DESAIN THRUST BLOCK PADA JALUR DISTRIBUSI AIR MINUM KECAMATAN SOREANG, KATAPANG, MARGAHAYU, DAN MARGAASIH, KABUPATEN BANDUNG

Transkripsi

1 DESAIN THRUST BLOCK PADA JALUR DISTRIBUSI AIR MINUM KECAMATAN SOREANG, KATAPANG, MARGAHAYU, DAN MARGAASIH, KABUPATEN BANDUNG THRUST BLOCKS DESIGN OF DRINKING WATER PIPELINE DISTRIBUTION IN SOREANG, KATAPANG, MARGAHAYU, AND MARGAASIH SUBDISTRICTS, BANDUNG REGENCY Avi Andriane 1 dan Djoni Kusmulyana Usman 2 Program Studi Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Teknologi Bandung, Jl Ganesha 10 Bandung aviandriane21@gmail.com dan 2 kusmulyana@tl.itb.ac.id Abstrak Air minum merupakan salah suatu kebutuhan yang paling penting bagi kehidupan manusia di dunia. Namun, belum semua wilayah terjangkau oleh PDAM setempat sehingga mereka menggunakan air tanah sebagai sumber air minumnya. Sementara itu, semakin banyak diambil, maka cadangan air tanah akan semakin berkurang dan akan menyebabkan penurunan muka tanah. Untuk mencegah hal tersebut, maka Departemen Pekerjaan Umum Provinsi Jawa Barat akan membangun IPAM Regional Bandung Selatan yang terletak di Desa Sukamaju. Sistem distribusi yang digunakan untuk mengalirkan air dari IPAM ke wilayah pelayanan adalah sistem gravitasi karena topografinya memiliki beda tinggi yang cukup besar. Pada pemasangan jalur distribusi, diperlukan penyangga yang dinamakan thrust block untuk mencegah pergerakan pipa saat air mengalir di dalam pipa. Setiap aksesoris memiliki desain thrust block yang berbeda-beda. Dari hasil analisis didapatkan nilai kemampuan tanah dan gaya resultan sehingga pada akhirnya diperoleh luas permukaan thrust block. Dimensi panjang dan lebar thrust block diusahakan tidak memiliki selisih yang jauh berbeda. Kata kunci : jalur distribusi, air minum, thrust block, dimensi Abstract Drinking water is one of the most important need for human life in the world. Nevertheless, not all areas can be reached by local PDAM, so they use ground water as their drinking water sources. Meanwhile, the more water is taken, then the groundwater reserves will decrease and cause land subsidence. To prevent that occurence, Pekerjaan Umum Department West Java Province will build South Bandung Regional Water Treatment Plant (WTP) which is located at Sukamaju Village. The distribution system that is used to drain water from WTP to service areas is gravitation system, because the topography has a considerable height difference. On the installation of distribution lines, required buffer called thrust block to avoid the pipe movements when the water flows in the pipe. Each accessory has a different thrust block design. Values obtained from the analysis results is safe bearing load and reslutan force, so eventually gained the surface area of thrust block. It is better for length and width dimensions of thrust block to not having much differences. Keywords : distribution pipeline, drinking water, thrust blocks, dimension PENDAHULUAN Kabupaten Bandung merupakan kabupaten dengan kepadatan penduduk jiwa per km 2 pada tahun Namun, sebagian penduduk di beberapa kecamatan belum mendapatkan pasokan air minum dari PDAM setempat. Bahkan ada pula kecamatan yang seluruh penduduknya masih menggunakan sumber air minum seperti pompa tangan, sumur gali, dan perlindungan mata air (PMA). Oleh karena itu, berdasarkan SPAM Provinsi Jawa Barat, akan dibangun suatu pengolahan air minum bersifat regional yang akan melayani

