BAB 5 DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP

Transkripsi

1 BAB 5 DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5.1 BANGUNAN PELIMPAH Bangunan pelimpah adalah bangunan pelengkap dari suatu bendungan yang berguna untuk mengalirkan kelebihan air reservoar agar bendungan tetap aman bila terjadi banjir. Bangunan pelimpah harus didesain secara hati-hati dan jangan sampai berdampak merugikan terhadap tubuh bendungan, pondasi dan reservoar. Penentuan tipe bangunan pelimpah harus memipertimbangkan kondisi geologi, topografi, segi keamanan, sosial dan ekonomi, cara operasi dan pemeliharaan dan juga tipe bendungannya. Penentuan letak bangunan pelimpah, harus dipilih pada kondisi geologi yang memenuhi syarat. Namün demikian perlu juga dipertimbangkan terhadap kondisi topografi, hidrolis dan fasilitas lainnya yang terkait dan pemanfaatan hash bahan galian untuk timbunan perlu dipertimbangkan pula. Secara umum bangunan pelimpah terdiri dari saluran pengarah, pelimpah, saluran peluncur dan pemecah energi. Kapasitas bagian pengarah dan bagian peluncur harus mampu menampung debit banjir maksimum yang direncanakan sedemikian sehingga elevasi muka air banjir di reservoar tetap terkendali di bawah rencana muka air banjir maksimum, sedangkan suatu pemecah energi dibanguan guna melindungi dasar sungai, tebing dan fasilitas Iainnya. Untuk membuat desain bangunan pelimpah, diperlukan debit banjir rencana yang realistis. Untuk perencanaan bendungan biasa digunakan banjir rencana dengan kala Ulang, 5, 10, 5, 50, 100, 1000 tahun dan Banjir Maksimum Boleh jadi (BMB) atau dikenal sebagai Probable Maximum Flood (PMF). Bangunan pelimpah harus direncanakan untuk debit banjir maximum boleh jadi (BMB) dan elevasi puncak dinding saluran pengarah dan saluran yang dibangun harus telah rnempertirnbangkan debit banjir tersebut. BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-1

2 Dalam merencanakan pemecah energi harus telah mempertimbangkan terhadap aliran air sungai di hilirnya sebelum bendungan itu dibangun dan biasanya dengan menggunakan banjir rencana 100 tahun atau 1000 tahun. Pemecah energi harus dipasang secukupnya agar selalu dapat memperkecil energi setiap aliran yang melimpah dan kapasitas pemecah enersi tidak hams sama dengan recana debit banjir maksimum. Bendungan sungai Cibanten direncanakan memiliki dua pelimpah, yaitu bangunan pelimpah utama (main spillway) dan pelimpah darurat (emergency spillway). Gambaran umum tata letak pelimpah utama, saluran peluncur dan ruang olak pada bendungan sungai Cibanten ditunjukan pada Gambar 5-1. BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-

3 Gambar 5-1. Tata letak pelimpah utama BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-3

4 5.1.1 TIPE BANGUNAN PELIMPAH Bendungan Cibanten adalah bendungan jenis urugan batu dengan tinggi bendungan sebesar 45 meter dan dihilirnya terdapat kota Serang dengan penduduk yang padat. Menurut buku Panduan Perencanaan bendunganan Urugan (Volume-II, Hidrologi), Bendungan Gelam termasuk kategori bendungan sedang (tinggi bendungan antara 40 meter s/d 80 meter) dan dengan konsekuensi besar. Selanjutnya menurut SNI (Pedoman Perencanaan Pelimpah), untuk bendungan sedang dengan konsekuensi besar, pelimpah harus dapat melewatkan banjir rencana Q 1000 dan Q BMB (lihat Gambar 5-). Gambar 5-. Bagan alir penentuan banjir disain dan Kapastas Pelimpah Bendungan Sesuai SNI BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-4

5 5.1. DEBIT BANJIR RENCANA Pelimpah direncanakan mampu melimpaskan debit banjir rencana yaitu 5% dari Q BMB. = 5% x m 3 /s = 1.6 m 3 /s. Perencanaan pelimpah ini tanpa memperhitungkan kemampuan reservoir dalam menurunkan puncak banjir. Ruang olak dan saluran terbuka akan direncanakan pada bagian hilir dari bendung pelimpah KAPASITAS PELIMPAH Pelimpah pada Bendungan Cibanten direncanakan dengan ambang tipe ogee. Bentuk mercu ini tidak akan memberikan tekanan sub-atmosfir pada permukaan mercu sewaktu bendung mengalirkan air pada debit rencana. Untuk debit yang lebih rendah, air akan memberikan tekanan ke bawah pada mercu. Kapasitas debit yang melewati pelimpah ogee dapat dihitung dengan menggunakan rumus : Q 1,5 C.L.H dimana : Q = debit yang lewat pelimpah (m 3 /dt) C = koefisien limpasan pelimpah L = lebar efektif pelimpah (m) H = tinggi air di atas pelimpah (m) Untuk bendungan tipe urugan tanah atau batu, pelimpah utama harus direncanakan cukup untuk mengalirkan debit banjir rencana Q 1000 dan Q BMB. Untuk Bendungan Cibanten, pelimpah direncanakan dengan lebar 4 meter dan dapat mengalirkan debit desain sebesar 50 m 3 /sec yang nilainya melebihi debit banjir rencana yaitu 5% dari Q BMB. = 5% x m 3 /s = 1.6 m 3 /s dengan tinggi air maksimum sebesar 3 meter diatas puncak pelimpah KONDISI PERENCANAAN Data perencanaan pelimpah Bendungan Cibanten adalah sebagai berikut : Elevasi puncak bendungan Elevasi puncak pelimpah Elevasi dasar pelimpah Tinggi dari dasar (P) = + 15,00 m = + 10,00 m = +117,00 m = 3,00 m BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-5

