STUDI HYDRAULIC FRACTURING BENDUNGAN ROCKFILL

Transkripsi

1 Konferensi Nasional Teknik Sipil 3 (KoNTekS 3) Jakarta, 6 7 Mei 2009 STUDI HYDRAULIC FRACTURING BENDUNGAN ROCKFILL Didiek Djarwadi 1, Kabul Basah Suryolelono 2, Bambang Suhendro 3 dan Hary Christady Hardiyatmo 4 1 Mahasiswa Doktoral, Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik,Universitas Gadjah Mada Yogyakarta. d.djarwadi@yahoo.com 2,3,4 Dosen, Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik,Universitas Gadjah Maga Yogyakarta. ABSTRAK Hydraulic fracturing dapat terjadi pada permukaan hulu inti kedap suatu bendungan rockfill apabila pengaruh arching oleh konfigurasi bukit sandaran (abutment) dan dimensi inti kedap air menyebabkan terjadinya load transfer antar zona timbunan yang menghambat proses penurunan (settlement) inti kedap air. Kondisi ini menyebabkan tegangan total (σ) pada inti kedap air dapat lebih kecil dari tegangan aksial oleh beban timbunan diatasnya (overburden pressure), dan berkurangnya tegangan efektif (σ ) pada inti kedap air bendungan rockfill oleh karena naiknya tegangan air pori saat pengisian waduk untuk pertama kali, sedemikian rupa sehingga tekanan hidraulik air waduk dapat menyebabkan terjadinya retakan oleh tegangan tarik (tension failure) yang terjadi pada lereng hulu inti kedap air bendungan rockfill. Tulisan ini merupakan bagian dari studi hydraulic fracturing di laboratorium dan analisa numeris dengan menggunakan metoda elemen hingga dengan analisa couple pada bendungan Pelaparado yang merupakan satu dari 6 buah bendungan besar di Indonesia yang diteliti. Uji hydraulic fracturing di laboratorium dilaksanakan dengan membuat alat uji khusus untuk keperluan tersebut. Bahan uji adalah bahan timbunan inti kedap air bendungan Pelaparado yang dimodelkan mempunyai kadar butiran halus 30%, 40%, 50%, 60%, 70% dan 80%. Hasil uji hydraulic fracturing di laboratorium akan digunakan dalam evaluasi analisa numeris hydraulic fracturing dengan menggunakan metoda elemen hingga. Analisa hydraulic fracturing dengan metoda elemen hingga dilakukan dalam 3 tahap: Analisa pada model bendungan Hyttejuvet di Norwegia yang dilaporkan mengalami hydraulic fracturing dengan bahan timbunan bendungan Pelaparado untuk mengetahui ketahanan bahan timbunan bendungan dalam variasi kadar butiran halus yang lebih baik dalam ketahanan terhadap hydraulic fracturing. Analisa pada model bendungan Pelaparado yang sebenarnya untuk mengkonfirmasi bahwa konfigurasi inti kedap air bendungan tersebut tidak rentan terhadap hydraulic fracturing. Analisa pada model bendungan Pelaparado dengan tinggi dua kali lipat untuk menyelidiki pengaruh kelangsingan konfigurasi inti kedap air. Hasil studi menunjukkan bahwa bahan timbunan inti kedap air bendungan Pelaparado dengan kadar butiran halus antara 30% - 60% lebih tahan terhadap hydraulic fracturing. Bendungan Pelaparado pada kondisi aslinya tidak mengalami hydraulic fracturing, sedangkan apabila bendungan Pelaparado dilaksanakan dengan tinggi 125 meter dengan konfigurasi bentuk aslinya, maka akan terjadi hydraulic fracturing. Kata kunci: hydraulic fracturing, bendungan Pelaparado, uji laboratorium, metoda elemen hingga. 