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
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-
Gambar 5-1. Tata letak pelimpah utama BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-3
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 03-343-1994 (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-03-343-1994 BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-4
5.1. DEBIT BANJIR RENCANA Pelimpah direncanakan mampu melimpaskan debit banjir rencana yaitu 5% dari Q BMB. = 5% x 850.40 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. 5.1.3 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 850.40 m 3 /s = 1.6 m 3 /s dengan tinggi air maksimum sebesar 3 meter diatas puncak pelimpah. 5.1.4 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
Lebar pelimpah (L) = 4,00 m Kemiringan pelimpah bagian hulu = 1 : 3 Kemiringan pelimpah bagian hilir = 1 : 1 Debit desain = 50 m 3 /det 5.1.5 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 = 9.334 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 888.345 1,5 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 = 0.070 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
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) 10.00 0.000 0.000 0.000 0.800 3.144 3.153 0.000 0.000 0.000 0.000 10.10 0.030 0.100 0.035 0.800 3.144 3.153 0.13.393 0.551 1.806 10.0 0.061 0.00 0.070 0.81 3.189 3.199 0.35 6.867 0.790.591 10.30 0.091 0.300 0.105 0.83 3.33 3.43 0.656 1.788 0.981 3.17 10.40 0.1 0.400 0.141 0.833 3.75 3.85 1.03 19.944 1.147 3.763 10.50 0.15 0.500 0.176 0.844 3.316 3.35 1.447 8.17 1.98 4.59 10.60 0.183 0.600 0.11 0.854 3.354 3.365 1.95 37.59 1.439 4.71 10.70 0.13 0.700 0.46 0.863 3.39 3.40.453 47.80 1.571 5.156 10.80 0.44 0.800 0.81 0.87 3.48 3.438 3.09 59.046 1.698 5.570 10.90 0.74 0.900 0.316 0.881 3.463 3.473 3.650 71.170 1.819 5.968 11.00 0.305 1.000 0.351 0.890 3.496 3.507 4.317 84.158 1.936 6.351 11.10 0.335 1.100 0.387 0.898 3.58 3.539 5.06 97.983.049 6.73 11.0 0.366 1.00 0.4 0.906 3.559 3.570 5.777 11.60.159 7.083 11.30 0.396 1.300 0.457 0.913 3.589 3.599 6.568 18.046.66 7.434 11.40 0.47 1.400 0.49 0.90 3.617 3.68 7.398 144.39.370 7.776 11.50 0.457 1.500 0.57 0.97 3.645 3.656 8.67 161.179.47 8.110 11.60 0.488 1.600 0.56 0.934 3.671 3.68 9.174 178.850.571 8.436 11.70 0.518 1.700 0.598 0.941 3.697 3.708 10.116 197.33.669 8.756 11.80 0.549 1.800 0.633 0.947 3.71 3.73 11.095 16.313.764 9.070 11.90 0.579 1.900 0.668 0.953 3.745 3.756 1.109 36.074.858 9.377 1.00 0.610.000 0.703 0.959 3.767 3.779 13.157 56.504.950 9.679 1.10 0.640.100 0.738 0.964 3.789 3.801 14.38 77.589 3.041 9.976 BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-7
Elevasi Water Depth Discharge (H e) Coeff Discharge (Q) Velocity (V) 1.0 0.671.00 0.773 0.970 3.811 3.8 15.353 99.317 3.130 10.68 1.30 0.701.300 0.808 0.975 3.831 3.843 16.500 31.678 3.17 10.555 1.40 0.73.400 0.844 0.980 3.851 3.86 17.678 344.66 3.304 10.838 1.50 0.76.500 0.879 0.985 3.870 3.88 18.889 368.60 3.389 11.117 1.60 0.79.600 0.914 0.990 3.889 3.901 0.130 39.464 3.47 11.39 1.70 0.83.700 0.949 0.994 3.907 3.919 1.403 417.68 3.555 11.664 1.80 0.853.800 0.984 0.999 3.95 