6 Lebar pelimpah (L) = 4,00 m Kemiringan pelimpah bagian hulu = 1 : 3 Kemiringan pelimpah bagian hilir = 1 : 1 Debit desain = 50 m 3 /det PERHITUNGAN DEBIT DI ATAS PELIMPAH Debit yang melewati di atas pelimpah dihitung dengan menggunakan persamaan : Q 1,5 C.L.H Asumsi tinggi muka air di atas pelimpah (H o ) : H o =.850 meter = ft P = 3 = 1,05 H o Dari Lampiran V-1, lengkung koefisien debit untuk : P = 1,05 diperoleh H o C o = 3,93 Panjang efektif pelimpah : Leff Q d ,5 1, C.H 3,93* 9,334 5 o 78,776 ft = 4,01 m Diambil harga L = 4 m Contoh perhitungan debit yang lewat pelimpah untuk tinggi muka air di atas pelimpah H e = 0, m. H e 0, = H o. 85 = Dari Lampiran V-, lengkung C H versus e didapatkan : H o C o C = 0.81 C o Koefisien debit untuk H e = 0, m adalah BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-6

7 C C o.0,81 3,93.0,81 3,189 Koreksi koefisien debit akibat kemiringan pelimpah bagian hulu = 1 : 3 dapat dilihat pada Lampiran V-3, dimana : C' C 1,003 maka C = 3,199 Debit di atas pelimpah untuk H e = 0, m Q Q Q 1,5 C'.L.H e 1,5 3,199 * 4 *0, 6,867 m 3 /det Perhitungan debit yang melewati pelimpah selengkapnya dapat dilihat pada Tabel 5.1 dan lengkung kapasitas debit dapat dilihat Gambar 5-3. Tabel 5-1. Kapasitas pelimpah Bendungan Cibanten Elevasi Water Depth Discharge (H e) H e/h o C/C o Coeff Discharge (Q) Velocity (V) (m) (ft) (m) C C' (ft3/s) (m3/s) (ft/s) (m/s) BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-7

8 Elevasi Water Depth Discharge (H e) Coeff Discharge (Q) Velocity (V) BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-8

9 GRAFIK LENGKUNG DEBIT PELIMPAH BENDUNGAN CIBANTEN Elevasi (m) Debit (m3/dt) Gambar 5-3. Lengkung debit pelimpah Bendungan Cibanten BENTUK PENAMPANG PELIMPAH Penampang bagian atas pelimpah direncanakan berbentuk ogee, dimana pelimpah ini didesain agar dapat mengalirkan debit rencana sebesar 50 m 3 /det ( > 5% Q BMB. = 1.6 m 3 /s ). Adapun data perencanaan bentuk ambang pelimpah utama adalah sebagai berikut : Elevasi puncak bendungan = + 15,00 m Elevasi muka air maksimum = + 13,00 m Elevasi puncak pelimpah = + 10,00 m Elevasi dasar pelimpah = + 117,00 m Tinggi dari dasar (P) = 3,00 m Tinggi muka air (h o ) =,85 m Lebar pelimpah (L) = 4,00 m Kemiringan pelimpah bagian hulu = 1 : 3 Kemiringan pelimpah bagian hilir = 1 : 1 Debit rencana (Q d ) = 50 m 3 /det Debit per satuan lebar (q) Q d 50 = 10,4 m 3 /det L 4 Kecepatan aliran di atas pelimpah (V) : BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-9

10 (P q h o ) 10.4 = 1,78 m/det 3.85 Tinggi kecepatan (H a ) V g 1,78 = 0,16 m *9,81 Tinggi energi (H o ) = h o +H a =,85+0,16 = 3,007 m Untuk merencanakan permukaan mercu ogee bagian hilir, United States Army Corps or Engineers telah mengembangkan persamaan berikut : Y H K X o H o n dimana : Y = jarak vertical dari titik tertinggi mercu ke titik dipermukaan mercu sebelah hilirnya. X = jarak horizontal dari titik tertinggi mercu ke titik dipermukaan mercu sebelah hilirnya. Ho = tinggi energi rencana diatas mercu K,n = koefisien yang merupakan fungsi hidrolis Nilai-nilai dari koefisien di atas dapat dilihat dari grafik yang terdapat pada Lampiran V-4. Dari data di atas, dapat kita hitung : H H a o 0,16 3,007 0,054 Dari Lampiran V-5, diperoleh : K = 0,510 n = 1,85 Persamaan ambang pelimpah menjadi : Y 3,007 0,510. X 3,007 1,85 Y 0,06. X 1,85 BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-10

