ANALISIS STABILITAS LERENG BENDUNGAN JATIGEDE DENGAN PARAMETER GEMPA TERMODIFIKASI

Transkripsi

1 ANALISIS STABILITAS LERENG BENDUNGAN JATIGEDE DENGAN PARAMETER GEMPA TERMODIFIKASI Zaid Ramadhan Hanan, Pitojo Tri Juwono, Anggara WWS Mahasiswa Program Sarjana Teknik Jurusan Pengairan Universitas Brawijaya Dosen Jurusan Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya ABSTRAK Stabilitas suatu bendungan merupakan salah satu persyaratan yang harus dipenuhi dalam pembangunannya. Bendungan Jatigede adalah bendungan dengan tinggi 4 meter dari galian terdalam dengan tampungan sebesar milyar meter kubik. Merupakan bendungan terbesar kedua di Indonesia membuat Bendungan Jatigede sangat diperhatikan dalam perhitungan stabilitasnya yang mencakup aspek keamanan teknis dan non teknis. Adapun pembahasan kestabilan lereng Bendungan Jatigede lebih lanjut mengenai pengaruh gempa bumi yang mungkin terjadi di daerah bendungan tersebut, dengan menggunakan metode parameter gempa termodifikasi terhadap kestabilan bendungan. Simulasi yang digunakan adalah dengan menggunakan gempa kala ulang 00 tahun (OBE) dan gempa kala ulang 0,000 tahun (MDE) dengan mencakup 4 kondisi bendungan yaitu kondisi waduk kosong, muka air normal, Intermediate, banjir dan surut cepat. Adapun dalam metode gempa termodifikasi ini, kekuatan gempa diukur dengan fungsi ketinggian gempa yaitu Y/H = 0.5, 0.50, 0.75,.00. Dimana akselerasi gempa yang digunakan mulai dari yang terkecil 0.9 g hingga 0.8 g yang tertinggi, akselerasi gempa tersebut didapatkan dari perhitungan menggunakan peta gempa Fukushi & Tanaka. Hasil dalam analisa ini adalah dengan Limit Equilibrium Method simulasi manual didapatkan faktor keamanan sebesar.577, sedangkan dengan Limit Equilibrium Method simulasi program Geostudio Slope/W didapatkan faktor keamanan mulai dari hingga.67, namun dengan Finite Element Method simulasi program Plaxis D didapatkan faktor keamanan mulai dari Dimana Bendungan Jatigede dikatakan tidak aman hanya pada simulasi Geostudio Slope/W dengan gempa kala ulang 0,000 tahun (MDE) pada kondisi muka air Intermediate di hulu, muka air normal di hulu dan kondisi surut cepat di hulu karena nilai faktor keamanan dibawah satu (SF < ). Adapun dengan melakukan simulasi ini dapat diketahui potongan bendungan dengan longsoran di hulu dan hilir juga deformasi pada tubuh Bendungan Jatigede. Untuk kondisi yang tidak aman, dapat dilakukan perhitungan lanjutan dengan metode Newmark dan Makdisi- Seed. Kata kunci : Stabilitas Bendungan, Metode Gempa Termodifikasi, Faktor Keamanan, Simulasi Stabilitas. ABSTRACT A stability of a dam is one of the minimum requirements that must be calculated in its construction. Jatigede Dam is on of the dam with 4 meters height from the lowest excavation and with water reservoir about billion meters cubic in it. To be the second biggest dam in Indonesia makes Jatigede Dam must have a perfect calculation in its stability which consist of technical and non technical aspects. Morover, deep study about Jatigede Dam s slope stability about earthquake aspect is needed, within an earthquake modificated method for slope stability. The simulation is using earthquake period 00 years (OBE) and earthquake period 0,000 years (MDE) with 4 different conditions of dam which are, empty reservoir condition, normal water level, intermediate water level, flood water level and rapid drawdown condition. And in this earthquake modificated method, earthquake strength is measured by the dam height function which are Y/H = 0.5, 0.50, 0.75,.00. Where the earthquake acceleration used in the simulation are beginning from the lowest is 0.9 g until the highest 0.8 g, which these accelaration calculated from earthquake map Fukushi & Tanaka. The results from the analysis are, with Limit Equilibrium Method manual simulation the dam safety factor is.45, while with Limit Equilibrium Method Geostudio Slope/W program simulation the dam safety factors are with the lowest until the highest.67, but with Finite Element Method Plaxis D program simulation the dam safety factors are with the lowest.649 until the highest.7. Jatigede Dam is not safety for these simulation are only with Geostudio Slope/W program simulation with earthquake period years (MDE) and in conditions intermediate water level upstream, normal water level upstream and rapid drawdown condition upstream because the safety factors are below one (SF < ). And with the simulation we can understand about the dam section with the landslide in upstream and downstream and about the deformation of the maindam itself too. For factors those are not safe, we can do deep calculation about it with Newmark dan Makdisi-Seed methods. Keywords : Dam Stability, Earthquake Modificated Method, Safety Factor, Stability Simulation.