1. PENDAHULUAN Beberapa bendungan rockfill dilaporkan mengalami hydraulic fracturing seperti yang terjadi pada bendungan Hyttejuvet di Norwegia saat penggenangan pertama disampaikan oleh Kjaernsli and Torblaa (1968), kebocoran yang luar biasa pada bendungan Balderhead di Inggris (Vaughan et al, 1970). Keruntuhan 11 bendungan tanah di Oklahoma dan 3 bendungan tanah di Mississipi dilaporkan oleh Sherard et al (1972) sebagai akibat terjadinya hydraulic fracturing. Keruntuhan bendungan Stockton dan Wister di Amerika Serikat dan penyelidikan terhadap retakan pada crest bendungan Jatiluhur di Indonesia serta Yard s Creek di New Jersey (Sherard, 1973). Penelitian terhadap kebocoran yang luar biasa pada bendungan Viddalsvatn di Norwegia (Vestad, 1976) serta penelitiam terhadap runtuhnya bendungan Teton di Amerika Serikat (Independent Panel Report, 1976) mengungkap terjadinya retakan pada inti kedap air yang dipicu oleh hydraulic fracturing. Ohne et al (2004) mengungkap bahwa gempa bumi Hyogoken-Nambu tahun 1995 di Kobe memicu terjadinya hydraulic fracturing bendungan Tsubaichi di Jepang. Beberapa peneliti telah melakukan uji hydraulic fracturing pada lempung untuk bahan inti kedap air bendungan rockfill seperti; Nobari et al (1973), Jaworski et al (1981), Widjaja et al (1984), Hassani et al (1985), Mori and Tamura (1987), Panah and Yanagisawa (1989), serta Yanagisawa and Panah (1994). Juga beberapa peneliti memodelkan fenomena hydraulic fracturing dengan metoda elemen hingga seperti; Nobari et al (1973) melakukan analisa hydraulic fracturing pada model bendungan rockfill dengan membandingkan tegangan efektif hasil analisa Universitas Pelita Harapan Universitas Atma Jaya Yogyakarta I 47

2 Didiek Djarwadi, Kabul Basah Suryolelono, Bambang Suhendro dan Hary Christady Hardiyatmo dengan metoda elemen hingga dengan tekanan hidraulik sebagai fungsi tinggi genangan air waduk. Verma et al. (1985) meneliti perilaku bendungan LG4 di Canada terhadap kemungkinan terjadinya hydraulic fracturing. Seco E Pinto and das Neves (1985) melakukan analisa hydraulic fracturing dengan metoda elemen hingga untuk bendungan Alvito di Portugal. Ng and Small (1999) melakukan analisa hydraulic fracturing dengan metoda elemen hingga untuk bendungan Hyttejuvet di Norwegia. 2. UJI HYDRAULIC FRACTURING DI LABORATORIUM Pada penelitian ini uji hydraulic fracturing dilakukan pada bahan timbunan inti kedap air bendungan Pelaparado, Sumbawa. Alat uji hydraulic fracturing di laboratorium dibuat khusus dan merupakan pengembangan dan penyempurnaan dari alat uji serupa yang dibuat oleh; Nobari et al (1973), Hassani et al (1985) dan Mori and Tamura (1987). Alat uji akan terdiri dari beberapa bagian/komponen yang mempunyai fungsi yang berbeda. Bagian atau komponen alat uji hydraulic fracturing inti kedap air bendungan rockfill di laboratorium adalah: a. hydraulic fracturing chamber, b. pressure chamber, c. alat untuk pemberi tekanan hidraulik, d. alat untuk pemberi takanan isotropik, e. alat pengukur tegangan pada benda uji, f. alat pengukur deformasi aksial benda uji, g. alat pengukur aliran air ke dalam benda uji. Konfigurasi alat uji hydraulic fracturing yang merupakan rangkaian bagian atau komponenyang dibuat di Laboratorium Mekanika Tanah, Jurusan Teknik Sipil, Universitas Gadjah Mada seperti diuraikan diatas disampaikan pada Gambar 1. Gambar 1. Konfigurasi alat uji hydraulic fracturing di laboratorium. Pada penelitian ini benda uji yang digunakan berbentuk hollow cylinder dengan tinggi 120 mm, diameter luar 104 mm, dan diameter lubang ditengah benda uji untuk memberikan tekanan hidraulik 18 mm. Benda uji dipadatkan sesuai dengan kepadatan lapangan. Benda uji dibuat dalam variasi kedar butiran halus dari 30%, 40%, 50%, 60% 70% dan 80%, sedangkan kondisi pemadatan benda uji dibuat dalam 3 kondisi yaitu;, proctor maximum dan. Benda uji juga dimodelkan mempunyai gradasi yang well graded, sehingga untuk bahan