BAB IIPERENCANAAN BADAN BENDUNG

2.1 Data Perencanaan Debit banjir rencana (Qd): 350 m3/det Lebar dasar sungai pada lokasi bendung: 42 m Elevasi dasar sungai pada dasar bendung: +220,00 m Elevasi sawah bagian hilir tertinggi dan terjauh: +221,75 m Elevasi muka tanah pada tepi sungai: +226,50 m Kemiringan / slope dasar sungai (I): 0,0030 Tegangan tanah yang diijinkan (t): 2,45 kg/cm2 Pengambilan satu sisi (Q1): 3,5 m3/det

2.2 Perhitungan Hidrolika Air Sungai2.2.1Menentukan Tinggi Air Maksimum Pada Sungai

Gambar 2.1 Penampang Melintang SungaiData sungai :Kemiringan dasar sungai (I)= 0,0030Lebar dasar sungai (b)= 42 mDebit banjir rencana (Qd)= 350 m3/dt

Persamaan :

Dimana : Q= debit (m3/dt) A= luas penampang (m2) d3= tinggi air sungai maksimum di hilir bendung (m) P= keliling basah (m) R= jari jari hidrolis (m) = 1,65 (untuk dinding saluran yang terbuat dari tanah biasa) C= koef. Chezy v3= kecepatan aliran sungai di hilir (m/dt)Kedalaman maksimum air sungai dicari dengan metode coba-coba sampai diperoleh Q = Qdesign . Kemiringan tepi sungai dianggap 1 : 1.

Tabel 2.1 Perhitungan Tinggi Air Maksimum di Hilir BendungBagianPerkiraan tinggi air (d3) m

2,3312,3322,333

103,336103,382103,429

46,31846,31946,320

2,2312,2322,233

41,33641,34141,346

3,3823,3833,384

349,456349,729350,002 (OK)

Berdasarkan perhitungan tersebut, maka diperoleh tinggi air sungai maksimum pada hilir bendung sebesar d3 = 2,333 m.

Penggolongan Jenis aliran air dengan Bilangan Froude (Fr) :Fr = 1aliran kritisFr > 1aliran superkritisFr < 1aliran subkritis

(termasuk aliran subkritis)

2.2.2 Menentukan Lebar BendungLebar bendung merupakan suatu jarak antara pangkal-pangkalnya (abutment). Agar tidak mengganggu sifat pengaliran setelah dibangun bendung dan untuk menjaga agar tinggi air di depan bendung tidak terlalu tinggi , maka nilai B dapat diperbesar sampai B 1,2 Bn.

Lebar sungai rata-rata / lebar air normal (Bn)Bn = b + 2 (1/2 d3)= b + d3= 42 + 2,333= 44,333 m Lebar maksimum / panjang bendung (B)B= 1,2 BnDimana := 1,2 x 44,333Bn= lebar air normal (m)= 53,1996 53,2 mB= lebar bendung (m) Tinggi jagaan (freeboard)Untuk menentukan besarnya tinggi jagaan (freeboard) maka dapat dipergunakan tabel 1.1 yang terdapat pada Bab sebelumnya : Tabel 1.1 Tinggi Jagaan Minimum Untuk Saluran TanahQ (m3/dt)Tinggi Jagaan

< 0,50,40

0,5 1,50,50

1,5 5,00,60

5,0 10,00,75

10,0 15,00,85

>15,01,00

Sumber : Kriteria perencanaan KP-03Berdasarkan dari debit (Q) yang ditentukan yaitu sebesar 350 m3/dt, maka dapat diketahui bahwa tinggi jagaan (freeboard) yang diijinkan yaitu 1 m.

Gambar 2.2 Panjang Lebar Maksimum Bendung

2.2.3 Menentukan Lebar Efektif BendungLebar efektif bendung adalah lebar bendung yang bermanfaat untuk melewatkan debit. Pada saat banjir, pintu pembilas ditutup, ujung atas pintu bilas tidak boleh lebih tinggi dari mercu bendung, sehingga air bisa lewat diantaranya. Kemampuan pintu bilas untuk mengalirkan air dianggap hanya 80% saja, maka disimpulkan besar lebar efektif bendung adalah :Beff = L= B b t + 0,80. b= B t 0,20.bDimana :Beff= lebar efektif bendung (m)B= lebar seluruh bendung (m)t= jumlah tebal pilar (m)b= jumlah lebar pintu bilas (m)

Lebar Pintu Pembilas (b1)

Lebar maksimum pintu penguras = 2 m

Lebar pintu pembilas (b1) = 1,8 mTebal pilar (t) diambil = 1,5 m

Pengambilan air direncanakan dari satu sisi (pada sisi kiri), maka :

Direncanakan 3 pintu pembilas dan 3 pilar.