2 A. PENDAHULUAN Stabilitas suatu bendungan merupakan salah satu persyaratan yang harus dipenuhi dalam pembangunan suatu bendungan, dimana jika syarat stabilitas tersebut tidak terpenuhi, maka akan mengakibatkan masalah keamanan bendungan yang meliputi pelimpahan (overtopping), kebocoran, rembesan, longsoran, erosi dan retakan. Stabilitas ini dipengaruhi oleh banyak faktor, diantara lain adalah material pembentuk tubuh bendungan, penentuan zona tubuh bendungan, kemiringan tebing, gelombang atau beban gempa dan lainlain. Menurut pedoman analisis stabilitas bendungan urugan akibat beban gempa, penentuan faktor keamanan bendungan menggunakan koefisien gempa dan gaya-gaya vibrasi yang bekerja dengan arah berubah-ubah yang diganti dengan satu gaya statik mendatar, perlu dimodifikasi karena bendungan tipe urugan bersifat lebih fleksibel sehingga percepatan gempa seharusnya semakin membesar di puncak. Oleh karena itu, pada studi kasus di Bendungan Jatigede dilakukan penentuan faktor keamanan melalui cara koefisien gempa termodifikasi. Penentuan koefisien gempa termodifikasi ini diawali dengan penggunaan cara dari Jepang Seismic Design Guideline for Fill Dam dengan perhitungan koefisien gempa desain yang merupakan fungsi dari kedalaman bendungan. Selanjutnya dalam bidang pemrograman, banyak sekali aplikasi yang digunakan untuk menyelesaikan masalah di bidang perancangan yang semakin berkembang. Penerapan penggunaan program dapat menghemat waktu dan keefektifan pekerjaan sehingga waktu yang diperlukan dalam perancangan semakin singkat dengan kualitas yang memuaskan. Sehingga dibutuhkan suatu analisis untuk menghitung kestabilan bendungan dalam parameter gempa menggunakan rumus empiris dan aplikasi pemrograman komputer. B. METODOLOGI ANALISIS. Penggunaan Metode Simulasi : a. Metode Limit Equilibrium Method (LEM) Metode ini digunakan pada program Geostudio Slope/W dengan metode Bishop dan metode Fellinius dengan memperhitungkan kesetimbangan gaya pada suatu konstruksi. Adapun untuk perhitungan faktor keamanannya dengan membandingkan antara kuat geser tanah dan gaya dorong yang mempengaruhi bendungan. Metode ini paling erat kaitannya dengan Sliding Surface Method, tegangan geser dan keseimbangan tubuh bendungan. b. Finite Element Method (FEM) Metode ini digunakan pada program Plaxis D dan Makdisi- Seed. Digunakan untuk menghitung suatu keruntuhan tanah, adapun dalam perhitungan faktor keamanannya dengan mengurangi nilai kohesi suatu konstruksi dengan sudut gesernya secara bertahap hingga mengalami keruntuhan. Metode ini paling erat kaitannya dengan Unit Stress Method, deformasi, elastisitas plastisitas suatu bendungan dan gaya geser.. Kondisi simulasi stabilitas a. Kondisi waduk kosong dengan elevasi +55. Kondisi ini disimulasikan karena merupakan kondisi setelah konstruksi saat keadaan tubuh bendungan belum terpengaruh gaya lain selain berat tubuh bendungannya sendiri. b. Muka air Intermediate dengan elevasi +47. Disimulasikan untuk kebutuhan analisa bendungan dan waduknya dalam operasional jangka pendek.