timbunan inti kedap air dari bendungan Pelaparado akan mempunyai 54 variasi benda uji. Uji dilakukan pada initial stress state (tegangan awal) yang berbeda yang memenuhi kaidah ½ (σ y - σ x ) < c. Hal ini dilakukan agar retakan yang terjadi pada benda uji adalah tensile crack (retak akibat tegangan tarik), seperti pola retakan akibat hydraulic fracturing pada inti kedap air bendungan rockfill. Variasi tegangan awal pada uji hydraulic fracturing di laboratorium untuk bahan timbunan inti kedap air bendungan Pelaparado disampaikan pada Tabel 1. Hasil uji hydraulic fracturing bahan timbunan inti kedap air bendungan Pelaparado di Sumbawa dalam hubungan antara tekanan hidraulik pada saat benda uji mengalami retak (hydraulic fracturing pressure) dan tegangan tarik pada benda uji saat retak (stress failure) dengan kadar butiran halus disampaikan pada Gambar 2. I - 48 Universitas Pelita Harapan Universitas Atma Jaya Yogyakarta

3 Studi Hydraulic Fracturing Bendungan Rockfill Variasi uji Tabel 1. Variasi tegangan awal pada uji hydraulic fracturing di laboratorium. Minor principal stress, σ x (kg/cm 2 ) Major principal 1 stress, σ y ( σ ) (kg/cm 2 ) y σ x (kg/cm 2 ) Uji 1 1,40 2,00 0,30 Uji 2 2,00 2,80 0,40 Uji 3 2,60 3,60 0,50 2 Hydraulic fracturing pressure (kg/cm 2 ) y = x proctor maximum proctor maksimum y = x y = x Hydraulic fracturing pressure (kg/cm 2 ) proctor maximum y = 0.005x proctor maksimum y = x y = x Hydraulic fracturing pressure (kg/cm 2 ) 3.90 y = x proctor maximum proctor maksimum 3.80 y = x y = x Stress at failure (kg/cm 2 ) Dry optimum y = x Proctor maksimum y = x Wet optimum y = x proctor maximum Stress at failure (kg/cm 2 ) Dry optimum y = x Proctor maksimum y = x Wet optimum y = x proctor maximum Stress at failure (kg/cm 2 ) Dry optimum y = x Proctor maksimum y = x Wet optimum y = x proctor maximum Keterangan: σ 1 = 2.00 kg/cm 2, σ 3 = 1.40 kg/cm 2, Keterangan: σ 1 = 2.80 kg/cm 2, σ 3 = 2.00 kg/cm 2, Keterangan: σ 1 = 3.60 kg/cm 2, σ 3 = 2.60 kg/cm 2, Gambar 2. Hasil uji hydraulic fracturing dalam hubungan antara hydraulic fracturing pressure dengan kadar butiran halus bahan timbunan inti kedap air bendungan Pelaparado. Hasil uji seperti terlihat pada Gambar 2 menunjukkan kecenderungan bahwa hydraulic fracturing pressure naik apabila kadar butiran halus meningkat, demikian pula tegangan tarik pada saat benda uji retak nilainya turun apabila kadar butiran halus meningkat. Apabila dilakukan konversi antara hydraulic fracturing pressure terhadap tinggi kolom air dengan nilai konversi 1 kg/cm 2 setara dengan 10 m kolom air, maka akan diperoleh hubungan antara tegangan tarik pada saat benda uji retak dengan tinggi kolom air yang menyebabkan retakan. Hal ini dapat digunakan untuk evaluasi batas ketahanan inti kedap air bendungan Pelaparado terhadap hydraulic fracturing. Pada analisis hydraulic fracturing dengan metoda elemen hingga, dapat diperoleh nilai tegangan efektif vertikal pada permukaan inti kedap air dibagian hulu, yang kadang lebih kecil dibandingkan dengan tekanan hidraulik air waduk. Fenomena ini menunjukkan kemungkinan terjadinya hydraulic fracturing pada titik-titik yang nilai tegangan efektif vertikal kurang dari tekanan hidraulik air waduk. Kepastian terjadinya hydraulic fracturing dapat dievaluasi dari; apabila selisih nilai tegangan efektif vertikal dikurangi tekanan hidraulik air waduk pada titik yang ditinjau lebih besar dari tegangan tarik pada saat benda uji retak hasil uji hydraulic fracturing di laboratorium. 