11 Persamaan titik temu antara ambang pelimpah dengan kemiringan pelimpah bagian hilir : dy 0,85 dx 0,06.1,85. X 1:1 1 Sehingga diperoleh titik pertemuan antara kurva dengan garis : X = 3,50 m Y = -1,767 m Dari Lampiran V-6, didapat elemen pembentuk ambang yaitu : X H 1 o 0,35 X 1 0,707 m Y H 1 o 0,08 Y 1 0,47 m R H 1 o 0,558 R 1 1,678 m R H o 0,181 R 0,544 m Koordinat profil pelimpah ditunjukkan pada Tabel 5-. BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-11

12 Tabel 5-. Koordinat profil pelimpah X X/Ho Y/Ho Y dy/dx Elevasi Pelimpah BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-1

13 X X/Ho Y/Ho Y dy/dx Elevasi Pelimpah PERHITUNGAN PROFIL MUKA AIR DI ATAS PELIMPAH Perhitungan profil muka air di atas pelimpah didasarkan pada perhitunganperhitungan hidrolika untuk memperoleh gambaran kondisi pengaliran melalui saluran tersebut pada debit-debit tertentu. BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-13

14 Gambar 5-4. Bagian saluran prismatik Gambar 5-4 melukiskan bagian saluran prismatik sepanjang?x. Samakan tinggi tekanan total di kedua ujung penampang 1 dan, maka dapat ditulis persamaan sebagai berikut : dimana : V1 V 1 1 o f y á S.Ä y á S.Ä g g y = kedalaman V = kecepatan rata-rata a = koefisien energi?x = jarak antara penampang 1 dan S o = kemiringan dasar n.v S f = kemiringan kekasaran = 4/3 R h f = kehilangan energi anatara penampang 1 dan = Perhitungan profil muka air di atas pelimpah adalah sebagai berikut : Debit desain yang melalui pelimpah (Q) = 50 m 3 /det S f. x Lebar pelimpah (L) = 4 m BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-14

15 Debit per satuan lebar (q) = L Q = 10,4 m /det Kedalaman kritis di atas mercu (Y c ) = 3 q g =,3 m Titik tertinggi pada puncak pelimpah (x = 0) Tinggi muka air (untuk puncak pelimpah h = Y c ) =,30 m A L.h Radius hidrolik (R) = = P L.h = m Radius hidrolik pangkat 4/3 (R 4/3 ) =.319 m 4/3 n.v Kemiringan kekasaran (S f ) = 4/3 R = Elevasi pelimpah dari dasar saluran pelimpah (z) = + 10 m Kecepatan rata-rata (V) = A Q = m/det V Tinggi kecepatan ( ) = m g Tinggi energi (E 1 ) V = z + h + g = m Bilangan Froude = 1,00 Tipe aliran = Titik pada jarak 0,1 m arah hilir dari puncak pelimpah Dengan metode trial dan error, dicoba tinggi muka air (h) =.166 m Selisih jarak horizontal (?x) = 0,1 m A L.h Radius hidrolik (R) = = P L.h = m Radius hidrolik pangkat 4/3 (R 4/3 ) =.47 m 4/3 n.v Kemiringan kekasaran (S f ) = 4/3 R = BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-15

16 Sf1 Sf Kemiringan kekasaran rata-rata ( S f ) = = Kehilangan tekanan akibat gesekan (h f ) = S f.?x = m Tinggi energi (E ) = E 1 hf = m Elevasi pelimpah dari dasar saluran pelimpah (z) = m Kecepatan rata-rata (V) = A Q = m/det V Tinggi kecepatan ( ) = m g Tinggi energi (E ) V = z + h + g = m Bilangan Froude = 1,04 Tipe aliran = kritis Perhitungan profil muka air di atas pelimpah ditunjukkan pada Tabel 5.3. Tabel 5-3. Perhitungan profil muka air di atas pelimpah V X? X R hf E z h V / Sf E Sf g rata (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m/s) (m) (m) Fr Type Aliran BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-16

17 V X? X R hf E z h V / Sf E Sf g rata (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m/s) (m) (m) Fr Type Aliran BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-17

18 V X? X R hf E z h V / Sf E Sf g rata (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m/s) (m) (m) Fr Type Aliran BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-18

19 V X? X R hf E z h V / Sf E Sf g rata (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m/s) (m) (m) Fr Type Aliran GAMBAR PROFIL PELIMPAH DAN PROFIL MUKA AIR DI ATAS PELIMPAH Profil pelimpah dan profil muka air di atas pelimpah ditunjukkan pada Gambar 5-5 di bawah ini : Muka Air Pilar Lantai Muka Gambar 5-5. Profil pelimpah dan profil muka air di atas pelimpah 5. KOLAM OLAKAN Pada kegiatan yang melibatkan banyak kolam olakan, seringkali diperlukan rancangan umum untuk memenuhi persyaratan ekonomi dan spesifikasi yang diinginkan. Rancangan-rancangan ini dapat dikembangkan melalui percobaan dan pengamatan pada struktur yang ada, atau penelitian pada model, atau dengan kedua cara tersebut. Biasanya rancangan tersebut dilengkapi dengan peralatan khusus, terdiri dari blok-blok muka kolam olakan, ambang dan pilar gelombang. BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-19