Gambar 2.3 Lebar Efektf Bendung (Beff)

2.2.4 Menentukan Tinggi BendungMenentukan Tinggi Bendung Elevasi sawah yang tertinggi dan terjauh= 221,75m Ketinggian air di sawah=0,10m Kehilangan tekanan dari tersier ke sawah=0,10m Kehilangan tekanan dari sekunder ke tersier=0,10m Kehilangan tekanan dari primer ke sekunder=0,10m Kehilangan tekanan akibat kemiringan saluran=0,30m Kehilangan tekanan pada alat-alat ukur=0,40m Kehilangan tekanan dari sungai ke primer=0,20m Kehilangan tekanan karena eksploitasi=0,10m Kehilangan tekanan karena bangunan bangunan=0,25m +JUMLAH= 223,40m Elevasi puncak bendung (x)= +223,40 m Elevasi dasar sungai pada dasar bendung (y)= +220,00 mJadi Tinggi Mercu Bendung (P)= x y = 223,40 m 220,00 m = +3,40 m

2.3 Perhitungan Tinggi Air Maksimum di atas Mercu Bendung

Gambar 2.4 Rencana Bendung

2.3.1 Menentukan Tinggi Total Muka Air di atas Mercu BendungTinggi mercu bendung (P)= 3,40 mLebar efektif bendung (Beff)= 47,62 mDipakai bendung tipe Ogge :Q = C . Beff . He3/2

Dimana :Qd= debit banjir rencana (m3/dt)Beff= lebar efektif bendung (m)He= tinggi total air di atas bendung (m)C= koefisien pelimpasan (discharge coefficient)C1= dipengaruhi sisi depan bendungC2= dipengaruhi lantai depanC3= dipengaruhi air di belakang bendungNilai C, C1, C2 dan C3 diperoleh dari grafik ratio of discharge coefficient (pada lampiran).Untuk menentukan tinggi air di atas bendung digunakan cara coba-coba (trial and error) dengan menggunakan tinggi perkiraan He terlebih dulu.Dicoba He = 2 m, maka :

Dari grafik DC-12 (pada lampiran) diperoleh C1 = 2,108 (dengan upstream face : vertikal).

Dari grafik DC-13, A diperoleh C2 = 1,00

Dari Grafik DC-13, B diperoleh C3 = 1,00 Diperoleh C= C1 x C2 x C3= 2,108 x 1 x 1= 2,108

Perhitungan selanjutnya ditabelkan.

Tabel 2.2 Perhitungan Tinggi Muka Air di Atas Mercu BendungBagianTinggi Perkiraan (He)Catatan

2,3052,3082,310

Qd350350350P = 3,40 md3 = 2,333 mBeff = 47,62 m

He He

hd3,37203,37503,3770

1,47511,47311,4719

2,47512,47312,4719

1,46291,46231,4619

C12,09372,09342,0932

C2111

C3111

C2,09372,09342,0932

Beff47,6247,6247,62

2,30982,31002,3102

Maka diperoleh tinggi total air di puncak atau mercu bendung (He) adalah 2,31 m.

2.3.2 Tinggi Air Maksimum di Hulu Mercu BendungTabel 2.3 Perhitungan Tinggi Air Maksimum di Hulu Mercu BendungBagianTinggi Perkiraan hvo (m)Catatan

0,08690,08700,0871

H = He - Hvo2,2232,2232,223P = 3,40 md3 = 2,333 mBeff = 47,62 mHe = 2,31 mQd = 350 m3/dthv hvo

do = H + P5,6235,6235,623

A = Beff , do267,77267,77267,76

1,3071,3071,307

0,08710,08710,0871

Maka diperoleh :hvo = hv= 0,0871 mH= 2,223 mdo= 5,623 mA= 267,76 m2Vo= 1,307 m/dtDimana :hv0= tinggi kecepatan di hulu sungai (m)H= tinggi air maksimum diatas mercu (m)d0= tinggi muka air banjir di hulu bendung (m)V0= kecepatan aliran di hulu bendung (m/dt)g= percepatan gravitasi (9,81 m/dt2)

2.4 Perhitungan Ketinggian Energi pada Tiap Titik2.4.1 Tinggi Energi pada Aliran Kritis Menentukan hidrolic pressure of the weir (dc)q= = = = 7,350 m2/dtdc= = = 1,766 m Menentukan harga EcVc= = = 4,162 m/dthvc= = = 0,833 mEc= = = 6,049 mdimana :dc= tinggi air kritis di atas mercu (m)vc= kecepatan air kritis (m/dt)hvc= tinggi kecepatan kritis (m)Ec= tinggi energi kritis (m)