2 empat kecamatan di Kabupaten Bandung, yaitu Kecamatan Soreang, Katapang, Margahayu, dan Margaasih, serta tiga kecamatan di Kota Bandung, yaitu Kecamatan Bojongloa Kidul, Bandung Kidul, dan Kiaracondong. Dalam tugas akhir ini, perencanaan jalur distribusi air minum hanya dilakukan pada Kabupaten Bandung saja. Peta wilayah perencanaan ditunjukkan pada Gambar 1. Gambar 1 Wilayah Pelayanan Sistem Distribusi IPAM Regional Bandung Selatan ini akan dibangun di Desa Sukamaju, Kecamatan Cimaung, Kabupaten Bandung, dengan kapasitas 2 x 350 liter/detik pada tahap 1, yaitu pada tahun Tahap 1 ini terbagi lagi menjadi 350 liter/detik pertama pada tahun 2013 dan 350 liter/detik selanjutnya pada tahun Setelah itu akan bertambah lagi kapasitasnya menjadi 4 x 350 liter/detik sebagai perencanaan tahap 2, yaitu tahun Oleh karena itu, untuk memenuhi kebutuhan masyarakat di empat kecamatan Kabupaten Bandung tersebut, dibuat sistem perencanaan jaringan distribusi air minum dari IPA Sukamaju atau Cikalong ke konsumen dengan metode pengaliran yang sesuai dengan tipe kontur wilayah pelayanan. Dalam pembuatan desain sistem jaringan distribusi air minum, digunakan software EPANET versi 2.0 yang dapat mendeskripsikan kondisi tekanan air di setiap titik pengaliran dan simulasi hidrolisnya. METODOLOGI Langkah awal dalam mendesain thrust block pada jalur distribusi air minum IPAM Regional Bandung Selatan ini adalah dengan melakukan pengumpulan data, yaitu data primer dan sekunder. Data primer terdiri dari data eksisting, seperti kualitas sumber air baku, topografi, dan peta wilayah perencanaan. Sementara itu, data sekunder terdiri dari data kependudukan dan fasilitas umum. Data-data tersebut didapatkan dari Badan Pusat Statistik Provinsi Jawa Barat, Kabupaten Bandung, dan Kota Bandung, Departemen Pekerjaan Umum, serta PDAM Tirta Raharja Kabupaten Bandung dan Badak Singa Kota Bandung. Data yang diperoleh digunakan untuk proyeksi penduduk dan fasilitas umum selama 15 tahun ke depan sehingga dapat ditentukan pada tahun keberapa jumlah kebutuhan air hari maksimumnya mencapai 350 liter/detik. Kemudian, dilakukan perhitungan dimensi setiap perpipaan dengan rumus Hazen-Williams. Lalu, dilanjutkan dengan memasukkan data yang diperoleh ke dalam program EPANET untuk mendapatkan debit aliran dan dimensi perpipaan yang lebih akurat.

3 Setelah itu, dengan menggunakan rumus-rumus dari literatur, dapat dihitung dimensi seluruh thrust block berdasarkan jenis aksesoris perpipaan. Metodologi dapat dilihat lebih jelas pada Gambar 2. Pengumpulan data penduduk dan fasilitas umum Proyeksi penduduk 15 tahun ke depan Proyeksi fasilitas umum 15 tahun ke depan Menghitung kebutuhan air minum Menentukan periode pelayanan sistem distribusi Menentukan kelurahan-kelurahan yang dilayani di setiap kecamatan Mendesain jalur distribusi dengan sistem gravitasi Menghitung dimensi perpipaan dengan rumus Hazen-Williams Menentukan debit aliran, dimensi perpipaan, dan total head dengan program EPANET Menghitung dimensi thrust block setiap jenis aksesoris pipa dan menggambar dengan AUTOCAD Gambar 2 Metodologi Penyusunan Makalah Teori Dasar Dalam pembangunan sistem distribusi air minum, diperlukan suatu penyangga yang disebut thrust block. Menurut James Hardie (1979), thrust block digunakan untuk mencegah pergerakan pada aksesoris-aksesoris pipa apabila diberikan tekanan pada pipa-pipa tersebut dengan menetralkan resultan-resultan yang bermuatan tidak seimbang. Thrust block berfungsi untuk mengirimkan muatan yang dikenakan oleh pipa pada mereka ke dalam tanah atau batu yang berdekatan dengan thrust block. Thrust block dibutuhkan dimanapun sistem perpipaan saat terdapat perubahan arah, perubahan diameter pipa, di akhir pipa, pada katup-katup, dan pada wilayah dengan kondisi tanah tidak stabil. Untuk keperluan desain, total head pada aksesoris yang harus diambil adalah nilai yang lebih besar antara nilai maksimum yang