20 5..1 LOMPATAN HIDROLIK Dari perhitungan profil muka air pada saluran pelimpah, didapat : Kedalaman muka air di ujung hilir saluran pelimpah (d 1 ) = 0.87 m Kecepatan (V 1 ) = m/det V Bilangan Froude (F 1 ) = = 4,085 g.d 1 d = d 1. ( 1 8.F1 1) = 4,60 m Debit per satuan panjang (q) = m 3 /det Sesuai dengan referensi dari United States Bureau of Reclamation (USBR), tipe kolam olakan yang sesuai adalah kolam olakan datar tipe III. Kolam olakan ini dianjurkan digunakan untuk loncatan hidrolik yang mempunyai nilai bilangan Froude (F 1 ) lebih besar dari 4,5, mempunyai debit per satuan lebar (q) kurang dari 18,5 m 3 /det, dan kecepatan aliran (V 1 ) kurang dari 18 m/det. Kolam olakan tipe ini biasanya untuk bangunan pelimpah pada bendungan urugan yang rendah. Gambar 5-6. Dimensi kolam olakan tipe III BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-0

21 5.. DIMENSI KOLAM OLAKAN Dari Gambar 5-6, karakteristik kolam olakan tipe III, diperoleh dimensi kolam olakan adalah sebagai berikut : a. Panjang Kolam Olakan Dari Lampiran V-7 mengenai grafik panjang lompatan hidrolik (L), untuk F 1 = 4,085 dan d = 4,60 m didapatkan: - L =,. Maka dapat kita peroleh nilai L = m. d - Direncanakan panjang kolam olakan = m. b. Blok Peluncuran (Chute Blocks) Tinggi chute blocks sama dengan kedalaman aliran masuk kolam olakan (d 1 ). Lebar dan selang sebaiknya sama dengan d 1, akan tetapi dapat juga divariasikan untuk menghindari pemakaian blok yang tidak utuh. Kalau bisa lebar selang 0,5 kali d 1 untuk memperkecil semburan dan mempertahankan tekanan yang diinginkan. Untuk d 1 = 0.87 m didapatkan dimensi blok peluncuran : - Tinggi chute blocks (h 1 ) = Kedalaman air di ujung hilir saluran peluncur (d 1 ) = 0.87 m - Direncanakan tinggi chute blocks = 1.00 m - Lebar chute blocks (h 1 ) = Kedalaman air di ujung hilir saluran peluncur (d 1 ) = 0.87 m - Direncanakan lebar chute blocks = 1.00 m - Jarak antar chute blocks = Kedalaman air di ujung hilir saluran peluncur (d 1 ) = 0.87 m - Direncanakan jarak antar chute blocks = 1.00 m BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-1

22 d - Jarak chute blocks ke dinding = 1 = 0,436 m - Direncanakan jarak chute blocks ke dinding = 0,50 m c. Blok Peredam (Baffle Blocks) Dari Lampiran V-8 mengenai grafik tinggi baffle blocks dan tinggi end sill, untuk F 1 = 4,085 dan d 1 = 0.87 m, dari grafik tinggi blok peredam dan ambang hilir didapatkan : - 3 h d = 1,5. Maka dapat kita peroleh nilai h 3 = 1,089 m 1 - Tinggi baffle blocks = h 3 = 1,089 m - Direncanakan tinggi baffle blocks = 1.00 m - Lebar baffle blocks = 0,75.h 3 = 0,817 m - Direncanakan lebar baffle blocks = 1,00 m - Jarak antar baffle blocks = 0,75.h 3 = 0,817 m - Direncanakan jarak antar baffle blocks = 1,00 m h - Jarak baffle blocks ke dinding = 3 = 0,545 m - Direncanakan jarak baffle blocks ke dinding = 0,50 m - Lebar puncak baffle blocks = 0,.h 3 = 0,18 m - Direncanakan lebar baffle blocks = 0,0 m - Jarak chute blocks ke baffle blocks = 0.8 d = 3,696 m - Direncanakan L = 4 m BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-

