ANALISA STABILITAS TUBUH BENDUNGAN LOLAK KABUPATEN BOLAANG MONGONDOW SULAWESI UTARA

Transkripsi

1 ANALISA STABILITAS TUBUH BENDUNGAN LOLAK KABUPATEN BOLAANG MONGONDOW SULAWESI UTARA JURNAL Diajukan untuk memenuhi ersyaratan memeroleh gelar Sarjana Teknik Disusun Oleh : GHEA WEDYA RANGGA DEWA NIM KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN UNIVERSITAS BRAWIJAYA FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK PENGAIRAN MALANG 2014

2 ANALISA STABILITAS TUBUH BENDUNGAN LOLAK KABUPATEN BOLAANG MONGONDOW SULAWESI UTARA Ghea Wedya Rangga Dewa 1, Runi Asmaranto 2, Prima Hadi Wicaksono 2 1 Mahasiswa Jurusan Teknik Pengairan Universitas Brawijaya Malang 2 Dosen Jurusan Teknik Pengairan Universitas Brawijaya Malang Jalan M.T. Haryono 167, Malang 65145, Indonesia rangga.dewaa@ymail.com Abstrak DAS Lolak meliuti wilayah seluas km 2, terletak di Kabuaten Bolaang Mongondow, Provinsi Sulawesi Utara. Analisa stabilitas tubuh Bendungan Lolak meliuti enjabaran kondisi ondasi bendungan untuk mengetahui jenis, kelas batuan, erbaikan ondasi yang daat diterakan, dan tegangan vertikal yang bekerja ada ondasi. Analisa kaasitas rembesan dan stabilitas lereng metode Fellenius dan Bisho dihitung manual dan menggunakan rogram Geostudio Pondasi batuan Bendungan Lolak didominasi oleh breksi vulkanik dengan nilai ermeabilitas rata rata = 6,35 Lugeon dan RQD (rock quality designation) rata rata = 51%. Perbaikan ondasi berua sementasi tirai, sementasi konsolidasi, dan sementasi selimut ada daerah sekitar as bendungan utama. Tegangan vertikal yang bekerja ada ondasi (σz as main dam = 1087,58 kn/m² dan σz as cofferdam = 391,48 kn/m²). Kaasitas rembesan yang terjadi < 1% dari rata rata debit yang masuk ke dalam waduk, sehingga aman terhada rembesan. Keceatan rembesan (Vs =1,49x10-5 cm/dt) masih di bawah keceatan kritis (Vc = 0,857 cm/dt). Faktor keamanan terhada iing adalah 4,387 > 4. Dari analisis stabilitas lereng yang telah dilakukan dalam berbagai kondisi masih dalam kategori aman. Kata Kunci : DAS Lolak, Bendungan, Stabilitas Lereng, Fellenius, Bisho Abstract Lolak Watershed covering an area of km 2, located in Bolaang Mongondow, North Sulawesi. Lolak dam analysis stability, exlanation about dam foundation, grade rocks, foundation treatment and vertical stress. Seeage caacity and sloe stability using Fellenius and Bisho methods which is calculated manually and used Geostudio 2007 rogram. Lolak Dam foundation dominated by volcanic breccia which is have ermeability value = 6,35 Lugeon and RQD (rock quality designation) = 51%. The foundation treatment are curtain grouting, consolidation grouting, and blanket grouting around the as main dam. Vertical stress in foundation (σz as main dam = 1087,58 kn/m² and σz as cofferdam = 391,48 kn/m²). Seeage caacity < 1% reservoir inflow. Seeage velocity (Vs =1,49x10-5 cm/s) below the critical velocity (Vc = 0,857 cm/s). Piing safety factor 4,387 > 4. Sloe stability analysis has been carried out in various conditions, the result are in safe category. Key Word : Lolak watershed, Dam, Sloe Stability, Fellenius, Bisho