3.937.705 44.667 3.637 11.93 1.90 0.884.900 1.019 1.003 3.94 3.954 4.038 468.655 3.718 1.196 13.00 0.914 3.000 1.054 1.007 3.959 3.971 5.401 495.31 3.797 1.458 13.10 0.945 3.100 1.090 1.01 3.976 3.988 6.795 5.39 3.876 1.718 13.0 0.975 3.00 1.15 1.016 3.99 4.004 8.18 550.137 3.955 1.975 13.30 1.006 3.300 1.160 1.00 4.009 4.01 9.671 578.467 4.03 13.9 13.40 1.036 3.400 1.195 1.04 4.05 4.037 31.154 607.384 4.109 13.48 13.50 1.067 3.500 1.30 1.08 4.041 4.053 3.667 636.891 4.186 13.733 13.60 1.097 3.600 1.65 1.03 4.057 4.069 34.11 666.993 4.6 13.983 13.70 1.18 3.700 1.301 1.036 4.07 4.085 35.786 697.696 4.338 14.31 13.80 1.158 3.800 1.336 1.040 4.088 4.101 37.39 79.008 4.413 14.479 13.90 1.189 3.900 1.371 1.044 4.104 4.117 39.030 760.938 4.488 14.75 14.00 1.19 4.000 1.406 1.048 4.10 4.133 40.700 793.497 4.563 14.971 14.10 1.50 4.100 1.441 1.053 4.137 4.149 4.403 86.695 4.638 15.17 14.0 1.80 4.00 1.476 1.057 4.153 4.166 44.139 860.549 4.713 15.463 14.30 1.311 4.300 1.511 1.061 4.170 4.183 45.910 895.07 4.788 15.710 14.40 1.341 4.400 1.547 1.065 4.187 4.00 47.716 930.8 4.864 15.957 14.50 1.37 4.500 1.58 1.070 4.05 4.17 49.558 966.198 4.939 16.04 14.60 1.40 4.600 1.617 1.074 4.3 4.35 51.438 100.840 5.015 16.453 14.70 1.433 4.700 1.65 1.079 4.41 4.54 53.356 1040.31 5.091 16.704 14.80 1.463 4.800 1.687 1.084 4.60 4.73 55.313 1078.394 5.168 16.956 14.90 1.494 4.900 1.7 1.089 4.79 4.9 57.31 1117.356 5.46 17.10 15.00 1.54 5.000 1.757 1.094 4.300 4.31 59.35 1157.145 5.34 17.466 BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-8
GRAFIK LENGKUNG DEBIT PELIMPAH BENDUNGAN CIBANTEN 16.00 15.00 14.00 Elevasi (m) 13.00 1.00 11.00 10.00 119.00 0 00 400 600 800 1000 100 Debit (m3/dt) Gambar 5-3. Lengkung debit pelimpah Bendungan Cibanten 5.1.6 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
(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
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
Tabel 5-. Koordinat profil pelimpah X X/Ho Y/Ho Y dy/dx Elevasi Pelimpah -1.650-3.0017 3.0000 117.00-1.6000 -.967 3.0000 117.07-1.5000 -.667 3.0000 117.37-1.4000 -.367 3.0000 117.67-1.3000 -.067 3.0000 117.97-1.000-1.767 3.0000 118.7-1.1000-1.467 3.0000 118.57-1.0000-1.167 3.0000 118.87-0.9000-0.867 3.0000 119.17-0.8000-0.567 3.0000 119.47-0.7066-0.466 0.3489 119.75 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 10.00 0.1000 0.0333-0.0010-0.0031-0.056 10.00 0.000 0.0665-0.0036-0.0109-0.0995 119.99 0.3000 0.0998-0.0076-0.08-0.1390 119.98 0.4000 0.1330-0.018-0.0386-0.176 119.96 0.5000 0.1663-0.0193-0.0580-0.119 119.94 0.6000 0.1995-0.069-0.0810-0.46 119.9 0.7000 0.38-0.0357-0.1073-0.796 119.89 0.8000 0.661-0.0455-0.1369-0.31 119.86 0.9000 0.993-0.0564-0.1697-0.3441 119.83 1.0000 0.336-0.0684-0.056-0.3753 119.79 1.1000 0.3658-0.0814-0.447-0.4060 119.76 1.000 0.3991-0.0954-0.868-0.436 119.71 1.3000 0.433-0.1104-0.3319-0.4660 119.67 1.4000 0.4656-0.164-0.3800-0.4954 119.6 1.5000 0.4989-0.1433-0.4310-0.544 119.57 1.6000 0.531-0.1613-0.4849-0.5531 119.5 1.7000 0.5654-0.1801-0.5416-0.5814 119.46 1.8000 0.5986-0.1999-0.601-0.6095 119.40 1.9000 0.6319-0.07-0.6635-0.6373 119.34.0000 0.6651-0.43-0.786-0.6649 119.7.1000 