23 d. Ambang Hilir (End Sills) Untuk F 1 = 4,085 dan d 1 = 0.87 m, dari Lampiran V-8 mengenai grafik tinggi blok peredam dan ambang hilir didapatkan : - 4 h d = 1,5. Maka dapat kita peroleh nilai h 4 = 1,089 m. 1 - Direncanakan tinggi ambang hilir = 1,00 m. 5.3 PERHITUNGAN PROFIL ALIRAN PELIMPAH Untuk mendapat profil aliran yang menerus mulai dari awal sampai akhir pelimpah, perhitungan hidrolika pelimpah bendungan Sungai Cibanten akan dilakukan dengan perangkat lunak HEC-RAS (Hydraulic Engineering Center - River Analysis System). Dasar prosedur perhitungan dengan program HEC-RAS yang digunakan adalah didasarkan pada pemecahan persamaan kekekalan energi satu dimensi. Kehilangan energi dievaluasi dengan gesekan (persamaan Manning) dan kontraksi maupun ekspansi. Persamaan momentum digunakan pada situasi dimana profil permukaan air berubah secara cepat P ERSAMAAN-PERSAMAAN YANG DIGUNAKAN Profil permukaan air dihitung dari suatu potongan melintang saluran ke potongan selanjutnya dengan memecahkan persamaan kekekalan energi dengan prosedur interaktif yang disebut Metode Tahapan Standar (Standard Step method). Persamaan kekekalan energi ditulis sebagai berikut: Y V 1V1 Z Y1 Z1 he g g dimana: Y 1, Y Z 1, Z V 1, V = kedalaman air pada potongan melintang = elevasi pada saluran utama = kecepatan rata-rata (jumlah total debit) 1, = koefisien tinggi kecepatan g h e = percepatan gravitasi = kehilangan energi BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-3

24 Kehilangan energi dievaluasi dengan gesekan (persamaan Manning) dan kontraksi maupun ekspansi. Kehilangan energi antara dua potongan melintang diakibatkan oleh kehilangan energi akibat gesekan dan ekspansi maupun kontraksi. Persamaan kehilangan tinggi energi dituliskan sebagai berikut: h e L S f C V g 1V1 g dimana: L S f C = jarak sepanjang bentang yang ditinjau = kemiringan gesekan (friction slope) antara dua potongan melintang = koefisien ekspansi atau kontraksi Jarak sepanjang bentang yang ditinjau, L, dihitung dengan persamaan: L L lob Qlob Q lob Lch Q Q ch ch L Q rob rob Q rob dimana : L, L, L = jarak sepanjang potongan melintang pada aliran yang lob lob ch ch rob rob ditinjau di pinggir kiri sungai/left overbank (lob), saluran utama/main channel (ch), dan pinggir kanan sungai/right overbank (rob). Q, Q, Q = jarak sepanjang potongan melintang pada aliran yang ditinjau di pinggir kiri sungai (lob), saluran utama (ch), dan pinggir kanan sungai (rob) HASIL PERHITUNGAN Perhitungan profil aliran dilakukan dengan program HEC-RAS dilakukan untuk debit banjir rencana mulai dari Q, s/d Q PMF. Pada Gambar 5-7 diperlihatkan skema HEC- RAS untuk selimpah dan saluran peluncur dan ruang olak Bendungan Sungai Cibanten. Gambar typical salah satu potongan penampang saluran pada saluran peluncur yang digunakan dalam perhitungan ditunjukan pada Gambar 5-8. Pada Gambar 5-9 ditunjukan prespektive 3-dimensi aliran sepanjang spillway, ruang olak saluran peluncur dan ruang olak ditunjukan untuk berbagai harga debit. BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-4

25 Pada Gambar 5-10 dan Gambar 5-11 ditunjukan gambaran yang lebih detail dari gambar prespektive 3-dimensi aliran sekitar bendung pelimpah dan ruang olak. Profil memanjang muka air sepanjang spillway, ruang olak saluran peluncur dan ruang olak ditunjukan untuk berbagai harga debit pada Gambar 5-1. Gambaran detail profil muka air sekitar bendung ditunjukan pada Gambar 5-13 sedang profil detail muka air pada ruang olak ditunjukan pada Gambar Dari hasil tersebut diatas terlihat dimensi pelimpah, saluran peluncur dan ruang olak seperti yang direncanakan memiliki dimensi yang mencukupi. Selanjutnya kapasitas pelimpah yang dihitung secara manual seperti ditunjukan pada bagian dan hasil perhitungan HEC-RAS untuk pemampang dipuncak mercu bendung, diawal saluran pengarah dan harga rata-ratanya ditunjukan pada Error! Reference source not found.. Dari gambar tersebut terlihat bahwa harga kapasitas pelimpah rata-rata hasil perhitungan HEC-RAS sangat mendekati hasil perhitungan manual. Gambar 5-7. Skema HEC-RAS untuk selimpah dan saluran peluncur dan ruang olak Bendungan Sungai Cibanten BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-5

26 Cibanten- Plan: Plan 06 1/4/007 Cibanten- Plan: Plan 06 1/4/ Legend Legend WS BMB=77.59 m3/s WS Q-1000= m WS Q-100= m WS BMB=77.59 m3/s WS Q-1000= m WS Q-100= m3 11 WS Q-5= m3/ 11 WS Q-5= m3/ 118 WS Q-= m3/s 118 WS Q-= m3/s 116 Ground Bank Sta 116 Ground Bank Sta Elevation (m) Elevation (m) Station (m) Station (m) (a) Saluran Pengarah (b) Saluran Peluncur Atas Cibanten- Plan: Plan 06 1/4/007 Cibanten- Plan: Plan 06 1/4/ Legend Legend WS BMB=77.59 m3/s WS Q-1000= m WS Q-100= m WS Q-1000= m WS Q-100= m3 WS Q-5= m3/ 11 WS Q-5= m3/ 11 WS Q-= m3/s 118 WS Q-= m3/s 118 WS BMB=77.59 m3/s 116 Ground Bank Sta 116 Ground Bank Sta Elevation (m) Elevation (m) Station (m) Station (m) (c) Saluran Peluncur Atas (d) ruang Olak Gambar 5-8. Beberapa potongan penampang pelimpah yang digunakan dalam perhitungan. Cibanten- Plan: Plan 06 1/4/007 Legend WS Q-1000= m Ground Bank Sta Ground Gambar 5-9. Perpektif 3 dimensi Saluran Peluncur dan Kolam Olak. BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-6