3 PENDAHULUAN Air meruakan salah satu bagian terenting dalam menunjang kehiduan manusia. Seiring dengan berjalannya waktu, kebutuhan air semakin meningkat sejalan dengan meningkatnya jumlah enduduk dari hari ke hari, sedangkan ersediaan air yang ada di bumi adalah teta. Salah satu usaha yang aling efektif untuk mengatasi masalah tersebut adalah dengan membangun bendungan. Di dalam embangunan bendungan, dierlukan analisa stabilitas tubuh bendungan terhada berbagai kondisi agar bendungan yang direncanakan aman dan sesuai dengan usia guna yang telah direncanakan. Bendungan Lolak memiliki ketinggian sebesar 58 m (EL. uncak +120,00 m), terletak di sungai Lolak, Bolaang Mongondow, Sulawesi Utara. Bendungan Lolak direncanakan akan difungsikan sebagai bendungan serbaguna. Melihat banyaknya tujuan dari embangunan Bendungan Lolak serta lokasi embangunan yang termasuk dalam kategori gema tinggi, maka erencanaan teknis yang mendetail erlu dilakukan. Antara lain, tentang masalah kondisi geologi ondasi bendungan, erbaikan ondasi, kaasitas rembesan, kemungkinan terjadinya iing, serta kestabilan tubuh bendungan dalam berbagai kondisi. RUMUSAN MASALAH Dengan memerhatikan latar belakang yang telah disebutkan di atas, maka rumusan masalah ada enelitian tersebut adalah : 1. Bagaimana kondisi ondasi Bendungan Lolak? 2. Beraa kaasitas rembesan Bendungan Lolak? 3. Aakah akan terjadi kemungkinan iing ada Bendungan Lolak? 4. Beraa angka keamanan stabilitas lereng ada Bendungan Lolak? METODOLOGI PENELITIAN Kondisi Geologi Pondasi Bendungan Kondisi geologi ondasi bendungan daat diketahui dengan nilai Lugeon dan RQD (Rock Quality Designation). Nilai Lugeon dan RQD didaat dari hasil logging bor atau menggunakan rumus berikut : (Sosrodarsono, 1977: 65) (1) Lu = nilai Lugeon (1 Lu = k ( cm/dt)) Q = debit yang masuk melalui lubang bor (l/menit) = tekanan uji (kg/cm 2 ) L = anjang bagian yang diuji (m) k = koeffisien ermeabilitas (cm/dt) RQD = 100 (0,1 λ + 1) e -0.1 λ (2) RQD = Rock Quality Designation (%) λ = rasio antara jumlah kekar dengan anjang scan-line (kekar/m) (Zakaria, 2002: 3) Kemamuan ondasi Bendungan Lolak dalam memikul tubuh bendungan, menggunakan analisis tegangan vertikal ada ondasi bendungan teat ada As bendungan. (Hardiyatmo,2007: 27) q q = H x γ sat (3) = beban timbunan tubuh bendungan (kn/m²) H = tinggi main dam = 58 m = tinggi cofferdam = 24,75 m γ sat = berat material timbunan terbesar (kn/m 3 ) = 21,26 kn/m 3 Analisa tegangan yang terjadi dibawah ondasi tubuh Bendungan Lolak dibagi menjadi 2, ada main dam dan main cofferdam dengan z = 15 m. Tegangan vertikal ada as bendungan daat dihitung dengan rumus : σz = (I + I )q (4) σz = tegangan vertikal yang terjadi ada kedalaman z (kn/m²)