3. ANALISIS HYDRAULIC FRACTURING DENGAN METODA ELEMEN HINGGA Analisis hydraulic fracturing pada bendungan Pelaparado dengan metoda elemen hingga dilakukan dengan analisis couple untuk analisis deformasi/tegangan dengan analisis aliran air dalam media porous. Pemilihan analisis couple dilakukan untuk memodelkan perilaku bendungan pada saat penggenangan untuk pertama kali, dimana hydraulic fracturing pada inti kedap air dapat terjadi. Untuk memeperoleh hasil yang lebih akurat dalam analisis couple disarankan menggunakan elemen high order pada elemen berbentuk triangular dan quadrilateral. Pemilihan model Universitas Pelita Harapan Universitas Atma Jaya Yogyakarta I - 49

4 Didiek Djarwadi, Kabul Basah Suryolelono, Bambang Suhendro dan Hary Christady Hardiyatmo tanah (soil model) harus disesuaikan dengan kondisi pembebanan di lapangan, agar uji laboratorium yang diperlukan sebagai data masukan oleh program komputer yang digunakan dapat dilakukan dengan seksama. Pada pelaksanaan penimbunan bendungan, pemadatan dilakukan lapis demi lapis dengan tebal lapisan sekitar 30 cm pada inti kedap air sampai dengan 100 cm pada rockfill, memberikan gambaran bahwa tegangan yang terjadi pada tubuh bendungan akan naik secara bertahap mengikuti perkembangan tinggi bendungan. Apabila tinggi bendungan dikonversikan terhadap tekanan kekang (confining pressure), maka kenaikan tegangan di dalam tubuh bendungan dapat dimodelkan sebagai fungsi dari tekanan kekang, dan mengingat bahwa sifat sifat tanah tidak dapat dimodelkan sebagai bahan yang linier elastis, maka model tanah pada penimbunan bendungan lebih sesuai apabila dimodelkan sebagai non-linear elastic hyperbolic soil model. Perlu diperhatikan pula pemodelan fase air (water phase) yaitu fungsi perubahan kadar air volumetrik akibat penggenangan yang dirumuskan dalam program elemen hingga. Apabila pemodelan fase air digunakan model elastis, maka pemilihan soil model juga harus selaras dengan pemodelan fase air tersebut, dan apabila kedua model berbeda maka analisis couple tidak dapat dilakukan. Analisis hydraulic fracturing pada model bendungan Hyttejuvet Bendungan Hyttejuvet dilaporkan oleh Kjaernsli and Torblaa (1968) mengalami hydraulic fracturing dengan terjadinya bocoran yang luar biasa besar pada saat penggenangan pertama. Wood et al (1976) melaporkan tahapan pelaksanaan, kronologis kebocoran, perilaku yang tidak normal (unusual behavior) bendungan Hyttejuvet selama terjadi proses kebocoran dan perbaikan. Ng and Small (1999) berhasil membuat idealisasi elemen pada bendungan Hyttejuvet, dan memodelkan terjadinya hydraulic fracturing pada bendungan Hyttejuvet dengan metoda elemen hingga. Analisis hydraulic fracturing model bendungan Hyttejuvet dengan bahan timbunan dari bendungan Pelaparado dimaksudkan untuk mengetahui kekurangan dan kelebihan bahan timbunan inti kedap air bendungan Pelaparado pada variasi butiran halusnya dan kondisi pemadatannya. Model elemen bendungan Hyttejuvet yang digunakan dan tahap penimbunan dalam analisis hydraulic fracturing bendungan Pelaparado disesuaikan dengan yang digunakan oleh Ng and Small (1999) seperti terlihat pada Gambar 3. Perletakan dasar bendungan pada pondasi dimodelkan terletak pada bedrock, dan tidak mengalami deformasi arah horisontal dan vertikal. Gambar 3. Model elemen hingga dan tahapan pembebanan bendungan Hyttejuvetyang digunakan untuk analisis hydraulic fracturing bendungan Pelaparado. Parameter hiperbolik dan geoteknik untuk bahan timbunan inti kedap air diperoleh dari hitungan hasil uji triaxial unconsolidated undrained dengan pengamatan perubahan volume