4 disarankan tekanan kerja dari kelas pipa yang relevan ataupun tekanan uji lapangan. Desain thrust block didasarkan pada statika sederhana dan tidak tergantung pada jenis bahan dinding pipa (Jeyapalan dan Rajah, 2007). Gaya dorong, yang biasanya dikendalikan oleh ketentuan massa thrust block beton, tergantung pada tekanan internal, ukuran pipa, dan sudut defleksi belokan (Chau dan Ng, 1996). Rumus-rumus yang digunakan untuk menghitung gaya resultan berdasarkan jenis aksesoris pipa menurut James Hardie (1979) dijelaskan sebagai berikut. a) Bend (Belokan) Dimana : R = resultant thrust (N) P = tekanan (Pa) A = luas area (m 2 ) = massa jenis (kg/m 3 ) Q = debit aliran (m 3 /s) v = kecepatan aliran (m/s) = sudut belokan (derajat) Oleh karena head kecepatan dapat diabaikan pada mayoritas sistem penyediaan air minum, rumus di atas dapat dikurangi menjadi : Dimana : H = total head (m) D = diameter pipa eksternal (mm) R = gaya resultan (kn) (1) (2) b) Tee atau Closed End Nilai dari resultant thrust dapat ditentukan dari : Dimana : H = total head (m) D = diameter pipa eksternal (mm) R = gaya resultan (kn) (3) Besar dari thrust ini sama dengan thrust untuk aksesoris bend (belokan) dengan sudut 60. c) Tapers (Reducer) Dimana : H = total head (m) D 1 = diameter pipa eksternal yang lebih besar (mm) D 2 = diameter pipa eksternal yang lebih kecil (mm) R = gaya resultan (kn) (4) Besar dari thrust ini dapat diperoleh dengan menggunakan perbedaan dari dua thrust untuk closed ends dari dua diameter yang bersambung.

5 Untuk menahan gaya dorong horizontal atau vertikal ke bawah pada sebuah aksesoris, thrust block seharusnya memiliki permukaan penunjang yang cukup besar untuk memungkinkan gaya dorong dapat didistribusikan ke seluruh area tanah atau bebatuan yang mampu menyangga tekanan tersebut. Untuk gaya dorong horizontal, nilai kemampuan tanah yang aman, dimana penutup pipa adalah 450 mm atau lebih, diberikan pada Tabel 1. Rumus yang digunakan untuk menghitung nilai kemampuan tanah adalah : Dimana : W = gaya resultan (kgf) A = luas permukaan thrust block (m 2 ) Tabel 1 Nilai Kemampuan Tanah Berdasarkan Jenis Bahan Kemampuan Tanah (kpa) Tanah bahan pembakar, running sand, muck, abu, dll 0 Soft clay 50 Medium clay, sandy loam 100 Pasir dan kerikil, hard clay 150 Pasir dan kerikil disemen dengan lempung 200 Batuan 240 Sumber : James Hardie, 1979 HASIL DAN PEMBAHASAN Periode perencanaan sistem distribusi yang diperoleh berdasarkan perhitungan proyeksi penduduk, fasilitas umum, dan kebutuhan air minum adalah Jalur distribusi air minum di wilayah pelayanan didesain dengan program EPANET 2.0 ditunjukkan pada Gambar 3 dan data output dari perhitungan EPANET ditunjukkan pada Tabel 2. (5) Gambar 3 Jalur Distribusi Wilayah Pelayanan