4 I q a b z = faktor engaruh (5) = beban tubuh bendungan (kn/m²) = anjang lengan ada bidang miring tubuh bendungan (m) = anjang lengan ada bidang datar tubuh bendungan (m) = kedalaman tegangan vertikal ada ondasi (m) = 15 m α 1 = sudut engaruh kedalaman berdasarkan anjang a (radian) α 2 = sudut engaruh kedalaman berdasarkan anjang b (radian) Rembesan Pada Tubuh Bendungan Dasar teori untuk ersamaan erhitungan rembesan adalah dengan menggunakan rumus Darcy sebagai berikut : (Sosrodarsono, 1977: 96) Q = A. k. i (6) Q =. k. h. L (7) V = k. i (8) A = luas enamang basah (m 2 ) k = koefisien ermeabilitas (m/dt) i = gradien hidrolis h = tinggi muka air (m) L = anjang rofil melintang tubuh bendungan (m) V = keceatan air rembesan (m/dt) N f = angka embagi dari garis trayektori aliran filtrasi N = angka embagi dari garis equiotensial Analisa rembesan yang mengindikasikan terjadinya iing, ditentukan berdasarkan faktor keamanan terhada iing sebagai berikut : (Hardiyatmo, 2007: 36) - (9) (10) FK iing = minimal 4 I cal = gradien hidraulik debit I cr = gradien hidraulik dari material timbunan atau ondasi Gs e = berat jenis material, secific gravity = angka orositas Stabilitas Lereng Tubuh Bendungan Dalam menganalisa stabilitas lereng Bendungan Lolak digunakan 2 metode yaitu Fellenius dan Bisho, kedua metode ini dihitung secara manual dan menggunakan rogram Geo-Studio Sloe/W Perhitungan stabilitas lereng dengan metode Fellenius daat digunakan rumus sebagai berikut : (Das, 1994: 56) F s = 1 ( c. l ( N U N e ) tan ) (11) ( T T ) 1 F s = faktor keamanan c = angka kohesi tia ias (kn) b l = (12) cos b = lebar tia ias (m) α = sudut yang dibentuk jari jari bidang longsor ( o ) N = momen yang menahan bidang longsor (kn) U = gaya ulift (kn) N e = komonen vertikal beban seismis T = momen yang menyebabkan geser T e = komonen tangensial beban seismis Perhitungan stabilitas lereng dengan metode Bisho daat digunakan rumus sebagai berikut : (Das, 1994: 59) 1 ( cbn Wn tan ) 1 m ( n) F s = (13) ( W sin g) 1 n F s = faktor keamanan c = angka kohesi tia ias (kn) b = lebar tia ias (m) W = gaya berat (kn) θ = sudut tia zona material timbunan m α = hasil coba coba dari nilai FS n e

5 α = sudut yang dibentuk jari jari bidang longsor ( o ) g = komonen tangensial beban seismis Pada saat kondisi gema, daat digunakan rumus sebagai berikut : (Das, 1994: 62) (14) Ad = z. Ac. v (15) k = koeffisien gema Ad = erceatan gema terkoreksi (gal) Ac = erceatan gema dasar (gal) z = koeffisien gema dasar berdasarkan eta zona gema wilayah Indonesia v = faktor koreksi engaruh jenis tanah setemat g = erceatan gravitasi Deskrisi Wilayah Studi Lokasi embangunan Bendungan Lolak tertera ada Gambar, sedangkan zona zona ada bendungan tertera ada Gambar 2. Gambar 1. Lokasi Penelitian (Sumber: Anonim, 2008: 20) Gambar 2. Zona Zona Pada Tubuh Bendungan (Sumber: Anonim, 2008: 46)

6 HASIL DAN PEMBAHASAN Kondisi Geologi Pada Pondasi Bendungan Lolak Secara khusus investigasi geologi ada ondasi bendungan Lolak dibagi 3, yaitu sandaran kanan (right bank), dasar sungai (riverbed), dan sandaran kiri (left bank). Hasil yang dieroleh setelah melakukan logging bor ada ketiga wilayah tersebut adalah : 1. Sandaran kanan (right bank) Rata rata nilai Lugeon = 4,90 Rata rata nilai RQD = 45% 2. Dasar sungai (riverbed) Rata rata nilai Lugeon = 5,23 Rata rata nilai RQD = 45% 3. Sandaran kiri (left bank) Rata rata nilai Lugeon = 6,38 Rata rata nilai RQD = 55% Dikarenakan nilai Lugeon > 1, nilai RQD < 70%, dan kualitas batuan yang rendah, maka dierlukan erbaikan ondasi. (Anonim, 2005: 13). Gambar erbaikan ondasi tertera ada Gambar 3. MAIN DAM AXIS COFFERDAM AXIS Perhitungan tegangan vertikal ada as ondasi bendungan utama (main dam) dan bendungan engelak (cofferdam) dengan kedalaman z = 15 m adalah : Beban timbunan (q) sat sat untuk main dam untuk cofferdam 1. Tegangan vertikal as main dam z = 15 m a = 105,97 m bagian kanan Gambar 3. Perbaikan Pondasi (Grouting) b = 5 m bagian kanan α 1 = 58 = 1,012 bagian kanan α 2 = 18 = 0,314 bagian kanan a = 95 m bagian kiri b = 5 m bagian kiri α 1 = 59 = 1,029 bagian kiri α 2 = 18 = 0,314 bagian kiri