benda uji (USBR ) dengan cara yang disampaikan oleh Duncan et al (1980). Parameter hiperbolik zona transisi diantara timbunan inti kedap air dan zona timbunan rockfill yang dimodelkan mempunyai gradasi filter diperoleh dengan cara yang sama. Untuk zona timbunan rockfill, karena tidak terdapat data uji lapangan, setidaknya parameter E (modulus elastisitas), maka maka nilai modulus elastisitas dan model tanah yang digunakan adalah nilai yang digunakan oleh Covarubias (1969) untuk menganalisa retakan pada bendungan rockfill dengan menggunakan metoda elemen hingga. Parameter hiperbolik dan geoteknik bahan timbunan rockfill bendungan Pelaparado disampaikan pada Tabel 2, parameter hiperbolik dan geoteknik bahan timbunan zona transisi bendungan Pelaparado disampaikan pada Tabel 3, sedangkan parameter geoteknik bahan timbunan inti kedap air disampaikan pada Tabel 4. Tabel 2. Parameter geoteknik bahan timbunan rockfill bendungan Pelaparado. Parameter masukan Model tanah E (kpa) Poisson ratio (ν) γ b (kn/m 3 ) Linier Elastik I - 50 Universitas Pelita Harapan Universitas Atma Jaya Yogyakarta

5 Studi Hydraulic Fracturing Bendungan Rockfill Tabel 3. Parameter hiperbolik dan geoteknik bahan timbunan zona transisi bendungan Pelaparado. Parameter hiperbolik Parameter kuat geser Berat vol tanah Nama Bendungan φ c γ b K n K ur K b m R f ( ) (kpa) (kn/m 3 ) Pelaparado Tabel 4. Parameter hiperbolik dan geoteknik bahan timbunan inti kedap air bendungan Pelaparado. Fraksi lolos # no % 40.71% 50.60% 60.28% 70.40% asli 79.44% Parameter hiperbolik Hasil uji triaxial u.u Berat vol tanah Pemadatan φ c γw K n K ur K b m R f ( º ) (kn/m 2 ) (kn/m 3 ) Dry optimum Proctor maksimum Wet Optimum Dry optimum Proctor maksimum Wet Optimum Dry optimum Proctor maksimum Wet Optimum Dry optimum Proctor maksimum Wet Optimum Dry optimum Proctor maksimum Wet Optimum Dry optimum Proctor maksimum Wet Optimum Salah satu hasil analisis hydraulic fracturing dalam bentuk kontour tegangan efektif pada variasi kadar butiran halus 30,84% disampaikan pada Gambar 4, sedangkan hasil analisis hydraulic fracturing bahan timbunan bendungan Pelaparado pada model bendungan Hyttejuvet secara keseluruhan disampaikan pada Gambar 5. Gambar 4. Kontour tegangan efektif hasil analisis hydraulic fracturing pada model bendungan Hyttejuvet dengan bahan timbunan bendungan Pelaparado pada kadar butiran halus 30,84% Hasil analisis menunjukkan kesesuaian lokasi terjadinya hydraulic fracturing dengan laporan Kjaernsi and Torblaa (1968) yang menyebutkan bahwa; penurunan air waduk menunjukkan bahwa rembesan pada saat elevasi air waduk mencapai masih sebesar 25 lt/dt meskipun pada saat penggenangan rembesan yang terukur saat mencapai elevasi tersebut hanya sebesar 1 2 lt/dt. Kebocoran sebesar 1-2 lt/dt baru tercapai pada saat air diturunkan sampai elevasi Dengan demikian, hydraulic fracturing pada bendungan Hyttejuvet terjadi pada elevasi antara +718 m sampai dengan +738 m. Hasil analisis juga menunjukkan kecenderungan bahwa; kondisi pemadatan pada sisi wet side yaitu kondisi antara proctor maximum dan untuk bahan timbunan inti kedap air bendungan Pelaparado lebih tahan terhadap hydraulic fracturing dibandingkan dengan pemadatan pada sisi dry side. Hasil analisis juga menunjukkan bahwa bahan timbunan inti kedap air bendungan Pelaparado pada kadar butiran halus antara 30% sampai 60% lebih tahan terhadap hydraulic fracturing dibandingkan dengan bahan timbunan yang mempunyai kadar butiran halus lebih dari 60%. Universitas Pelita Harapan Universitas Atma Jaya Yogyakarta I - 51

