![Bangunan Air [PDF]](https://pdfs.asia/img/200x200/bangunan-air-k650adbd6a6e34.jpg)
14 0 6 MB
LAPORAN TUGAS BESAR SI-4231 BANGUNAN AIR
PERENCANAAN BANGUNAN AIR DAERAH IRIGASI KALI SUKAREJA, JAWA BARAT, INDONESIA Dosen: Dr. Ir. Sri Legowo Wignyo Darsono Prof. Ir. Indratmo Soekarno, M.Sc., Ph.D.
Asisten: Rahmat Aditya Ekanovin (150111028) Khilda Husain (15011076) Resky Aranda (15011098) Disusun oleh: Tharina Nursalika A
15012089
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2015
LEMBAR PENGESAHAN LAPORAN TUGAS BESAR SI -4231 BANGUNAN AIR SEMESTER II TAHUN 2014/2015
Diajukan untuk memenuhi syarat kelulusan Mata Kuliah SI-4231 Bangunan Air
Disusun Oleh:
Tharina Nursalika A
15012089
Telah Disetujui dan Disahkan oleh:
Asisten 1,
Asisten 2,
Asisten 3,
Rahmat Aditya Ekanovin
Khilda Husein
Resky Aranda
(150111028)
(15011076)
(150111098)
Dosen 1,
Dosen 2,
Dr. Ir. Sri Legowo Wignyo Darsono
Prof. Ir. Indratmo Soekarno, M.Sc., Ph.D.
(NIP 19541106 197912 1 001)
(NIP 19570920 198403 1 001)
LAPORAN TUGAS BESAR IRIGASI DAN DRAINASE | 2015
KATA PENGANTAR Puji dan syukur saya panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga saya dapat menyelesaikan Laporan Tugas Besar Bangunan Air dengan baik dan tepat pada waktunya. Laporan ini merupakan laporan yang berisi proses dan hasil pengolahan. Dalam pembuatan laporan tugas besar ini, saya menghadapi banyak kendala atau hambatan. Saya sulit meluangkan waktu di tengah-tengah kesibukan untuk menyelesaikan laporan perancangan ini. Akan tetapi, saya dapat mengatasi semua kendala atau hambatan tersebut. Penyelesaian laporan tugas besar ini tidak terlepas dari berbagai pihak yang membantu saya dalam memberikan kritik dan masukan. Saya mengucapkan terima kasih kepada : 1. Orangtua yang selalu mendukung dan mendoakan saya semua. 2. Dosen mata kuliah SI-4231 Bangunan Air, Dr. Ir. Sri Legowo Wignyo Darsono dan Prof. Ir. Indratmo Soekarno, M.Sc., Ph.D. 3. Asisten mata kuliah SI-4231 Bangunan Air, Rahmat Aditya Ekanovi, Khilda Husain dan Resky Aranda 4. Pihak-pihak lain yang tidak mungkin disebutkan satu per satu. Saya menyadari bahwa masih banyak kekurangan yang mendasar pada laporan ini. Oleh karena itu saya mengundang pembaca untuk memberikan saran serta kritik yang dapat membangun saya. Saran dan kritik konstruktif dari pembaca sangat saya harapkan untuk penyempurnaan makalah selanjutnya. Akhir kata semoga laporan ini dapat memberikan manfaat bagi kita sekalian.
Bandung, 29 April 2015
Penulis
iii Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR IRIGASI DAN DRAINASE | 2015
DAFTAR ISI
JUDUL ....................................................................................................................................... i LEMBAR PENGESAHAN ..................................................................................................... ii KATA PENGANTAR ............................................................................................................ iii DAFTAR ISI ........................................................................................................................... iv DAFTAR GAMBAR .............................................................................................................. vi DAFTAR TABEL ................................................................................................................... ix BAB I PENDAHULUAN ........................................................................................................ 1 1.1 Latar Belakang .............................................................................................................. 1 1.2 Maksud dan Tujuan...................................................................................................... 2 1.3 Ruang Lingkup .............................................................................................................. 2 1.4 Lokasi Studi ................................................................................................................... 3 1.5 Sitematika Penulisan..................................................................................................... 7 BAB II ANALISIS DATA....................................................................................................... 8 2.1 Data Hidrologi ............................................................................................................... 8 2.2 Analisis Hidrologi .......................................................................................................... 8 2.2.1 Hujan Rata-rata Wilayah ......................................................................................... 8 2.2.1.1 Metode Aritmatika............................................................................................ 8 2.2.1.2 Metode Poligon Thiessen ................................................................................. 9 2.2.1.3 Pemilihan Curah Hujan Rata-rata Wilayah .................................................... 11 2.2.2 Curah Hujan Maksimum ........................................................................................ 13 2.2.2.1 Perhitungan Distribusi Gumbel ...................................................................... 13 2.2.2.2 Perhitungan Distribusi Log Pearson III .......................................................... 15 2.2.2.3 Perbandingan Distribusi Gumbel dan Distribusi Log Pearson III .................. 18 2.2.2.4 Curah Hujan Rencana dengan Periode Ulang 100 tahun................................ 18 2.2.3 Perhitungan Evapotranspirasi ................................................................................ 19 2.2.3.1 Pengumpulan Data Klimatologi ..................................................................... 19 2.2.3.2 Metode Penman Monteithe............................................................................. 20 2.3 Perencanaan Debit Rencana ...................................................................................... 26 2.3.1 Hidrodraf Satuan Sintetis Snyder .......................................................................... 26 2.3.2 Perhitungan Hidrograf Berdasarkan Curah Hujan Rencana .................................. 30
iv Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR IRIGASI DAN DRAINASE | 2015
BAB III PERENCANAAN DAN PERHITUNGAN KONSTRUKSI BENDUNG .......... 34 3.1 Data Perencanaan ....................................................................................................... 34 3.1.1 Data Topografi ....................................................................................................... 34 3.1.2 Data Tanah ............................................................................................................. 36 3.2 Perhitungan Perencanaan Hidrolisis......................................................................... 37 3.2.1 Perencanaan Ukuran Fisik Bendung dan Bangunan Pembilas .............................. 37 3.2.1.1 Tinggi Mercu Bendung................................................................................... 37 3.2.1.2 Tinggi Bendung .............................................................................................. 38 3.2.1.3 Lebar Bendung ............................................................................................... 41 3.2.1.4 Lebar Pintu Penguras (Pintu Pembilas) .......................................................... 42 3.2.1.5 Tebal Pilar ...................................................................................................... 43 3.2.1.6 Lebar Efektif Bendung (Beff) ........................................................................ 43 3.2.1.7 Menentukan Muka Air Banjir Rencana .......................................................... 44 3.2.1.8 Pengecekan Bahaya Kavitasi .......................................................................... 47 3.2.2 Perencanaan Bangunan Pengambilan (Intake)....................................................... 49 3.2.2.1 Tata Letak Bangunan Pengambilan ................................................................ 49 3.2.2.2 Perhitungan Debit Saluran Pengambilan ........................................................ 49 3.2.2.3 Perhitungan Dimensi Saluran Pengambilan ................................................. 50 3.2.2.4 Dimensi Bangunan Pengambilan ................................................................... 53 3.2.3 Perencanaan Peredam Energi................................................................................. 55 3.2.3.1 Tipe Peredam Energi ...................................................................................... 55 3.2.3.2 Tinggi Muka Air Banjir Bendung .................................................................. 55 3.2.3.2.1 Tinggi Muka Air Banjir Tepat di Atas Mercu Bendung ......................... 55 3.2.3.2.2 Tinggi Muka Air Banjir di Hilir Bendung .............................................. 56 3.2.3.2.3 Rekapitulasi Data .................................................................................... 58 3.2.3.3 Peredam Energi Tipe Kolam Olak (Bucket) ................................................... 59 3.2.4 Perencanaan Panjang Lantai Muka ........................................................................ 62 BAB IV PERHITUNGAN PERENCANAAN STABILITAS BENDUNG ....................... 69 4.1 Persyaratan Kondisi Kestabilan Bendung dan Parameter Pakai........................... 69 4.2 Analisa Gaya ................................................................................................................ 70 4.2.1 Gaya Berat Tubuh Bendung .................................................................................. 70 4.2.2 Gaya Gempa .......................................................................................................... 72 4.2.3 Gaya Hidrostatis Air .............................................................................................. 74 4.2.3.1 Gaya Hidrostatis Air Kondisi Debit Normal .................................................. 75 4.2.3.2 Gaya Hidrostatis Air Kondisi Debit Banjir .................................................... 76 4.2.4 Gaya Uplift Akibat Seepage .................................................................................. 78
v Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR IRIGASI DAN DRAINASE | 2015
4.2.4.1 Gaya Uplift Akibat Seepage Kondisi Debit Normal ...................................... 80 4.2.4.2 Gaya Uplift Akibat Seepage Kondisi Debit Banjir ......................................... 81 4.2.5 Gaya Lateral Tanah................................................................................................ 82 4.2.5.1 Gaya Lateral Tanah Kondisi Debit Normal .................................................... 82 4.2.5.2 Gaya Lateral Tanah Kondisi Debit Banjir ...................................................... 83 4.2.6 Rekapitulasi Data Gaya ......................................................................................... 84 4.3 Analisa Stabilitas ......................................................................................................... 87 4.3.1 Keadaan Air Debit Normal .................................................................................... 87 4.3.1.1 Analisa Stabilitas Geser .................................................................................. 87 4.3.1.2 Analisa Stablisitas Guling .............................................................................. 87 4.3.1.3 Analisa Daya Dukung Tanah.......................................................................... 88 4.3.1.4 Analisa Eksentrisitas Tarik pada Tanah ......................................................... 89 4.3.1.5 Analisa Tegangan Tanah ................................................................................ 89 4.3.2 Keadaan Air Debit Banjir ...................................................................................... 90 4.3.2.1 Analisa Stabilitas Geser .................................................................................. 90 4.3.2.2 Analisa Stablisitas Guling .............................................................................. 90 4.3.2.3 Analisa Daya Dukung Tanah.......................................................................... 90 4.3.2.4 Analisa Kondisi Tarik pada Tanah ................................................................. 91 4.3.2.5 Analisa Tegangan Tanah ................................................................................ 91 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN................................................................................. 93 5.1 Kesimpulan .................................................................................................................. 93 5.2 Saran ............................................................................................................................ 94 DAFTARS PUSTAKA .......................................................................................................... 95 LAMPIRAN ........................................................................................................................... 96
vi Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR IRIGASI DAN DRAINASE | 2015
DAFTAR GAMBAR Gambar 1. 1 Peta Area Kali Sukareja, Indramayu, Jawa Barat ..................................... 3 Gambar 1. 2 Hasil Perhitungan DAS Kali Sukareja, Indramayu, Jawa Barat - WMS 8.1........................................................................................................................... 4 Gambar 1. 3 Area Daerah Irigasi Kali Sukareja, Indramayu, Jawa Barat ..................... 5 Gambar 1. 4 Stasiun Curah Hujan DAS Kali SUkareja, Indramayu, Jawa Barat .......... 6 Gambar 2. 1 Hasil Penggambaran Poligon Thiessen ................................................... 10 Gambar 2. 2 Hubungan W dan Elevasi ........................................................................ 21 Gambar 2. 3 Hubungan Ra dan Latitude ..................................................................... 22 Gambar 2. 4 Hubungan f(T), f(ed), dan f(n/N) ............................................................ 23 Gambar 2. 5 Hubungan Temperatur dan ed ................................................................. 23 Gambar 2. 6 Tabel Nilai f(u)........................................................................................ 24 Gambar 2. 7 Grafik HSS Awal DAS Kali Sukareja, Indramayu, Jawa Barat ............. 28 Gambar 2. 8 Pendekatan Titik HSS Snyder DAS Kali Sukareja, Indramayu, Jawa Barat ..................................................................................................................... 28 Gambar 2. 9 Grafik HSS DAS Kali Sukareja, Indramayu, Jawa Barat (1 cm dalam 1 jam) ...................................................................................................................... 30 Gambar 2. 10 Grafik Hidrograf Presipitasi 4 jam DAS Kali Sukareja, Indramayu, Jawa Barat Periode Ulang 100 Tahun .................................................................. 33 Gambar 3. 1 Posisi Bendung Rencana ......................................................................... 35 Gambar 3. 2 Hasil Pengukuran Lebar Bendung dengan Google Earth ....................... 35 Gambar 3. 3 Profil Elevasi Sepanjang Kali Sukareja, Indramayu, Jawa Barat ........... 36 Gambar 3. 4 Hidrograf Presipitasi 4 jam DAS Kali Sukareja, Indramayu, Jawa Barat Periode Ulang 1.5 Tahun ..................................................................................... 40 Gambar 3. 5 Koefisien C0 sebagai Fungsi H1/r .......................................................... 44 Gambar 3. 6 Koefisien C1 sebagai Fungsi P/H1 ......................................................... 45 Gambar 3. 7 Koefisien C2 sebagai Fungsi P/H1 ......................................................... 45 Gambar 3. 8 Gambar Data Fisik Awal Bendung Rencana .......................................... 47 Gambar 3. 9 Tekanan pada Mercu Bendung Bulat sebagai Fungsi H1/r ..................... 48 Gambar 3. 10 Bangunan Pengambilan......................................................................... 53 vii Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR IRIGASI DAN DRAINASE | 2015
Gambar 3. 11 Denah Bangunan Pengambilan ............................................................. 54 Gambar 3. 12 Elevasi Muka Air Banjir pada Bendung ............................................... 59 Gambar 3. 13 Bentuk Kolam Olak .............................................................................. 59 Gambar 3. 14 Perbandingan Rmin/hc dengan ∆H/hc .................................................. 60 Gambar 3. 15 Tampak Samping Bendung dengan Kolam Olak .................................. 62 Gambar 3. 16 Perencanaan Awal Lantai Muka ........................................................... 63 Gambar 3. 17 Lantai Muka Rencana dengan Jelajah Vertikal ..................................... 67 Gambar 3. 18 Tampak Samping Akhir Desain Rencana Bendung .............................. 68
Gambar 4. 1 Tampilan Informasi Geometris Arsiran .................................................. 71 Gambar 4. 2 Lokasi Titik Berat Tubuh Utama Bendung ............................................. 71 Gambar 4. 3 Gaya Berat Tubuh Bendung ................................................................... 72 Gambar 4. 4 Daerah Gempa di Indonesia Barat .......................................................... 73 Gambar 4. 5 Gaya Gempa pada Bendung .................................................................... 74 Gambar 4. 6 Pemodelan Gaya Hidrostatis Kodisi Normal (kiri) dan Banjir (kanan) .. 75 Gambar 4. 7 Luasan Berat Air Kondisi Normal .......................................................... 75 Gambar 4. 8 Gaya Hidrostatis Air Kondisi Debit Normal........................................... 76 Gambar 4. 9 Luasan Berat Air Kondisi Banjir ............................................................ 77 Gambar 4. 10 Gaya Hidrostatis Air Kondisi Debit Banjir ........................................... 78 Gambar 4. 11 Pemodelan Gaya Uplift Secara Umum ................................................. 78 Gambar 4. 12 Notasi Titik Bendung ............................................................................ 79 Gambar 4. 13 Gaya yang Bekerja pada Bendung Rencana (MAN) ............................ 85 Gambar 4. 14 Gaya yang Bekerrja pada Bendung Rencana (MAB) ........................... 86
Gambar 5. 1 Dimensi Bendung Rencana .................................................................... 93
viii Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR IRIGASI DAN DRAINASE | 2015
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1 Data Curah Hujan Harian Maksimum R24 (mm) ......................................... 8 Tabel 2. 2 Curah Hujan Harian Maksimum R24 Wilayah - Metode Aritmatika ........... 9 Tabel 2. 3 Luas Daerah Bagi DAS Kali Sukareja, Indramayu, Jawa Barat ................. 10 Tabel 2. 4 Curah Hujan Harian Maksimum R4 Wilayah - Metode Poligon Thiessen 11 Tabel 2. 5 Perhitungan Nilai Error Metode Aritmatika .............................................. 12 Tabel 2. 6 Perhitungan Nilai Error Metode Poligon Thiessen .................................... 12 Tabel 2. 7 Hasil Perhitungan Distribusi Gumbel ......................................................... 14 Tabel 2. 8 Hasil Perhitungan Distribusi Log Pearsn III ............................................... 17 Tabel 2. 9 Perhitungan Error Distribusi Gumbel dan Distribusi Log Pearson III ....... 18 Tabel 2. 10 Temperatur Bulanan Rata-Rata Stasiun Cirebon (oC) .............................. 19 Tabel 2. 11 Kelembaban Relatif Bulanan Rata-Rata Stasiun Cirebon (%) ................. 20 Tabel 2. 12 Kecepatan Angin Bulana Rata-Rata Stasiun Cirebon (knots) .................. 20 Tabel 2. 13 Penyinaran Matahari Bulanan Stasiun Cirebon (%) ................................. 20 Tabel 2. 14 Evapotranspirasi DAS Kali Sukareja, Indramayu, Jawa Barat ................. 25 Tabel 2. 15 Data Inisiasi Pengolahan HSS Snyder ...................................................... 26 Tabel 2. 16 Data Titik Penting Plotting HSS Snyder ................................................... 27 Tabel 2. 17 Perhitungan Titik Terhadap Persamaan Grafik ........................................ 29 Tabel 2. 18 Data Inisiasi Perhitungan Curah Hujan Efektif ........................................ 31 Tabel 2. 19 Perhitungan Presipitasi 4 Jam dengan Periode Ulang 100 Tahun ............ 32 Tabel 3. 1 Rekapitulasi Data Topografi Kali Sukareja, Indramayu, Jawa Barat ......... 36 Tabel 3. 2 Data Karakteristik Tanah ............................................................................ 37 Tabel 3. 3 Perhitungan Tinggi dan Lebar Bendung ..................................................... 42 Tabel 3. 4 Perencanaan Pembilas dan Pilar ................................................................. 43 Tabel 3. 5 Tabel Hasil Iterasi ....................................................................................... 46 Tabel 3. 6 Rekapitulasi Data Dimensi Mercu Bendung .............................................. 47 Tabel 3. 7 Nilai b/h dan Kemiringan Talud ................................................................. 50 Tabel 3. 8 Hubungan Q dan K (Koefisien Strickler) ................................................... 50 Tabel 3. 9 Hubungan Q dan Freeboard ........................................................................ 50 Tabel 3. 10 Perhitungan Dimensi Saluran Pengambilan ............................................. 52 ix Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR IRIGASI DAN DRAINASE | 2015
Tabel 3. 11 Hasil Perhitungan Dimensi Bangunan Pengambilan ................................ 54 Tabel 3. 12 Perhitungan Muka AIr Maksimum Hulu Bendung................................... 56 Tabel 3. 13 Perhitungan Penampang Sungai Pada Hilir .............................................. 58 Tabel 3. 14 Rekapitulasi Data Elevasi Muka Air ........................................................ 58 Tabel 3. 15 Perhitungan Dimensi Kolam Olak ............................................................ 61 Tabel 3. 16 Weigth Creep Ratio .................................................................................. 64 Tabel 3. 17 Analisa dengan Persamaan Bligh ............................................................. 64 Tabel 3. 18 Analisa dengan Persamaan C-Lane .......................................................... 65 Tabel 3. 19 Perencanaan Lmk Tanpa Tambahan Jelajah Vertikal ............................... 66 Tabel 3. 20 Perencanaan Lmk dengan Jelajah Vertikal ............................................... 66 Tabel 4. 1 Parameter Asumsi Tanah ............................................................................ 69 Tabel 4. 2 Koefisien Jenis Tanah ................................................................................. 72 Tabel 4. 3 Hubungan Periode Ulang dan Percepatan Dasar Gempa ............................ 73 Tabel 4. 4 Perhitungan Tegangan Seepage MAN ........................................................ 80 Tabel 4. 5 Perhitungan Gaya Uplift dan Momen Uplift MAN .................................... 80 Tabel 4. 6 Perhitungan Tegangan Seepage MAB ........................................................ 81 Tabel 4. 7 Perhitungan Gaya Uplift dan Momen Uplift MAB .................................... 81 Tabel 4. 8 Rekapitulasi Gaya pada Bendung Kondisi MAN ....................................... 84 Tabel 4. 9 Rekapitulasi Gaya pada Bendung Kondisi MAB ....................................... 84 Tabel 4. 10 Faktor Keruntuhan Terzaghi ..................................................................... 88
x Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Indonesia, sebuah negara agraris terbesar, sangat bergantung oleh pertanian lokal dalam pemenuhan kebutuhan sehari-harinya. Mayarakat Indonesia berpangan pokok padi dan sebagian masyarakatnya pun bermata pencaharian sebagai petani. Hal ini menjadi sorotan bahwa perkembangan pertanian di Indonesia ini sangatlah penting. Namun, pertanian di Indonesia masih belum maksimal ditingkatkan. Dalam sistem pertanian, air dan lahan menjadi salah satu modal yang perlu dimiliki. Indonesia pada nyatanya memiliki potensi yang berkecukupan untuk menyediakan air dan lahan tetapi hal ini perlu didukung oleh sistem pengolahan dan pengelolaan yang baik. Maka, diperlukan suatu bentuk rekayasa yang baik sehingga seperti apapun lahan yang tersedia, produksi pangan tetap dapat dilakukan dengan kualitas yang tinggi. Oleh sebab itu, sistem irigasi manjadi sorotan yang baik dalam peningkatan pertanian. Sistem irigasi ini merupakan metode rekaya yang merekayasa pola pengaliran air dengan pola tanam pada petak tujuan. Sistem irigasi ini merupakan kumpulan jaringan irigasi yang saling bersinergi. Tiap-tiap jaringan irigasi ini akan berkumpul pada sebuah nodal yang selanjutnya akan didistribusikan kepada jalur-jalur irigasi selanjutnya. Nodal-nodal/titik kumpul ini merupakan prasarana rekaya yang didesain sedemikian rupa agar dapat berfungsi sesuai kebutuhan. Prasarana ini disebut bangunan air. Bagunan ini dibagi-bagi menurut fungsi. Bangunan air ini menjadi sebuah perhatian khusus dikarenakan bangunanbangunan air ini akan menjadi titik kontrol berlangsungnya sistem irigasi yang baik. Tanpa bangunan air, maka air tidak akan terdistribusikan ke sistem jalur irigasi yang telah kita rancang. Perencanaan bangunan air ini perlu dioptimumkan pula agar fungsi bangunan yang memiliki fungsi masing-masing dapat bertahan lama dan beroperasi dengan waktu layan yang baik. Hal ini diperuntukkan agar sistem irigasi yang direncanakan dapat memenuhi kebutuhan masyarakat dengan jangka waktu yang panjang dan berkelanjutan. Sementara ini di Indonesia, masih sangat sedikit sistem irigasi yang tidak berkelanjutan dan memiliki kemampuan layan yang panjang. Penyebab keadaan ini 1 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
bisa dikarenakan sumber air dan lahan yang tidak dikelola dengan baik tetapi terkadang dikarenakan kegagalan pada bangunan air. Kegagalan pada bangunan air ini pada dasarnya adalah penyebab yang paling dapat diselesaikan oleh manusia dikarenakan bangunan tersebut adalah buatan manusia. Maka pengetahunan akan perencanaan bangunan air amatlah penting bagi seorang rekayasawan teknik sipil terutama yang memfokuskan diri pada pengolahan air. Oleh karena itu, tugas besar ini menjadi sarana yang baik untuk memberikan pengetahuan dasar bagi mahasiswa tentang proses dan metode untuk merancang sistem irigasi yang baik terfokus pada perenacaan bangunan air yang baik. 1.2 Maksud dan Tujuan Tugas besar ini dimaksudkan untuk memberikan gambaran umum mengenai perencanaan bagunan air pada sistem irigasi pertanian sekaligus melatih kemampuan untuk pengambilan keputusan melalui studi perencanaan daerah irigasi. Maksud dari perencanaan bangunan air ini adalah ingin merancang bangunan air yang baik dan optimum pada sistem irigasi untuk suatu wilayah pertanian, yang mampu memenuhi dan menjaga ketersediaan kebutuhan air pada wilayah tersebut. Tujuan tugas besar ini adalah :
Menentukan lokasi bendung dan bangunan air lainnya pada peta petak sawah tersedia pada daerah irigasi pada wilayah aliran Kali Sukareja, Jawa Barat, Indonesia.