7 Pengaruh bagian kanan Rembesan Pada Bendungan Lolak Q f =. k. h. L 10 = x 3,29 x 10-7 x 52,50 x 15 Pengaruh bagian kiri Jadi, tegangan vertikal yang terjadi ada ondasi as main dam ada z = 15 m adalah sebagai berikut, kn/m² 2. Tegangan vertikal as cofferdam Tegangan vertikal yang terjadi ada ondasi as cofferdam ada z = 15 m adalah sebagai berikut, 499,09 = 5, m 3 /dt Jadi kaasitas rembesan yang terjadi sebesar 5, m 3 /dt. Perhitungan kaasitas rembesan sebelum dan sesudah dilakukan grouting juga dianalisa menggunakan rogram Geo-Studio See/W 2007, yang hasilnya sebagai berikut : 1. Sebelum grouting Q rerata = 5, m³/dt. 2. Sesudah grouting Q rerata = 2, m³/dt. Dari hasil analisa tersebut diketahui, kaasitas rembesan yang terjadi menjadi lebih kecil setelah grouting diterakan ada ondasi Bendungan Lolak. Rata-rata kaasitas rembesan (2, m³/dt) <1% dari Q rerata sungai (0,698 m³/dt). Sehingga daat dikatakan bahwa grouting yang dilakukan bekerja dengan efektif. kn/m² 0,3 l 1 = 3,5 m garis equi-otensial 10 m jarring aliran (flownet) garis deresi garis arabola Cassagrande ELEVASI (m) Gambar 4. Garis Deresi dan Rembesan (Manual)

8 Dam Crest Elevasi (m) Cofferdam Crest 0, m 3 /dt Jarak (m) Gambar 5. Rembesan ada NWL el. +114,500 m tana grouting (Geo-See) Dam Crest Elevasi (m) Cofferdam Crest 0, m 3 /dt Jarak (m) Gambar 6. Rembesan ada NWL el. +114,500 m dengan grouting (Geo-See) Kemungkinan Bahaya Piing 1. Gradien Hidraulik Kritis ( ) 2. Gradien Hidraulik Exit ( ) 3. FK Terhada Piing = 4,380 Didaatkan hasil erhitungan faktor keamanan terhada iing > 4) maka, daat dikatakan tidak akan terjadi eristiwa iing.

9 Stabilitas Lereng Bendungan Lolak Dalam menganalisa stabilitas lereng bendungan Lolak digunakan arameter yang tertera ada Tabel 1. Analisa stabilitas lereng dihitung Tabel 1. Parameter timbunan dan ondasi bendungan Lolak Material Zona k (m/dt) γ sat (kn/m 3 ) ada kondisi kosong, FWL +119,045 m, NWL +114,500 m, LWL +99,650 m, dan surut tiba tiba dari NWL ke LWL saat ada beban air dan terjadi gema. γ (kn/m 3 ) γ dry (kn/m 3 ) c (kpa) Inti (core) x Filter Halus x Filter Kasar 3 1x Random Batu 4 3.5x Random Tanah x Ri Ra 6 5x Volcanic Breccia - 1x (Sumber: Anonim, 2008: 64) θ ( o ) Keterangan : a = Zona Inti (core) b = Zona Filter Halus c = Zona Filter Kasar d = Zona Random Batu e = Zona Random Tanah f = Zona Ri-ra Gambar 7. Lingkaran Bidang Longsor Bagian Hulu (Manual) Keterangan : a = Zona Inti (core) b = Zona Filter Halus c = Zona Filter Kasar d = Zona Random Batu e = Zona Random Tanah f = Zona Ri-ra Gambar 8. Lingkaran Bidang Longsor Bagian Hilir (Manual)