0.6984-0.649-0.7965-0.69 119.0.000 0.7317-0.884-0.8671-0.7193 119.13.3000 0.7649-0.317-0.9403-0.7461 119.06.4000 0.798-0.3380-1.0163-0.778 118.98.5000 0.8314-0.3641-1.0949-0.7993 118.91.6000 0.8647-0.3911-1.1761-0.855 118.8.7000 0.8979-0.4190-1.600-0.8517 118.74.8000 0.931-0.4478-1.3464-0.8776 118.65.9000 0.9645-0.4774-1.4355-0.9034 118.56 3.0000 0.9977-0.5079-1.571-0.990 118.47 3.1000 1.0310-0.539-1.613-0.9545 118.38 3.000 1.064-0.5714-1.7180-0.9798 118.8 3.3000 1.0975-0.6044-1.817-1.0050 118.18 3.4000-1.917-1.0000 118.08 3.5000 -.017-1.0000 117.98 BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-1
X X/Ho Y/Ho Y dy/dx Elevasi Pelimpah 3.6000 -.117-1.0000 117.88 3.7000 -.17-1.0000 117.78 3.8000 -.317-1.0000 117.68 3.9000 -.417-1.0000 117.58 4.0000 -.517-1.0000 117.48 4.1000 -.617-1.0000 117.38 4.000 -.717-1.0000 117.8 4.3000 -.817-1.0000 117.18 4.4000 -.917-1.0000 117.08 4.5000-3.017-1.0000 116.98 4.6000-3.117-1.0000 116.88 4.7000-3.17-1.0000 116.78 4.8000-3.317-1.0000 116.68 4.9000-3.417-1.0000 116.58 5.0000-3.517-1.0000 116.48 5.1000-3.617-1.0000 116.38 5.000-3.717-1.0000 116.8 5.3000-3.817-1.0000 116.18 5.4000-3.917-1.0000 116.08 5.5000-4.017-1.0000 115.98 5.6000-4.117-1.0000 115.88 5.7000-4.17-1.0000 115.78 5.8000-4.317-1.0000 115.68 5.9000-4.417-1.0000 115.58 6.0000-4.517-1.0000 115.48 6.1000-4.617-1.0000 115.38 6.000-4.717-1.0000 115.8 6.3000-4.817-1.0000 115.18 6.4000-4.917-1.0000 115.08 6.5000-5.017-1.0000 114.98 5.1.7 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
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
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 = 1.879 m Radius hidrolik pangkat 4/3 (R 4/3 ) =.319 m 4/3 n.v Kemiringan kekasaran (S f ) = 4/3 R = 0.0038 Elevasi pelimpah dari dasar saluran pelimpah (z) = + 10 m Kecepatan rata-rata (V) = A Q = 4.673 m/det V Tinggi kecepatan ( ) = 1.114 m g Tinggi energi (E 1 ) V = z + h + g = 13.343 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 = 1.835 m Radius hidrolik pangkat 4/3 (R 4/3 ) =.47 m 4/3 n.v Kemiringan kekasaran (S f ) = 4/3 R = 0.0041 BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-15
Sf1 Sf Kemiringan kekasaran rata-rata ( S f ) = = 0.0039 Kehilangan tekanan akibat gesekan (h f ) = S f.?x = 0.0004 m Tinggi energi (E ) = E 1 hf = 13.34 m Elevasi pelimpah dari dasar saluran pelimpah (z) = 119.996 m Kecepatan rata-rata (V) = A Q = 4.807 m/det V Tinggi kecepatan ( ) = 1.179 m g Tinggi energi (E ) V = z + h + g = 13.34 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 0.0 0.00 1.88 0.004 0.000 0.00 13.34 10.00.3 4.67 1.11 13.34 1.00 0.1 0.10 1.84 0.004 0.004 0.00 13.34 10.00.17 4.81 1.18 13.34 1.04 0. 0.10 1.80 0.004 0.004 0.00 13.34 119.99.11 4.93 1.4 13.34 1.08 0.3 0.10 1.76 0.005 0.005 0.00 13.34 119.98.06 5.06 1.31 13.34 1.13 0.4 0.10 1.7 0.005 0.005 0.00 13.34 119.96.01 5.18 1.37 13.34 1.17 0.5 0.10 1.69 0.006 0.005 0.00 13.34 119.94 1.96 5.30 1.43 13.34 1.1 0.6 0.10 1.66 0.006 0.006 0.00 13.34 119.9 1.9 5.4 1.50 13.34 1.5 0.7 0.10 1.6 0.006 0.006 0.00 13.34 119.89 1.88 5.54 1.57 13.34 1.9 0.8 0.10 1.59 0.007 0.007 0.00 13.34 119.86 1.84 5.66 1.64 13.34 1.33 0.9 0.10 1.57 0.007 0.007 0.00 13.34 119.83 1.80 5.78 1.71 13.34 1.38 1.0 0.10 1.54 0.008 0.008 0.00 13.34 119.79 1.76 5.91 1.78 13.34 1.4 BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-16