3 c. Muka air normal dengan elevasi +60. Disimulasikan untuk kebutuhan analisa bendungan dan waduknya dalam operasional jangka panjang. d. Muka air banjir dengan elevasi +6. Disimulasikan untuk kebutuhan analisa bendungan dan waduknya untuk estimasi kondisi kritis. e. Muka air surut cepat dengan elevasi +60 ke +. Disimulasikan untuk kebutuhan analisa bendungan dan waduknya untuk estimasi kondisi hulu kritis.. Data tanah simulasi stabilitas, ditabelkan sebagai berikut : Tabel. Data Material Tubuh Bendungan Jatigede Keterangan Umum Permeabilitas k No. Tipe g unsat g sat k y x (kn/m ) (kn/m (cm/sec ) (cm/sec) ) (Blended Core ) 5 7 5x0-5 x0-5 A (Filter 6.5x x0-4 Halus) B (Filter Kasar) 4,6x0 -,6x0 - A 4 (Batu Kecil) 5 B (Batu.7.7 Besar) Bedrock Sumber : Data Studi Bendungan Jatigede Tabel. Data Material Tubuh Bendungan Jatigede Stiffness (Kekakuan) Kekuatan Tanah No. Tipe (Blended Core ) E ref <modulus elastisitas> (kn/m ) v (nu) C ref (kn/m ) ϕ ( o ), A (Filter, Halus) B (Filter, Kasar) 4 A (Batu 5, Kecil) 5 B (Batu 5, Besar) 6 4 5, Bedrock x Sumber : Data Studi Bendungan Jatigede C. ANALISA DAN PEMBAHASAN Hasil yang diperoleh merupakan runtutan dari perhitungan dan simulasi pada tubuh bendungan, adapun perhitungan dan simulasinya adalah sebagai berikut :. Penetapan besaran parameter gempa. Penentuan besaran gempa desain bendungan mengikuti pedoman pada Pedoman Pd-T A Analisa Stabilitas Bendungan Urugan akibat Gempa dimulai dengan menentukan faktor risiko keamanan bendungan, menentukan kriteria periode kala ulang bendungan yang akan dipakai, lalu menganalisis koefisien gempa dengan periode kala ulang yang dihitung. Adapun dalam perhitungan koefisien gempa ini menggunakan peta gempa Fukushima & Tanaka.

4 Gambar. Peta Zona Gempa Sumber : Pedoman Bendungan Urugan Sehingga dari perhitungan menggunakan peta gempa tersebut dengan metode gempa termodifikasi, didapatkan koefisien gempa sebagai berikut : Tabel. Rekap Koefisien Gempa T = 00 tahun Y/H = 0.5 Y/H = 0.50 Y/H = 0.75 Y/H = 0.87 g 0.56 g 0.4 g 0.9 g T = tahun Y/H = 0.5 Y/H = 0.50 Y/H = 0.75 Y/H = 0.8 g 0.65 g 0.4 g 0.8 g. Simulasi menggunakan metode analisis kestabilan Simulasi untuk mengetahui kestabilan Bendungan Jatigede menggunakan tiga kali simulasi, yaitu dengan simulasi manual dengan metode Fellinius (Limit Equilibrium Method), simulasi program Geostudio Slope/w dengan metode Bishop (Limit Equilibrium Method) dan simulasi program Plaxis dimensi dengan Finite Element Method. Ketiganya menggunakan data Bendungan Jatigede dan data parameter gempa yang sudah dihitung untuk simulasi. Adapun dalam simulasi dan analisa, dibagi menjadi tiga bagian, Input, analisa proses dan analisa hasil. Input Data Pada simulasi manual metode Fellinius data utama yang digunakan adalah data Shop Drawing karena data akan didapatkan setelah bidang longsor diketahui bentuk, luasan dan panjangnya yang akan di bahas pada subbab proses selanjutnya. Adapun data lain yang digunakan pada dasarnya mengacu pada general data material. Pada simulasi program Geostudio slope/w untuk memasukkan data material bendungan berdasarkan zona timbunan, dimana data yang dimasukkan adalah data berat jenis tanah, kohesi tanah dan phi (sudut geser tanah). Memasukkan tekanan air pori / Pore Water Pressure sesuai dengan kondisi simulasi dan elevasi muka airnya. Stabilitas sangatlah dipengaruhi oleh estimasi dari tekanan pori air yang akan menyebabkan rembesan pada tubuh bendungan. Adapun rembesan tersebut juga dapat membawa butiran-butiran material tubuh bendungan, sehingga tekanan air pori juga mempengaruhi kekuatan tanah dan kekuatan geser tanah. 4 Gambar. Input data pada Program Geostudio Slope/W Sumber : Simulasi Tugas Akhir