10 1. Perhitungan Manual Metode Fellenius Pada metode ini diberikan contoh erhitungan ada kondisi muka air normal +114,500 m dengan beban gema ada irisan ias no 3. a. Menentukan usat bidang longsor dengan cara coba-coba di seanjang garis vertikal yang melalui titik tengah garis lereng, coba-coba samai didaatkan angka keamanan minimum. b. Menghitung gaya berat total (W tot ) tia zona material yang meruakan jumlah dari gaya berat kering (W 1 ) + gaya berat basah (W 2 ). W tot = W 1 + W 2 = A 1. + A 2. sub = 1,59. 17,61 + 9,18. 7,80 = 99,60 kn W tot = 479,24 kn W tot = 1196,82 kn c. Menentukan sudut yang dibentuk oleh jari jari bidang longsor ( ) dengan arah gaya berat masing masing ias. Nilai = 30,70 o d. Menghitung momen yang menyebabkan geser ada bidang longsor tubuh bendungan yakni : T = W. sin = 50,85 kn T = 244,67 kn T = 611,03 kn e. Menghitung momen yang menahan bidang longsor, yakni : N = W. tan θ = 85,64 kn N = 412,08 kn N = 1029,09 kn f. Menghitung angka kohesi tia ias, yakni : c = c. l = 511,41 kn c = 0 c = 0 g. Menghitung koeffisien gema (k) Ad = z. Ac. v = 1, ,45. 0,8 = 197,69 gal k = Ad g = 0,202 h. Menghitung komonen vertikal (N e ) dan tangensial (T e ) beban seismis tia zona material ada masing masing ias : T e = k. W tot cos α = 17,30 kn N e = k. W tot sin α = 10,27 kn T e = 83,24 kn N e = 49,42 kn T e = 207,88 kn N e = 123,43 kn i. Menghitung gaya ulift (U) saat waduk terisi air, dimana (h w ) meruakan ketinggian ias basah menurut zona material timbunan dan ( w ) meruakan gaya berat air, yakni : U = w. h w. l = 9,81. 0,52. 11,63. = 59,33 kn U = 381,06 kn U = 1273,24 kn j. Prosedur erhitungan di atas diulang samai semua ias yang membentuk bidang longsor dihitung, selanjutnya nilai Fs dihitung : F s = 1 F s = 1,224 ( c. l ( N U N ) tan ) 1 ( T T ) e e

11 Metode Bisho Pada metode ini diberikan contoh erhitungan ada kondisi muka air normal +114,500 m dengan beban gema ada irisan ias no 3. a. Melakukan erhitungan yang sama dengan metode Fellenius dari (a d) b. Menghitung angka kohesi tia ias, dengan nilai b = 10 yakni : c = c. b = 371,70 kn c = 0 c = 0 c. Menghitung koeffisien gema (k) Nilai (k) sudah dihitung di metode Fellenius sebesar 0,202. d. Menghitung gaya ulift (U) saat waduk terisi air, dimana (h w ) meruakan ketinggian ias basah menurut zona material timbunan dan ( w ) meruakan gaya berat air, yakni : U = w. h w = 9,81. 0,52. = 5,10 kn U = 32,77 kn U = 109,48 kn e. Menghitung komonen tangensial beban seismis : g = k. W tot. sin = 10,27 kn g = 49,42 kn g = 123,43 kn f. Menghitung momen yang menahan bidang longsor, yakni : N = (W tot b.u g). tan θ = 10,27 kn N = 49,42 kn N = -21,40 kn g. Mencari nilai m dengan mencobacoba nilai faktor keamanan (Fs). Untuk nilai Fs = 1,545, maka : tan tan n m (n) = cos n.(1 ) F = 1,14 m = 1,04 (n) m = 1,12 (n) h. Prosedur erhitungan di atas diulang samai semua ias yang membentuk bidang longsor dihitung, selanjutnya nilai Fs dihitung : 1 ( cbn W n tan ) 1 m ( n) F s = ( W sin g) ,95 F s = 3026,65 495,07 F = 1,545 s n 2. Perhitungan dengan Program Geo- Studio Sloe/W Dalam erhitungan ini dilakukan dengan 2 metode, yakni metode Fellenius dan Bisho. Pada saat keaadaan gema, nilai (k) sebesar 0,202 dimasukkan sebagai beban seismis. Analisa stabilitas lereng dilakukan ada berbagai macam kondisi, dengan nilai FS ijin bervariasi sesuai kondisi yang terjadi. Berikut meruakan contoh hasil analisa dengan bantuan rogram Geo- Studio Sloe/W 2007 yang tertera ada Gambar 9 dan 10. n s

