EVALUASI KEAMANAN PELIMPAH BENDUNGAN PRIJETAN MENGGUNAKAN APLIKASI PLAXIS 8.2 Vembriani Choirima 1, Runi Asmaranto 2, Dian Sisinggih 2 1 Mahasiswa Program Sarjana Teknik Jurusan Pengairan Universitas Brawijaya 2 Dosen Jurusan Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya vembriac@gmail.com ABSTRAK Pelimpah Bendungan Prijetan adalah bangunan air yang dibangun oleh Pemerintah Belanda pada tahun 1910. Pelimpah Bendungan Prijetan merupakan bangunan tua yang mendukung keamanan bendungan, maka dari itu perlu dilakukan evaluasi mencakup keamanan teknis dan non teknis. Evaluasi bangunan pelimpah merupakan langkah untuk menjaga bangunan pelimpah tetap pada fungsinya. Pelimpah Bendungan Prijetan memiliki lebar mercu pelimpah 34,9 meter tipe overflow, tinggi pelimpah 1,5 meter. Pada Q1000 mengalirkan debit 64,87 m 3 /detik pada elevasi muka air +50,55m dengan elevasi puncak bendungan +52,00m. Sedangkan debit banjir rancangan Q PMF mengalirkan debit 141,75 m 3 /detik dan elevasi muka air pelimpah +51,38 dengan elevasi puncak bendungan +52,00m. Adapun pembahasan mengenai stabilitas Pelimpah Prijetan dengan mencakup 3 kondisi yaitu kondisi pelimpah kosong, muka air normal, dan muka air banjir. Dalam metode perhitungan piping Pelimpah Prijetan ini, digunakan metode Lane,Bligh dan Harza. Sedangkan perhitungan stabilitas geser pelimpah menggunakan Finite Element Method simulasi program Plaxis 2D didapatkan nilai faktor keamanan pada kondisi kosong 26,48 dan kondisi banjir 15,53. Hal itu disebabkan adanya tekanan air pada kondisi muka air banjir yang mempengaruhi kestabilan pelimpah. Nilai faktor keamanan yang melebihi syarat ijin membuat pelimpah Bendungan Prijetan dinyatakan aman. Kata Kunci : Evaluasi Pelimpah, Faktor Keamanan, Metode Elemen Hingga ABSTRACT Prijetan Spillway was built by Holland Government at 1910. Prijetan Spillway was the old building which supporting the safety of the dam. Therefore, it needed to evaluate technically and non technically safety of the dam. The evaluation of spillway was a step to protect the building to keep stay on the function. Prijetan Spillway had a width 34,9m with overflow type, and 1,5m height. At Q 1000 it had drain water with the amount of 64,87 m 3 /s, water elevation spillway +50,55m with crest elevation dam +52,00m. While the amount of design flood Q PMF had 141,75 m 3 /s and water elevation spillway +51,38m with crest elevation dam +52,00m. The study result of Prijetan Spillway Stability was considering 3 conditions: empty spillway condition, normal level, and flood level. With piping calculation method, this spillway used Lane,Bligh method and then used Harza. While the calculation of spillway sliding stability used Finite Element Method with Plaxis 2D program simulation got the safety factor at empty condition at 26,48, and flood level at 15,53. It caused by water pressure at flood level condition that influence spillway stability. Safety factor value exceeded permits made Prijetan Dam was safe.