27 Cibanten- Plan: Plan 06 1/4/007 Legend WS Q-1000= m Ground Bank Sta Ground Gambar Perpektif 3 aliran disekitar pelimpah utama. Cibanten- Plan: Plan 06 1/4/007 Legend WS Q-1000= m Ground Bank Sta Ground Gambar Perpektif 3 dimensi aliran disekitar ruang olak. BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-7

28 Spillway Bendungan Cibanten Plan: Plan 07 4/15/ Spillway Cibanten Legend WS 5% PMF Ground LOB Elevation (m) Main Channel Distance (m) Gambar 5-1. Profil memanjang muka air sepanjang saluran pengarah, bendung pelimpah, saluran seluncur dan ruang olak. 130 Spillway Bendungan Cibanten Plan: Plan 07 4/15/007 Spillway Cibanten Legend WS 5% PMF Ground LOB E le v a t io n ( m) Main Channel Distance (m) Gambar Profil Memanjang Muka sekitar pelimpah. BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-8

29 Spillway Bendungan Cibanten Plan: Plan 07 4/15/007 Spillway Cibanten Legend 86 WS 5% PMF Ground LOB 84 8 Elevation (m) Main Channel Distance (m) Gambar Profil Memanjang Muka Air Pada Ruang Olak Perhitungan Manual Kapasitas Rata-Rata (HEC-RAS) Mercu Bendung Pelimpah (HEC-RAS) Awal Saluran Pengarah (HEC-RAS) 14.0 Elevasi (m) Debit (m 3 /det) Gambar Lengkung Kapasitas (Rating Curve) Bendung Pelimpah Utama BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-9

30 5.4 ANALISA STABILITAS ANALISA PEMBEBANAN Dalam perhitungan pembebanan ditinjau dari gaya-gaya yang bekerja pada bangunan. Gaya- gaya tersebut adalah : 1. Tekanan air statis dimana : 1 PW= ã w.h PW = tekanan air statis (ton) ã w = berat jenis air (ton/m 3 ) H = kedalaman air (m). Tekanan air dinamis PD= ãw.k h.h.(1-z ) Z Y=H.[1-(. )] Z dimana : PD = tekanan air dinamis (ton) ã w = berat jenis air (ton/m 3 ) K h = koefisien gempa (0.15) H 1 H = tinggi air di atas crest (m) = tinggi air dari dasar pelimpah (m) H1 Z = rasio perbandingan untuk H Y = jarak terhadap pusat tekanan (m) 3. Berat konstruksi sendiri W=V.ã b BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-30

31 dimana : V = volume bangunan (m 3 ) ã b = berat jenis bahan bangunan (ton/m 3 ) 4. Tekanan tanah aktif dimana : 1 PA=.K a.ã.h -.C. KaH PA = tekanan tanah aktif (ton) ã = berat jenis tanah (ton/m 3 ) H = tinggi tanah (m) C = kohesi tanah (ton/m ) K a = tekanan tanah aktif 1-sinö K a = 1+sinö 5. Tekanan tanah pasif dimana : 1 PP=.K p.ã.h +.C. KpH PP = tekanan tanah pasif (ton) ã = berat jenis tanah (ton/m 3 ) H = tinggi tanah (m) C = kohesi tanah (ton/m ) K p = tekanan tanah pasif 1+sinö K p = 1-sinö 6. Gaya akibat pengaruh gempa Berat bangunan : BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-31

32 dimana : WE=W.K h WE = gaya akibat pengaruh gempa (ton) W = berat sendiri bangunan akibat gaya vertikal (ton) K h = koefisien gempa horizontal (=0.15) 7. Tekanan up lift dimana : ã w.h 1+ã w.h UP=.A UP = tekanan up lift (ton) H 1 = tinggi permukaan air dari dasar penampang pada potongan 1 H = tinggi permukaan air dari dasar penampang pada potongan A = luas penampang per meter lebar (m ) 5.4. KONTROL STABILITAS Pada perencanaan ambang pelimpah perlu dilakukan kontrol-kontrol stabilitas yang meliputi : 1. Stabilitas terhadap guling Kontrol stabilitas terhadap momen guling menggunakan rumus : Mt a. Keadaan normal : SF= >1,5 M g b. Keadaan gempa : M M t SF= >1,1 g Dalam hal ini : SF = angka keamanan M t = momen tahan (kn.m) M g = momen guling (kn.m) BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-3