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 1.1 0.10 1.51 0.008 0.008 0.00 13.34 119.76 1.73 6.03 1.85 13.34 1.46 1. 0.10 1.48 0.009 0.009 0.00 13.34 119.71 1.69 6.15 1.93 13.34 1.51 1.3 0.10 1.46 0.009 0.009 0.00 13.33 119.67 1.66 6.7.01 13.33 1.55 1.4 0.10 1.43 0.010 0.010 0.00 13.33 119.6 1.63 6.39.08 13.33 1.60 1.5 0.10 1.41 0.011 0.010 0.00 13.33 119.57 1.60 6.51.16 13.33 1.64 1.6 0.10 1.39 0.011 0.011 0.00 13.33 119.5 1.57 6.64.5 13.33 1.69 1.7 0.10 1.37 0.01 0.01 0.00 13.33 119.46 1.54 6.76.33 13.33 1.74 1.8 0.10 1.34 0.013 0.01 0.00 13.33 119.40 1.51 6.88.4 13.33 1.79 1.9 0.10 1.3 0.014 0.013 0.00 13.33 119.34 1.49 7.01.51 13.33 1.83.0 0.10 1.30 0.014 0.014 0.00 13.33 119.7 1.46 7.13.59 13.33 1.88.1 0.10 1.8 0.015 0.015 0.00 13.33 119.0 1.44 7.6.69 13.33 1.93. 0.10 1.6 0.016 0.016 0.00 13.3 119.13 1.41 7.38.78 13.3 1.98.3 0.10 1.4 0.017 0.016 0.00 13.3 119.06 1.39 7.51.87 13.3.03.4 0.10 1.3 0.018 0.017 0.00 13.3 118.98 1.36 7.63.97 13.3.09.5 0.10 1.1 0.019 0.018 0.00 13.3 118.91 1.34 7.76 3.07 13.3.14.6 0.10 1.19 0.00 0.019 0.00 13.3 118.8 1.3 7.88 3.17 13.3.19.7 0.10 1.17 0.01 0.00 0.00 13.31 118.74 1.30 8.01 3.7 13.31.4.8 0.10 1.16 0.0 0.01 0.00 13.31 118.65 1.8 8.14 3.38 13.31.30.9 0.10 1.14 0.03 0.0 0.00 13.31 118.56 1.6 8.7 3.49 13.31.35 3.0 0.10 1.1 0.04 0.04 0.00 13.31 118.47 1.4 8.39 3.59 13.31.41 3.1 0.10 1.11 0.05 0.05 0.00 13.31 118.38 1. 8.5 3.70 13.31.46 3. 0.10 1.09 0.07 0.06 0.00 13.30 118.8 1.0 8.65 3.8 13.30.5 3.3 0.10 1.08 0.08 0.07 0.00 13.30 118.18 1.19 8.78 3.93 13.30.57 3.4 0.10 1.07 0.09 0.08 0.00 13.30 118.08 1.17 8.90 4.04 13.30.63 3.5 0.10 1.05 0.030 0.030 0.00 13.9 117.98 1.15 9.03 4.16 13.9.68 3.6 0.10 1.04 0.03 0.031 0.00 13.9 117.88 1.14 9.15 4.7 13.9.74 3.7 0.10 1.03 0.033 0.03 0.00 13.9 117.78 1.1 9.7 4.38 13.9.79 BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-17
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 3.8 0.10 1.0 0.034 0.034 0.00 13.8 117.68 1.11 9.38 4.49 13.8.84 3.9 0.10 1.01 0.036 0.035 0.00 13.8 117.58 1.10 9.50 4.60 13.8.90 4.0 0.10 0.99 0.037 0.037 0.00 13.8 117.48 1.08 9.61 4.71 13.8.95 4.1 0.10 0.98 0.039 0.038 0.00 13.7 117.38 1.07 9.7 4.8 13.7 3.00 4. 0.10 0.97 0.040 0.039 0.00 13.7 117.8 1.06 9.83 4.93 13.7 3.05 4.3 0.10 0.96 0.041 0.041 0.00 13.7 117.18 1.05 9.93 5.03 13.7 3.10 4.4 0.10 0.96 0.043 0.04 0.00 13.6 117.08 1.04 10.04 5.14 13.6 3.15 4.5 0.10 0.95 0.044 0.044 0.00 13.6 116.98 1.03 10.14 5.5 13.6 3.19 4.6 0.10 0.94 0.046 0.045 0.00 13.5 116.88 1.0 10.4 5.35 13.5 3.4 4.7 0.10 0.93 0.047 0.046 0.00 13.5 116.78 1.01 10.34 5.46 13.5 3.9 4.8 0.10 0.9 0.049 0.048 0.00 13.4 116.68 1.00 10.44 5.56 13.4 3.34 4.9 0.10 0.91 0.050 0.049 0.00 13.4 116.58 0.99 10.54 5.67 13.4 3.38 5.0 0.10 0.91 0.05 0.051 0.01 13.3 116.48 0.98 10.64 5.77 13.3 3.43 5.1 0.10 0.90 0.053 0.05 0.01 13.3 116.38 0.97 10.73 5.87 13.3 3.48 5. 0.10 0.89 0.055 0.054 0.01 13. 116.8 0.96 10.8 5.98 13. 3.5 5.3 0.10 0.88 0.056 0.055 0.01 13. 116.18 0.95 10.9 6.08 13. 