6 Pipa Elevasi Tanah L (m) Lekiv (m) Q (m3/s) C C koreksi *) v (m/s) D (m) Dpasaran baru (in) Unit HL(ft/Kft) HL total (m) Friction Factor Darcy Wisbach Junction Tabel 2 Data Output EPANET Dari Ke - Res Res A ,5 0, ,40 1,79 0, ,7 14,96 0,014 2 A B ,5 2048,75 0, ,51 1,12 0, ,67 3,42 0,014 3 B C ,5 0, ,51 0,90 0,15 6 4,84 6,26 0,018 4 C D ,5 0, ,51 0,61 0,15 6 2,37 3,19 0,019 5 B E , ,51 0,98 0, ,32 1,96 0,014 6 E F ,5 0, ,51 0,66 0,20 8 1,92 0,79 0,018 7 F G , ,52 0,82 0,13 5 5,15 1,98 0,019 8 E Y , ,51 1,29 0, ,83 14,79 0,014 9 Y H ,5 0, ,50 0,85 0,23 9 2,68 2,68 0, H O , ,49 0,98 0,20 8 3,92 10,35 0, O I , ,51 0,65 0,20 8 1,87 5,35 0, I J , ,51 0,37 0,20 8 0,68 0,64 0, J K ,5 1058,75 0, ,52 0,40 0,10 4 1,77 1,87 0, Y Z ,5 948,75 0, ,49 0,81 0, ,08 1,02 0, Z R , ,51 0,80 0,20 8 2,78 0,92 0, R N , ,48 1,33 0, ,07 16,60 0, N Q , ,52 0,73 0,10 4 5,41 0,60 0,02 18 S Q ,5 0, ,52 0,38 0,10 4 1,56 2,45 0, AA S ,5 0, ,51 0,42 0,20 8 0,85 0,16 0, Z P , ,49 0,82 0, ,28 1,97 0, P AC , ,5 0,75 0, ,1 1,82 0, AC U ,5 0, ,5 0,92 0, ,16 1,13 0, U T ,5 0, ,5 1,12 0, ,82 9,35 0, T AA ,5 0, ,5 0,93 0, ,71 1,27 0, AA AB ,5 0, ,5 0,82 0,23 9 2,49 0,21 0, AC X , ,5 0,60 0, ,24 5,39 0, X W ,5 0, ,49 0,96 0,15 6 5,27 10,58 0, W V , ,52 0,58 0,13 5 2,65 1,02 0,02 29 AB V , ,52 0,36 0,10 4 1,46 5,06 0, AB M ,5 0, ,5 0,75 0,23 9 2,11 1,22 0, M L , ,51 0,57 0,20 8 1,48 2,52 0, L K ,5 0, ,51 0,41 0,15 6 1,16 0,48 0,02 *) Sumber: P.A. Lamont, 1981 Berdasarkan data dimensi pipa pada Tabel 2, dapat dihitung nilai gaya resultan dari setiap jenis peruntukkan thrust block dengan rumus (2), (3), dan (4). Tekanan yang digunakan dalam pengetesan pipa pada setiap titik adalah 100 m. Namun, digunakan faktor keamanan

7 1,5 agar konstruksi thrust block lebih aman dalam menahan tekanan yang mengalir dalam pipa sehingga tekanan yang digunakan bernilai 150 m atau 15 kg/cm 2. Hasil perhitungannya dapat dilihat pada Tabel 3. Diameter Pipa (mm) Tabel 3 Nilai Gaya Resultan Setiap Jenis Thrust Block W (kn) W (kgf) Bend Bend Tee ,5 11, ,5 11, ,33 8,84 4,51 2,26 11, ,62 901,43 459,54 230, , ,52 13,81 7,04 3,54 18, , ,48 718,04 360, , ,75 19,89 10,14 5,09 25, , , ,97 519, , ,34 35,36 18,03 9,06 46, , , ,18 923, , ,69 44,75 22,81 11,46 58, , , , , , ,09 55,25 28,17 14,15 72, , , , , , ,01 79,56 40,56 20,38 103, , , , , , ,35 141,44 72,11 36,23 184, , , , , , ,77 179,01 91,26 45,85 233, , , , , , ,35 221,00 112,66 56,60 288, , , , , ,30 Tee Diameter Pipa Reducer (mm) W (kn) W (kgf) , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,2 4711, , , , , , , , , , , ,94 809, , , ,5 662,5 Untuk mendapatkan luas permukaan thrust block, digunakan data dimensi thrust block suatu proyek Departemen Pekerjaan Umum Provinsi Jawa Barat. Dengan menggunakan rumus (5) pada teori dasar, maka dapat diperoleh nilai kemampuan tanahnya yang dapat dilihat pada Tabel 4.