1. PENDAHULUAN Pelimpah Bendungan Prijetan adalah bangunan air yang dibangun oleh Pemerintah Belanda pada tahun 1910. Pelimpah Bendungan Prijetan merupakan bangunan tua yang berada di Indonesia. Bendungan ini mengairi 4600 ha sawah Kecamatan Kedungpring, Kabupaten Lamongan. Bendungan yang sudah lama berdiri ini telah mengalami penurunan pada kualitas bangunannya. Perubahan muka air pada pelimpah juga berpengaruh pada keamanan terhadap bahaya air banjir yang melimpas di atas bendungan (overtoping). Perubahan bentuk pada lereng bendungan juga mempengaruhi kestabilan pada muka air, maka dari itu perlu dilakukan inspeksi bendungan yang meliputi pengecekan kondisi bendungan baik dengan bangunan pelengkapnya. Hal tersebut sesuai dengan PP no 37 tahun 2010 pemantauan dan pemeriksaan terhadap kondisi bendungan, Pemeliharaan pada bendungan sangat perlu diperhatikan karena perubahan bentuk sedikit saja sangat berpengaruh pada fungsi bendungan tersebut. Kondisi topografi dan geologi/geoteknik juga berpengaruh terhadap pemilihan letak pelimpah pada awal konstruksi. Begitu juga kondisi hidrologi yang berkaitan dengan penelusuran banjir menentukan bagaimana kondisi pelimpah sekarang. Untuk mengetahui stabilitas pelimpah pada bendungan dapat dilakukan melalui penghitungan secara manual maupun pemrograman. Pemrograman yang dapat dipakai dalam penghitungan stabilitas tersebut yaitu plaxis. Aplikasi tersebut memungkinkan pengguna untuk mengetahui suatu keruntuhan tanah. 2. METODOLOGI ANALISIS Studi ini dilakukan melalui beberapa tahap berikut: Data Hidrologi Analisa Hujan Daerah Maksimum Analisa Hujan Rancangan Metode Log Pearson III Analisa PMP Uji Distribusi Frekuensi Analisa HSS Analisa Hidrograf Banjir Rancangan Analisa Kurva Kapasitas Tampungan Waduk Analisa Penentuan Elevasi Muka Air Mulai Koreksi Perkuatan Tanah Tidak Data Teknis Bendungan Penggambaran Potongan Melintang Pelimpah Bendungan Pemodelan Plaxis 8.2 Faktor Keamaan Pelimpah Bendungan sesuai dengan syarat masing masing kondisi Selesai Gambar 1. Diagram Alir Pengerjaan Langkah-langkah studi disusun secara sistematis sehingga mempermudah dalam penyelesaian analisa ini. Langkah-langkah studi yang dilakukan adalah sebagai berikut. 1. Analisa Perhitungan Hidrologi Perhitungan hidrologi dibutuhkan untuk penggambaran potongan pada pelimpah, perhitungan dilakukan sesuai keadan bendungan dengan kondiri sekarang, adapun langkahlangkahnya sebagai berikut : 1. Mengumpulkan data hidrologi Bendungan Prijetan. 2. Melakukan analisa hujan daerah maksimum. 3. Melakukan analisa rancangan dengan Metode Log Pearson III. 4. Melakukan analisa PMP (Probable Maximum Precipitation). 5. Melakukan Uji Distribusi Frekuensi.
6. Melakukan analisa Hidrograf Satuan Sintetik. 7. Melakukan analisa Hidrograf Banjir Rancangan. 8. Menentukan kurva kapasitas tampunagn 9. Menentukan debit banjir pelimpah Menentukan elevasi muka air 2. Penggambaran Potongan Melintang Bendungan. 1. Mengumpulkan data hidrologi pelimpah bendungan 2. Menentukan tinggi muka air pada hulu pelimpah. 3. Menggambar potongan melintang pelimpah bendungan pada aplikasi Autocad berdasarkan hasil pengukuran terbar. 3. Pemodelan Menggunakan Aplikasi Plaxis 8.2 1. Mengumpulkan data Pelimpah Prijetan 2. Menentukan parameter-parameter yang dipakai pada analisis Plaxis. 3. Menggambarkan potongan melintang pada lembar kerja Plaxis. 4. Memasukkan parameterparameter tanah pelimpah pada soil interface. 5. Penyusunan jaring elemen pada lembar kerja Plaxis. 6. Memasukkan kondisi awal seperti tinggi muka air pada pelimpah. 7. Menghitung faktor keamanan sesuai dengan kondisi yang diinginkan. Keterangan: DB = Depth Bore A = DB 1 B = DB 5 C = DB 2 D = DB 3 E = DB 4 Gambar 2. Penyelidikan Geoteknik
Tabel 1. Parameter Tanah Untuk Analisa Plaxis Tabel Propertis Tanah Propertis Simbol Unit DB - 4 6,5 10,5 berat isi tanah di atas garis fraktis γ unsat kn/m 3 13,70 13,70 berat isi tanah di bawah garis freatik γ sat kn/m 3 17,55 17,55 permeabilitas arah horizontal k x m/hari 1,58-03 2,32-05 permeabilitas arah vertikal k y m/hari 1,58-03 2,32-05 modulus young E ref kn/m 2 6000 6000 angka poison V -- 0,3 0,3 kohesi c ref kn/m 2 92 120 sudut geser ϕ 0 0 0 sudut dilantasi Ψ 0 0 0 Sumber : Data Studi Bendungan Prijetan 1.5000 0.5000 + 53.028 3.6280 6.1280 + 49.4 1.5000 0.6000 2.9500 + 47.9 0.9375 3.0000 34.9000 Gambar 3. Potongan melintang 3. PEMBAHASAN Hasil yang diperoleh merupakan runtutan dari perhitungan dan simulasi pada tubuh bendungan, adapun perhitungan dan simulasinya adalah sebagai berikut : 1. Pelimpah perlu di gambar ulang karena tidak terdapat as built drawing (dibangun pada jaman Belanda). Hasil Penggambaran (Gambar 3) potongan melintang pelimpah darurat bendungan Prijetan sebagai berikut : Lebar mercu pelimpah = 34,9 m Tinggi pelimpah = 1,5 m Tipe pelimpah = ambang ogee (overflow) Jenis tanah pelimpah darurat yang di evaluasi sesuai kordinat titik bor menggunakan DB 4 dengan 2 lapisan tanah yang memiliki tinggi 10,5 m dengan jenis tanah liat berdebu (silty clay). 2. Perhitungan selanjutnya yaitu menentukan debit banjir rancangan, dalam perhitungan ini menggunakan data hujan dari dua stasiun penakar hujan, yaitu Stasiun Hujan Prijetan dan Stasiun Hujan Kedungpring. Data hujan yang digunakan untuk analisa pada masing-masing pencatatan stasiun hujan selama 27 tahun dari tahun 1987 s/d 2013.