3.57 5.4 0.10 0.88 0.058 0.057 0.01 13.1 116.08 0.95 11.01 6.18 13.1 3.61 5.5 0.10 0.87 0.059 0.058 0.01 13.1 115.98 0.94 11.10 6.8 13.1 3.66 5.6 0.10 0.86 0.061 0.060 0.01 13.0 115.88 0.93 11.19 6.39 13.0 3.70 5.7 0.10 0.86 0.06 0.06 0.01 13.19 115.78 0.9 11.8 6.49 13.19 3.75 5.8 0.10 0.85 0.064 0.063 0.01 13.19 115.68 0.9 11.36 6.59 13.19 3.79 5.9 0.10 0.85 0.066 0.065 0.01 13.18 115.58 0.91 11.45 6.69 13.18 3.83 6.0 0.10 0.84 0.067 0.066 0.01 13.17 115.48 0.90 11.53 6.79 13.17 3.88 6.1 0.10 0.83 0.069 0.068 0.01 13.17 115.38 0.90 11.6 6.89 13.17 3.9 6. 0.10 0.83 0.070 0.070 0.01 13.16 115.8 0.89 11.70 6.99 13.16 3.96 6.3 0.10 0.8 0.07 0.071 0.01 13.15 115.18 0.88 11.79 7.09 13.15 4.00 6.4 0.10 0.8 0.074 0.073 0.01 13.15 115.08 0.88 11.87 7.19 13.15 4.04 BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-18
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) 6.5 0.10 0.81 0.075 0.074 0.01 13.14 114.98 0.87 11.95 7.8 13.14 4.09 Fr Type Aliran 5.1.8 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 : 16.00 15.00 14.00 13.00 1.00 Muka Air Pilar 11.00 10.00 119.00 118.00 117.00 116.00 Lantai Muka 115.00 114.00-5 -4-3 - -1 0 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 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
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 ) = 11.948 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) = 10.417 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
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 = 10.56 m. d - Direncanakan panjang kolam olakan = 11.00 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
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-
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. 5.3.1 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
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). 5.3. 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
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 5-14. 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 5.1.1 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
Cibanten- Plan: Plan 06 1/4/007 Cibanten- Plan: Plan 06 1/4/007 19.04.03.03 Legend 19.03.03.03 Legend 17 14 WS BMB=77.59 m3/s WS Q-1000= 115.88 m WS Q-100= 9.711 m3 17 14 WS BMB=77.59 m3/s WS Q-1000= 115.88 m WS Q-100= 9.711 m3 11 WS Q-5= 66.701 m3/ 11 WS Q-5= 66.701 m3/ 118 WS Q-= 41.746 m3/s 118 WS Q-= 41.746 m3/s 116 Ground Bank Sta 116 Ground Bank Sta 113 113 110 110 107 107 Elevation (m) 105 10 99 Elevation (m) 105 10 99 96 96 94 94 91 91 88 88 85 85 83 83 80 80 77 77-0 -10 0 10 0-0 -10 0 10 0 Station (m) Station (m) (a) Saluran Pengarah (b) Saluran Peluncur Atas Cibanten- Plan: Plan 06 1/4/007 Cibanten- Plan: Plan 06 1/4/007 19.04.03.03 Legend 19.04.03.03 Legend 17 14 WS BMB=77.59 m3/s WS Q-1000= 115.88 m WS Q-100= 9.711 m3 17 14 WS Q-1000= 115.88 m WS Q-100= 9.711 m3 WS Q-5= 66.701 m3/ 11 WS Q-5= 66.701 m3/ 11 WS Q-= 41.746 m3/s 118 WS Q-= 41.746 m3/s 118 WS BMB=77.59 m3/s 116 Ground Bank Sta 116 Ground Bank Sta 113 113 110 110 107 107 Elevation (m) 105 10 99 Elevation (m) 105 10 99 96 96 94 94 91 91 88 88 85 85 83 83 80 80 77 77-0 -10 0 10 0-0 -10 0 10 0 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= 115.88 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