Merencanakan dimensi bendung dan bangunan air lainnya secara optimum sehingga mencapai pengaliran rencana pada peta petak sawah tersedia.
Memahami dan menerapkan konsep perencanaan suatu daerah irigasi untuk menentukan parameter kebutuhan untuk perhitungan awal perencanaan.
Mendapatkan suatu gambaran umum dan pemahaman mengenai komponen bangunan air standar yang ada pada sistem irigasi pada umumnya dan metoda perencanaannya.
1.3 Ruang Lingkup Perencanaan bangunan air yang akan dilakukan dalam tugas besar ini meliputi wilayah aliran Indramayu, Jawa Barat. Ruang lingkup penulisan laporan ini meliputi beberapa aspek penting, antara lain: 2 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
1.
Analisa Hidrologi a. Penentuan Daerah Aliran Sungai (DAS) b. Perhitungan curah hujan c. Perhitungan debit banjir rencana
2.
Standar Perencanaan Irigasi a. Perencanaan petak, saluran pengaliran b. Kebutuhan air c. Sistem irigasi yang digunakan d. Penentuan dimensi saluran e. Penentuan dimensi bangunan air
1.4 Lokasi Studi Pada perencanaan ini, lokasi Kali Sukareja dipaparkan pada data sebagai berikut: Induk Sungai
: Kali Sukareja
Data Geografis
: 06°36′14.1″LS 108°23′28″BT
Lokasi
: Propinsi Jawa Barat, Kabupaten Indramayu, Kecamatan Balongan, Desa Sukareja. Berjarak 17 km dari Kota Cirebon dan 32.3 km dari Kota Indramayu. Berjarak 15 m ke hilir Laut Jawa.
Berikut ini adalah peta area Kali Sukareja,
Gambar 1. 1 Peta Area Kali Sukareja, Indramayu, Jawa Barat
3 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Daerah Aliran Sungai (DAS) secara umum didefinisikan sebagai suatu hamparan wilayah/kawasan yang dibatasi oleh pembatas topografi (punggung bukit) yang menerima, mengumpulkan air hujan, sedimen dan unsur hara serta mengalirkannya melalui anak-anak sungai dan keluar pada sungai utama ke laut atau danau. Digunakan software WMS 8.1 untuk menghitung luasan DAS. Dalam perencanaan saluran irigasi di DAS Kali Sukareja, didapat bahwa luas total DAS Kali Sukareja adalah 276.17 km2 atau 27.617 hektar (Ha).
Gambar 1. 2 Hasil Perhitungan DAS Kali Sukareja, Indramayu, Jawa Barat - WMS 8.1
Data yang diperoleh untuk melakukan analisis dan perhitungan awal untuk merencanakan suatu bagunan dan jaringan irigasi di daerah sekitar Kali Sukareja, Indramayu, Jawa Barat adalah: 4 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
1. Data curah hujan dari tahun 1972 sampai 1981 daerah sekitar Kali Sukareja, Indramayu, Jawa Barat yang diwakili tiga stasiun. 2. Peta topografi daerah sekitar Kali Sukareja, Indramayu, Jawa Barat. Berdasarkan data yang didapat, pada daerah Kali Sukareja terdapat sedikit stasiun perhitungan curah hujan yang mewakili keadaan kali. Stasiun-stasiun ini umumnya berlokasi di kecamatan antara Cirebon dan Indramayu di Jawa Barat. Nomor stasiun yang berada di DAS tersebut berkisar dari 30 hingga 50. Penentuan titik stasiun yang dipilih harus mampu membentuk segitiga lancip dan berada dekat dengan DAS Kali Sukareja agar data mendekati keadaan sebenarnya. Pada pengerjaan ini, dibutuhkan data curah hujan selama 10 tahun berurut. Berdasarkan pencarian dan pembacaan data, didapati stasiun-stasiun yang akan mewakili curah hujan DAS Kali Sukareja tersebut. Stasiun-stasiun tersebut ialah Stasiun 33 Arjowinangin, Stasiun 42 Karangkendal, dan Stasiun 43 Cangkring. Ketiga stasiun ini dipilih dikarenakan lokasi stasiun ini berada pada DAS Kali Sukareja. Lokasi ini sangat membantu dikarenakan stasiun ini hanya dipengaruhi oleh DAS ini saja. Bila mengambil stasiun yang jauh dari DAS tinjauan atau di luar DAS tinjauan, dikawatirkan hasil curah hujan pada stasiun tesebut terpengaruhi oleh DAS lain di luas DAS tinjauan.
Gambar 1. 3 Area Daerah Irigasi Kali Sukareja, Indramayu, Jawa Barat
5 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Daerah Irigasi dan Asumsi DAS Kali Sukareja, Jawab Barat
Gambar 1. 4 Stasiun Curah Hujan DAS Kali Sukareja, Indramayu, Jawa Barat
6 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
1.5 Sitematika Penulisan Penulisan tugas besar ini terbagi menjadi lima bab. Masing-masing bab dibagi-bagi kembali menjadi beberapa sub-bab yang disajikan dengan sistematika penyusunan penulisan seperti berikut ini: BAB I Pendahuluan Berisi latar belakang, maksud dan tujuan, ruang lingkup, lokasi studi, serta sistematika penulisan. BAB II Analisis Data Berisi pengumpulan data hidrologi, pengolahan data curah hujan wilayah, pengolahan data
curah
hujan
maksimum,
pengumpulan
data
klimatologi,
pengolahan
evapotranspirasi, dan perencanaan debit rencana. BAB 3 Perencanaan dan Perhitungan Konstruksi Bendung Bab ini mengenai pengumpulan data-data yang dibutuhkan untuk perencanaan seperti data topografi, dan data tanah. Data tersebut digunakan untuk perhitungan perencanaan hidrolisis yang meliputi dimensi bendung. BAB 4 Perhitungan Perencanaan Stabilitas Bendung Pada bab ini meliputi perhitungan gaya-gaya yang bekerja pada bendung seperti gaya berat bendung, gaya gempa, gaya hidrostatis air, gaya angkat stabilitas dsb. Nantinya akan menetukan apakah desain dimensi bendung sudah memenuhi angka kamanan. BAB V Kesimpulan dan Saran Pada bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran.
7 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
BAB II ANALISIS DATA 2.1 Data Hidrologi Berdasarkan hasil pencarian dan pembacaan data curah hujan harian maksimum, data curah hujan dari Stasiun 33 Arjowinangun, Stasiun 42 Karangkendal, dan Stasiun 43 Cangkring dari tahun 1972 – tahun 1981 adalah sebagai berikut Tabel 2. 1 Data Curah Hujan Harian Maksimum R24 (mm) Tahun 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981
Curah Hujan Harian Maksimum R24 Tahun ke - (mm) St. 33 St. 42 St. 43 Arjowinangun Karangkendal Cangkring 130 175 112 115 76 150 69 93 125 54 85 144 95 167 130 52 152 88 76 161 106 118 160 114 140 250 162 68 83 113
2.2 Analisis Hidrologi 2.2.1 Hujan Rata-rata Wilayah Melalui pengambilan data curah hujan harian maksimum, akan dilanjutkan pada perhitungan data curah hujan rata-rata wilayah pada DAS Kali Sukareja, Insramayu, Jawa Barat. Perhitungan data hujan rata-rata wilayah yang digunakan pada tugas besar ini adalah Metode Aritmatika dan Metode Thiessen. 2.2.1.1 Metode Aritmatika Akan dicontohkan perhitungan pengisian data yang hilang dengan mengambil contoh perhitungan data curah hujan regional pada DAS Kali Sukareja, Indramayu Jawa Barat. 𝑛
∑ 𝑃𝑖 𝑃̅ = 𝑖=1 𝑛 𝑃 +𝑃 +𝑃 𝑃̅ = 33 342 43
8 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015 130+175+112 𝑃̅ = = 139 𝑚𝑚 3
Selanjutnya, pengerjaan ini dapat dilanjutkan untuk pengisian data lainnya hingga demikian, Tabel 2. 2 Curah Hujan Harian Maksimum R24 Wilayah - Metode Aritmatika Tahun 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981
Curah Hujan Harian Maksimum R24 Wilayah (mm) 139.000 113.667 95.667 94.333 130.667 97.333 114.333 130.667 184.000 88.000
2.2.1.2 Metode Poligon Thiessen Akan dicontohkan perhitungan pengisian data yang hilang dengan mengambil contoh perhitungan data curah hujan regional pada DAS Kali Sukareja, Indramayu Jawa Barat. 1.
Perhitungan Area DAS Kali Sukareja Akan dibuat poligon thiessen dengan menggunakan software AutoCAD. Diketahui bahwa luasan DAS Kali Sukareja sebesar 276.17 km2 (lihat Bab III Subab 3.2 Luas DAS Kali Sukareja). Luasan ini akan dibagi menjadi tiga luasan yang mewakili area pengaruh dari ketiga stasiun tinjauan. Berikut adalah langkah pembuatan garis poligon: a.
Membuka software AutoCAD dan meng-input gambar letak stasiunstasiun tinjauan pada DAS ke AutoCAD.
b.
Mengaktifkan tools line untuk membuat garis. Menghubungkan tiap titik stasiun satu sama lainnya sehingga membentuk segitiga. Diharapkan segitiga yang terbentuk adalah lancip.
c.
Membagi tiap sisi segitiga pada titik tengahnya. Selajutnya menarik garis yang memotong titik tengah sisi dan tegak lurus sisi segitiga tersebut. Bila 9
Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
segitiga yang dibuat adalah lancip, maka garis tegak lurus ini akan bertemu di satu titik. d.
Garis yang bertemu di satu titik tersebut selanjutnya diteruskan hingga membagi area DAS menjadi tiga bagian. Maka akan didapat area yang mewakili satu stasiun.
Dari langkah di atas, didapat pembagian area sebagai berikut, Tabel 2. 3 Luas Daerah Bagi DAS Kali Sukareja, Indramayu, Jawa Barat 33 ARJOWINAGUN 42 KARANGKENDAL 43 CANGKRING Total
Luas Daerah 92.3771 area CAD 53.4712 area CAD 46.2756 area CAD 192.1239 area CAD
132.79 76.86 66.52 276.17
km2 km2 km2 km2
Gambar 2. 1 Hasil Penggambaran Poligon Thiessen 2.
Perhitungan Curah Hujan Rerata Dengan mengetahui luas area tiap daerah stasiun pada DAS Kali Sukareja, curah hujan rata-rata regional DAS Kali Sukareja tahun 1972 adalah 𝑃 .𝐴 +𝑃 .𝐴42 +𝑃43,71 .𝐴43 𝑃̅ = 33,72 33 42,71 𝐴 𝐷𝐴𝑆
=
130×132.79+175×76.86+112×66.52 276.17
= 138.189 𝑚𝑚 10
Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Selanjutnya, pengerjaan ini dapat dilanjutkan untuk pengisian data lainnya hingga demikian, Tabel 2. 4 Curah Hujan Harian Maksimum R4 Wilayah - Metode Poligon Thiessen Curah Hujan Harian Maksimum R24 Wilayah (mm) 138.189 112.576 89.168 84.306 123.469 88.503 106.883 128.726 175.914 83.014
Tahun 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981
2.2.1.3 Pemilihan Curah Hujan Rata-rata Wilayah Berdasarkan perhitungan curah hujan rata-rata wilayah menggunakan dua metode di atas, akan dipilih data curah hujan harian maksimum wilayah yang paling akurat. Penentuan keakuratan perhitungan ini dapat dilakukan dengan menghitung total error yang dihasilkan oleh perhitungan sebelumnya terhadap data yang dikumpulkan. Akan digunakan perumusan sebagai berikut,
𝛿=
̅ −𝑅1 | |𝑅 ̅ −𝑅2 | ̅ −𝑅𝑛 | |𝑅 |𝑅 + +⋯+ 𝑅1 𝑅2 𝑅𝑛
𝑛
=
∑𝑛 𝑖=1
̅ −𝑅 | |𝑅 𝑖 𝑅𝑖
𝑛
Akan dicontohkan perhitungan error untuk hasil perhitungan Metode Aritmatika dan Metode Poligon Thiessen pada tahun 1972. Metode Aritmatika
𝛿= =
̅ 72 −𝑅33,72 | |𝑅 ̅ −𝑅 ̅ −𝑅 |𝑅 | |𝑅 | + 72 42,72 + 72 43,72 𝑅33,72 𝑅42,72 𝑅43,72
3 |139−130| |139−175| |139−112| + + 130 175 112
3
= 0.172
Metode Poligon Thiessen
𝛿=
̅ 72 −𝑅33,72 | |𝑅 ̅ −𝑅 ̅ −𝑅 |𝑅 | |𝑅 | + 72 42,72 + 72 43,72 𝑅33,72 𝑅42,72 𝑅43,72
3
11 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
=
|138.189−130| |138.189−175| |138.189−112| + + 130 175 112
3
= 0.169
Selanjutnya, pengerjaan ini dapat dilanjutkan untuk pengisian data lainnya hingga didapat perhitungan sedemikian, Tabel 2. 5 Perhitungan Nilai Error Metode Aritmatika Tahun 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981
Curah Hujan Harian Maksimum R24 Wilayah (mm) 139.000 113.667 95.667 94.333 130.667 97.333 114.333 130.667 184.000 88.000 Total Error
Error 0.172005495 0.249810153 0.216604644 0.400541636 0.199377224 0.445834867 0.290952463 0.145625599 0.238029394 0.19186585 2.550647325
Tabel 2. 6 Perhitungan Nilai Error Metode Poligon Thiessen Tahun 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981
Curah Hujan Harian Maksimum R24 Wilayah (mm) 138.189 112.576 89.168 84.306 123.469 88.503 106.883 128.726 175.914 83.014 Total Error
Error 0.169055954 0.25061167 0.20671681 0.32797623 0.203525621 0.37514432 0.250270757 0.138511453 0.212919799 0.162106111 2.296838726
Berdasarkan perhitungan di atas yakni melalui Metode Aritmatik dan Metode Poligon Thiessen, didapati error Metode Aritmatik ialah 2.551 dan error Metode Poligon Thiessen ialah 2.297. Dikarenakan error Metode Poligon Thiessen memiliki nilai yang lebih kecil, menunjukkan metode tersebut paling minim kesalahan dann menuju atau mendekati nilai sebenarnya. Oleh karena itu, dipilih curah hujan rata-rata
12 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
regional DAS Kali Sukareja, Indramayu, Jawa Barat dengan Metode Poligon Thiessen dan besar error ialah 2.297. (Lihat Tabel 2.4) 2.2.2 Curah Hujan Maksimum 2.2.2.1 Perhitungan Distribusi Gumbel Pada pengolahan data curah hujan harian maksimum kali ini akan digunakan analisis statistik pertama dengan Distribusi Gumbel. Akan dicontohkan perhitungan pengisian data yang hilang dengan mengambil contoh perhitungan data curah hujan regional pada tahun di DAS Kali Sukareja, Indramayu, Jawa Barat. Langkahlangkahnya sebagai berikut, 1.