12 Dam Crest Elevasi (m) Jarak (m) Gambar 9. Stabilitas Lereng NWL +114,500 m dengan Beban Gema di Hulu (Geo-Sloe) Dam Crest Elevasi (m) Gambar 10. Stabilitas Lereng NWL +114,500 m dengan Beban Gema di Hilir (Geo-Sloe) Tabel 2. Rekaitulasi Stabilitas Lereng Bendungan Lolak FS Hitung (Geo-Studio FS Hitung (manual) SLOPE/W 2007) No Kondisi FS ijin Fellenius Bisho Fellenius Bisho hulu hilir hulu hilir hulu hilir hulu hilir 1 Kosong FWL (+119,045 m) NWL (+114,500 m) LWL (+99,650 m) Surut tiba - tiba Gema (k = 0,202) 6 Kosong FWL (+119,045 m) NWL (+114,500 m) LWL (+99,650 m) Surut tiba - tiba Jarak (m)

13 Berdasarkan hasil analisa stabilitas lereng yang telah dilakukan, maka daat dikatakan bahwa bendungan Lolak aman terhada berbagai kondisi, hal ini dikarenakan FS hitung > FS ijin. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimulan 1. Kondisi ondasi Bendungan Lolak sebelum dilakukan erbaikan ondasi. Rerata nilai Lugeon = 5,50 Rerata nilai RQD = 50% Rerata kelas batuan D~CM (hancur sedikit lunak) Dikarenakan nilai Lugeon > 1, RQD < 70%, dan kelas batuan yang rendah, maka dierlukan erbaikan ondasi berua curtain grouting, consolidation grouting, dan blanket grouting ada sekitar as bendungan. Tegangan vertikal yang bekerja adalah: σz as main dam = 1087,58kN/m² σz as cofferdam = 391,48 kn/m² 2. Kaasitas Rembesan Bendungan Lolak Perhitungan manual Q rerata = 5, m³/dt. Perhitungan dengan rogram Geo- Studio See/W Sebelum grouting Q rerata = 5, m³/dt. Sesudah grouting Q rerata = 2, m³/dt. Berdasarkan analisa yang dilakukan, maka erbaikan ondasi yang dilakukan efektif dikarenakan Q rerata < Q rerata sungai. 3. Kemungkinan iing Dari hasil analisa erhitungan faktor keamanan terhada iing (FK = 4,387 > 4). Maka, daat dikatakan tidak akan terjadi iing. 4. Stabilitas lereng Bendungan Lolak Berdasarkan analisa erhitungan stabilitas lereng bendungan Lolak aman terhada semua kondisi. Hasil erhitungan dari metode Fellenius memunyai angka keamanan lebih kecil dariada metode Bisho, namun metode Bisho dalam erhitungannya memiliki konse yang lebih akurat dan teliti, dikarenakan adanya nilai m α sehingga metode Bisho digunakan sebagai acuan dalam menghitung stabilitas lereng bendungan Lolak. Saran Untuk lebih memudahkan analisa daya dukung ada ondasi terhada beban tubuh bendungan, data - data hasil dari engeboran inti (borlog) setidaknya harus lengka sesuai dengan standar yang berlaku. Hal ini dimaksudkan agar, hasil analisa yang di daat sesuai dengan kondisi yang ada di laangan. DAFTAR PUSTAKA Anonim Pedoman Grouting Bendungan. Jakarta: Deartemen Pekerjaan Umum. Anonim Perencanaan Detail Desain Bendungan Lolak di Kabuaten Mongondow, Bandung: PT. Sata Adhi Pratama Christady Hardiyatmo, Hary Mekanika Tanah 2 Edisi Keemat. Yogyakarta: Gajah Mada University Press. Das, Braja M, dkk Mekanika Tanah Jilid 2 (Prinsi-Prinsi Rekayasa Geoteknik), Jakarta: Erlangga. Sosrodarsono, Suyono dan Takeda, Kensaku Bendungan Tye Urugan Cetakan Keemat, Jakarta: Pradnya Paramita. Zakaria, Zulfiady Geoteknik dan Geomekanika. Bandung: Universitas Padjajaran.

14