Cibanten- Plan: Plan 06 1/4/007 Legend WS Q-1000= 115.88 m Ground Bank Sta Ground Gambar 5-10. Perpektif 3 aliran disekitar pelimpah utama. Cibanten- Plan: Plan 06 1/4/007 Legend WS Q-1000= 115.88 m Ground Bank Sta Ground Gambar 5-11. Perpektif 3 dimensi aliran disekitar ruang olak. BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-7
Spillway Bendungan Cibanten Plan: Plan 07 4/15/007 130 Spillway Cibanten Legend WS 5% PMF Ground LOB 10 110 Elevation (m) 100 90 80 70 0 50 100 150 00 50 300 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 15 10 E le v a t io n ( m) 115 110 105 40 50 60 70 80 Main Channel Distance (m) Gambar 5-13. Profil Memanjang Muka sekitar pelimpah. BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-8
Spillway Bendungan Cibanten Plan: Plan 07 4/15/007 Spillway Cibanten Legend 86 WS 5% PMF Ground LOB 84 8 Elevation (m) 80 78 76 74 0 0 40 60 Main Channel Distance (m) Gambar 5-14. Profil Memanjang Muka Air Pada Ruang Olak 16.0 15.0 Perhitungan Manual Kapasitas Rata-Rata (HEC-RAS) Mercu Bendung Pelimpah (HEC-RAS) Awal Saluran Pengarah (HEC-RAS) 14.0 Elevasi (m) 13.0 1.0 11.0 10.0 0 100 00 300 400 500 600 700 Debit (m 3 /det) Gambar 5-15. Lengkung Kapasitas (Rating Curve) Bendung Pelimpah Utama BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-9
5.4 ANALISA STABILITAS 5.4.1 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 7 1.5 PD= ãw.k h.h.(1-z ) 1.5 3 1-Z Y=H.[1-(. )] 1.5 5 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
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
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
. 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
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 ) 5.4.3 PERHITUNGAN STABILITAS PELIMPAH KONDISI BANJIR GEMPA 5.4.3.1 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 1x1x1 3.059.400 7.34 14.83 108.85 W 1x1x1 1.300.400 3.10 13.147 41.019 W 3 0.5x1x3x1 1.500.400 3.600 1.980 46.78 W 4 1.5x4x1 9.490.400.776 11.543 6.903 W 5 0.5x4x4x1 9.45.400.188 9.440 09.455 W 6 x1x1 9.467.400.71 5.569 16.53 W 7 0.5x1x1x1 0.845.400.08 4.13 8.380 W 8 x1x1 4.808.400 11.539 1.849 1.336 Akibat berat air di atas pelimpah WA 1 1x4.543x1 13.767 1.000 13.767 14.83 04.068 WA 0.5x1x3x1 1.500 1.000 1.500 13.313 19.970 WA 3.5x1.543x1 9.140 1.000 9.140 1.043 110.073 WA 4 0.5x5x(1.543+0.5334)x1 14.800 1.000 14.800 8.001 118.415 WA 5 0.5334x1x1.074 1.000.074 1.0.530 Akibat gaya up lift Up Lift 1 (5.543+5.543)/x3.5x1 39.755 1.000-39.755 13.0-55.561 Up Lift (5.543+3.139)/xx1 10.555 1.000-10.555 9.714-10.531 Up Lift 3 (3.139+.7353)/xx1 1.74 1.000-1.74 6.615-143.83 Up Lift 4 (.7353+1.5334)/x1x1 3.696 1.000-3.696 3.174-11.731 Up Lift 5 (1.5334+1.5334)/x1x1 5.45 1.000-5.45 1.0-6.399 Total 55.60 490.187 BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-34