Mengurutkan curah hujan harian (plotting area Metode Weibull) hasil perhitungan Metode Thiessen dari besar ke kecil dan diberi peringkat.
2.
Selanjutnya dihitung peluangnya dengan rumus, p = m/n+1 di mana m adalah nomor peringkat dan n adalah banyaknya data curah hujan maksimum. Dihitung pula Tr = 1/p dimana Tr adalah peride ulang curah hujan tersebut.
3.
Berdasarkan hasil Metode Thiessen didapati curah hujan tertinggi sebesar 198.189 mm/hari dengan peringkat nomor 1. Maka, didapa nilai p = 0.091 dengan Tr = 11. Dihitung nilai KT sebagai berikut, KT = -
é æ T öùüï 6 ìï í0.5772 + ln êln ç r ÷úý p ïî ë è Tr -1 øûïþ
é æ 11 öùü 6ì í0.5772 + ln êln ç ÷úý p î ë è 11-1 øûþ KT = 1.382 KT = -
4.
Selanjutnya akan dihitung nilai R hasil pendekatan Gumbel dengan xT = x + KT S . Telah dihitung terlebih dahulu nilai Rmean dan S didapat Rmean= 122.896 mm/hari dan S = 34.1047 mm/hari. Sehingga didapat nilai R pendekatan adalah 170.054 mm/hari. Berdasarkan langkah di atas maka dapat diterapkan pada perhitungan data-
data di peringkat-peringkat lainnya dan hasil perhitungan dapat dilihat sebagai berikut,
13 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Tabel 2. 7 Hasil Perhitungan Distribusi Gumbel Tahun 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980
Curah Hujan Harian Maksimum R24 Wilayah (mm) 138.189 112.576 89.168 84.306 123.469 88.503 106.883 128.726 175.914 83.014 n Rata-rata S
Peringkat ke-
Rmax
P
Tr
KT
RT
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
175.914 138.189 128.726 123.469 112.576 106.883 89.168 88.503 84.306 83.014
0.091 0.182 0.273 0.364 0.455 0.545 0.636 0.727 0.818 0.909
11.000 5.500 3.667 2.750 2.200 1.833 1.571 1.375 1.222 1.100
1.383 0.802 0.442 0.169 -0.060 -0.265 -0.459 -0.654 -0.866 -1.132
153.983 136.809 126.156 118.078 111.309 105.243 99.494 93.720 87.455 79.585
10.000 113.075 29.585
14 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
2.2.2.2 Perhitungan Distribusi Log Pearson III Pada pengolahan data curah hujan harian maksimum selanjutnya akan digunakan analisis statistic kedua dengan Distribusi Log Pearson III. Akan dicontohkan perhitungan pengisian data yang hilang dengan mengambil contoh perhitungan data curah hujan regional pada tahun di DAS Kali Sukareja, Indramayu, Jawa Barat. Langkah-langkahnya sebagai berikut, 1. Mengurutkan curah hujan harian (plotting area Metode Weibull) hasil perhitungan Metode Thiessen dari besar ke kecil dan diberi peringkat. 2. Selanjutnya dihitung peluangnya dengan rumus, p = m/n+1 di mana m adalah nomor peringkat dan n adalah banyaknya data curah hujan maksimum. Dihitung pula Tr = 1/p dimana Tr adalah peride ulang curah hujan tersebut. 3. Berdasarkan hasil Metode Thiessen didapati curah hujan tertinggi sebesar 198.189 mm/hari dengan peringkat nomor 1. Maka, didapa nilai p = 0.091 dengan Tr = 11. Dihitung nilai LogR didapat sebesar 2.297. 4. Akan dihitung besaran (logR-logRmean)3 didapat besaran 0.0108. Akan dihitung pula nilai w dengan perhitungan sebagai berikut,
é æ 1 öù w = êln ç 2 ÷ú ë è p øû
1/2
( 0 < p £ 0.5)
é æ ù 1 ö÷ú ê ç w = ln ç ( 0.5 < p < 1) êë è (1- p) 2 ÷øúû dikarenakan p = 0.091 < 0.5 maka digunakan 1/2
é æ 1 öù w = êln ç ÷ú = 2.189 ë è 0.0912 øû 1/2
5. Akan dihitung nilai z sebagai berikut
z = w-
2.515517 + 0.802853w + 0.010328w 2 utk ( 0 < p £ 0.5) 1+1.432788w + 0.189269 w 2 + 0.001308w3
z = 2.189 z =1.335
2.515517 + 0.802853 x2.189 + 0.010328 x2.189 2 1+1.432788x2.189 + 0.189269x2.189 2 + 0.001308x2.1893
6. Akan dihitung nilai Cs dan k sebagai berikut
Cs =
(
N å log xi - log x
)
3
( N -1) ( N - 2) ( Slog x )
3
= 0.563
15 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
k=
Cs 0.563 = = 0.094 6 6
7. Didapat nilai KT untuk peringkat 1 adalah
KT = z + ( z 2 -1) k +
1 3 1 z - 6z ) k 2 - ( z 2 -1) k 3 + zk 4 + k 5 =1.392 ( 3 3
8. Selanjutnya akan dihitung nilai R hasil pendekatan Gumbel dengan
log xT = log x + KT Slog x . Telah dihitung terlebih dahulu nilai logRmean dan S didapat logRmean= 2.041 dan S = 0.108 mm/hari. Sehingga didapat nilai logR pendekatan adalah 2.191. Maka, nilai R = 155.175 mm/hari. Berdasarkan langkah di atas maka dapat diterapkan pada perhitungan datadata di peringkat-peringkat lainnya dan hasil perhitungan dapat dilihat sebagai berikut,RT,
16 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Tabel 2. 8 Hasil Perhitungan Distribusi Log Pearsn III
Tahun
Curah Hujan Harian Maksimum R24 Wilayah (mm)
Pering kat ke-
1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980
138.189 112.576 89.168 84.306 123.469 88.503 106.883 128.726 175.914 83.014
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Rmax
Log(Rmax)
175.914 138.189 128.726 123.469 112.576 106.883 89.168 88.503 84.306 83.014 Total Rata-rata S n
2.245 2.140 2.110 2.092 2.051 2.029 1.950 1.947 1.926 1.919 20.410 2.041 0.108 10.000
(logRlogRrata)^ 3
0.009 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 -0.001 -0.001 -0.002 -0.002 0.005
P
w
z
Cs
k
KT
logRT
RT
0.091 0.182 0.273 0.364 0.455 0.545 0.636 0.727 0.818 0.909
2.190 1.846 1.612 1.422 1.256 1.256 1.422 1.612 1.846 2.190
1.335 0.908 0.604 0.348 0.114 -0.114 -0.348 -0.604 -0.908 -1.335
0.563 0.563 0.563 0.563 0.563 0.563 0.563 0.563 0.563 0.563
0.094 0.094 0.094 0.094 0.094 0.094 0.094 0.094 0.094 0.094
1.392 0.878 0.535 0.261 0.020 -0.204 -0.424 -0.653 -0.911 -1.246
2.191 2.136 2.099 2.069 2.043 2.019 1.995 1.971 1.943 1.907
155.175 136.625 125.482 117.222 110.437 104.475 98.921 93.454 87.674 80.682
17 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
2.2.2.3 Perbandingan Distribusi Gumbel dan Distribusi Log Pearson III Dalam penganalisisan data statistic ini, akan dipilih distribusi mana yang paling mendekati nilai sesungguhnya dai curah hujan maksimum. Hal ini dapat dihitung dengan nilai E=(Rteori-Rnyata)2 sebagai berikut, Tabel 2. 9 Perhitungan Error Distribusi Gumbel dan Distribusi Log Pearson III No
Rdata
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
175.914 138.189 128.726 123.469 112.576 106.883 89.168 88.503 84.306 83.014
Rteori Gumbel 153.983 136.809 126.156 118.078 111.309 105.243 99.494 93.720 87.455 79.585
Rteori Pearson 155.175 136.625 125.482 117.222 110.437 104.475 98.921 93.454 87.674 80.682 Total
E - Gumbel
E - Pearson
480.948 1.904 6.605 29.062 1.606 2.690 106.624 27.225 9.920 11.755 8.682
430.082 2.444 10.520 39.021 4.573 5.799 95.119 24.519 11.344 5.437 8.359
Berdasarkan hasil perhitungan error yang ada, maka akan dipilih Distribusi Log Pearson III dengan nilai error = 8.359. Hal ini menunjukkan metode Distribusi Log Pearson III lebih mendekati nilai sebenarnya dibanding metode Distribusi Gumbel. 2.2.2.4 Curah Hujan Rencana dengan Periode Ulang 100 tahun Pada sebelumnya telah ditentukan bahwa metode yang paling mendekati nilai sesungguhnya adalah Distribusi Log Pearson III. Memalui distribusi ini akan dihitung besar nilai curah hujan rencana pada periode ulang 100 tahun sebagai berikut Tr = 100 1 = 0.01 100 1/2 é æ 1 öù w = êln ç 2 ÷ú ë è p øû p=
( p < 0.5)
é æ 1 öù w = êln ç ÷ú ë è 0.012 øû
1/2
= 3.035
2.515517 + 0.802853w + 0.010328w 2 = 2.327 1+1.432788w + 0.189269 w 2 + 0.001308w 3 1 1 KT = z + ( z 2 -1) k + ( z 3 - 6z ) k 2 - ( z 2 -1) k 3 + zk 4 + k 5 = 2.734 3 3 z = w-
18 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
log xT = log x + KT Slog x = 2.041+ 2.734x0.108 = 2.335 RT = 216.425mm / hari Didapat curah hujan rencana harian maksimum sebesar 216.425 mm/hari untuk periode berulang 100 tahun. 2.2.3 Perhitungan Evapotranspirasi 2.2.3.1 Pengumpulan Data Klimatologi Untuk melakukan perhitungan evapotranspirasi, dibutuhkan DAS. DAS yang digunakan adalah DAS Kali Sukareja, Indramayu, Jawa Barat. DAS ini dimulai dengan titik outlet di koordinat 06°36′14.1″LS 108°23′28″BT. Terletak pada propinsi Jawa Barat, Kabupaten Indramayu, Kecamatan Balongan, Desa Sukareja. Berjarak 17 km dari Kota Cirebon dan 32.3 km dari Kota Indramayu. Berjarak 15 m ke hilir Laut Jawa. (Lihat Subbab 1.4) Dibutuhkan data klimatologi untuk perhitungan evapotranspirasi regional. Berdasarkan referensi data yang ada, data stasiun dibagi untuk mewakili Jawa Barat. Perhitungan ini membutuhkan empat bacaan data, yakni temperature rata-rata, kelembaban relatif, penyinaran hujan, dan kecepatan angin. Kelengkapan data ini pun perlu diperhatikan. Dikarenakan pada perhitungan curah hujan digunakan data 1972 – 1981 maka digunakan pula data tahun 1972 – 1981 pada pengumpulan data ini. Stasiun yang dipilih adalah Stasiun Cirebon. Stasiun ini terletak pada kordinat 06o 41’ LS 108o 33’ BT. Berikut ini hasil pengumpulan data, Tabel 2. 10 Temperatur Bulanan Rata-Rata Stasiun Cirebon (oC)
19 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Tabel 2. 11 Kelembaban Relatif Bulanan Rata-Rata Stasiun Cirebon (%)
Tabel 2. 12 Kecepatan Angin Bulana Rata-Rata Stasiun Cirebon (knots)
Tabel 2. 13 Penyinaran Matahari Bulanan Stasiun Cirebon (%)
2.2.3.2 Metode Penman Monteithe Metode ini mengunakan faktor temperature, penyinaran matahari, kelembaban relatif, dan kecepatan angin sebagai faktor yang mempengaruhi nilai evapotranspirasi potensial. Perumusan metode Penman ini dapat dilihat sebagai berikut: 20 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
ETo cW Rn 1 W f u ea ed
Rn Rns Rnl
Rnl f T f ed f n N Rns 1 Rs
Rs Ra0.25 0.5 n / N Keterangan: ETo
: Evapotranspirasi (mm/hari)
W
: faktor yang tergantung pada temperatur dan ketinggian tempat.
Rn
: Radiasi neto ekivalen dengan evaporasi,
f(u)
: fungsi dari kecepatan angin,
ea
: tekanan uap aktual,
ed
: tekanan uap jenuh = (ea x RH)/100
Rns
: Radiasi gelombang pendek dari matahari
Rnl
: Radiasi gelombang panjang dari matahari
Ra
: Radiasi ekstra terestrial
= 0.25 Pada pengerjaan ini akan digunakan beberapa tabel-tabel untuk menentukan nilai-nilai dari faktor peritungan. Namun dikarenakan banyaknya tabel, maka tabel tersebut akan dipaparkan langsung bersama dengan langkah perhitungan. Akan dicontohkan untuk perhitungan evapotranspirasi DAS Kali Sukareja, Indramayu, Jawa Barat bulan Januari 1. Menentukan W Untuk menghitung nilai W, dibutuhkan tabel sebagai berikut:
Gambar 2. 2 Hubungan W dan Elevasi
21 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Berdasarkan data yang diberikan bahwa lokasi berada di 223.196 m dan temperature pada bulan Januari ialah 25.96 oC. Oleh karena itu, akan dilakukan interpolasi antara altitude 0 – 500 m dengan temperatu 26 – 28 oC sebagai berikut: 𝑊0 = (25.96 − 28) ×
0.75−0.77 26−28
𝑊500 = (25.96 − 28) ×
+ 0.77 = 0.7496
0.76−0.78 26−28
+ 0.78 = 0.7596
𝑊 = (223.196 − 500) ×
𝑊0 −𝑊500
𝑊 = (223.196 − 500) ×
0.7496−0.7596
0−500
+ 𝑊500
0−500
+ 0.7596 = 0.754
2. Menentukan Rn Untuk menghitung Rn, perlu diketahui Ra terlebih dahulu dari tabel berikut. Berdasarkan letak geografis DAS Kali Progo - Borobudur berada di 06o 41’ 00” LS 108o 33’ 00” BT (umpama latitude adalah 6). Maka didapat Ra sebesar 15.59.
Gambar 2. 3 Hubungan Ra dan Latitude Maka, Rs = Ra(0.25+0.5(n/N)) = 15.8(0.25+0.5(0.4070)) = 7.233 Rns = (1-)Rs = 0.75x7.233 = 5.425 Selanjutnya akan dicari nilai Rnl yang sebelumnya harus kita definisikan f(T), f(n/N), dan f(ed) terlebih dahulu dengan tabel berikut,
22 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Gambar 2. 4 Hubungan f(T), f(ed), dan f(n/N) dengan intepolasi, akan didapat f(T) 𝑓(𝑇) = (25.96 − 28) ×
15.9−16.3 26−28
+ 16.3 = 15.889
diumpamakan keadaan tropis sehingga akan digunakan rumus 𝑓(𝑒𝑑) = 0.56 − 0.079√𝑒𝑑. Namun, didefinisikan terlebih dahulu nilai ed dan ea dengan tabel berikut
Gambar 2. 5 Hubungan Temperatur dan ed dengan intepolasi, akan didapat ea 𝑒𝑎 = (25.96 − 28) ×
33.6−31.7 26−25
𝑅𝐻
+ 31.7 = 33.515 𝑚𝑏𝑎𝑟
86.1
𝑒𝑑 = 𝑒𝑎 × 100 = 33.515 × 100 = 28.856 𝑓(𝑒𝑑) = 0.56 − 0.079√𝑒𝑑 = 0.56 − 0.079√28.856 = 0.104 𝑓(𝑛/𝑁) = 0.1 +
0.9𝑛 𝑁
= 0.1 + 0.9 × 0.4070 = 0.466 𝑛
𝑅𝑛𝑙 = 𝑓(𝑇). 𝑓(𝑒𝑑). 𝑓 (𝑁) = 15.889 × 0.104 × 0.466 = 0.768 23 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
𝑅𝑛 = 𝑅𝑛𝑠 − 𝑅𝑛𝑙 = 5.425 − 0.768 = 4.657 3. Menentukan f(u) Untuk menghitung f(u) akan digunakan tabel ini, Akan langsung digunakan tabel dengan data yang diberikan u = 4.90 = 217.80 km/hari. Akan didapat f(u) = 0.283 dengan rumus pada tabel di atas.