33 . Stabilitas terhadap geser Untuk mengetahui stabilitas terhadap geser digunakan persamaan : C.A+ÓV.tanö SF= >1,1 ÓH dimana : SF = angka keamanan SV = jumlah gaya-gaya vertikal SH = jumlah gaya-gaya horizontal F = sudut geser tanah antara pondasi dengan tanah pondasi C = kohesi antara pondasi dengan tanah pondasi A = luas pembebanan efektif 3. Stabilitas terhadap daya dukung tanah Untuk menentukan stabilitas terhadap daya dukung tanah biasanya berdasarkan anggapan bahwa tanah pondasi merupakan bahan elastis (Sosrodarsono, 1981 :89) ÓM -ÓM L ÓV v h e= - jika e< L 6, maka : ÓV 6e ó max/ó min = 1± ó A B jika e> L 6, maka :.ÓV ó max = ó L.X B X=3. -e dimana : s = besar reaksi daya dukung tanah (ton/m 3 ) e = eksentrisitas pembebanan (m) SV = jumlah gaya vertikal (ton) BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-33

34 B = lebar pondasi A = luas dasar pondasi per meter panjang (m ) X = lebar efektif dari kerja reaksi pondasi (m) ó = daya dukung tanah yang diijinkan (ton/m ) PERHITUNGAN STABILITAS PELIMPAH KONDISI BANJIR GEMPA Perhitungan Stabilitas Pelimpah Kondisi Banjir Gempa Tabel 5-4. Perhitungan gaya vertikal dan momen tahan Berat Jenis Gaya Lengan Momen Tahan Gaya Uraian Volume (m 3 ) (t/m 3 ) (ton) (m) (ton.m) Akibat berat sendiri pelimpah W 1 1x1x W 1x1x W 3 0.5x1x3x W 4 1.5x4x W 5 0.5x4x4x W 6 x1x W 7 0.5x1x1x W 8 x1x Akibat berat air di atas pelimpah WA 1 1x4.543x WA 0.5x1x3x WA 3.5x1.543x WA 4 0.5x5x( )x WA x1x Akibat gaya up lift Up Lift 1 ( )/x3.5x Up Lift ( )/xx Up Lift 3 ( )/xx Up Lift 4 ( )/x1x Up Lift 5 ( )/x1x Total BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-34

35 Tabel 5-5. Perhitungan gaya horizontal dan momen tahan Gaya Uraian Gaya Lengan Momen Tahan (ton) (m) (ton.m) Akibat tekanan air statis PW 0.5x1x Akibat tekanan tanah pasif PP x Kp x g x CP 1 x c x Kp 0.5 x Total Gaya Tabel 5-6. Perhitungan gaya horizontal dan momen guling Uraian Volume Akibat berat sendiri pelimpah dan gempa Berat Jenis Berat Koeff Gaya Lengan Momen Guling (m 3 ) (t/m 3 ) (ton) Gempa (ton) (m) (ton.m) WE 1 1x1x WE 1x1x WE 3 0.5x1x3x WE 4 1.5x4x WE 5 0.5x4x4x WE 6 x1x WE 7 0.5x1x1x WE 8 x1x Akibat tekanan air statis PW 1 0.5x1x Akibat tekanan air dinamis 7/1x1x0.15x5.850 PD x( ) Akibat tekanan tanah aktif PA x Ka x g x CA 1 x c x Ka 0.5 x PA 0.5 x Ka x g x CA x c x Ka 0.5 x Keterangan : Sudut geser tanah (?) = Koefisien Tekanan Tanah Aktif (Ka) = Koefisien Tekanan Tanah Pasif (Kp) = 3.57 Nilai SPT (N) = Kohesi Tanah c = 1.500? tanah = Total BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-35

36 Skema Pembebanan Pelimpah Kondisi Banjir Gempa Gambar Skema pembebanan pelimpah kondisi banjir gempa Perhitungan Daya Dukung Batas Untuk perhitungan daya dukung batas rumus yang digunakan adalah rumus Terzhaghi : _ q u á.c.n c+â.ã.b.n ã+ã.df.nq ó = = FS FS dimana : = 3 sat = 1.8 ton/m 3 c = 1.5 FS = 3 BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-36

37 Tabel 5-7. Faktor bentuk pondasi Faktor Bentuk Bentuk pondasi Menerus Bujur Sangkar Persegi Lingkaran? x (B/L) 1.3? x (B/L) 0.3 Sumber : Suyono Sosrodarsono, Ir. Mekanika Tanah & Teknik Pondasi Untuk Pondasi Menerus dari Tabel 5-7 didapat : = 1 = 0.5 Tabel 5-8. Koefisien daya dukung F Nc N Nq Sumber : Suyono Sosrodarsono, Ir. Mekanika Tanah & Teknik Pondasi Untuk sudut geser ( ) = 3 dari Tabel 5-8 didapatkan : Nc = 0.9 N = 10.6 Nq = 14.1 Df = 1 Sehingga dapat kita peroleh : ó = ton/m BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-37