5 Pada simulasi program Plaxis D untuk memasukkan data material bendungan berdasarkan zona timbunan, dimana data yang dimasukkan adalah data berat jenis tanah, koefisien permeabilitas, modulus elastisitas, Poisson s ratio, kohesi tanah dan phi (sudut geser tanah). Memasukkan tekanan air pori / Pore Water Pressure sesuai dengan kondisi simulasi dan elevasi muka airnya. Dalam program ini kelebihan dibandingkan yang lainnya adalah tumpuan tekanan air pada tubuh bendungan dapat terlihat terpusat dimana dan dengan melihat tumpuan tersebut dapat direncanakan perkuatan pada daerah tersebut. dalam memasukkan beban seismik pada program Plaxis D membutuhkan data spektrum gempa, yang dari koefisien gempa rata-rata dikonversi menjadi data spektrum dalam bentuk SMC-files (Strong Motion CD) data ini didapatkan dari U.S. Geological Survey National Strong-Motion Project Proses Simulasi Proses pada simulasi manual metode Fellinius mencakup pada hal yaitu, penggambaran dan perhitungan. Pada proses penggambaran dilakukan sesuai dengan teori penggambaran pada umumnya, yaitu menentukan titik pusat, menggambarkan bidang irisan, lalu mencari keterangan-keterangan dari tiap bidang irisannya tersebut. Setelah didapat setiap keterangan untuk bidang irisan maka bisa dihitung dengan rumus metode Fellinius. Proses Perhitungan (dengan mengambil contoh pada irisan bidang ) : W T N N a = A x γ = 8.94 x. = t/m = W x Sin α = x Sin(55.) = 0. = W x Cos α = x Cos(55.) = 0.09 = e x W x Cos α = 0.8 x x Cos(55.) = U = = 8 = (N - N a - U) x Tanϕ = ( N - N a - U) x 0.50 = ( ) x 0.50 = Gambar. Input data pada Program Plaxis D Sumber : Simulasi Tugas Akhir C x l = =

6 F s = F s = Proses pada simulasi program Geostudio Slope/W diperhitungkan dengan metode Bishop, adapun prosesnya meliputi penentuan titik pusat lingkaran paling kritis dengan cara Grid and Radius dengan total simulasi longsoran sebanyak 696 lonngsoran, lalu penentuan Safety Factor paling tidak aman sesuai dengan bidang longsoran simulasi sesuai dengan kondisi yang ditentukan. Proses pada simulasi program Plaxis D dalam mencari Safety Factor nya menggunakan metode keruntuhan tanah atau disebut Phi-c reduction. Adapun dalam proses simulasinya dimulai dengan memasukkan tegangan tanah awal yang menandakan bahwa berat bendungan akan di aplikasikan secara menyeluruh (.0), lalu perhitungan simulasi beban dengan menggunakan kurva iterasi pembebanan, lalu dengan melakukan simulasi Phi-c reduction dimana dengan perhitungan algoritma dan jaring beban, tanah akan dimodelkan dengan model Mohr-Couloumb lalu kekuatan tanah akan direduksi dengan fungsi waktu, hingga tanah mengalami deformasi Gambar 4. Proses Simulasi pada Program Plaxis D Sumber : Simulasi Tugas Akhir Gambar. Proses Simulasi pada Program Geostudio Slope/W Sumber : Simulasi Tugas Akhir