6 Didiek Djarwadi, Kabul Basah Suryolelono, Bambang Suhendro dan Hary Christady Hardiyatmo Elevasi (m) Lokasi terjadi hydraulic fracturing Lokasi tegangan tarik tetapi tidak terjadi hydraulic fracturing core 0 10 Persen butiran halus (%) Kondisi kepadatan Elevasi (m) Lokasi terjadi hydraulic fracturing Lokasi tegangan tarik tetapi tidak terjadi hydraulic fracturing core 0 10 Persen butiran halus (%) Kondisi kepadatan proctor maximum Elevasi (m) Lokasi terjadi hydraulic fracturing Lokasi tegangan tarik tetapi tidak terjadi hydraulic fracturing core 0 10 Persen butiran halus (%) Kondisi kepadatan. Gambar 5. Lokasi terjadinya hydraulic fracturing pada model bendungan Hyttejuvet dengan bahan timbunan bendungan Pelaparado. I - 52 Universitas Pelita Harapan Universitas Atma Jaya Yogyakarta

7 Studi Hydraulic Fracturing Bendungan Rockfill Analisis hydraulic fracturing bendungan Pelaparado Bendungan Pelaparado dibangun di hulu sungai Bela. Jarak bendungan Pelaparado ke kota Bima di pulau Sumbawa lebih kurang 30 km. Fungsi utama bendungan Pelaparado adalah menyediakan air irigasi untuk meningkatkan layanan dan perluasan daerah irigasi Palacempaka, Parado, Kalate, Keli dan Risa. Potongan melintang bendungan Pelaparado disampaikan pada Gambar 6. Dari Gambar 6, diperoleh data bahwa bahwa konfigurasi inti kedap air dan filter mempunyai kemiringan yang sama yaitu 1V : 0.3H. Tebal lapisan filter pada hulu dan hilir bendungan Pelaparado adalah 3,00 meter. Idealisasi dan penyederhanaan zona timbunan untuk model elemen yang digunakan dalam analisa hydraulic fracturing dengan metoda elemen hingga untuk bendungan Pelaparado disampaikan pada Gambar 7. Hasil analisis hydraulic fracturing bendungan Pelaparado pada kondisi aslinya disampaikan dalam Gambar 8. Hasil analisis menunjukkan bahwa tegangan efektif vertikal pada permukaan hulu inti kedap air pada titik titik yang ditinjau semuanya lebih besar dari tekanan hidraulik air waduk, sehingga permukaan hulu inti kedap air bendungan Pelaparado tidak terjadi tegangan tarik. Hal ini menunjukkan bahwa pada bendungan Pelaparado pada konfigurasi aslinya tidak mengalami masalah hydraulic fracturing. Pengamatan di lapangan juga menunjukkan bahwa sampai saat ini bendungan Pelaparado tidak terjadi hydraulic fracturing. Gambar 6. Potongan melintang tipikal bendungan Pelaparado. Gambar 7. Model elemen hingga bendungan Pelaparado pada kondisi asli. Analisis kelangsingan inti kedap air bendungan Pelaparado Dalam tahapan ini akan dilakukan analisa kelangsingan inti kedap air dengan metoda elemen hingga dengan menggunakan analisis couple antara deformasi/tegangan dan aliran dalam media porous pada model bendungan yang dibuat setinggi 125 meter dengan konfigurasi yang sama dengan kondisi asli bendungan yang diteliti, baik kemiringan lereng hilir dan hulu bendungan serta konfigurasi inti kedap airnya dengan mengambil kemiringan permukaan inti kedap air hulu dan hilir sama dengan kondisi aslinya. Pemilihan model bendungan dengan tinggi 125 meter didasarkan pada bendungan rockfill tertinggi di Indonesia sampai saat ini adalah 125 meter yaitu bendungan Batutegi di Lampung. Fell et al (2004) menyampaikan bahwa rasio tinggi bendungan dengan lebar bawah inti kedap air yang lebih besar dari 2 (H/W > 2) adalah bendungan yang sangat rawan (much more likely) terhadap hydraulic fracturing, sedangkan apabila rasio 1<(H/W)<2, maka bendungan tersebut rawan (more likely) terjadi hydraulic fracturing. Hal ini menempatkan bendungan yang diteliti adalah bendungan yang rawan terhadap hydraulic