoleh hasil pendekatan yang baik

sehingga dapat dijadikan referensi untuk

memprediksi tinggi muka air dan

kecepatan saluran transisi.

Saluran peluncur

Pendekatan hitungan pada saluran

peluncur menggunakan metode tahapan

langsung dengan titik kontrol pada ujung

hilir saluran transisi atas dengan kondisi

kritis atau bilangan Froude sama dengan

1 (satu) dan mengabaikan adanya 2

(dua) aerator di saluran peluncur.

Peredam energi

Pendekatan hitungan pada peredam

energi menggunakan persamaan

momentum untuk perhitungan

kedalaman konjugasi.

2. Kondisi hidrolika aliran setelah perubahan

desain berdasarkan hasil uji model fisik

adalah sebagai berikut:

Pelimpah

Model Pelimpah Overflow Bendungan

Ladongi mampu mengalirkan air pada

semua debit rancangan yang diujikan

tanpa menimbulkan overtopping. Dari

hasil model test didapatkan bahwa

elevasi muka air maksimum saat kondisi

QPMF = 768,23 m3/det adalah +124,07

sehingga muka air waduk masih berada

1,73m di bawah elevasi puncak

bendungan (batas toleransi freeboard

tidak boleh kurang dari 0,75m).

Saluran Transisi

Kapasitas Saluran Transisi dengan

panjang 73,06m dan kemiringan 0,00

(datar) mampu mengalirkan dengan

aman pada semua debit rancangan (Q2th

s/d QPMF) yang dioperasikan di model.

Pada Piezometer yang terpasang pada

dasar saluran transisi, tidak menunjukan

adanya nilai negatif pada debit

pengaliran debit banjir rancangan.

Dengan demikian tidak ada bahaya

kavitasi pada saluran transisi. Kemudian

dengan menambahkan ambang/sill pada

akhir saluran transisi setinggi 1.50 m

(dari elevasi +114,00 menjadi +115.50),

dapat menghilangkan aliran silang (cross

flow) pada saluran peluncur yang

diakibatkan sudut perubahan penampang

(penyempitan dari 31.00 m menjadi

20.00 m) di saluran transisi sebesar

7.83o.

Saluran Peluncur

Dengan penambahan 2 (dua) aerator

pada section 18 dan antara section 21-22

hasilnya dapat menghilangkan tekanan

negatif pada section 24 saat pengaliran

debit Q1000thyang semula -4,5 m menjadi

positif 0,85 m. Hal ini menunjukkan

bahwa fungsi dari kedua aerator sangat

efektif.

Peredam Energi dan Saluran Pengarah

Hilir

Secara keseluruhan tinggi dinding

peredam energi USBR Tipe II masih

mampu menampung debit rancangan

Q100th yang lewat. Untuk saluran

Page 11: KAJIAN HIDRAULIKA PELIMPAH BENDUNGAN LADONGI …pengairan.ub.ac.id/s1/wp-content/uploads/sites/2/2017/01/Kajian... · z = elevasi dasar saluran pada suatu bidang vertical (m) d e

pengarah hilir, penampang saluran

pengarah hilir sepanjang 143,69 m (B =

20,00 m) berbentuk trapesium, cukup

efektif dalam mengalirkan debit yang

dioperasikan dengan kemiringan dasar

saluran 0,00 (datar). Kondisi aliran pada

bagian ini adalah subkritis.

3. Pada sungai di hilir saluran pengarah

ditemukan adanya gerusan lokal dari hasil

pengamatan uji model fisik serta hasil dari

perhitungan dengan menggunakan

persamaan momentum, dan selanjutnya

dilakukan koreksi dengan menggunakan

grafik shield untuk menetukan butiran pada

tegangan geser ijin. Pada pengamatan,

gerusan terdalam terdapat pada section 36.

Selanjutnya kedalaman gerusan dihitung

menggunakan metode Schoklitsch dan

Veronese. Hasil dari kedua metode tersebut

setelah dibandingan dengan hasil

pengamatan model maka di dapatkan

metode Veronese yang lebih mendekati

hasil pengamatan model.

Saran

1. Berdasarkan perhitungan analitik dan uji

model yang dilakukan, maka disarankan

pendekatan hidrolika sebaiknya mengacu

pada uji model karena teori yang ada belum

tentu dapat memenuhi kesesuaian kondisi di

lapangan.

2. Untuk pekerjaan detail desain perlu

dilengkapi observasi muka air di lapangan

dengan berbagai kondisi debit aliran guna

lebih memantapkan data fluktuasi muka air

hilir (TWL).

3. Pada saluran peluncur atas dan peluncur

bawah, apabila tidak dilengkapi aerator,

maka peningkatan mutu beton sangat

dianjurkan.

4. Untuk keamanan alur sungai di hilir saluran

pengarah, perlindungan dengan groundsill

secara seri akan sangat efektif untuk

meredam penjalaran gerusan lokal. Oleh

karenanya rekomendasi bangunan

pengaman hasil model sangat diharapkan

untuk dilaksanakan.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 1987. Design of Small Dams. Oxford

& IBH Publishing CO. New Delhi

Bombay Calcutta.

Anonim. 2010. Standar Perencanaan Irigasi,

Kriteria Perencanaan, Bagian

Bangunan Pengatur Debit. Jakarta:

Departemen Pekerjaan Umum.

Anonim. 2016. Laporan Akhir Uji Model

Fisik Bendungan Ladongi Kabupaten

Kolaka Timur Propinsi Sulawesi

Tenggara. Malang : Jurusan Pengairan

FT UB.

Chow, Ven Te. 1985. Hidrolika Saluran

Terbuka, terjemahan E.V. Nensi

Rosalina. Jakarta : Erlangga.

Dake, J.M.K.. 1983. HidrolikaTeknik

(Terjemahan). Jakarta : Erlangga.

De Vries, M. 1987. Scalling Model Hydraulic.

Netherland: IHE Published

Falvey, Henry T. 1990. Cavitation in Chutes

and Spillways. United States Department

of The Interior : Bureau of Reclamation.

Patty, O.F. 1995. Tenaga Air. Surabaya:

Erlangga.

Peterka, A.J. 1984. Hydraulic Design of

Stilling Basins and Energy Dissipators.

United States Department of The Interior

: Bureau of Reclamation.

Raju, K.G.R. 1986. Aliran Melalui Saluran

Terbuka, terjemahan Yan Piter

Pangaribuan B.E., M.Eng. Jakarta :

Erlangga.

Sosrodarsono, Suyono dan Tekeda, Kensaku.

1989. Bendungan Type Urugan. Jakarta

: Erlangga.

Triatmodjo, Bambang. 2008. Hidrolika II.

Yogyakarta : Beta Offset.

Yuwono, Nur. 1996. Perencanaan Model

Hidraulik. Yogyakarta: Laboratorium

Hidraulik dan Hidrologi UGM.

Page 12: KAJIAN HIDRAULIKA PELIMPAH BENDUNGAN LADONGI …pengairan.ub.ac.id/s1/wp-content/uploads/sites/2/2017/01/Kajian... · z = elevasi dasar saluran pada suatu bidang vertical (m) d e

Lampiran