7 Analisa Hasil Hasil pada metode Fellinius adalah sebagai berikut Tabel 4. Safety Factor Metode Fellinius T = 00 tahun 0.9 g Y/H =.00 Faktor Keamanan (S.F.).45 Hasil pada metode Program Geostudio Slope/W adalah sebagai berikut Tabel 5. Safety Factor Program Geostudio Slope/W untuk T = 00 tahun No Koefisien Gempa Faktor Keamanan (S.F.) Y/H = 0.5Y/H = 0.50Y/H = 0.75 Y/H = Kondisi 0.87 g 0.56 g 0.4 g 0.9 g Waduk Kosong Hilir Waduk Kosong Hulu M. A. Intermediate, El m Hilir M. A. Intermediate, El m Hulu M. A. Normal, El m Hilir M. A. Normal, El m Hulu M. A. Banjir, El m Hilir M. A. Banjir, El m Hulu M. A. Surut Cepat dari El. +60 ke + Hilir M. A. Surut Cepat dari El. +60 ke + Hulu Tabel 6. Safety Factor Program Geostudio Slope/W untuk T = 0,000 tahun No Koefisien Gempa Faktor Keamanan (S.F.) Y/H = 0.5 Y/H = 0.50 Y/H = 0.75 Y/H = Kondisi 0.8 g 0.65 g 0.4 g 0.8 g Waduk Kosong Hilir Waduk Kosong Hulu M. A. Intermediate, El m Hilir M. A. Intermediate, El m Hulu M. A. Normal, El m Hilir M. A. Normal, El m Hulu M. A. Banjir, El m Hilir M. A. Banjir, El m Hulu M. A. Surut Cepat dari El. +60 ke + Hilir M. A. Surut Cepat dari El. +60 ke + Hulu Hasil pada metode Program Plaxis D adalah sebagai berikut Tabel 6. Safety Factor Program Plaxis D untuk T = 00 tahun No Koefisien Faktor Keamanan (S.F.) Y/H = Kondisi 0.9 g Waduk Kosong.74 M. A. Intermediate, El m.650 M. A. Nomal, El m.70 4 M. A. Banjir, El m.7 Tabel 7. Safety Factor Program Plaxis D untuk T = 0,000 tahun No Koefisien Faktor Keamanan (S.F.) Y/H = Kondisi 0.8 g Waduk Kosong.7 M. A. Intermediate, El m.649 M. A. Nomal, El m.74 4 M. A. Banjir, El m.70 Contoh perbandingan yang dapat disejajaran dari ketiga simulasi adalah pada kondisi T = 00 tahun, dengan besaran gempa 0.9 g, pada ketinggian gempa Y/H =.0 dan dalam keadaan waduk kosong adalah sebagai berikut Tabel 8. Hasil Perbandingan Safety Factor Simulasi Manual (Fellinius) Geostudio Slope/W Faktor Keamanan Plaxis D.74 Metode LEM (Limit Equilibrium Method) LEM (Limit Equilibrium Method) FEM (Finite Element Method)

8 Gambar 5. Simulasi Geoslope/W Kondisi Y/H=0.5, Muka air Intermediate, Koef. Gempa=0.87, di Hilir Bendungan Gambar 6. Simulasi Geoslope/W Kondisi Y/H=0.50, Tanpa Tampungan Air, Koef. Gempa=0.65, di Hulu Bendungan Gambar 7. Simulasi Geoslope/W Kondisi Y/H=0.75, Muka Air Normal, Koef. Gempa=0.4, di Hilir Bendungan