Gambar 2. 6 Tabel Nilai f(u)
Maka, (umpama c=1) ETo cW Rn 1 W f u ea ed
𝐸𝑇𝑜 = {0.754 × 4.657 + (1 − 0.754) × 0.283 × (33.515 − 28.856)} = 3.836 𝑚𝑚/ℎ𝑎𝑟𝑖 Didapat bahwa nilai evapotranspirasi potensial pada bulan Januari, ETo = 3.836 mm/hari. Dengan ekivalen satu bulan maka didapat ETo = 115.083 mm/ bln. Selanjutnya, pengerjaan ini dapat dilanjutkan untuk pengisian data lainnya hingga demikian,
24 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Tabel 2. 14 Evapotranspirasi DAS Kali Sukareja, Indramayu, Jawa Barat
25 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
2.3 Perencanaan Debit Rencana 2.3.1 Hidrodraf Satuan Sintetis Snyder Pada pengerjaan analisis hidrograf kali ini, akan digunakan Metode HSS Snyder untuk menganalisis DAS Kali Sukareja, Indramayu, Jawa Barat. Untuk melakukan perhitungan dibutuhkan beberapa data actual seperti panjang sungai pada DAS, panjang titik centroid DAS, dan kemiringan DAS. Data-data tersebut didapat berdasarkan hasil pembacaan WMS (lihat Gambar 1.2). Berikut ini akan ditampilkan list data inisiasi yang dibutuhkan, sebagai berikut: Tabel 2. 15 Data Inisiasi Pengolahan HSS Snyder Aktual (km) Panjang Sungai Utama (L) Jarak Pusat DAS - Outlet (Lc) Slope Ct Ci Tr c2 cp Luas DAS (A) c3
38.743 28.858 0.0132 2.2 0.75 1 2.75 0.6 276.17 5.56
Time Lag (Tl) Durasi Hujan Teori (tr) Durasi Penyesuaian (Tpl) Debit Puncak/Satuan Luas (qp) Debit Puncak/Satuan Luas (Qp) Time Base (Tb) W75 W50
13.553 2.464 10.414 0.158 43.755 35.093 8.923 15.652
Selanjutnya, akan dicontohkan perhitungan HSS Snyder sebagai berikut; 1. Time lag 𝑇𝑙 = 0,75 𝑥 𝐶𝑡 𝑥 (𝐿 𝑥 𝐿𝑐)0,3 = 0.75𝑥2.2𝑥(38.743𝑥28.858)0.3 = 13.553 2. Durasi Hujan Teori (tr) 𝑇𝑙
𝑡𝑟 = 5.5 = 2.464 3. Durasi Penyesuaian (tpl) 𝑡𝑝𝑙 = 𝑇𝑙 + (0,25 ∗ (1 − 𝑇𝑟)) = 10.414 4. Debit puncak / satuan luas (qp) 26 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015 𝑐2 𝑥 𝑐𝑝
𝑞𝑝 =
𝑡𝑝𝑙
= 0.158
5. Debit puncak / satuan luas (Qp) 𝑄𝑝 = 𝑞𝑝 𝑥 𝐿𝑢𝑎𝑠 𝐷𝐴𝑆 = 0.158 𝑥 276.17 = 43.755 6. Time Base (Tb) 5.56
𝑇𝑏 =
𝑞𝑝
= 35.093
7. W75 𝑊75 =
1,22 𝑞𝑝1,08
= 8.923
8. W50 𝑊50 =
2,14 𝑞𝑝1,08
= 15.652
Berdasarkan perhitungan di atas, akan dicari titik-titik yang membentuk kurva. Berikut ini adalah data titik-titik yang didapat. Tabel 2. 16 Data Titik Penting Plotting HSS Snyder t (jam) 0 0.5 + tpl - 1/3(W50) 0.5 + tpl - 1/3(W75) 0.5 + tpl 0.5 + tpl + 2/3(W75) 0.5 + tpl + 2/3(W50) tb 0.5+tpl = tp
Q (m3/s)
0.000 5.697 7.940 10.914 16.863 21.349 35.093
0 0.5Qp 0.75Qp Qp 0.75Qp 0.5 Qp 0
0.000 21.877 32.816 43.755 32.816 21.877 0.000
Hasil titik ini selanjutnya di-plot membentuk kurva HSS Snyder yang dicari pada awal pengerjaan sebagai berikut untuk 1 cm/jam.
27 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Gambar 2. 7 Grafik HSS Awal DAS Kali Sukareja, Indramayu, Jawa Barat
Langkah selanjutnya akan dibuat pendekatan hasil plotting untuk menghitung debit per jamnya dengan mendekati nilai secara regresi linear sebagai berikut:
Gambar 2. 8 Pendekatan Titik HSS Snyder DAS Kali Sukareja, Indramayu, Jawa Barat
Persamaan-persamaan ini dipakai untuk mendefinisikan debit-debit per jamnya. Berikut ini adalah hasil pendekatannya,
28 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Tabel 2. 17 Perhitungan Titik Terhadap Persamaan Grafik PERSAMAAN (1) y =3.8402x
(2) y = 4.8768x-5.9058
(3) y =3.6776x+3.616
(4) y = -1.8388x + 63.824
(5) y = -2.4384x + 73.935
(6) y = -1.5918x + 55.86
t (jam) 0 1 2 3 4 5 5.697 6 7 7.940 8 9 10 10.914 11 12 13 14 15 16 16.863 17 18 19 20 21 21.349 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 35.093
Quh (m3/jam) 0 3.840 7.680 11.521 15.361 19.201 21.877 23.355 28.232 32.816 33.037 36.714 40.392 43.755 43.597 41.758 39.920 38.081 36.242 34.403 32.816 32.482 30.044 27.605 25.167 22.729 21.877 20.840 19.249 17.657 16.065 14.473 12.881 11.290 9.698 8.106 6.514 4.922 3.331 1.739 0.147 0.000
29 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Dari pendekatan titik-titik secara linearisasi, didapat grafik HSS DAS Kali Sukareja, Indramayu, Jawa Barat sebagai berikut
Gambar 2. 9 Grafik HSS DAS Kali Sukareja, Indramayu, Jawa Barat (1 cm dalam 1 jam) 2.3.2 Perhitungan Hidrograf Berdasarkan Curah Hujan Rencana Selanjutnya akan dicari hidrograf sintetis untuk hujan selama 4 jam. Di Indonesia, untuk kepentingan desain bangunan air, pada umumnya digunakan durasi hujan diasumsikan 4 jam. Selama 4 jam itu pula, bobot hujan terjadi dalam proporsi berbeda-beda. Pada tubes bangunan air ini akan digunakan bobot hujan 1/6, 2/6, 2/6, dan 1/6 dai curah hujan efektif. Untuk melakukan perhitungan dibutuhkan data-data seperti, evapotranspirasi (lihat Subbab 2.2.3) dan curah hujan debit harian maksimum (lihat Subab 2.2.2). Hal ini diperuntukkan untuk menghitung presipitasi efektif (Pef). Berikut ini adalah datadata yang diperlukan,
30 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Tabel 2. 18 Data Inisiasi Perhitungan Curah Hujan Efektif PERIODE 100 TAHUN P (cm/hari) ET (cm/hari) ET (4 jam) if (asumsi) WS (cm/jam) I (cm/jam) Pef (cm/jam)
21.643 9.749 0.054 0.42 21.588 9.067 12.521
Selanjutnya, akan dicontohkan perhitungan precipitasi efektif (Pef) secara rinci sebagai berikut; 1.
Nilai P didapat dari perhitungan pada bab sebelumnya
2.
Nilai Et merupakan nilai Et terkecil pada perhitungan penman di subab sebelumnya. Bulan yang terkecil adalah bulan Juni
3.
Nilai Et 4 jam didapat dari membagi nilai Et dengan 30 (Jumlah hari pada bulan Juni) kemudian dibagi lagi dengan 6 (untuk mendapatkan waktu 4 jam).
4.
Nilai if diasuksikan menngunakan if = 0.42.
5.
Perhitungan nilai WS. 𝑊𝑆 = 𝑃 − 𝐸𝑡 4 𝑗𝑎𝑚 = 21.643 − 0.054 = 21.588 𝑐𝑚/𝑗𝑎𝑚
6.
Perhitungan nilai i. 𝑖 = 𝑖𝑓 𝑥 𝑊𝑆 = 9.067 𝑐𝑚/𝑗𝑎𝑚
7.
Nilai Pef 𝑃𝑒𝑓 = 𝑃 − 𝐸𝑡 − 𝑖 = 12.521 𝑐𝑚/𝑗𝑎𝑚 Selanjutnya data ini akan digunakan untuk mencari hidrograf hujan selama 1
cm/4 jam. Akan digunakan dengan periode ulang 100 tahun. Akan didapat perhitungan sebagai berikut:
31 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Tabel 2. 19 Perhitungan Presipitasi 4 Jam dengan Periode Ulang 100 Tahun t (jam)
Quh (m3/s)
Quh * 1/6 Pef
Quh * 2/6 Pef
Quh * 2/6 Pef
Quh * 1/6 Pef
TOTAL (m3/s)
0
0
0.000
0
0
0
0.000
1
3.840
8.014
0
0
0
8.014
2
7.680
16.028
16.028
0
0
32.056
3
11.5206
24.042
32.056
16.028
0
72.126
4
15.3608
32.056
48.084
32.056
8.014
120.210
5
19.201
40.070
64.112
48.084
16.028
168.294
6
23.355
48.739
80.140
64.112
24.042
217.033
7
28.2318
58.916
97.478
80.140
32.056
268.590
8
33.0368
68.944
117.832
97.478
40.070
324.324
9
36.7144
76.618
137.887
117.832
48.739
381.077
10
40.392
84.293
153.237
137.887
58.916
434.333
11
43.5972
90.982
168.586
153.237
68.944
481.748
12
41.7584
87.145
181.964
168.586
76.618
514.313
13
39.9196
83.307
174.289
181.964
84.293
523.853
14
38.0808
79.470
166.614
174.289
90.982
511.355
15
36.242
75.632
158.940
166.614
87.145
488.331
16
34.4032
71.795
151.265
158.940
83.307
465.307
17
32.4822
67.786
143.590
151.265
79.470
442.111
18
30.0438
62.698
135.573
143.590
75.632
417.493
19
27.6054
57.609
125.395
135.573
71.795
390.372
20
25.167
52.520
115.218
125.395
67.786
360.920
21
22.7286
47.432
105.041
115.218
62.698
330.388
22
20.8404
43.491
94.863
105.041
57.609
301.004
23
19.2486
40.169
86.983
94.863
52.520
274.536
24
17.6568
36.848
80.339
86.983
47.432
251.601
25
16.065
33.526
73.695
80.339
43.491
231.051
26
14.4732
30.204
67.051
73.695
40.169
211.119
27
12.8814
26.882
60.407
67.051
36.848
191.188
28
11.2896
23.560
53.764
60.407
33.526
171.257
29
9.6978
20.238
47.120
53.764
30.204
151.326
30
8.106
16.916
40.476
47.120
26.882
131.394
31
6.5142
13.594
33.832
40.476
23.560
111.463
32
4.9224
10.272
27.189
33.832
20.238
91.532
33
3.3306
6.951
20.545
27.189
16.916
71.600
34
1.7388
3.629
13.901
20.545
13.594
51.669
35
0.147
0.307
7.257
13.901
10.272
31.738
36
0
0.000
0.614
7.257
6.951
14.821
37
0
0.000
0.000
0.614
3.629
4.242
38
0
0.000
0.000
0.000
0.307
0.307
39
0
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
32 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Berdasarkan perhitungan superposisi, didapat hidrograf presipitasi 4 jam untuk debit rencana pada periode ulang 100 tahun, sebagai berikut
Gambar 2. 10 Grafik Hidrograf Presipitasi 4 jam DAS Kali Sukareja, Indramayu, Jawa Barat Periode Ulang 100 Tahun
Perhitungan excess run off, Volume = 10 x 60 x 60 x (jumlah ordinat)= 10 x 60 x 60 x 9244.097 = 332787494.2 m3 Excess Run Off = Volume/ Luas = 332787494.2/276.17/1000000 = 1.205 cm. Akan diuji kembai besar excess run off-nya didapat volume total kurva adalah 332787494.2 m3. Dengan demikian bila dibagi oleh luas DAS (276.1 km2) didapat total excess run off adalah 1.205 cm. Hal ini menunjukkan bahwa pendekatan trapezium memiliki galat untuk nilai excess sebenarnya yakni 1 cm. Untuk keakuratan data, tinjauan selang superposisi dapat dilakukan dengan tinjauan per 30 menit tidak per satu jam-an.
33 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
BAB III PERENCANAAN DAN PERHITUNGAN KONSTRUKSI BENDUNG 3.1 Data Perencanaan Pada perencanaan teknis bangunan bendung, diperlukan data perencaan sebagai data pendukung awal. Data-data ini sangat diperlukan untuk menghasilkan perhitungan bendung yang baik. Data yang dibutuhkan dapat diperoleh dengan cara survey atau mencari data dari sumber- sumber yang memiliki data yang dimaksudkan. Pencarian data sendiri (survey) adalaha langkah yang terbaik dilakukan, karena data yang diperoleh adalah data yang terbaru dan merupakan data yang benar-benar berasal dari lokasi yang bersangkutan (detail). Namun bila terdapat kendala yang sulit untuk diatasi, maka beberapa sumber yang memiliki data yang diinginkan dapat dihubungi. Sumber yang dimaksud di sini misalnya badan koordinasi survey dan pemetaan nasionla (bakosurtanal) untuk mendapatkan data topografi. Data yang dibutuhkan untuk melaksanakan perencanaan terknis ini adalah :
Data topografi
Data karakteristik tanah
3.1.1 Data Topografi Topografi detail sungai di sekitar lokasi dimana bendung akan dibangun dapat diperoleh dari peta topografi dengan skala 1:20.000. Namun, dikarenakan keterbatasan data pada peta topografi yang tersedia, digunakan perantara lain yaitu, Google Earth. Data topografi yang diperlukan adalah kemiringan sungai, lebar sungai, dan elevasi dataran sekitar bendung. Berikut data yang didapat
34 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Gambar 3. 1 Posisi Bendung Rencana
Gambar 3. 2 Hasil Pengukuran Lebar Bendung dengan Google Earth
35 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Gambar 3. 3 Profil Elevasi Sepanjang Kali Sukareja, Indramayu, Jawa Barat Berikut ini adalah hasil rekapitulasi data yang didapat dari Google Earth, Tabel 3. 1 Rekapitulasi Data Topografi Kali Sukareja, Indramayu, Jawa Barat REKAPITULASI DATA TOPOGRAFI Lebar Sungai (B) 30.5 m S (WMS) 0.0132 S (Google Earth)
0.000251
Penarikan garis lurus dri titik A ke titik B
S pakai
0.000251
asumsi diambil data Google Earth
El. Sawah Tertinggi
+2.55
3.1.2 Data Tanah Survey mekanika tanah mutlak dilakukan karena data detail mengenai tanah di lokasi bendung biasanya belum ada. Dari penyelidikan tanah akan didapatkan: a.
Jenis tanah (lempung, pasir )
b.
Parameter kekuatan tanah ; c,ϒ,φ
c.
Tegangan tanah yang diijinkan, σ
36 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
d.
Koefisien gesekan antara tanah dan pondasi
Dikarenakan kerterbatasan pelaksanaan survey, maka akan diasumsikan bahwa bendung akan dibangun di atas lapisan tanah pasir sedang dengan spesifikasi sebagai berikut, Tabel 3. 2 Data Karakteristik Tanah Properties Tanah Material Pasir Sedang 16 kN/m3 ϒ moist 18 kN/m3 ϒ sat 45 deg φ 0 kN/m3 c 3.2 Perhitungan Perencanaan Hidrolisis Perencanaan Hidrolisis pada tugas besar ini meliputi perencanaan ukuran fisik bendung dan bangunan pembilas, perencanaan bangunan pengambilan (intake), perencanaan bak penenang, dan perencanaan lantai muka. 3.2.1 Perencanaan Ukuran Fisik Bendung dan Bangunan Pembilas Ukuran fisik disini meliputi perencanaan tinggi mercu, tinggi bendung, lebar bendung, lebar pintu bilas, tebal pilar dan lebar efektif bendung. 3.2.1.1 Tinggi Mercu Bendung Untuk menentukan tinggi mercu suatu bendung, perlu memperhatikan tinggi muka air yang dibutuhkan pada saluran intake dan kebutuhan air di areal irigasi. Dalam menghitung elevasi mercu bendung kali jali dapat dilakukan dengan penjumlahan beberapa elevasi yang telah diketahui dan perkiraan kehilangan tinggi muka air selama perjalanan ke arela persawahan di saluran. Data-data yang telah diperoleh adalah : a.
Elevasi sawah tertinggi
b.
Tinggi muka air di sawah
c.
Kehilangan tekanan dari tertier ke sawah
d.
Kehilangan tekanan dari sekunder ke saluran tertier
e.
Kehilangan tekanan dari primer ke saluran sekunder
f.
Kehilangan tekanan dari sungai ke saluran primer 37
Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
g.
Kehilangan tekanan karena kemiringan saluran
h.
Kehilangan tekanan di alat ukur
i.
Persediaan tekanan karena eksploitasi
j.
Persediaan untuk bangunan-bangunan lain Data-data yang telah diperoleh di atas seperti data kehilangan tinggi muka air
di saluran merupakan data standar dalam penentuan kehilangan tinggi muka air di saluran (dapat dilihat dalam buku “Standar Perencanaan Irigasi” yang diterbitkan oleh Dirjen PU Pengairan) Berikut ini adalah perhitungan tinggi mercu bendung, a.
Elevasi sawah tertinggi = +2.55
b.
Tinggi muka air di sawah = 0.10 m
c.
Kehilangan tekanan dari tertier ke sawah = 0.10 m
d.
Kehilangan tekanan dari sekunder ke saluran tertier = 0.10 m
e.
Kehilangan tekanan dari primer ke saluran sekunder = 0.10 m
f.
Kehilangan tekanan dari sungai ke saluran primer = 0.20 m
g.
Kehilangan tekanan karena kemiringan saluran = 0.15 m
h.
Kehilangan tekanan di alat ukur = 0.40 m
i.
Persediaan tekanan karena eksploitasi = 0.10 m
j.
Persediaan untuk bangunan-bangunan lain = 0.25 m 𝐸𝑙𝑒𝑣𝑎𝑠𝑖 𝑀𝑒𝑟𝑐𝑢 𝐵𝑒𝑛𝑑𝑢𝑛𝑔 = 𝐸𝑙𝑒𝑣𝑎𝑠𝑖 𝑆𝑎𝑤𝑎ℎ 𝑇𝑒𝑟𝑡𝑖𝑛𝑔𝑔𝑖 + 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐻𝑒𝑎𝑑 𝐿𝑜𝑠𝑠 𝐸𝑙𝑒𝑣𝑎𝑠𝑖 𝑀𝑒𝑟𝑐𝑢 𝐵𝑒𝑛𝑑𝑢𝑛𝑔 = 2.55 + 1.5 = +4.05
3.2.1.2 Tinggi Bendung Penentuan tinggi bendung direncanakan berdasarkan tinggi mercu yang dibutuhkan dan elevasi dasar sungai. Elevasi dasar sungai disini dapat diasumsikan sebagai elevasi lantai muka bendung 𝑇𝑖𝑛𝑔𝑔𝑖 𝐵𝑒𝑛𝑑𝑢𝑛𝑔, 𝑃 = 𝐸𝑙𝑒𝑣𝑎𝑠𝑖 𝑀𝑒𝑟𝑐𝑢 𝐵𝑒𝑛𝑑𝑢𝑛𝑔 − 𝐸𝑙𝑒𝑣𝑎𝑠𝑖 𝐷𝑎𝑠𝑎𝑟 𝑆𝑢𝑛𝑔𝑎𝑖 Untuk mendapatkan elevasi dasar sungai, maka dilakukan perhitungan sebagai berikut, 38 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
a.
Menentukan nilai debit kondisi penuh, Qbankfull
b.
Menentukan elevasi sawah tertinggi, kemiringan dasar sungai rata-rata (S), lebar sungai rata-rata (b), serta talud (1:m)
c.
Mengambil suatu nilai kedalaman (h) dalam meter.
d.