8 Tabel 4 Nilai Kemampuan Tanah Bend (mm) (*) Kemampuan Tanah (kg/m 2 ) D pipa (mm) a b a b , , , ,86 Sumber : (*) Departemen Pekerjaan Umum Provinsi Jawa Barat, 1985 Berdasarkan data pada Tabel 4, terdapat empat nilai kemampuan tanah yang berbeda-beda. Nilai kemampuan tanah yang digunakan dalam perhitungan thrust block adalah nilai terkecil dengan anggapan menggunakan kondisi tanah yang terburuk, yaitu 6438,77 kg/m 2. Dengan menggunakan rumus (5), dapat dihitung luas permukaan dan dimensi thrust block yang ditunjukkan pada Tabel 5. Dimensi thrust block diusahakan agar tidak memiliki dimensi yang jauh berbeda antara panjang dan lebarnya. Diameter Pipa (mm) Tabel 5 Luas Permukaan dan Dimensi Thrust Block A (m2) Bend (mm) Tee (mm) Bend ,5 11,25 Tee ,5 11,25 b a b a b a b a b a 100 0,259 0,140 0,071 0,036 0, ,404 0,219 0,112 0,056 0, ,582 0,315 0,161 0,081 0, ,035 0,560 0,285 0,143 0, ,310 0,709 0,361 0,182 0, ,617 0,875 0,446 0,224 1, ,328 1,260 0,642 0,323 1, ,139 2,240 1,142 0,574 2, ,238 2,835 1,445 0,726 3, ,467 3,500 1,784 0,896 4, Dimensi (mm) Diameter Pipa Reducer (mm) A (m 2 ) a b c d , , , , , , , , , , , , ,

9 , , , , , , , , Berdasarkan data dimensi pada Tabel 5, maka gambar desain thrust block sesuai aksesoris yang digunakan ditunjukkan pada Gambar 4, 5, 6 dan 7. Gambar 4 Thrust Block untuk Aksesoris Tee: Tampak Atas (Kiri) dan Potongan A-A (Kanan) Gambar 5 Thrust Block untuk Aksesoris Bend Tipe I: Tampak Atas (Kiri) dan Potongan B-B (Kanan)

10 (a) (b) (c) (d) (e) (f) Gambar 6 Thrust Block untuk Aksesoris Bend Tipe II (a, c, e) dan III (b, d, f) : (a) & (b) Tampak Samping Kenaikan Pipa, (c) & (d) Tampak Samping Penurunan Pipa, (e) Potongan C-C, (f) Potongan D-D Gambar 7 Thrust Block untuk Aksesoris Reducer: Tampak Atas (Kiri) dan Potongan E-E (Kanan)

11 KESIMPULAN Dimensi thrust block pada jalur distribusi air minum Kecamatan Soreang, Katapang, Margahayu, dan Margaasih untuk setiap jenis aksesoris pipa adalah sebagai berikut. Diameter Pipa (mm) Bend (mm) ,5 11,25 Tee (mm) b a b a b a b a b a Diameter Pipa Reducer (mm) a b c d e

12 DAFTAR PUSTAKA Al Layla, M., A. Shamim, dan E. Joe Water Supply Engineering Design. Ann-Arbor Science, Michigan, hal Babbit, Harold E., James J. Doland, dan John L Cleasby Water Supply Engineering. McGraw-Hill Book Company, Inc., hal Chau, K.W. dan Vitus Ng A Knowledge-Based Expert System for Design of Thrust Blocks for Water Pipelines in Hongkong. J Water SRT Aqua, Vol. 45, No. 2, hal Departemen Pekerjaan Umum Cipta Karya Gambar Standar Thrust Block Proyek Air Bersih Ibukota Kecamatan. Giles, Ranald V. dan Herman Widodo Soemitro Teori dan Soal-Soal Mekanika Fluida & Hidraulika (SI-Metrik). Jakarta: Erlangga. Hardie, James Hardie s Textbook of Pipeline Design. Macarthur Press Pty. Ltd., hal. (4-26). Jeyapalan, J.K. dan S.K. Rajah Unified Approach to Thrust Restraint Design. Journal of Transportation Engineering ASCE 1(57), hal Lamont, P.A Common Pipe Flow Formulas Compared with the Theory of Roughness. Journal AWWA, Vol. 73, No. 5, hal Peraturan Menteri Pekerjaan Umum Nomor 18 Tahun 2007 Tentang Penyelenggaraan Pengembangan Sistem Penyediaan Air Minum Walski, Thomas M Analysis of Water Distribution Systems. Van Nostrand Reinhold Company Inc, hal dan