fracturing. Dengan model setinggi 125 meter, bendungan Pelaparado yang pada kondisi asli dengan tinggi 61 meter mempunyai rasio H/W sebesar 1,43 berubah menjadi 1,54. Hal ini berarti memperbesar resiko terjadinya hydraulic fracturing apabila tinggi bendungan bertambah. Model elemen bendungan Pelaparado dengan tinggi 125 meter disampaikan pada Gambar 9, sedangkan hasil analisis kelangsingan inti kedap air bendungan Pelaparado disampaikan pada Gambar 10 dan Tabel 5. Hasil analisis menunjukkan bahwa terjadi hydraulic fracturing pada bahan timbunan inti kedap air bendungan Pelaparado pada variasi kadar butiran halus 30% sampai 70%, sedangkan pada kadar butiran halus 80% tidak terjadi hydraulic fracturing. Universitas Pelita Harapan Universitas Atma Jaya Yogyakarta I - 53

8 Didiek Djarwadi, Kabul Basah Suryolelono, Bambang Suhendro dan Hary Christady Hardiyatmo Tinggi (m) Tegangan efektif (kpa) 30.84% 40.71% 50.60% 60.28% 70.40% 79.44% Tekanan hidraulik Titik Tinggi Tegangan efektif pada permukaan hulu inti kedap air Kadar butiran halus (φ < mm) Tekanan hidraulik 30.84% 40.71% 50.60% 60.28% 70.40% 79.44% Gambar 8. Posisi tegangan vertikal efektif permukaan hulu inti kedap air bendungan Pelaparado terhadap tekanan hidraulik air waduk. 4. KESIMPULAN Kesimpulan yang dapat diperoleh dari hasil studi hydraulic fracturing bendungan Pelaparado disampaikan sebagai berikut: a. konfigurasi inti kedap air dapat menjadi pemicu terjadinya hydraulic fracturing pada bendungan rockfill, terbukti dari analisis hydraulic fracturing bahan timbunan bendungan Pelaparado pada model bendungan Hyttejuvet. b. bendungan yang dalam kondisi aslinya dengan tinggi 61 meter tidak mengalami hydraulic fracturing, dapat mengalami hydraulic fracturing apabila dilaksanakan dengan tinggi 125 meter, meskipun dengan konfigurasi yang sama dengan aslinya. c. dalam rancang bangun bendungan rockfill perlu dilakukan analisis hydraulic fracturing, karena sampai saat ini analisis hydraulic fracturing belum menjadi bagian dari rancang bangun bendungan rockfill. Gambar 9. Model elemen hingga bendungan Pelaparado dengan tinggi 125 meter. I - 54 Universitas Pelita Harapan Universitas Atma Jaya Yogyakarta

9 Studi Hydraulic Fracturing Bendungan Rockfill Tabel 5. Tegangan efektif permukaan hulu inti kedap air model bendungan Pelaparado dengan tinggi 125 meter. Titik Tinggi Tegangan efektif pada permukaan hulu inti kedap air Kadar butiran halus (φ < mm) Tekanan hidraulik 30.84% 40.71% 50.60% 60.28% 70.40% 79.44% % 40.71% 50.60% 60.28% 70.40% 79.44% Tekanan hidraulik Tinggi (m) Tegangan efektif (kpa) Gambar 10. Posisi tegangan vertikal efektif lereng hulu inti kedap air model bendungan Pelaparado dengan tinggi 125 meter terhadap tekanan hidraulik. Universitas Pelita Harapan Universitas Atma Jaya Yogyakarta I - 55

10 Didiek Djarwadi, Kabul Basah Suryolelono, Bambang Suhendro dan Hary Christady Hardiyatmo DAFTAR PUSTAKA Covarurrubias, S.W. (1969). Cracking of Earth and Rockfill Dams, a Theotretical Investigation by means of Finite Elemen Method. PhD thesis. Harvard University, Cambridge. Massachusset. Duncan, J.M., Byrne, P., Wong, K.S., and Phillip Mabry. (1980). Strength, Stress-Strain and Bulk Modulus Parameters for Finite Element Analyses of Stresses and Movements in Soil Masses. Report no. UCB/GT/ Dept of Civil Engineering University of California. Berkeley. Fell, R., Wan, C.F., and Foster, M. (2004). Methods for Estimating the Probability of Failure of embankment Dams by Internal Erosion and Piping Piping through the Embankment. UNICIV Report