38 Analisa Stabilitas Analisa stabilitas pada pelimpah meliputi : 1. Stabilitas terhadap guling M M t SF= >1,1 g dimana : M t M g = ton.m = ton.m SF =.44 > 1.1 Aman. Stabilitas terhadap geser C.A+ÓV.tanö SF= >1,1 ÓH dimana : V H = ton = ton SF = > 1.1 Aman 3. Stabilitas terhadap gaya dukung ÓM -ÓM L ÓV v h e= - dimana : M v M h V B = ton.m = ton.m = ton = 16 m e = 6.9 m > L/6 = 6.9 m >.667 m BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-38

39 B X=3. -e = 3.33 m maks =.ÓV L.X = ton/m < ó = ton/m Aman PERHITUNGAN STABILITAS PELIMPAH KONDISI KOSONG GEMPA Perhitungan Stabilitas Pelimpah Kondisi Kosong Gempa Tabel 5-9. Perhitungan gaya vertikal dan momen tahan Gaya Uraian Akibat berat sendiri pelimpah Volume Berat Jenis Gaya Lengan Momen Tahan (m 3 ) (t/m 3 ) (ton) (m) (ton.m) W 1 1x1x W 1x1x W 3 0.5x1x3x W 4 1.5x4x W 5 0.5x4x4x W 6 x1x W 7 0.5x1x1x W 8 x1x Akibat berat air di atas pelimpah WA 1 1x4.543x WA 0.5x1x3x WA 3.5x1.543x WA 4 0.5x5x( )x WA x1x Akibat gaya up lift Up Lift 1 ( )/x3.5x Up Lift ( )/xx Up Lift 3 ( )/xx Up Lift 4 ( )/x1x Up Lift 5 ( )/x1x Total BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-39

40 Tabel Perhitungan gaya horizontal dan momen tahan Gaya Uraian Gaya Lengan Momen Tahan (ton) (m) (ton.m) Akibat tekanan air statis PW 0.5x1x Akibat tekanan tanah pasif PP x Kp x g x CP 1 x c x Kp 0.5 x Total Tabel Perhitungan gaya horizontal dan momen guling Gaya Uraian Volume Akibat berat sendiri pelimpah dan gempa Berat Jenis Berat Koeff Gaya Lengan Momen Guling (m 3 ) (t/m 3 ) (ton) Gempa (ton) (m) (ton.m) WE 1 1x1x WE 1x1x WE 3 0.5x1x3x WE 4 1.5x4x WE 5 0.5x4x4x WE 6 x1x WE 7 0.5x1x1x WE 8 x1x Akibat tekanan air statis PW 1 0.5x1x Akibat tekanan air dinamis 7/1x1x0.15x5.850 PD Akibat tekanan tanah aktif x( ) PA x Ka x g x CA 1 x c x Ka 0.5 x PA 0.5 x Ka x g x CA x c x Ka 0.5 x Keterangan : Sudut geser tanah (?) = Koefisien Tekanan Tanah Aktif (Ka) = Koefisien Tekanan Tanah Pasif (Kp) = 3.57 Nilai SPT (N) = Kohesi Tanah c = tanah = Total BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-40

41 Skema Pembebanan Pelimpah Kondisi Kosong Gempa Gambar Skema pembebanan pelimpah kondisi kosong gempa Perhitungan Daya Dukung Batas Untuk perhitungan daya dukung batas rumus yang digunakan adalah rumus Terzaghi : dimana : _ q u á.c.n c+â.ã.b.n ã+ã.df.nq ó = = FS FS = 3 sat = 1.8 ton/m 3 c = 1.5 FS = 3 Tabel 5-1. Faktor bentuk pondasi Faktor Bentuk Bentuk pondasi Menerus Bujur Sangkar Persegi Lingkaran? x (B/L) 1.3? x (B/L) 0.3 Sumber : Suyono Sosrodarsono, Ir. Mekanika Tanah & Teknik Pondasi BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-41

42 Untuk Pondasi Menerus dari Tabel 5.1 didapat : = 1 = 0.5 Tabel Koefisien daya dukung F Nc N Nq Sumber : Suyono Sosrodarsono, Ir. Mekanika Tanah & Teknik Pondasi Untuk sudut geser ( ) = 3 dari Tabel 5.13 didapatkan : Nc = 0.9 N = 10.6 Nq = 14.1 Df = 1 Sehingga dapat kita peroleh : ó = ton/m Analisa Stabilitas Analisa stabilitas pada pelimpah meliputi : 1. Stabilitas terhadap guling M M t SF= >1,1 g dimana : M t M g = ton.m = ton.m SF = 7.06 > 1.1 Aman BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-4

43 . Stabilitas terhadap geser C.A+ÓV.tanö SF= >1,1 ÓH dimana : V H = ton = ton SF = > 1.1 Aman 3. Stabilitas terhadap gaya dukung ÓM -ÓM L ÓV v h e= - dimana : Mv = ton.m Mh = ton.m B V = ton = 16 m e = m > L/6 = m >.667 m maks = v A 1 6e B = ton/m < ó = ton/m Aman maks =.ÓV L.X = ton/m < ó = ton/m Aman BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-43

44 This document was created with WinPDF available at The unregistered version of WinPDF is for evaluation or non-commercial use only.