Menghitung luas penampang basah (A) dengan nilai saluran yang diambil pada langkah (b) dan lebar dasar pada langkah (a).
e.
Menghitung jari-jari Hodraulis ‘R’
f.
Menghitung debit aliran yang terjadi menggunakan Persamaan Chezy.
Chezy'sEquation Q = cA RS Keterangan : Q = debitbankfull c = koefisien tan ah A = luas A , P = kelilingbasah P S = slope R=
g.
Bila debit yang diperoleh tidak sama dengan Qbankfull langkah a-g dengan mengganti nilai h hingga konvergen.
h.
Menghitung elevasi dasar hulu sungai dengan, 𝐸𝑙𝑒𝑣𝑎𝑠𝑖 𝐷𝑎𝑠𝑎𝑟 𝐻𝑢𝑙𝑢 𝑆𝑢𝑛𝑔𝑎𝑖 = 𝐸𝑙𝑒𝑣𝑎𝑠𝑖 𝑆𝑎𝑤𝑎ℎ 𝑇𝑒𝑟𝑡𝑖𝑛𝑔𝑔𝑖 − ℎ
i.
Menentukan panjang peninjauan bendung, L
j.
Menghitung elevasi dasar hilir sungai 𝐸𝑙𝑒𝑣𝑎𝑠𝑖 𝐷𝑎𝑠𝑎𝑟 𝐻𝑖𝑙𝑖𝑟 𝑆𝑢𝑛𝑔𝑎𝑖 = 𝐸𝑙𝑒𝑣𝑎𝑠𝑖 𝐷𝑎𝑠𝑎𝑟 𝐻𝑢𝑙𝑢 𝑆𝑢𝑛𝑔𝑎𝑖 − 𝑆 × 𝐿
Contoh Perhitungan Qbankfull diambil untuk Tr= 1.5 tahun. Dengan langkah pengerjaan seperti pada Subab 2.3 didapatkan diagram hidrograf sebagai berikut,
39 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Gambar 3. 4 Hidrograf Presipitasi 4 jam DAS Kali Sukareja, Indramayu, Jawa Barat Periode Ulang 1.5 Tahun Qbankfull = 289.14 m3/s Talud, m = 1.5 c = 40 Panjang peninjaua, L=30m Dipakai h = 5.639 m
𝑅=
𝐴 𝑏ℎ + 𝑚ℎ2 30.5 × 5.639 + (1.5)5.6392 = = = 4.322 𝑚 𝑃 𝑏 + 2ℎ√1 + 𝑚2 30.5 + 2(5.639)√1 + 1.52
𝑄 = 𝑐𝐴√𝑅𝑆 = 40 × (30.5 × 5.639 + (1.5)5.6392 )√4.322 × 0.000251 = 289.412 𝑚3 /𝑠 didapatkan bahwa perhitungan telah konvergen, maka ketinggian air saat penuh adalah 5.639 m 𝐸𝑙𝑒𝑣𝑎𝑠𝑖 𝐷𝑎𝑠𝑎𝑟 𝐻𝑢𝑙𝑢 𝑆𝑢𝑛𝑔𝑎𝑖 = 𝐸𝑙𝑒𝑣𝑎𝑠𝑖 𝑆𝑎𝑤𝑎ℎ 𝑇𝑒𝑟𝑡𝑖𝑛𝑔𝑔𝑖 − ℎ = 2.55 − 5.639 = −3.089 𝐸𝑙𝑒𝑣𝑎𝑠𝑖 𝐷𝑎𝑠𝑎𝑟 𝐻𝑖𝑙𝑖𝑟 𝑆𝑢𝑛𝑔𝑎𝑖 = 𝐸𝑙𝑒𝑣𝑎𝑠𝑖 𝐷𝑎𝑠𝑎𝑟 𝐻𝑢𝑙𝑢 𝑆𝑢𝑛𝑔𝑎𝑖 − 𝑆 × 𝐿 = −3.089 − (10)(0.00251) = −3.097
𝑇𝑖𝑛𝑔𝑔𝑖 𝐵𝑒𝑛𝑑𝑢𝑛𝑔, 𝑃 = 𝐸𝑙𝑒𝑣𝑎𝑠𝑖 𝑀𝑒𝑟𝑐𝑢 𝐵𝑒𝑛𝑑𝑢𝑛𝑔 − 𝐸𝑙𝑒𝑣𝑎𝑠𝑖 𝐷𝑎𝑠𝑎𝑟 𝑆𝑢𝑛𝑔𝑎𝑖 𝑇𝑖𝑛𝑔𝑔𝑖 𝐵𝑒𝑛𝑑𝑢𝑛𝑔, 𝑃 = +4.05 − −3.097 = 7.139 𝑚 Tinggi bendung diperoleh dari tingi bersih bendung dengan kondisi air debit rendah sesuia dengan kebutuhan di areal irigasi. Dalam perencanaan bendung type 40 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
urugan, tinggi bendung ini harus ditambah dengan tinggi jagaan untuk menjaga tubuh bendung pada saat banjir tidak tergerus air atau melewati tubuh bendung. Untuk perhitungan tinggi jagaan tersendiri yang dipengaruhi oleh besar debit banjir maksimum yang terjadi, luas permukaan air genangan pada saat banjir, kedalaman pelimpah rencana, durasai terjadinya banjir maksimum dan kapasitas rencana bangunan pelimpah untuk banjir maksimum. 3.2.1.3 Lebar Bendung Lebar bendung adalah panjang bentangan bendung antara dua tembok sisi dari bendung. Perencanaan lebar bendung dipengaruhi kondisi topografi setempat. Penentuan lebar bendung didasarkan pada elevasi tinggi bendung dan elevasi tanah setempat serta bentuk palung sungai. Pada perencanaan lebar bendung pada tugas ini, lebar bendung sama dengan lebar sungai pada elevasi bendung yang telah direncanakan. Dari hasil perhitungan di peta lokasi diperoleh lebar sungai adalah 30.5 m, tetapi agar tidak mengganggu aliran sungai setelah ada bendung, paling ideal, lebar bendung adalah sama dengan lebar normal sungai. Apabila hal ini menyebabkan tinggi muka air di atas bendung menjadi tinggi sekali, maka diperkenankan mengambil lebar bendung sampai 1,2 lebar sungai. Jadi lebar bendung = 1,2*30.5 m = 36.6 m
41 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Tabel 3. 3 Perhitungan Tinggi dan Lebar Bendung
3.2.1.4 Lebar Pintu Penguras (Pintu Pembilas) Jumlah pintu pembilas ditentukan dari lebar pembilas total. Lebar satu pintu pembilas diambil maksimum 2.5 m (dengan mengasumsikan bahwa pintu dioperasikan secara manual). Lebar pintu pembilas yang diambil masing-masing pintu pembilas adalah sama dengan lebar pembilas total dibagi dengan jumlah pintu. Sebagai acuan, lebar pintu penguras diambil : 1
Bp = 𝑀𝐴𝑋[
10
1
𝑥 𝑙𝑒𝑏𝑎𝑟 𝑏𝑒𝑛𝑑𝑢𝑛𝑔 , 𝑥𝑙𝑒𝑏𝑎𝑟 𝑝𝑖𝑛𝑡𝑢 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑎𝑚𝑏𝑖𝑙𝑎𝑛] 2
Pada perhitungan berikutnya, didapatkan lebar total pintu pengambil, 15.460 m sehingga, 1
Bp = 2 𝑥 15.460 = 7.480 𝑚
42 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Lebar masing-masing pintu diambil 2.4 m sehingga didapat banyak pintu sama dengan 3 buah. 3.2.1.5 Tebal Pilar Untuk pilar pembilas terdapat 4 buah dengan lebar 1 m. Dikarenakan lebar bendung yaitu 36.6 m (>20m) maka dibutuhkan Underslice. Elevasi lantai lubang dianggap sama dengan elevasi dasar hulu sungai. Elevasi pelat adalah elevasi lantai lubang ditambah dengan tinggi slice. Berikut ini ketentuan standar underslice yang direncanakan, Tabel 3. 4 Perencanaan Pembilas dan Pilar Perencanaan Awal Bendung Nilai Keterangan BP1 (m) 3.66 pendekatan lebar bendung BP2 (m)
7.480
Lebar Total Pintu Pembilas (m) Jumlah Pilar Pilar Pembilas Lebar Jumlah Pintu Pintu Lebar Pembilas Cek (max.2,5m)
4 1 3 2.4
Kebutuhan Underslice
Butuh
Tinggi Slice Panjang Underslice Elevasi Lantai Lubang Elevasi Pelat
1 10 -3.089 -2.089
pendekatan lebar pintu pengambilan
7.480 asumsi
m asumsi m
v Bentang 1.5 maka dambil 1.5 serta bendung dengan muka hulu tegak, didapatkan C0 sebesar
1,2, C1 sebesar 0,99, dan C2
sebesar 1. Dengan demikian, 𝐶𝑑 = 1,45 × 0,96 × 1 = 1,188 2. Hitung Be Dari perhitungan sebelumnya, 𝐵𝑒 = 36.6 − 𝐻𝑒 = 36.6 − (3.976) = 32.624 𝑚 3. Hitung Q 0.5 2 2 1.5 𝑄 = × 1,188 × 32,624 × 3,976 × ( × 9.81) = 523.852 𝑚3 /𝑑𝑒𝑡 3 3
4. Cek apakah Q hasil hitungan sama dengan Q banjir 100 tahun Berdasarkan hasil perhitungan sebelumnya, Q banjir 100 tahun adalah 523.853 m3/det, karena sudah sama sehingga tidak perlu dilakukan iterasi lagi. Setelah diiterasi didapatkan bahwa nilai He yang menghasilkan debit sebesar 523.853 m3/detik adalah He=3,976 m. Selanjutnya dihitung tinggi muka air banjir di hulu dengan mengabaikan kecepatan datang. 𝐸𝑙𝑒𝑣𝑎𝑠𝑖 𝑀𝑢𝑘𝑎 𝐴𝑖𝑟 𝐵𝑎𝑛𝑗𝑖𝑟 𝑑𝑖 ℎ𝑢𝑙𝑢 = 𝑇𝑖𝑛𝑔𝑔𝑖 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 𝑑𝑖 ℎ𝑢𝑙𝑢 𝐸𝑙𝑒𝑣𝑎𝑠𝑖 𝑀𝑢𝑘𝑎 𝐴𝑖𝑟 𝐵𝑎𝑛𝑗𝑖𝑟 = 𝐸𝑙𝑒𝑣𝑎𝑠𝑖 𝑚𝑒𝑟𝑐𝑢 + 𝐻𝑒 = 4.05 + 3,976 = +8,026
Tabel 3. 5 Tabel Hasil Iterasi H1 H1/r P/H1 p/H1'
3.976
m
1.135974935 1.795624903 1.5
Harus > 1.5
Co
1.2
C1
0.99
C2
1
Cd
1.188
Be
32.62408773
m
Q100'
523.8528842
m3/s
Selisih
0.000
m3/s
H1'
3.976
m
digunakan 1:0.33
46 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Tabel 3. 6 Rekapitulasi Data Dimensi Mercu Bendung REKAPITULASI DATA DIMENSI MERCU Tipe Bulat Material Beton P
7.139 m
r
3.500 m
Kemiringan Sisi Tegak Kiri Kemiringan Sisi Tegak Kanan H1 Be Q100
1:0.33 1:1 3.976 m 32.624 m 523.853 m3/s
Gambar 3. 8 Gambar Data Fisik Awal Bendung Rencana 3.2.1.8 Pengecekan Bahaya Kavitasi Pengecekan dilakukan dengan menggunakan grafik yang menghubungkan perbandingan tinggi energi di atas mercu (He=H1) dan jari-jari mercu dengan tekanan pada mercu bendung. Grafik ini dapat dilihat di buku KP 02 hal. 53 (gambar 4.4). Dari grafik tersebut akan didapatkan nilai (p/ρg)/H1. Selanjutnya, 𝑇𝑒𝑘𝑎𝑛𝑎𝑛 𝑝𝑎𝑑𝑎 𝑚𝑒𝑟𝑐𝑢 = 𝐻𝑒 ×
𝑝/𝜌𝑔 𝐻1 47
Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Gambar 3. 9 Tekanan pada Mercu Bendung Bulat sebagai Fungsi H1/r
Nilai tekanan mercu minimum yang diijinkan adalah -4 m untuk bendung yang terbuat dari beton dan -1 m untuk bendung yang terbuat dari pasangan batu bata. Jika nilai hasil perhitungan ini tidak memenuhi syarat, ganti nilai r (jari-jari mercu) kemudian ulangi langkah-langkah sebelumnya dan lakukan pengecekan bahaya kavitasi lagi. Proses ini diulang hingga pengecekan bahaya kavitasi memenuhi syarat. Contoh Perhitungan Berdasarkan hasil perhitungan sebelumnya didapatkan H1 sebesar 3.976 m, dengan demikian, 𝐻1 3,976 = = 1.136 𝑟 3.5
↔
𝑝/𝜌𝑔 = ~ − 1 (𝑑𝑎𝑟𝑖 𝑔𝑟𝑎𝑓𝑖𝑘) 𝐻1
dan 𝑇𝑒𝑘𝑎𝑛𝑎𝑛 𝑝𝑎𝑑𝑎 𝑚𝑒𝑟𝑐𝑢 = 𝐻𝑒 ×
𝑝/𝜌𝑔 = 3,976 × −1 = −3.976 𝑚 > −4𝑚 (𝑶𝑲) 𝐻1
48 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
3.2.2 Perencanaan Bangunan Pengambilan (Intake) 3.2.2.1 Tata Letak Bangunan Pengambilan Bangunan pengambilan didesain terletak di dekat bangunan pembilas dengan arah pengambilan tegak lurus dengan sumbu sungai. 3.2.2.2 Perhitungan Debit Saluran Pengambilan Akan dilakukan perhitungan debit saluranpengambilan dimana besarnya sama dengan debit saluran primer pada Tugas Besar Irigasi, Q=
𝑐𝑥𝑎 𝐴 𝐸𝑓
Dimana : Q = 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖𝑝𝑒𝑟𝑙𝑢𝑎𝑘𝑎𝑛 C = 𝑘𝑜𝑒𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑎𝑙𝑖𝑟𝑎𝑛 = 0,85 (𝑑𝑖𝑡𝑒𝑛𝑡𝑢𝑘𝑎𝑛) 𝑒𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛𝑠𝑖 𝑠𝑎𝑙𝑢𝑟𝑎𝑛 ; 𝑡𝑒𝑟𝑑𝑖𝑟𝑖 𝑑𝑎𝑟𝑖 𝐸𝑓 𝑡𝑒𝑟𝑠𝑖𝑒𝑟 = 80% ; 𝐸𝑓 𝑠𝑒𝑘𝑢𝑛𝑑𝑒𝑟 = 90% Ef primer = 90%; 𝑠𝑒ℎ𝑖𝑛𝑔𝑔𝑎 𝐸𝑓 = 80% 𝑥 90%𝑥90% = 65% a = 𝑘𝑒𝑏𝑢𝑡𝑢ℎ𝑎𝑛 𝑎𝑖𝑟 𝑢𝑛𝑡𝑢𝑘 𝑖𝑟𝑖𝑔𝑎𝑠𝑖 =
𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘
1,2
ℎ𝑎
A = 𝑙𝑢𝑎𝑠 𝑎𝑟𝑒𝑎𝑙 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑎𝑘𝑎𝑛 𝑑𝑖𝑎𝑙𝑖𝑟𝑖 = 983 ℎ𝑎 (𝐵𝑒𝑟𝑑𝑎𝑠𝑎𝑟𝑘𝑎𝑛 𝑇𝑢𝑔𝑎𝑠 𝐵𝑒𝑠𝑎𝑟 𝐼𝑟𝑖𝑔𝑎𝑠𝑖) Q=
0,85 𝑥 1,2 𝑥 983 65%
𝑙𝑡
= 1542.554 𝑠 = 1.542 𝑚3 /𝑠
Jadi debit yang dibutuhkan untuk mengaliri sawah seluas 317,72 ha adalah 1.542 m3/det.
49 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
3.2.2.3 Perhitungan Dimensi Saluran Pengambilan Berdasarkan standard Dir.Irigasi : Tabel nilai dan kemiringan talud Tabel 3. b/h 7 Nilai b/h dan Kemiringan Q (m3/det) 0,00 - 0,15 0,15 - 0,30 0,30 - 0,40 0,40 - 0,50 0,50 - 0,75 0,75 - 1,50 1,50 - 3,00 3,00 - 4,50 4,50 - 6,00 6,00 - 7,50 7,50 - 9,00 9,00 - 11,00 11,00 - 15,00 15,00 - 25,00
b/h 1,0 1,0 1,5 1,5 1,0 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 6,0 8,0
V (m/det) 0,25 - 0,30 0,30 - 0,45 0,35 - 0,40 0,40 - 0,45 0,45 - 0,50 0,50 - 0,55 0,55 - 0,60 0,60 - 0,65 0,65 - 0,70 0,70 0,70 0,70 0,70 0,70
Talud m 1:1 1:1 1:1 1:1 1:1 1:1 1 : 1,5 1 : 1,5 1 : 1,5 1 : 1,5 1 : 1,5 1 : 1,5 1 : 1,5 1 : 1,5
Tabel 3. 8 Hubungan Q dan K (Koefisien Strickler) Q (m3/det) Q > 10 5 < Q < 10 1 𝑄 >
1𝑚3 ) 𝑑𝑡
𝑤 = 0.6 𝑚 (1.5 < 𝑄 ≤ 5 𝑚3 /𝑠)
51 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
dipakai V = 0,60 m/det 𝐴=
𝑄 1,543 = = 2.571 𝑚2 𝑉 0,60 𝐴 = [𝑏 + (𝑚ℎ)]ℎ
2.671 = 0.6 ℎ2 + 1.5ℎ2 ℎ = 0.802 𝑚 𝑏
Didapat b = 2.004 m dan ℎ = 1.6, menghitung jari-jari hidraulis dari saluran (R) : 𝑅=
[𝑏 + (𝑚ℎ)]ℎ 𝐴′ = 𝑃 𝑏 + (2ℎ√1 + 𝑚2 )
𝑅=
𝐴′ 2.571 = = 0,525 𝑃 4.895
Mencari harga i (kemiringan dasar saluran) : 𝑉’
= 𝑘× 𝑅
2⁄ 3
0.6 = 40 × 0,525 𝑖
× 𝑖
2⁄ 3
1⁄ 2
× 𝑖
1⁄ 2
= 0,00053
Maka, didapatkan dimensi saluran induk: h
= 0.802 m
b
= 2.004 m
W
= 0,6 m
i
= 0,00053 Berikut ini adalah tabel perhitungannya: Tabel 3. 10 Perhitungan Dimensi Saluran Pengambilan Q b/h m K v w A h b A' V' P R i
Perhitungan Dimensi Saluran Pengambilan 1.543 m3/s 2.5 1.5 40 0.6 m/s 0.6 m 2.571 m2 0.802 m 2.004 m 2.571 m2 0.6 m/s 4.895 m 0.525 m 0.00053 52
Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
3.2.2.4 Dimensi Bangunan Pengambilan
Gambar 3. 10 Bangunan Pengambilan Tipe bangunan pengambilan yang direncanakan dikombinasikan dengan pembilas beserta undersluice. 1. Ketinggian lantai intake Telah rencanakan bahwa bendung memiliki pembilas dengan underslice dikarenakan bentang bendung yang melebihi 20m. Agar lebih sederhana, ketinggian lantai intake yang ditempatkan di ujung undersluice dibuat sama dengan elevasi pelat lantai undersluice. 2. Lebar dan Tinggi Bukaan Lebar lubang didesain sebesar lebar saluran primer, sedangkan tinggi lubang dihitung agar lubang intake mampu mengalirkan debit sesuai debit saluran primer yang telah dihitung pada tugas besar Irigasi. 𝑄𝑖 = 𝑄𝑠𝑎𝑙.
𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑟
= 𝜇 𝑏 𝑎 √2𝑔𝑧𝑖
Dengan a adalah tinggi bukaan dan b adalah lebar bukaan. Lebar pintu intake didesain agar tidak lebih besar dari 2.5 m. Artinya, jika lebar lubang lebih besar dari 2.5 m, maka dirancang intake dengan lebih dari satu pintu pengambilan. Zi pada rumus di atas adalah kehilangan energi pada bukaan (lihat gambar di atas). Elevasi lantai intake ditambah tinggi lubang (a) diusahakan lebih tinggi daripada TMA di hulu saluran primer. Hal ini untuk memastikan pengaliran di lubang intake bisa sempurna dan rumus pengaliran di atas dapat digunakan.
53 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Gambar 3. 11 Denah Bangunan Pengambilan Denah bangunan pengambilan yang dikombinasikan dengan pembilas dengan undersluice sesuai dengan kondisi yang direncanakan pada tugas besar ini. Tabel 3. 11 Hasil Perhitungan Dimensi Bangunan Pengambilan Q Miu h
Perhitungan Pintu Pengambilan 1.543 m3/s 0.85 ditentukan 0.802
Ketinggian Lantai Intake, P k Beda Ketinggian pada hulu dan hilir, z d Tebal Bukaan, n Tinggi Bukaan, a t Lebar Total Bukaan Intake, b Q' Selisih Lebar Pintu Pengambilan Jumlah Pintu Lebar Pilar Penyangga Pintu Lebar Total Bangunan Intake
1.000 0
Untuk penyederhaan, bagi bendung yang memiliki Underslice, elevasi lantai intake sama dengan elevasi pelat underslice
asumsi
0.3
m asumsi
0.200 0.050 0.752 0.1 14.960 1.543 0.000 2.5 6 0.5 15.460
m asumsi m asumsi m m m m3/s m3/s m m m 54
Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
3.2.3 Perencanaan Peredam Energi Perencanaan peredam energi, berdasarkan KP 02, dilakukan untuk debit yang berbeda-beda. Masing-masing debit banjir dianalisis kemudian dipilih hasil analisis/desain yang paling berbahaya. Untuk peyederhanan, pada tugas besar ini debit banjir yang digunakan hanyalah debit banjir periode ulang 100 tahun. 3.2.3.1 Tipe Peredam Energi Terdapat beberapa macam peredam energi yang dapat digunakan. Tipe-tipe peredam energi tersebut antara lain: 1.
Peredam energi Vlutger,
2.
Peredam energi dengan ambang akhir, yaitu MDO, MDS, atau MDL,
3.
Peredam energi cekung (bucket), dan
4.
Peredam energi USBR Pada tugas besar kali ini akan direncanakan bangunan peredam energy dengan
tipe Bucket atau Kolam Olak. Berikut ini langkah-langkah untuk perancangan peredam energi tipe bucket. 3.2.3.2 Tinggi Muka Air Banjir Bendung 3.2.3.2.1 Tinggi Muka Air Banjir Tepat di Atas Mercu Bendung Rumus yang dapat dipakai untuk menentukan tinggi muka air di atas mercu bendung tergantung pada sifat pengaliran.
55 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Contoh Perhitungan Q100 = 523.853 m3/s 𝑃 = 7.139 𝑚, 𝑅 = 3.5 𝑚 𝐴𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑎𝑤𝑎𝑙 ℎ = 3.430 𝑚, 𝑚𝑎𝑘𝑎 𝑎𝑘𝑎𝑛 𝑑𝑖𝑑𝑎𝑝𝑎𝑡𝑘𝑎𝑛 ℎ 2 3.430 2 𝑚 = 1.49 − 0.0018 ∗ (5 − ) = 1.49 − 0.0018 ∗ (5 − ) = 1.461 𝑅 3.5 4 1 2 4 1 𝐾= 𝑥𝑚2 𝑥ℎ2 𝑥( ) = 𝑥1.4612 𝑥3.4302 𝑥( )2 = 0.033 𝑚 27 ℎ+𝑝 27 3.430 + 7.139 H = h + K = 3.430 + 0.033 = 3.463 m D = 2/3*H = 2.309 m 𝑄 = 𝑚𝑥𝑏𝑥𝑑𝑥√𝑔𝑥𝑑 = 1.461𝑥32.624𝑥2.309𝑥√9.81𝑥2.309 = 523.853 𝑚3 /𝑠 Tabel 3. 12 Perhitungan Muka AIr Maksimum Hulu Bendung Muka Air Maksimum Hulu Q100 523.8529937 m3/s m 1.460913747 ditentukan Be 32.62408773 m P 7.139247089 m r 3.5 m h 3.430596581 m K 0.033307923 m H 3.463904504 m d 2.30926967 m Q' 523.852997 m3/s Selisih 3.23417E-06 m3/s Tinggi Energi 0 asumsi 𝑇𝑀𝐴 𝐻𝑢𝑙𝑢 𝑇𝑒𝑝𝑎𝑡 𝑑𝑖 𝐴𝑡𝑎𝑠 𝑀𝑒𝑟𝑐𝑢 𝐵𝑒𝑛𝑑𝑢𝑛𝑔 = 𝐸𝐿 𝑑𝑎𝑠𝑎𝑟 𝑠𝑢𝑛𝑔𝑎𝑖 + 𝑃 + ℎ 𝑇𝑀𝐴 𝐻𝑢𝑙𝑢 𝑇𝑒𝑝𝑎𝑡 𝑑𝑖 𝐴𝑡𝑎𝑠 𝑀𝑒𝑟𝑐𝑢 𝐵𝑒𝑛𝑑𝑢𝑛𝑔 = −3.089 + 7.139 + 3.430 = +7.481
3.2.3.2.2 Tinggi Muka Air Banjir di Hilir Bendung Tinggi muka air banjir di hilir bendung dihitung dengan mengasumsikan bahwa sungai memiliki bentuk penampang trapesium. TMA di hilir bendung dihitung dengan menggunakan persamaan manning. 1
𝑉 = 𝑛 𝑅 2/3 𝑆 0.5 , di mana 𝑉 = 𝑄/𝐴 56 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Dengan, A
= luas penampang basah
Q
= debit banjir 100 tahunan
R
= jari-jari hidrolis
S
= kemiringan dasar sungai
Iterasi diperlukan untuk menentukan nilai Y1 (kedalaman air di hilir). Selanjutnya, dihitung Tinggi Muka Air dan Tinggi Energi di hilir. 𝑇𝑀𝐴 ℎ𝑖𝑙𝑖𝑟 = 𝐸𝐿 𝑑𝑎𝑠𝑎𝑟 𝑠𝑢𝑛𝑔𝑎𝑖 + 𝑌2 𝑇𝑖𝑛𝑔𝑔𝑖 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 𝑑𝑖 𝐻𝑖𝑙𝑖𝑟 = 𝑇𝑀𝐴 ℎ𝑖𝑙𝑖𝑟 +
𝑉2 2𝑔
Contoh Perhitungan Diasumsikan bentuk penampang sungai di bagian hilir adalah trapesium dengan kemiringan tebing 1.5 dan lebar dasar (b) sekitar 30.5 m dan kemiringan 0.000251. (lihat Subab 3.1.1) 1. Asumsikan kedalaman (Y2) dan hitung properti penampang Diasumsikan kedalaman aliran di hilir adalah 6.356 m 𝐴 = (𝑏 + 𝑚𝑌2 ) × 𝑌2 = (30.5 ∗ 6.356 + 1.5 ∗ 6.356) = 274.688 𝑚2 𝑃 = 𝑏 + 2𝑌2 × (1 + 𝑚2 )0.5 = 30.5 + 2 × 6.356 × (1 + 1.52 )0.5 = 58.926𝑚 𝐴 274.668 𝑚2 𝑅= = = 4.662 𝑚 𝑃 58.926 𝑚 2. Hitung kecepatan dengan menggunakan persamaan Chezy Diasumsikan koefisien Chezy, c sebesar 40. Dengan demikian, 𝑉 = 𝑐𝑅 0.5 𝑆 0.5 = 40𝑥4.6620.5 0.0002510.5 = 1.904 𝑚/𝑠 3. Hitung debit 𝑄ℎ𝑖𝑡𝑢𝑛𝑔 = 𝑉𝐴 = 1.904 𝑚/𝑠 × 274.688 𝑚2 = 523.354 𝑚3 /𝑠 𝐷𝑖𝑘𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎𝑘𝑎𝑛 𝑐𝑢𝑘𝑢𝑝 𝑚𝑒𝑛𝑑𝑒𝑘𝑎𝑡𝑖, 𝑚𝑎𝑘𝑎 𝑌2 = 6.356 𝑚 Dengan demikian, TMA hilir adalah +3.259 (Elevasi dasar sungai pada -3.097) dan 𝑇𝑖𝑛𝑔𝑔𝑖 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 𝑑𝑖 ℎ𝑖𝑙𝑖𝑟 𝑠𝑎𝑎𝑡 𝑏𝑎𝑛𝑗𝑖𝑟 = 𝑇𝑀𝐴 ℎ𝑖𝑙𝑖𝑟 + 𝑡𝑖𝑛𝑔𝑔𝑖 𝑘𝑒𝑐𝑒𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛 𝑇𝑖𝑛𝑔𝑔𝑖 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 𝑑𝑖 ℎ𝑖𝑙𝑖𝑟 𝑠𝑎𝑎𝑡 𝑏𝑎𝑛𝑗𝑖𝑟 = 3.259,1 +
1.9042 = + 3.445 2𝑥9,81 57
Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Tabel 3. 13 Perhitungan Penampang Sungai Pada Hilir Penampang Sungai Pada Hilir Q100 523.8529937 m3/s i 0.000250941 Lebar Sungai, b 30.5 m Kemiringan Talud, (1:m) Ketinggian Air Hilir, h A P R c V Tinggi Energi
2
asumsi, bentuk sungai trapesium
6.356229 m 274.6682787 58.92592025 4.661247165 40 asumsi 1.90722058 0.185397061 m
3.2.3.2.3 Rekapitulasi Data Maka, didaptkan data muka air sebagai berikut, Tabel 3. 14 Rekapitulasi Data Elevasi Muka Air El. Dasar Sungai Hulu El. MAN El. MAB TMA Hulu Tepat di Atas Mercu El. Energi Hulu Tepat di atas Mercu El. Dasar Sungai Hilir TMA Hilir El. Energi Hilir
-3.089 4.050 8.026 7.481 7.481 -3.097 3.259 3.445
58 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Gambar 3. 12 Elevasi Muka Air Banjir pada Bendung
3.2.3.3 Peredam Energi Tipe Kolam Olak (Bucket)
Gambar 3. 13 Bentuk Kolam Olak Berikut ini perhitungan dimensi peredam energi tipe Kolam Olak. a. Hitung q (debit per satuan lebar pelimpah) b. Hitung tinggi energi kritis, hc 1/3
𝑞2 ℎ𝑐 = ( ) 𝑔
c. Hitung beda tinggi energi hulu dengan tinggi energi hilir ∆𝐻 = 𝑇𝑖𝑛𝑔𝑔𝑖 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 𝑑𝑖 ℎ𝑢𝑙𝑢 − 𝑇𝑖𝑛𝑔𝑔𝑖 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 𝑑𝑖 ℎ𝑖𝑙𝑖𝑟 d. Hitung radius lengkungan Radius lengkungan didapatkan dengan menggunakan grafik berikut.
59 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Gambar 3. 14 Perbandingan Rmin/hc dengan ∆H/hc e. Hitung kedalaman air minimum Kedalaman air minimum, Tmin dihitung dengan persamaan berikut. 𝑇𝑚𝑖𝑛 ∆𝐻 0.215 ∆𝐻 = 1.88 ( ) 𝑢𝑛𝑡𝑢𝑘 ≤ 2.4 ℎ𝑐 ℎ𝑐 ℎ𝑐 𝑇𝑚𝑖𝑛 ∆𝐻 0.33 ∆𝐻 = 1.7 ( ) 𝑢𝑛𝑡𝑢𝑘 ≥ 2.4 ℎ𝑐 ℎ𝑐 ℎ𝑐 f. Elevasi dasar cekungan 𝐸𝐿 𝐷𝑎𝑠𝑎𝑟 𝑐𝑒𝑘𝑢𝑛𝑔𝑎𝑛, 𝑑𝑎𝑟𝑖 𝑘𝑜𝑛𝑑𝑖𝑠𝑖 𝑔𝑒𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖 𝑟𝑒𝑛𝑐𝑎𝑛𝑎 𝑘𝑜𝑙𝑎𝑚 Contoh Perhitungan a. Hitung q 𝑞=
𝑄 523.853 = = 16.057 𝑚2 /𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 𝐵𝑒 36.6
b. Hitung tinggi energi kritis, hc 1/3
𝑞2 ℎ𝑐 = ( ) 𝑔
1/3
16.0572 =( ) 9.81
= 2.973 𝑚
b. Perbedaan tinggi energi hulu dan hilir, ΔH ∆𝐻 = 𝑇𝑀𝐴 𝑇𝑒𝑝𝑎𝑡 𝑑𝑖 𝑎𝑡𝑎𝑠 𝑀𝑒𝑟𝑐𝑢 − 𝑇𝑖𝑛𝑔𝑔𝑖 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 𝑑𝑖 ℎ𝑖𝑙𝑖𝑟 ∆𝐻 = 7.481 − 3.445 = 4.036 𝑚 c. Radius lengkungan Radius lengkungan didapatkan dengan menggunakan grafik berdasarkan nilai ΔH/hc 60 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
∆𝐻 4,036 = = 1.357 ℎ𝑐 2,973
↔
𝑅𝑚𝑖𝑛 = 4.995 𝑚
Dalam hal ini radius lengkungan didesain sebesar 5 m. c. Kedalaman air minimum Kedalaman air minimum, Tmin dihitung dengan persamaan berikut. 𝑇𝑚𝑖𝑛
∆𝐻 0.215 = 1.88ℎ𝑐 ( ) = 1.88 × 2,91 × (1.357)0.215 = 5.969 𝑚 ℎ𝑐
d. Elevasi dasar cekungan 𝐸𝐿 𝐷𝑎𝑠𝑎𝑟 𝑐𝑒𝑘𝑢𝑛𝑔𝑎𝑛 = 𝐸𝑙𝑒𝑣𝑎𝑠𝑖 𝐷𝑎𝑠𝑎𝑟 𝐻𝑖𝑙𝑖𝑟 𝑆𝑢𝑛𝑔𝑎𝑖 − (𝑅 −
𝑅√2 ) = −4.854 2
Tabel 3. 15 Perhitungan Dimensi Kolam Olak Q100 Debit satuan, q Kedalaman kritis , hc
523.853 16.057 2.973
Beda energi
4.036
del(H)/hc Rmin/hc Tmin/hc Rmin Tmin R pakai
1.357 1.68 2.008 4.995 5.969 6.000
T pakai
8.114
Panjang Bak Penenang El. Dasar Cekungan Bak Penenang
8.485
m3/s m m m, (Dari EL. TMA Tepat di Atas Mercu ke El. Energi Hilir
m m m m, lebih besar dri Tmin, OK m -4.854
61 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Gambar 3. 15 Tampak Samping Bendung dengan Kolam Olak
3.2.4 Perencanaan Panjang Lantai Muka Lantai muka bendung sebenarnya tidak mutlak diperlukan dalam perencanaan bendung. Pada saat air dibendung maka akan terjadi perbedaan tinggi energi air dibelakang dengan didepan bendung, hal ini akan menimbulkan perbedaan tekanan. Efek dari perbedaan tekanan ini akan mengakibatkan aliran dibawah bendung akan menentukan butir-butir tanah. Bila tekanan ini cukup besar untuk mendesak butirbutir tanah tersebut lama kelamaan akan menimbulkan penggerusan terutama di ujung belakang bendung. Pada waktu pengaliran, dibawah bendung akan terjadi hambatan-hambatan karena adanya gesekan-gesekan. Hambatan-hambatan yang paling kecil yaitu pada bidang kontak antara bangunan tanah yang disebut dengan istilah creep line. Makin pendek creep line, makin kecil hambatannya dan makin besar tekanan yang ditimbulkan di ujung belakang bendung, demikian pula sebaliknya agar tekanan kecil maka diusahakan creep line diperpanjang antara lain dengan memberi lantai muka. Perencanaan awal adalah sebagai berikut,
62 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Gambar 3. 16 Perencanaan Awal Lantai Muka
Teori Bligh digunakan untuk mencari panjangny lantai muka. Bligh berpendapat bahwa pesarnya perbedaan tekanan dijalur pengaliran adalah sebanding dengan panjangnya jalan air dan dinyatakan sebagai : 𝛥𝐻 =
𝐿 𝐶
Dimana : 𝞓H = beda tinggi tekanan L = panjang creep line C = creep ratio Agar konstruksi aman terhadap tekanan air maka, 𝛥𝐻 ≤
𝐿 𝐶
Atau 𝐿 ≥ 𝐻𝑥𝐶 Diasumsikan jenis tanah dibawah bendung adalah batuan kecil dan kerikil maka dari tabel Weighted Creep Ratio didapat C = 4 sampai 6 (diambil 4). Asumsi, digunakan Pasir Sedang.