No. R-42, May University of New South Wales. Sydney, Australia. ISBN Hassani, A.W., Singh, B., Saini, S.S., and Goel, M.C. (1985). Laboratory Simulation of Hydraulic Fracturing. Proc 11 th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering. San Francisco. Vol.2, pp Independent Panel to Review Cause of Teton Dam Failure. (1976). Report to US Department of the Interior and the State of Idaho on Failure of Teton Dam. Superintendent of Documents, US Government Printing Office. Washington D.C. Jaworski, G.W., Duncan, J.M., and Seed, H.B. (1981). Laboratory Study of Hydraulic Fracturing. Journnal of Geotechnical Engineering Division. ASCE. Vol 107. No.6. pp Kjaernsli, B., and Torblaa, I. (1968). Leakage through horizontal cracks in the core of Hyttejuvet Dam. Norwegian Geotechnical Institute. Publication no. 80. pp Mori, A., and Tamura, M. (1987). Hydrofracturing pressure of cohesive soils. Journal of Soils and Foundation. JSSMFE. Vol. 27. no.1. pp Ng. K.L. and Small, J.C. (1999). A Case Study of Hydraulic Fracturing using Finite Element. Canadian Geotechnical Journal. Vol.36. pp Nobari, E.S., Lee, K.L., and Duncan, J.M. (1973). Hydraulic fracturing in Zoned Earth and Rockffill Dams. A Report of an Investigation. US Army Engineer Waterways Experiment Station. Report no. TE Vicksburg. 76pp. Ohne, Y., Narita, K., Okumura, T., and Nakamura, Y. (2004). Hydraulic fracturing of a rockfill dam during the 1995 Hyogoken-Nambu earthquake. New Developments in Dam Engineering, ed by Wieland, Ren & Tan. Proc 4 th Intl Conference on Dam Engineering. A.A. Balkema. pp Panah, A.K., and Yanagisawa, E. (1989). Laboratory studies on hydraulic fracturing criteria in soil. Journal of Soils and Foundation. JSSMFE. Vol. 29. no.4. pp Pinto Seco E, P.S., and Das Neves, E.M., 1985, Hydraulic Fracturing in Zoned Earth and Rockfill Dams. Proc 11 th International Conference on Soil mechanics and Foundation Engineering. San Francisco. A.A. vol 4. pp Sherard, J.L., Decker, R.S. and Ryker, N.L. (1972). Hydraulic Fracturing in Low Dams of Dispersive Clay. Proceedings Specialty Conference on Performance of Earth and Earth Supported Structures. ASCE. Vol.1, Part I, pp Sherard, J.L. (1973). Embankment Dam Cracking. Embankment Dam Engineering, Casagrande Volume, edited by R.C. Hirschfield and S.J. Poulos, John Wiley & Sons, New York, pp Vaughan, P.R., Kluth, D.J., Leonard, M.W., and Pradoura, H.H.M. (1970). Cracking and Erosion of the Rolled Clay Core of Balderhead Dam and Remedial Works Adopted for its Repair. Transaction of the 10 th International Congress on Large Dams. Montreal. Vol 1. pp Verma, N.S., Pare, J.J., Boncompain, B., Garneau, R., and Rattue, A., 1985, Behavior of the LG4 main dam. Proc 11 th Intl Conf on Soil mechanics and Foundation Engineering. San Francisco, vol 4. pp Vestad, H. (1976). Viddalsvatn dam, A History of Leakage and Investigations. Transaction of the 12 th International Congress on Large Dams. Mexico City. Vol 2. pp Widjaja, H., Duncan, J.M., and Seed, H.B. (1984). Scale and Effects in hydraulic fracturing. US Army Engineer Waterways Experiment Station. Miscellaneous Paper, GL Vicksburg. 192 pp. Wood, D.M., Kjaernsli, B., and Hoeg, K. (1976). Thoughts Concerning the Unusual Behaviour of Hyttejuvet Dam. Transaction of the 12 th International Congress on Large Dams. Mexico City. Vol 2. pp Yanagisawa, E. and Panah, A.K Two Dimensional Study of Hydraulic Fracturing Criteria in Cohesive Soils. Soils and Foundations. Vol.34, No.1, pp.1-9. I - 56 Universitas Pelita Harapan Universitas Atma Jaya Yogyakarta