Tabel 5-5. Perhitungan gaya horizontal dan momen tahan Gaya Uraian Gaya Lengan Momen Tahan (ton) (m) (ton.m) Akibat tekanan air statis PW 0.5x1x0.850-0.361 1.583-0.57 Akibat tekanan tanah pasif PP 1 0.5 x Kp x g x 1.30-4.954 0.433 -.147 CP 1 x c x Kp 0.5 x 1.30-7.038 0.650-4.575 Total -1.354-7.94 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 1x1x1 3.059.400 7.34 0.150 1.101 5.650 6. WE 1x1x1 1.300.400 3.10 0.150 0.468 5.650.644 WE 3 0.5x1x3x1 1.500.400 3.600 0.150 0.540 7.300 3.94 WE 4 1.5x4x1 9.490.400.776 0.150 3.416 7.150 4.47 WE 5 0.5x4x4x1 9.45.400.188 0.150 3.38 6.433 1.410 WE 6 x1x1 9.467.400.71 0.150 3.408 3.150 10.736 WE 7 0.5x1x1x1 0.845.400.08 0.150 0.304 0.867 0.64 WE 8 x1x1 4.808.400 11.539 0.150 1.731 0.650 1.15 Akibat tekanan air statis PW 1 0.5x1x5.850 17.111 8.50 141.168 Akibat tekanan air dinamis 7/1x1x0.15x5.850 PD x(1-0.3396 1.5 ).40 9.5.157 Akibat tekanan tanah aktif PA 1 0.5 x Ka x g x 1.30 0.467 5.433.537 CA 1 x c x Ka 0.5 x 1.30 -.161 5.650-1.09 PA 0.5 x Ka x g x 5 6.908 1.667 11.513 CA x c x Ka 0.5 x 5-8.311.500-0.778 Keterangan : Sudut geser tanah (?) = 3.000 Koefisien Tekanan Tanah Aktif (Ka) = 0.307 Koefisien Tekanan Tanah Pasif (Kp) = 3.57 Nilai SPT (N) = 15.000 Kohesi Tanah c = 1.500? tanah = 1.800 Total 30.713 15.158 BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-35
5.4.3. Skema Pembebanan Pelimpah Kondisi Banjir Gempa Gambar 5-16. Skema pembebanan pelimpah kondisi banjir gempa 5.4.3.3 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
Tabel 5-7. Faktor bentuk pondasi Faktor Bentuk Bentuk pondasi Menerus Bujur Sangkar Persegi Lingkaran? 1.0 1.3 1 + 0.3 x (B/L) 1.3? 0.5 0.4 0.5 + 0.1 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 0 5.3 0 1 5 5.3 0 1.4 10 5.3 0 1.9 15 6.5 1..7 0 7.9 3.9 5 9.9 3.3 5.6 8 11.5 4.4 7.1 3 0.9 10.6 14.1 36 4. 30.5 31.6 40 95.7 115.7 81.3 45 17 35.8 173 50 348 1073 415 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 = 69.79 ton/m BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-37
5.4.3.4 Analisa Stabilitas Analisa stabilitas pada pelimpah meliputi : 1. Stabilitas terhadap guling M M t SF= >1,1 g dimana : M t M g = 48.894 ton.m = 15.158 ton.m SF =.44 > 1.1 Aman. Stabilitas terhadap geser C.A+ÓV.tanö SF= >1,1 ÓH dimana : V H = 55.60 ton = 18.359 ton SF = 3.146 > 1.1 Aman 3. Stabilitas terhadap gaya dukung ÓM -ÓM L ÓV v h e= - dimana : M v M h V B = 490.187 ton.m = 07.864 ton.m = 55.60 ton = 16 m e = 6.9 m > L/6 = 6.9 m >.667 m BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-38
B X=3. -e = 3.33 m maks =.ÓV L.X = 1.433 ton/m < ó = 69.79 ton/m Aman 5.4.4 PERHITUNGAN STABILITAS PELIMPAH KONDISI KOSONG GEMPA 5.4.4.1 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 1x1x1 3.059.400 7.34 14.83 108.85 W 1x1x1 1.300.400 3.10 13.147 41.019 W 3 0.5x1x3x1 1.500.400 3.600 1.980 46.78 W 4 1.5x4x1 9.490.400.776 11.543 6.903 W 5 0.5x4x4x1 9.45.400.188 9.440 09.455 W 6 x1x1 9.467.400.71 5.569 16.53 W 7 0.5x1x1x1 0.845.400.08 4.13 8.380 W 8 x1x1 4.808.400 11.539 1.849 1.336 Akibat berat air di atas pelimpah WA 1 1x4.543x1 0.000 1.000 0.000 0.000 0.000 WA 0.5x1x3x1 0.000 1.000 0.000 0.000 0.000 WA 3.5x1.543x1 0.000 1.000 0.000 0.000 0.000 WA 4 0.5x5x(1.543+0.5334)x1 0.000 1.000 0.000 0.000 0.000 WA 5 0.5334x1x1 0.000 1.000 0.000 0.000 0.000 Akibat gaya up lift Up Lift 1 (5.543+5.543)/x3.5x1 0.000 1.000 0.000 0.000 0.000 Up Lift (5.543+3.139)/xx1 0.000 1.000 0.000 0.000 0.000 Up Lift 3 (3.139+.7353)/xx1 0.000 1.000 0.000 0.000 0.000 Up Lift 4 (.7353+1.5334)/x1x1 0.000 1.000 0.000 0.000 0.000 Up Lift 5 (1.5334+1.5334)/x1x1 0.000 1.000 0.000 0.000 0.000 Total 95.314 85.177 BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-39