63 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Tabel 3. 16 Weigth Creep Ratio
Untuk mencapai panjangnya lantai muka, dilakukan perhitungan sebagai berikut : 𝛥𝐻 = 𝑀𝐴𝐵 𝑑𝑖 𝐻𝑢𝑙𝑢 − 𝑡𝑖𝑛𝑔𝑔𝑖 𝑀. 𝐴. 𝑑𝑖 ℎ𝑖𝑙𝑖𝑟 𝛥𝐻 = 8.026 − 3.445 = 4.581 𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟 Perhitungan syarat 𝐿𝑚𝑖𝑛 = 𝛥𝐻𝑥𝐶 = 4.581𝑥13 = 59.554 𝑚 𝛴𝐿 = 𝛴𝐿𝑉 + 𝛴𝐿𝐻 = 26.405 𝑚 Dari perhitungan diatas ternyata 𝚺L?20
Perlu Jelajah Vertikal
Lmin = �H*C = 4.581*6 = 27.486 m ΣL
= ΣLv+1/3(ΣLH) = Lmin
ΣLH = 3(Lmin – ΣLv) = 3(27.486-4.376) = 69.3312 L lantai belakang = 19.867 m Lmk perlu = ΣLH - L Lantai Belakang = 44.69 m, lebih besar dari Lmk min 20 m, maka diperlukan Jelajah Vertikal. Perencanaan 2, Dengan Jelajah Vertikal Tabel 3. 20 Perencanaan Lmk dengan Jelajah Vertikal Beda Energi
4.581
C
6.000
Lmin L Lantai Belakang Tebal Dasar Bak Penenang
m
27.486 19.867 1.242
m m m
3 1.5
m m
17.5
m
Total Lh
29.95929624
m
Total Lmk
10.09229624
m
Tinggi Vertikal Ujung Bendung Tinggi Vertikal Muka Lmk Bendung Total Lv
Lmk
6.5
m
del(LMK)
3.592296241
m
del(LMK)'
6
m
Total Lmk
12.5
m
66 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Lmin = �H*C = 4.581*6 = 27.486 m ΣL
= ΣLv+1/3(ΣLH) = Lmin
ΣLv = 2 + 2 +3 + 7x1 = 17.5 m ΣLH = 3(Lmin – ΣLv) = 3(27.486-17.5) = 29.959 m L lantai belakang = 19.867 m Lmk perlu = ΣLH - L Lantai Belakang = 10.093 m Lmk terpasang = 3x1.5 + 4x0.5 = 6.5 m Lmk tambahan = 6 m Total Lmk = 6+6.5 = 12.5 m, lebih kecil dari Lmk min 20 m, maka lantai muka telah cukup.
Gambar 3. 17 Lantai Muka Rencana dengan Jelajah Vertikal
67 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Gambar 3. 18 Tampak Samping Akhir Desain Rencana Bendung
68 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
BAB IV PERHITUNGAN PERENCANAAN STABILITAS BENDUNG 4.1 Persyaratan Kondisi Kestabilan Bendung dan Parameter Pakai Asumsi
dalam
perhitungan
stabilitas
bendung
bertujuan
untuk
menyederhanakan dan memudahkan perhitungan tanpa mengurangi hakekat dari perhitungan itu sendiri, maka diadakan asumsi sebagai berikut: 1. Dalam peninjauan stabilitas bendung, yang perlu ditinjau adalah potonganpotongan yang paling lemah. Sehingga peninjauan stabilitas hanya pada tubuh utama bendung (lantai muka tidak berkontribusi). 2. Bendung yang direncanakan merupakan bendung dengan mercu bulat dengan material beton (γ = 24 kN/m3). 3. Pada analisa ini akan diabaikan tekanan lateral akibat endapan lumpur pada hulu bendung. 4. Data tanah yang digunakan : - Sudut geser dalam (φ) untuk jenis tanah pasir sedang, diasumsikan sebesar 25°. - Berat jenis lumpur (γs), diasumsikan bernilai 16 kN/m3 - Daya dukung tanah pondasi, diasumsikan bernilai 200-600 kN/m3 Tabel 4. 1 Parameter Asumsi Tanah Properties Tanah Material Pasir Sedang Gamma moist 16 kN/m3 Gamma sat 18 kN/m3 phi 25 deg 5. Jenis tanah tepat dibawah bendung adalah boulder/batu besar berkualitas baik sehingga f=0.75. 6. Stabilitas ditinjau dalam 2 keadaan yaitu : - Keadaan air debit nomrmal - Keadaan air debit banjir Suatu bendung harus memenuhi syarat stabilitas agar tidak menimbulkan permasalahan. Syarat yang akan digunakan dalam analisa stabilitas bendung mengacu pada perhitungan stabilitas pada KP 06. Syarat-syarat stabilitas yang harus dipenuhi tersebut adalah: 69 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
1.
Tidak boleh ada regangan tarik pada konstruksi bendung. Ini menyatakan bahwa eksentrisitas resultan gaya harus lebih kecil dari 1/6 lebar bendung.
2.
Momen tahanan guling (Mt) harus lebih besar dari momen guling (Mg) dengan angka keamanan > 1,25 ~ 2. 𝑆𝐹 =
3.
𝛴𝑀𝑡 > 1,25~2 𝛴𝑀𝑔
Konstruksi tidak boleh bergeser. Angka faktor keamanan terhadap geser diambil 1,5 ~ 2. 𝑆𝐹 =
4.
𝛴𝐹𝑡𝑎ℎ𝑎𝑛 > 1,5~2 𝛴𝐹𝑑𝑜𝑟𝑜𝑛𝑔
Tanah bawah bendung memiliki daya dukung yang cukup untuk memikul beban berat bendung dan beban berat air. Akngka faktor keamanan diambil 3. 𝑆𝐹 =
𝑞𝑢𝑙𝑡 >3 𝐵𝑒𝑏𝑎𝑛
5.
Tegangan tanah yang terjadi tidak boleh melebihi tegangan yang diizinkan.
6.
Setiap titik pada konstruksi tidak boleh terangkat oleh gaya angkat keatas (uplift force) Berdasarkan persyaratan kondisi stabilitas bendung dan parameter yang
digunakan, akan dilakukan analisa gaya-gaya yang terjadi pada bendung untuk melakukan analisa stabilitas. 4.2 Analisa Gaya 4.2.1 Gaya Berat Tubuh Bendung Tubuh bendung direncanakan terbuat dari beton dengan (𝛾 = 24 𝑘𝑁/𝑚3). Gaya berat yang ditinjau adalah berat tubuh utama bendung sehingga berat lantai muka tidak berkontribusi pada gaya berat ini. Perhitungan gaya berat dilakukan dengan membagi tubuh bendung atas sejumlah segmen. Namun, untuk kemudahan perhitungan, luasan bendung akan dihitung menggunakan AutoCAD v13.1. Gaya berat ini berarah vertikal dan bekerja pada titik berat konstruksi. Berikut ini adalah langkah untuk menghitung luasan bendung dengan AutoCAD v13.1, 1. Mengaktifkan perinta HATCH pada lembar kerja AutoCAD. 2. Pilih luasan yang ingin diberi hatch. Pada kasus ini adalah tubuh utama bendung. 70 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
3. Selanjutnya, kembali aktifkan atau select arsiran luasan yang telah dibuat tadi. Pada kiri layar, terdapat suatu tabel informasi geometris luasan arsiran. Ambil data informasi luasan.
Gambar 4. 1 Tampilan Informasi Geometris Arsiran 4. Selain itu, saat mengaktifkan arsiran luasan yang telah dibuat, terdapat posisi titik tangkap dari luasan arsiran tersebut. Sehingga didapatkan,
Gambar 4. 2 Lokasi Titik Berat Tubuh Utama Bendung
Berdasarkan hasil pendataan luasan bendung dan titik tangkap bendung, selanjutnya akan dilalukan perhitungan gaya akibat berat bendung, 𝐺 = 𝛾𝐴 𝐴 = 63979080.2676 𝑚𝑚2 𝐺 = 24 × (
63979080.2676 ) = 1535.498 𝑘𝑁/𝑚 106
Didapatkan gaya berat tubuh bendung dan lokasi titik berat sebagai berikut, 71 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Gambar 4. 3 Gaya Berat Tubuh Bendung
4.2.2 Gaya Gempa Berdasarkan KP 06, besar gaya gempa pada kontruksi bendung bekerja pada garis berat tubuh bendung sebesar, 𝐻𝑒 = 𝐸 𝑥 𝐺 Dimana : E adalah koefisien gempa (tergantung pada lokasi bendung sesuia dengan peta zona gempa) 𝐸=
𝑎𝑑 𝑔
ad adalah percepatan gempa = 𝑛𝑥(𝑎𝑐 𝑥 𝑧)𝑚 (
𝑐𝑚 det 2
)
n,m adalah koefisien jenis tanah z adalah faktor geografis yang bergantung pada letak geografis/lokasi bendung (z=1) g adalah percepatan gravitasi (g=9,81 m/det2) G adalah berat tubuh konstruksi
Penentuan koefisien geografi gempa, jenis tanah, dan percepatan dasar gempa, dapat dilihat pada tabel berikut, Tabel 4. 2 Koefisien Jenis Tanah
72 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Tabel 4. 3 Hubungan Periode Ulang dan Percepatan Dasar Gempa
Gambar 4. 4 Daerah Gempa di Indonesia Barat Berdasarkan perumusan gaya gempa, akan dilakukan perhitungan gaya gempa yang terjadi pada bendung rencana. Berikut perhitungannya,
73 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Asumsi tanah dasar bandung (pasir sedang) merupakan tanah alluvium, n = 1.56 m=0.89 Lokasi Sungai Sukareja terdapat pada Indramayu, Jawa Barat, z= 0.56 Digunakan Tr = 100 tahun, ac = 160 cm/s3 𝑎𝑑 = 𝑛𝑥(𝑎𝑐 𝑥 𝑧)𝑚 𝑎𝑑 = 1.56𝑥(160 𝑥0.56)0.89 𝑎𝑑 = 85.247 𝑐𝑚/𝑠 2 𝐸=
𝑎𝑑 𝑔
85.247 𝑐𝑚/𝑠 2 𝐸= = 0.0868 981 𝑐𝑚/𝑠 2 𝐻𝑒 = 𝐸 𝑥 𝐺 𝐻𝑒 = 0.0868 𝑥 1535.498 = 133.432 𝑘𝑁/𝑚 Didapatkan gaya gempa dan lokasi kerja gaya sebagai berikut,
Gambar 4. 5 Gaya Gempa pada Bendung
4.2.3 Gaya Hidrostatis Air Gaya tekan hidrostatis bekerja tegak lurus dengan permukaan tubuh bendung. Dalam hal ini, ada dua keadaan ekstrem yang ditinjau, yaitu saat debit normal (tidak ada air yang mengalir di atas bendung) dan saat debit banjir 100 tahunan terjadi. (Yair = 10 kN/m3) Sama seperti perhitungan gaya berat tubuh bendung, pada perhitungan gaya tekanan air hidrostatis juga dilakukan dengan membuat segmen-segmen air yang 74 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
menekan bendung. Tekanan air merupakan fungsi dari kedalaman (γh), sedangkan gaya akibat tekanan hidrostatik ini adalah luas daerah dari diagram distribusi tekanan hidrostatis. Gaya tekanan hidrostatis yang bekerja searah dengan gaya gravitasi dihitung dengan menganggapnya sebagai gaya berat air. Berikut adalah pemodelan gaya hidrostatis yang terjadi,
Gambar 4. 6 Pemodelan Gaya Hidrostatis Kodisi Normal (kiri) dan Banjir (kanan) Berdasarkan pemodelan gaya hidrostatis di atas, maka akan dilakukan perhitungan gaya hidrostatis yang terjadi pada bendung pada kondisi normal dan kondisi banjir. 4.2.3.1 Gaya Hidrostatis Air Kondisi Debit Normal Pada kondisi debit normal, akan dilakukan peritungan dengan pemodelan gaya hidrostatis kondisi normal. Untuk perhitungan gaya berat air akan digunakan fitur HATCH pada AutoCAD v13.1. Didapatkan luasan sebagai berikut,
Gambar 4. 7 Luasan Berat Air Kondisi Normal Gaya Berat Air 75 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
𝑊 = 𝛾𝐴 =
10𝑥8606011.782 = 86.060 𝑘𝑁/𝑚 106
Gaya Hidrostatis Hulu 1 𝑃ℎ = 𝛾𝐻 2 2 1 𝑃ℎ = 𝑥10𝑥7.1392 = 254.844 𝑘𝑁/𝑚 2 Didapatkan gaya hidrostatis air dan lokasi kerja gaya sebagai berikut,
Gambar 4. 8 Gaya Hidrostatis Air Kondisi Debit Normal 4.2.3.2 Gaya Hidrostatis Air Kondisi Debit Banjir Pada kondisi debit banjir, akan dilakukan peritungan dengan pemodelan gaya hidrostatis kondisi banjir. Untuk perhitungan gaya berat air akan digunakan fitur HATCH pada AutoCAD v13.1. Didapatkan luasan sebagai berikut,
76 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Gambar 4. 9 Luasan Berat Air Kondisi Banjir Gaya Berat Air 𝑊 = 𝛾𝐴 =
10𝑥71251195.5494 = 712.512 𝑘𝑁/𝑚 106
Gaya Hidrostatis Hulu Gaya Hidrostatis yang terjadi pada hulu akan membentuk trapezium, maka akan disederhanakan menjadi dua gaya (segitiga dan persegi) untuk merepresentasikan tegangan gaya trapezium yang terjadi, 𝑃ℎ1 = 𝛾𝐻1𝑥𝐻 𝑃ℎ1 = 10𝑥3.976𝑥7.139 = 283.851 𝑘𝑁/𝑚 1 𝑃ℎ2 = 𝛾𝐻 2 2 1 𝑃ℎ2 = 𝑥10𝑥7.1392 = 254.844 𝑘𝑁/𝑚 2 Gaya Hidrostatis Hilir 1 𝑃ℎ = 𝛾𝑦𝑛2 2 1 𝑃ℎ = 𝑥10𝑥6.3562 = 02.008 𝑘𝑁/𝑚 2 Didapatkan gaya hidrostatis air dan lokasi kerja gaya sebagai berikut,
77 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Gambar 4. 10 Gaya Hidrostatis Air Kondisi Debit Banjir
4.2.4 Gaya Uplift Akibat Seepage Gaya angkat air bekerja pada arah vertikal dan bekerja berlawanan arah dengan gaya berat bendung. Gaya angkat di setiap titik dihitung berdasarkan Teori Angka Rembesan Lane.
Gambar 4. 11 Pemodelan Gaya Uplift Secara Umum Rumus untuk menghitung gaya angkat air adalah sebagai berikut: 𝑃𝑥 = 𝐻𝑥 −
𝐿𝑥 ∆𝐻 𝐿
Dimana, Px
= Tekanan uplift pada titik x, kg/m2 78
Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Hx
= Tinggi energi di hulu bendung, m (dari muka air di hulu hingga titik x, vertikal)
ΔH
= Beda tinggi energi, m (Tinggi energi di hulu – Tinggi energi di hilir)
L
= Panjang total bidang kontak antara bendung dan tanah bawah, m
Lx
= Panjang bidang kontak dari hulu sampai titik x, m
L
= Lv + 1/3Lh
Lv
= Panjang bidang kontak antara bendung dan tanah pada arah vertikal Bidang kontak yang membentuk sudut lebih besar atau sama dengan 450 terhadap bidang horisontal dianggap sebagai bagian dari Lv.