9 Gambar 8. Simulasi Geoslope/W Kondisi Y/H=.00, Muka Air Surut Cepat, Koef. Gempa=0.8, di Hulu Bendungan Gambar 9. Simulasi Geoslope/W Kondisi Y/H=.00, Muka Air Normal, Koef. Gempa=0.9 Gambar 0. Simulasi Geoslope/W Kondisi Y/H=.00, Tanpa Tampungan Air, Koef. Gempa=0.8

10 Simulasi Manual (Fellinius) Geostudio Slope/W D. KESIMPULAN Dari hasil-hasil analisa tersebut, dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut:. Gambar Potongan Bendungan Jatigede yang disimulasikan dengan ketiga simulasi terlampirkan pada lampiran Geoslope dan lampiran Plaxis, adapun cakupan dalam yang dimuat pada gambar potongan tersebut adalah : a. Setiap kondisi yang diperlukan untuk analisis stabilitas (Waduk kosong, muka air Normal, Intermediate, Banjir dan Surut cepat). b. Dua kondisi gempa yang diterapkan pada tubuh bendungan (OBE 00 tahun dan MDE 0,000 tahun). c. Garis rembesan air yang melewati material tubuh bendungan. d. Lokasi daerah longsoran pada tubuh bendungan maupun deformasi yang terjadi pada tubuh bendungan.. Nilai faktor keamanan Bendungan Jatigede berdasarkan simulasi adalah Tabel 9. Nilai Faktor Keamanan Bendungan Jatigede Faktor Keamanan Standart Keamanan.45 FK > FK > Metode LEM (Limit Equilibrium Method) LEM (Limit Equilibrium Method) Kesimpulan Stabilitas Aman Stabilitas tidak aman pada kondisi tertentu. Pada ketiga simulasi, faktor keamanan menunjukkan bahwa Bendungan Jatigede kestabilan tubuhnya aman terhadap gempa dengan parameter termodifikasi, kecuali pada simulasi GeoStudio Slope/W MDE Method pada kondisi intermediate hilir, kondisi muka air normal hilir dan muka air surut cepat hulu yang menghasilkan nilai faktor keamanan kurang dari satu (FK < ). SARAN Berdasarkan penelitian yang telah dilaksanakan tentang Analisis Stabilitas Lereng Bendungan Jatigede dengan Parameter Gempa Termodifikasi, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan antara lain adalah:. Tidak menggunakan Program Plaxis D untuk menghitung nilai faktor keamanan bendungan dengan metode parameter gempa termodifikasi, karena program ini tidak bisa menghitung deformasi tubuh bendungan terhadap fungsi ketinggian gempa Y/H, dikarenakan simulasi pada plaxis tidak bisa dibagi pada ketinggian mana yang akan ditinjau, hanya mensimulasikan terhadap seluruh tubuh bendungan atau kondisi Y/H =.. Pemasangan Instrumentasi gempa yang lengkap dengan menggunakan Akselograph dan Seismograph.. Melakukan simulasi atau perhitungan lanjut dengan menggunakan metode Newmark atau Makdisi-Seed. Plaxis D FK > FEM (Finite Element Method) Stabilitas Aman Sumber : Hasil Pengolahan Data

11 DAFTAR PUSTAKA Novak, P., dkk HYDRAULIC STRUCTURES Third Edition. New York : Spon Press. Sichuan Water Resources And Hydroelectric Investigation And Design Institute. 00. Study Report On Dam Filling Material Of Jatigede Dam Project. Jakarta : Goverment of The Republic Of Indonesia Ministry Of Public Works Directorate General Of Water Resoure. Sosrodarsono, Suyono dan Kensaku Takeda Bendungan Type Urugan. Jakarta: Pradnya Paramita. Departemen Permukiman dan Prasarana Wilayah Pedoman Analisis Stabilitas Bendungan Tipe Urugan Akibat Beban Gempa (Pd T A). Jakarta. Soedibyo. 99. Teknik Bendungan. Jakarta: Pradnya Paramita