Tabel 5-10. Perhitungan gaya horizontal dan momen tahan Gaya Uraian Gaya Lengan Momen Tahan (ton) (m) (ton.m) Akibat tekanan air statis PW 0.5x1x0.850 0.000 0.000 0.000 Akibat tekanan tanah pasif PP 1 0.5 x Kp x g x 1.30 4.954 0.433.147 CP 1 x c x Kp 0.5 x 1.30 7.038 0.650 4.575 Total 11.99 6.7 Tabel 5-11. 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 1x1x1 3.059.400 7.34 0.150 1.101 5.650 6. WE 1x1x1 1.300.400 3.10 0.150 0.468 5.650.644 WE 3 0.5x1x3x1 1.500.400 3.600 0.150 0.540 7.300 3.94 WE 4 1.5x4x1 9.490.400.776 0.150 3.416 7.150 4.47 WE 5 0.5x4x4x1 9.45.400.188 0.150 3.38 6.433 1.410 WE 6 x1x1 9.467.400.71 0.150 3.408 3.150 10.736 WE 7 0.5x1x1x1 0.845.400.08 0.150 0.304 0.867 0.64 WE 8 x1x1 4.808.400 11.539 0.150 1.731 0.650 1.15 Akibat tekanan air statis PW 1 0.5x1x5.850 0.000 0.000 0.000 Akibat tekanan air dinamis 7/1x1x0.15x5.850 PD Akibat tekanan tanah aktif x(1-0.3396 1.5 ) 0.000 0.000 0.000 PA 1 0.5 x Ka x g x 1.30 0.467 5.433.537 CA 1 x c x Ka 0.5 x 1.30.161 5.650 1.09 PA 0.5 x Ka x g x 5 6.908 1.667 11.513 CA x c x Ka 0.5 x 5 8.311.500 0.778 Keterangan : Sudut geser tanah (?) = 3.000 Koefisien Tekanan Tanah Aktif (Ka) = 0.307 Koefisien Tekanan Tanah Pasif (Kp) = 3.57 Nilai SPT (N) = 15.000 Kohesi Tanah c = 1.500 tanah = 1.800 Total 3.144 117.807 BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-40
5.4.4. Skema Pembebanan Pelimpah Kondisi Kosong Gempa Gambar 5-17. Skema pembebanan pelimpah kondisi kosong gempa 5.4.4.3 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? 1.0 1.3 1 + 0.3 x (B/L) 1.3? 0.5 0.4 0.5 + 0.1 x (B/L) 0.3 Sumber : Suyono Sosrodarsono, Ir. Mekanika Tanah & Teknik Pondasi BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-41
Untuk Pondasi Menerus dari Tabel 5.1 didapat : = 1 = 0.5 Tabel 5-13. Koefisien daya dukung F Nc N Nq 0 5.3 0 1 5 5.3 0 1.4 10 5.3 0 1.9 15 6.5 1..7 0 7.9 3.9 5 9.9 3.3 5.6 8 11.5 4.4 7.1 3 0.9 10.6 14.1 36 4. 30.5 31.6 40 95.7 115.7 81.3 45 17 35.8 173 50 348 1073 415 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 = 69.79 ton/m 5.4.4.4 Analisa Stabilitas Analisa stabilitas pada pelimpah meliputi : 1. Stabilitas terhadap guling M M t SF= >1,1 g dimana : M t M g = 831.899 ton.m = 117.807 ton.m SF = 7.06 > 1.1 Aman BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-4
. Stabilitas terhadap geser C.A+ÓV.tanö SF= >1,1 ÓH dimana : V H = 95.314 ton = 44.136 ton SF = 1.903 > 1.1 Aman 3. Stabilitas terhadap gaya dukung ÓM -ÓM L ÓV v h e= - dimana : Mv = 85.177 ton.m Mh = 14.58 ton.m B V = 95.314 ton = 16 m e = 4.649 m > L/6 = 4.649 m >.667 m maks = v A 1 6e B = 5.8861 ton/m < ó = 49.100 ton/m Aman maks =.ÓV L.X = 10.053 ton/m < ó = 69.79 ton/m Aman BAB V DESAIN BANGUNAN PELIMPAH DAN BANGUNAN PELENGKAP 5-43
This document was created with WinPDF available at http://www.daneprairie.com. The unregistered version of WinPDF is for evaluation or non-commercial use only.