Lh
= Panjang bidang kontak antara bendung dan tanah pada arah horisontal
Lx
= Lv,x + 1/3 Lh,x Perhitungan tekanan uplift ini dihitung untuk setiap titik sudut dari pondasi
bendung. Setelah tekanan uplift untuk setiap titik sudut didapatkan, tekanan-tekanan tersebut digambarkan pada bendung. Gaya tekan ke atas yang diterima bendung adalah luas bidang yang terbentuk antara tekanan-tekanan di titik sudut pondasi bendung. Berikut ini adalah penotasian titik bendung untuk memudahkan perhitungan gaya,
Gambar 4. 12 Notasi Titik Bendung
79 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
4.2.4.1 Gaya Uplift Akibat Seepage Kondisi Debit Normal Berikut adalah perhitungan tekanan uplift pada titik-titik tinjauan pada kondisi muka air normal yang kemudian dicari besar gaya yang bekerja pada suatu bidang tertentu dan dicari momennya. Tabel 4. 4 Perhitungan Tegangan Seepage MAN
Tabel 4. 5 Perhitungan Gaya Uplift dan Momen Uplift MAN
80 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
4.2.4.2 Gaya Uplift Akibat Seepage Kondisi Debit Banjir Berikut adalah perhitungan tekanan uplift pada titik-titik tinjauan pada kondisi muka air banjir yang kemudian dicari besar gaya yang bekerja pada suatu bidang tertentu dan dicari momennya. Tabel 4. 6 Perhitungan Tegangan Seepage MAB
Tabel 4. 7 Perhitungan Gaya Uplift dan Momen Uplift MAB
81 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
4.2.5 Gaya Lateral Tanah Gaya lateral tanah akan memiliki kontribusi gaya untuk bendung dimana gaya lateral tanah terbagi menjadi dua, Gaya Aktif dan Gaya Pasif. Perhitungan Gaya lateral tanah akan dilakukan dengan perhitungan Rankine’s Method. Dengan perumusan sebagai berikut, 𝜎𝑎 = 𝐾𝑎𝑥𝜎′𝑣 + 𝜎𝑤 𝜎𝑝 = 𝐾𝑝𝑥𝜎′𝑣 + 𝜎𝑤 Dimana, Ka adalah koefisien aktif, 𝐾𝑎 = tan(45 − ∅/2)2 Kp adalah koefisien pasif, 𝐾𝑝 = tan(45 + ∅/2)2 ∅ adalah sudut keruntuhan dalam tanah 𝜎𝑤 adalah tegangan air Berdasarkan perumusan di atas, akan dilakukan peritungan gaya lateral tanah untuk kondisinormal dan kondisi banjir. 4.2.5.1 Gaya Lateral Tanah Kondisi Debit Normal Berikut adalah perhitungan gaya lateral tanah pada kondisi muka air normal yang kemudian dicari lokasi kerja gaya. Gaya Lateral Aktif Tanah 𝐾𝑎 = tan(45 − ∅/2)2 𝐾𝑎 = tan(45 − 25/2)2 = 0.406 𝜎′𝑣 = 𝛾 ′ 𝐻 = (18 − 10)𝑥3 = 24 𝑘𝑁/𝑚2 𝜎𝑤 = 𝛾𝐻𝑤 = 10𝑥(3 + 7.139) = 101.392 𝑘𝑁/𝑚2 𝜎𝑎 = 𝐾𝑎𝑥𝜎′𝑣 + 𝜎𝑤 = 0.406𝑥24 + 101.392 = 111.133 𝑘𝑁/𝑚2 1 1 𝑥𝜎𝑎 𝐻 = 𝑥111.133𝑥3 = 166.7 𝑘𝑁/𝑚 2 2 Gaya Lateral Pasif Tanah 𝑃𝑎 =
𝐾𝑎 = tan(45 + ∅/2)2 𝐾𝑎 = tan(45 + 25/2)2 = 2.646 𝜎′𝑣 = 𝛾 ′ 𝐻 = 16𝑥3 = 72 𝑘𝑁/𝑚2 𝜎𝑤 = 𝛾𝐻𝑤 = 10𝑥(3) = 30𝑘𝑁/𝑚2 𝜎𝑝 = 𝐾𝑝𝑥𝜎′𝑣 + 𝜎𝑤 = 2.464𝑥72 + 30 = 207.402 𝑘𝑁/𝑚2 1 1 𝑃𝑝 = 𝑥𝜎𝑝 𝐻 = 𝑥207.402𝑥3 = 311.103 𝑘𝑁/𝑚 2 2 82 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
4.2.5.2 Gaya Lateral Tanah Kondisi Debit Banjir Berikut adalah perhitungan gaya lateral tanah pada kondisi muka air banjir yang kemudian dicari lokasi kerja gaya. Gaya Lateral Aktif Tanah 𝐾𝑎 = tan(45 − ∅/2)2 𝐾𝑎 = tan(45 − 25/2)2 = 0.406 𝜎′𝑣 = 𝛾 ′ 𝐻 = (18 − 10)𝑥3 = 24 𝑘𝑁/𝑚2 𝜎𝑤 = 𝛾𝐻𝑤 = 10𝑥(3 + 7.139 + 3.976) = 141.152 𝑘𝑁/𝑚2 𝜎𝑎 = 𝐾𝑎𝑥𝜎′𝑣 + 𝜎𝑤 = 0.406𝑥24 + 141.152 = 150.892 𝑘𝑁/𝑚2 𝑃𝑎 =
1 1 𝑥𝜎𝑎 𝐻 = 𝑥150.892𝑥3 = 226.338 𝑘𝑁/𝑚 2 2
Gaya Lateral Pasif Tanah 𝐾𝑎 = tan(45 + ∅/2)2 𝐾𝑎 = tan(45 + 25/2)2 = 2.646 𝜎′𝑣 = 𝛾 ′ 𝐻 = 16𝑥3 = 72 𝑘𝑁/𝑚2 𝜎𝑤 = 𝛾𝐻𝑤 = 10𝑥(3 + 6.356) = 93.56 𝑘𝑁/𝑚2 𝜎𝑝 = 𝐾𝑝𝑥𝜎′𝑣 + 𝜎𝑤 = 2.464𝑥72 + 93.56 = 270.964 𝑘𝑁/𝑚2 1 1 𝑃𝑝 = 𝑥𝜎𝑝 𝐻 = 𝑥270.964𝑥3 = 406.446 𝑘𝑁/𝑚 2 2
83 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
4.2.6 Rekapitulasi Data Gaya Berikut ini adalah gaya –gaya yang bekerja pada bendung rencana, Tabel 4. 8 Rekapitulasi Gaya pada Bendung Kondisi MAN Jenis Gaya Berat Bendung Gempa Hidrodtatis Hulu Berat Air Lateral Tanah Aktif Lateral Tanah Pasif Uplift Total Gaya Vertikal
Gaya, kN/m Lengan Vertikal Horizontal Gaya,m 1535.498 15.952 133.432 5.057 254.844 2.379 86.060 17.688 166.700 1.000 311.103 1.000 272.043 1349.515 Total Gaya Momen
Momen kNm/m Tahan Guling 24494.263 674.764 606.274 1522.231 166.700 311.103 3762.622 26327.597 5210.360
Tabel 4. 9 Rekapitulasi Gaya pada Bendung Kondisi MAB Jenis Gaya Berat Bendung Gempa Hidrodtatis Hulu 1 Hidrodtatis Hulu 2 Hidrodtatis Hilir Berat Air Lateral Tanah Aktif Lateral Tanah Pasif Uplift Total Gaya Vertikal
Gaya, kN/m Vertikal Horizontal 1535.498 133.432 283.851 2.000 202.008 712.512 226.338 406.446 387.403 1860.607
Lengan Gaya,m 15.952 5.057 3.569 2.379 2.119 9.726 1.000 1.000 -
Total Gaya Momen
Momen kNm/m Tahan Guling 24494.263 674.764 1013.064 4.758 428.055 6929.891 226.338 406.446 5436.145 32258.656
7355.069
84 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Gambar 4. 13 Gaya yang Bekerja pada Bendung Rencana (MAN)
85 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Gambar 4. 14 Gaya yang Bekerrja pada Bendung Rencana (MAB)
86 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
4.3 Analisa Stabilitas Dari perhitungan gaya-gaya yang telah dilakukan maka langkah berikutnya adalah perhitungan factor keamana bendung terhadap gaya-gaya yang bekerja tersebut. Factor keamanan bendung dihitung dalam dua kondisi yaitu kondisi debit rendah dan saat debit banjir. Pada subbab berikutnya akan dijelaskan langkah perhitungan gaya. 4.3.1 Keadaan Air Debit Normal Perhitungan stabilitas bendung pada keadaan air debit rendah dilakukan saat air di hulu setinggi tinggi mercu dan tidak terdapat air di hilir. 4.3.1.1 Analisa Stabilitas Geser Berdasarkan gaya-gaya yang bekerja, didapatkan besaran momen sebagai berikut, Jenis tanah tepat dibawah bendung adalah boulder/batu besar berkualitas baik(f=0.75) Gaya Dorong = Gaya Gempa + Gaya Hidrostatis Hulu + Gaya Lateral Aktif Tanah Gaya Dorong = 554.978 kN/m Tahanan
= Gaya Friksi + Gaya Lateral Pasif Tanah
Tahanan
= ∑ 𝑉 𝑓 + 𝐺𝑎𝑦𝑎 𝐿𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑙 𝑃𝑎𝑠𝑖𝑓 𝑇𝑎𝑛𝑎ℎ
Tahanan
= 0.75𝑥1349.515 + 311.103 = 1323.239 𝑘𝑁/𝑚 𝑆𝐹 =
𝑇𝑎ℎ𝑎𝑛𝑎𝑛 1323.239 = 𝐺𝑎𝑦𝑎 𝐷𝑜𝑟𝑜𝑛𝑔 554.978 𝑆𝐹 = 2.384 > 1.5 𝑶𝑲
Didapatkan SF =2.384 > 2 maka bendung rencana aman dari kegagalan geser pada kondisi debit air normal. 4.3.1.2 Analisa Stablisitas Guling Berdasarkan gaya-gaya yang bekerja, didapatkan besaran momen sebagai berikut, Momen Guling
= 5210.360 kNm/m
Momen Tahan
= 26327.597 kNm/m 𝑆𝐹 =
∑ 𝑀𝑇 26327.597 = ∑ 𝑀𝐺 5210.360
𝑆𝐹 = 5.503 > 2 𝑶𝑲
87 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
Didapatkan SF =5.503 > 2 maka bendung rencana aman dari kegagalan guling pada kondisi debit air normal. 4.3.1.3 Analisa Daya Dukung Tanah Perhitungan gaya lateral tanah akanuntuk memastikan kekuatan tanah dasar kuat memikul bendung rencana. Akan digunakan parameter tanah pasir lempung seperti yang terlah dipaparkan pada Tabel 4.1. Perhitungan gaya lateral ini menggunakan perumusan daya dukung tanah untuk keruntuhan general. Persamaan yang digunakan adala persamaan Terzaghi, 𝑞𝑢𝑙𝑡 = 𝑐𝑁𝑐 + 𝑞𝑁𝑞 + 1/2𝐵𝛾′𝑁𝛾 Dimana, c adalah kohesi tanah lempung, kN/m2 q adalah besar tegangan tanah overburden B adalah lebar dasar pondasi 𝛾 ′ adalah berat jenis tanah efektif dikarenakan kondisi muka air di atas tanah, kN/m3 Nc, Nq, 𝑁𝛾 adalah faktor keruntuhan yang dicantumkan pada data berikut, Tabel 4. 10 Faktor Keruntuhan Terzaghi
Dengan ∅ = 25o Nc = 20.72, Nq = 10.66, 𝑁𝛾 =6.763 𝑞𝑢𝑙𝑡 = 𝑐𝑁𝑐 + 𝑞𝑁𝑞 + 1/2𝐵𝛾′𝑁𝛾 1 𝑞𝑢𝑙𝑡 = 0𝑥20.72 + 0𝑥10.66 + 𝑥19.714𝑥(18 − 10)𝑥6.763 = 526.729 𝑘𝑁/𝑚2 2 𝑃𝑢𝑙𝑡 = 𝑞𝑢𝑙𝑡𝐵 = 526.729𝑥19.714 = 10255.95 𝑘𝑁/𝑚 88 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
𝐵𝑒𝑏𝑎𝑛 = 𝐵𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑇𝑢𝑏𝑢ℎ 𝐵𝑒𝑛𝑑𝑢𝑛𝑔 + 𝐵𝑒𝑟𝑎𝑡 𝐴𝑖𝑟 𝐵𝑒𝑏𝑎𝑛 = 1535.498 + 86.06 = 1621.558 𝑘𝑁/𝑚 𝑆𝐹 =
𝑃𝑢𝑙𝑡 10255.95 = 𝐵𝑒𝑏𝑎𝑛 1621.558
𝑆𝐹 = 6.325 > 3 𝑶𝑲 Didapatkan SF = 6.325 > 3 maka tanah mampu mendukung bendung rencana pada kondisi debit air normal. 4.3.1.4 Analisa Eksentrisitas Tarik pada Tanah L (panjang bendung) = 19.714 m 𝑀𝑇 − 𝑀𝐺 1 )≤ 𝐿 𝑅𝑣 6 26327.597 − 5210.360 1 𝑒 = (0.5 × 19.714 − ) ≤ × 19.714 1349.515 6 𝑒 = −5.913 𝑚 (𝑝𝑎𝑑𝑎 𝑙𝑢𝑎𝑟 𝑏𝑒𝑛𝑑𝑢𝑛𝑔) ≤ 3.245 𝑶𝑲 𝑒 = (0.5𝐿 −
4.3.1.5 Analisa Tegangan Tanah σ ijin pondasi = 200 kN/m3 𝑅𝑣 6𝑒 (1 ± ) 𝐿 𝐿 1349.515 6 × −5.913 = (1 ± ) 19.714 19.714 𝜎1,2 =
𝜎1,2
𝜎1 = 195.586 ; 𝜎2 = −56.968 (𝑡𝑖𝑑𝑎𝑘 𝑡𝑒𝑟𝑗𝑎𝑑𝑖 𝑝𝑎𝑑𝑎 𝑝𝑎𝑛𝑗𝑎𝑛𝑔 𝑝𝑜𝑛𝑑𝑎𝑠𝑖) 𝜎𝑚𝑎𝑥 = 195.586 < 𝜎𝑖𝑗𝑖𝑛 = 200 𝑶𝑲
89 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
4.3.2 Keadaan Air Debit Banjir Perhitungan stabilitas bendung pada keadaan air debit banjir dilakukan saat air terjadi debit banjir rencana 𝑄100 4.3.2.1 Analisa Stabilitas Geser Berdasarkan gaya-gaya yang bekerja, didapatkan besaran momen sebagai berikut, Jenis tanah tepat dibawah bendung adalah boulder/batu besar berkualitas baik(f=0.75) Gaya Dorong = Gaya Gempa + Gaya Hidrostatis Hulu + Gaya Lateral Aktif Tanah Gaya Dorong = 643.621 kN/m Tahanan
= Gaya Friksi + Gaya Lateral Pasif Tanah + Gaya Hidrostatis Hilir
Tahanan
= ∑ 𝑉 𝑓 + 𝐺𝑎𝑦𝑎 𝐿𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑙 𝑃𝑎𝑠𝑖𝑓 𝑇𝑎𝑛𝑎ℎ + 𝐺𝑎𝑦𝑎 𝐻𝑖𝑑𝑟𝑜𝑠𝑡𝑎𝑡𝑖𝑠 𝐻𝑖𝑙𝑖𝑟
Tahanan
= 0.75𝑥1860.607 + 406.446 + 202.008 = 1801.901 𝑘𝑁/𝑚 𝑆𝐹 =
𝑇𝑎ℎ𝑎𝑛𝑎𝑛 1801.901 = 𝐺𝑎𝑦𝑎 𝐷𝑜𝑟𝑜𝑛𝑔 643.621 𝑆𝐹 = 2.799 > 1.5 𝑶𝑲
Didapatkan SF = 2.799 > 2 maka bendung rencana aman dari kegagalan geser pada kondisi debit air banjir. 4.3.2.2 Analisa Stablisitas Guling Berdasarkan gaya-gaya yang bekerja, didapatkan besaran momen sebagai berikut, Momen Guling
= 7355.069 kNm/m
Momen Tahan
= 32258.656 kNm/m 𝑆𝐹 =
∑ 𝑀𝑇 32258.656 = ∑ 𝑀𝐺 7355.069
𝑆𝐹 = 4.386 > 2 𝑶𝑲 Didapatkan SF = 4.386 > 2 maka bendung rencana aman dari kegagalan guling pada kondisi debit air banjir. 4.3.2.3 Analisa Daya Dukung Tanah Perhitungan gaya lateral tanah akanuntuk memastikan kekuatan tanah dasar kuat memikul bendung rencana. Akan digunakan parameter tanah pasir lempung seperti yang terlah dipaparkan pada Tabel 4.1. Perhitungan gaya lateral ini
90 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
menggunakan perumusan daya dukung tanah untuk keruntuhan general. Persamaan yang digunakan adala persamaan Terzaghi, 𝑞𝑢𝑙𝑡 = 𝑐𝑁𝑐 + 𝑞𝑁𝑞 + 1/2𝐵𝛾′𝑁𝛾 Dimana, c adalah kohesi tanah lempung, kN/m2 q adalah besar tegangan tanah overburden B adalah lebar dasar pondasi 𝛾 ′ adalah berat jenis tanah efektif dikarenakan kondisi muka air di atas tanah, kN/m3 Nc, Nq, 𝑁𝛾 adalah faktor keruntuhan yang dicantumkan pada Tabel 4.10 Dengan ∅ = 25o Nc = 20.72, Nq = 10.66, 𝑁𝛾 =6.763 𝑞𝑢𝑙𝑡 = 𝑐𝑁𝑐 + 𝑞𝑁𝑞 + 1/2𝐵𝛾′𝑁𝛾 1 𝑞𝑢𝑙𝑡 = 0𝑥20.72 + 0𝑥10.66 + 𝑥19.714𝑥(18 − 10)𝑥6.763 = 526.729 𝑘𝑁/𝑚2 2 𝑃𝑢𝑙𝑡 = 𝑞𝑢𝑙𝑡𝐵 = 526.729𝑥19.714 = 10255.95 𝑘𝑁/𝑚 𝐵𝑒𝑏𝑎𝑛 = 𝐵𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑇𝑢𝑏𝑢ℎ 𝐵𝑒𝑛𝑑𝑢𝑛𝑔 + 𝐵𝑒𝑟𝑎𝑡 𝐴𝑖𝑟 𝐵𝑒𝑏𝑎𝑛 = 1535.498 + 712.512 = 2248.01 𝑘𝑁/𝑚 𝑆𝐹 =
𝑃𝑢𝑙𝑡 10255.95 = 𝐵𝑒𝑏𝑎𝑛 2248.01
𝑆𝐹 = 4.562 > 3 𝑶𝑲 Didapatkan SF = 4.562 > 3 maka tanah mampu mendukung bendung rencana pada kondisi debit air banjir. 4.3.2.4 Analisa Kondisi Tarik pada Tanah L (panjang bendung) = 19.714 m 𝑀𝑇 − 𝑀𝐺 1 )≤ 𝐿 𝑅𝑣 6 32258.656 − 7355.059 1 𝑒 = (0.5 × 19.714 − ) ≤ × 19.714 1860.061 6 𝑒 = −3.649 𝑚 (𝑝𝑎𝑑𝑎 𝑙𝑢𝑎𝑟 𝑏𝑒𝑛𝑑𝑢𝑛𝑔) ≤ 3.245 𝑶𝑲 𝑒 = (0.5𝐿 −
4.3.2.5 Analisa Tegangan Tanah σ ijin pondasi = 200 kN/m3
91 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
𝑅𝑣 6𝑒 (1 ± ) 𝐿 𝐿 1860.061 6 × −3.649 = (1 ± ) 19.714 19.714 𝜎1,2 =
𝜎1,2
𝜎1 = 196.606 ; 𝜎2 = −11.520 (𝑡𝑖𝑑𝑎𝑘 𝑡𝑒𝑟𝑗𝑎𝑑𝑖 𝑝𝑎𝑑𝑎 𝑝𝑎𝑛𝑗𝑎𝑛𝑔 𝑝𝑜𝑛𝑑𝑎𝑠𝑖) 𝜎𝑚𝑎𝑥 = 196.606 < 𝜎𝑖𝑗𝑖𝑛 = 200 𝑶𝑲
92 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Desain bangunan bendung yang direncanakan akan dibuat di Sungai Sukareja, Indramayu, Jawa Barat memiliki rincian dimensi dan bentuk sebagai berikut.
Gambar 5. 1 Dimensi Bendung Rencana Bendung direncanakan terhadap debit banjir 100 tahunan, yaitu sebesar 532.853 m3/s. Bendung memiliki mercu tipe bulat dengan jari-jari 3.5 m dan menggunakan kolam olak tipe bak tenggelam. Kolam olak tipe bak tenggelam memiliki jari-jari minimum sebesar 4.995 m dan T minimum 5.969 m. Kolam olak tipe bak tenggelam ini dirancang dengan jari-jari 5 m dan T terjadi adalah 8.114 m. Dapat dilihat bahwa parameter batasan dimensi kolam olak telah terpenuhi. Bendung memiliki tiga pintu pembilas dan sebuah saluran intake di sisi bendung dengan enam buah pintu pengambilan. Bendung juga direncanakan dibuat dari beton dengan berat jenis 24 kN/m3. Bendung didirikan di atas tanah pasir sedang dan tepat dipertemuan bendung dengan tanah, dilapisi batu boulder baik. Untuk stabilitas bendung, bendung dilengkapi dengan lantai muka sepanjang 12.5 m dan kemiringan hulu bendung dirancang 1:0.33. Bendung sudah didesain untuk mampu menahan gaya-gaya yang bekerja padanya. Berdasarkan perencanaan bendung rencana stabil baik geser, guling, daya dukung tanah, dan tegangan tanah yang terjadi baik pada kondisi debit air normal maupun debit air banjir.
93 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
5.2 Saran Saran dalam pengerjaan tugas besar bangunan air ini adalah: 1. Sebaiknya asisten memberikan revisi kepada mahasiswa sehingga tidak terjadi perbedaan informasi yang diterima oleh mahasiswa. 2. Sebaiknya asistensi dilakukan secara berkala dan diberi panduan yang jelas sehingga mahasiswa dapat mengerjakan tugas besar ini dengan baik.
94 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
DAFTARS PUSTAKA Standar Perencanaan Irigasi, Kriteria Perencanaan Bagian Bangunan Utama, KP-02, Direktorat Jenderal Pengairan. 1986. Mawardi, Erman dan Moch. Memed. 2004. Desain Hidraulik Bendung Tetap untuk Irigasi Teknis. Bandung: Alfabeta, CV Buku Petunjuk Perencanaan Irigasi, Bagian Penunjang untuk Standar Perencanaan Irigasi, 1986.
95 Tharina Nursalika A - 15012089
LAPORAN TUGAS BESAR BANGUNAN AIR | 2015
LAMPIRAN
96 Tharina Nursalika A - 15012089