Tabel 2. Curah hujan rerata daerah Bulan Curah Hujan (mm) Januari 62,78 Februari 63,11 Maret 68,00 April 26,37 Mei 25,26 Juni 11,70 Juli 9,59 Agustus 4,85 September 7,07 Oktober 19,00 November 25,26 Desember 31,33 Dari dua stasiun diatas digunakan perhitungan curah hujan rancangan dengan metode Log Pearson III didapatkan curah hujan rerata 95,76 mm 3 /hari. Setelah itu dilakukan analisa PMP (Probable Maximum Precipitation) yang dipakai untuk menganalisa banjir terbesar yang mungkin terjadi kemudian digunakan sebagai kontrol terhadap analisa perencanaan kapasitas pelimpah adalah 339,54 mm/hari. Untuk menstranformasi curah hujan rancangan menjadi debit banjir rancangan diperlukan curah hujan jam-jaman. Setelah itu dilakukan perhitungan debit banjir rencana, terlebih dahulu dibuat hidrograf banjir dengan metode HSS Nakayasu Q1000 dan QPMF. Tabel 3. Hasil Perhitungsn Debit Banjir Rancangan DAS Prijetan dengan Metode Hidrograf Satuan Nakayasu Tr Q (m 3 /detik) 1000 231,682 PMF 479,037 Gambar 4. Hidrograf Banjir Rancangan HSS Nakayasu DAS Prijetan
Q m3/dt) Q m3/dt) Gambar 5. Lengkung Kapasitas Waduk 500 400 300 200 100 0 0 10 20 30 40 t (jam) Inflow Gambar 6. Grafik Penelusuran Banjir Melalui Pelimpah, Q1000 500 400 300 200 100 0 0 10 20 30 40 t (jam) Inflow 7. Grafik Penelusuran Banjir Melalui Pelimpah, QPMF
Tabel 4. Rekapitulasi Q1000 dan QPMF Debit Banjir Rancangan Debit (m 3 /detik) Elevasi Muka Air Pelimpah(m) Elevasi Puncak Bendungan(m) Q 1000 64,87 +50,55 +52,00 Q PMF 141,75 +51,38 +52,00 Analisis pada gambar 5 menghasilkan suatu kurva yang menunjukan hubungan antara elevasi, volume waduk, serta luas genangan pada sekitar daerah perencanaan sedangkan dari hasil rekapitulasi debit banjir rancangan Q 1000 memiliki debit 64,87 m 3 /detik dan elevasi muka air pelimpah +50,55m dengan elevasi puncak bendungan +52,00m. Sedangkan debit banjir rancangan Q PMF memiliki debit 141,75 m 3 /detik dan elevasi muka air pelimpah +51,38m dengan elevasi puncak bendungan +52,00m maka dinyatakan tidak terjadi overtoping pada pelimpah. 3. Analisa selanjutnya menggunakan aplikasi Plaxis 8.2 untuk mencari nilai faktor keamanan dengan menggunakan metode phicreduction, dimana metode tersebut adalah metode untuk mencari nilai keamanan dari suatu bangunan dengan mereduksi faktor perkuatan tanah dalam hal ini sudut geser dalam tanah (ϕ) serta kohesi (c). Setelah dilakukan analisa menggunakan aplikasi Plaxis 8.2 dinyatakan aman sesuai dengan syarat nilai keamanan yang diijinkan yaitu SF>1.2. Namun angka keamanan yang dihasilkan pada berbagai kondisi pelimpah yaitu pada kondisi kosong memiliki nilai keamanan 26,48 dan sebaliknya nilai keamanan pada kondisi muka air banjir dengan faktor keamanan paling kecil 15,53. Hal itu disebabkan adanya tekanan air pada kondisi muka air banjir yang mempengaruhi kestabilan pelimpah. Nilai faktor keamanan yang melebihi ijin membuat pelimpah Bendungan Prijetan dinyatakan aman. berikut beberapa contoh analisa Plaxis 8.2 : Keterangan: Model : Plain Strain Elements : 15-noded Number of elements : 101 Number of nodes : 871 Number of stress point 1212 Average element size : 1,12 10 m Gambar 8. Keluaran Deformed Mesh Pelimpah Pada Kondisi Kosong (SF = 26,48)
Keterangan: Model : Plain Strain Elements : 15-noded Number of elements : 101 Number of nodes : 871 Number of stress point 1212 Average element size : 1,12 10 m Gambar 9. Keluaran Deformed Mesh Pelimpah Pada Kondisi Normal (SF = 22,08) Keterangan: Model : Plain Strain Elements : 15-noded Number of elements : 93 Number of nodes : 803 Number of stress point 1116 Average element size : 1,17 10 m Gambar 10. Keluaran Deformed Mesh Pelimpah Pada Kondisi Banjir (SF = 15,53) 4. Kesimpulan Berdasarkan hasil analisa evaluasi pelimpah darurat Bendungan Prijetan yang berlokasi di Desa Mlati Kecamatan Kedungpring, Kabupaten Lamongan, Provinsi Jawa Timur sebagai berikut: 1. Pelimpah perlu di gambar ulang karena tidak terdapat as built drawing (dibangun pada jaman Belanda). Hasil Penggambaran potongan melintang pelimpah darurat bendungan Prijetan sebagai berikut : Lebar mercu pelimpah = 34,9 m Tinggi pelimpah = 1,5 m Tipe pelimpah = ambang ogee (overflow) Jenis tanah pelimpah darurat yang di evaluasi sesuai kordinat titik bor menggunakan DB 4 dengan 2 lapisan tanah yang memiliki tinggi 10,5 m dengan jenis tanah liat berdebu (silty clay). 2. Hasil debit banjir rancangan Q 1000 memiliki debit 64,87 m 3 /detik dan elevasi muka air pelimpah +50,55m dengan elevasi puncak bendungan +52,00m. Sedangkan debit banjir rancangan Q PMF memiliki debit 141,75 m 3 /detik dan elevasi muka air pelimpah +51,38m dengan elevasi puncak bendungan +52,00m maka dinyatakan tidak terjadi overtoping pada pelimpah. 3. Nilai keamanan dari masingmasing kondisi pelimpah bendungan, kondisi kosong pada pelimpah memiliki nilai keamanan 26,48 dan sebaliknya nilai keamanan pada kondisi muka air
banjir dengan faktor keamanan paling kecil 15,53. Hal itu disebabkan adanya tekanan air pada kondisi muka air banjir yang mempengaruhi kestabilan pelimpah. Nilai faktor keamanan yang melebihi ijin membuat pelimpah Bendungan Prijetan dinyatakan aman. DAFTAR PUSTAKA 1. Das, B.M. 1991. Mekanika Tanah (Prinsip-prinsip rekayasa Geoteknik). Erlangga. Jakarta. 2. Direktorat Jenderal Pengairan Departemen Pekerjaan Umum. 1995. Bendungan Besar di Indonesia. Jakarta : Direktorat Jenderal Pengairan Departemen Pekerjaan Umum 3. Limantara, L.M., (2010). Hidrologi Praktis, CV. Lubuk Agung, Bandung. 4. Plaxis. 2007. Dynamics Manual. Belanda : AN DELFT 5. Presiden Republik Indonesia. 2010. Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 37 Tahun 2010. Jakarta : Presiden Republik Indonesia. 6. Sosrodarsono, Suyono dan Kensaku Takeda. 1989. Bendungan Type Urugan. Jakarta: PT. Pradnya Paramita 7. Sosrodarsono, Suyono. 2007. Menyimak Bendungan di Indonesia (1910 2006). Jakarta: Bentara Adhi Cipta. 8. Soewarno, (2000). Hidrologi Operasional Jilid Kesatu, Penerbit Citra Aditya Bakti, Bandung. 9. Terzaghi, K., & Peck, R. B. (1993). Mekanika Tanah dalam Praktek Rekayasa (2nd ed, Vol. I). Jakarta : Erlangga