2.4.2 Tinggi Energi (Air Terendah) pada Kolam OlakanTabel 2.4 Perhitungan Tinggi Energi (Air Terendah) pada Kolam OlakanBagianPerkiraan Kecepatan (v1)Catatan

10,210,22010,226

0,7210,7190,719q = 7,350 m2/dtg = 9,81 m/dt2

E1 Ec

5,3035,3245,330

6,0236,0436,049

Maka, diperoleh :v1= 10,226 m/dtd1= 0,719 mhv1= 5,330 mE1= 6,049 mdimana :d1= tinggi air terendah pada kolam olakan (m)v1= kecepatan aliran pada punggung bendung (m/dt)hv1= tinggi kecepatan (m)E1= tinggi energi (m)

2.4.3 Tinggi Energi (Air Tertinggi) pada Kolam Olakan Fr= = = 3,850 d2= = = 3,572 m

v2= = = 2,058 m/dt hv2= = = 0,216 m E2= = = 3,788 mdimana :Fr= bilangan Frouded2= tinggi air tertinggi pada kolam olakan (m)v2= kecepatan aliran ( m/dt )hv2= tinggi kecepatan (m)E2= tinggi energi (m)2.4.4 Tinggi Energi di Hilir BendungPada perhitungan sebelumnya, telah diperoleh :v3= 3,384 m/dtd3= 2,333 mhv3= = = 0,584 mE3= = = 2,917 mdimana :v3= kecepatan aliran di hilir bendung (m/dt)d3= tinggi air di hilir bendung (m)hv3= tinggi kecepatan di hilir bendung (m)E3= tinggi energi di hilir bendung (m)2.4.5 Perhitungan Panjang dan Dalam Penggerusan Dalam penggerusan (Scouring Depth)d0= 5,623 md3= 2,333 mh= d0 d3= 5,623 2,333 = 3,290 mq= 7,350 m2/dtSchoklish Formula :T= = = 3,029 mdimana :h= beda tinggi muka air di hulu dan di hilir (m)d= diameter material terbesar yang jatuh ke dalam kolam olak (d = 300 mm)T= dalam penggerusan (m) Panjang penggerusan (Scouring Length)v1= 10,226 m/dtH= 2,223 mP= 3,40 mAngerholzer Formula :L= = = 17,027 m

dimana :v1= kecepatan aliran pada punggung bendung (m/dt)H= tinggi air maksimum dari puncak mercu (m)P= tinggi mercu bendung (m)L= panjang penggerusan (m)2.4.6 Elevasi Masing Masing Titik : Elev. Dasar sungai =+ 220,00 m Elev. Muka air normal (MAN)=220 + P =220 + 3,40 =+ 223,40 m Elev. Muka air banjir (MAB)=220 + d0=220 + 5,623=+ 225,623 m Elev. Energi kritis=220 + Ec=220 + 6,049=+ 226,049 m Elev. Energi di hilir bendung=220 + E3= 220 + 2,917=+ 222,917 m Elev. Dasar kolam olakan=220 (T- d3)=220 (3.029 - 2,333 )=+ 219,304 m Elev. Sungai maksimum di hilir=220 + d3=220 + 2,333=+ 222,333 m

Gambar 2.5 Sketsa Ukuran Hidrolis Bendung Tipe Ogee

2.5 Perencanaan Bentuk Mercu Bendung2.5.1 Menentukan Bagian Upstream (Muka) BendungUntuk menentukan bentuk penampang kemiringan bendung bagian hulu, ditetapkan berdasarkan parameter seperti He dan P, sehingga akan diketahui kemiringan bendung bagian up stream seperti ketentuan Tabel 2.5.Data :He = 2,31 mP= 3,40 m= = 1,472Hd= He hv0= 2,31 - 0,0871= 2,223 mTabel 2.5 Nilai P/He Terhadap Kemiringan Muka Bendung P/HeKemiringan

< 0,401 : 1

0,40 1,003 : 2

1,00 1,503 : 1

> 1,50Vertikal

Dari tabel, untuk P/He = 1,472 diperoleh kemiringan muka bendung adalah 3:1, Bentuk mercu yang dipilih adalah mercu Ogee. Bentuk mercu Ogee tidak akan memberikan tekanan subatmosfer pada permukaan mercu sewaktu bendung mengalirkan air pada debit rencana, karena mercu Ogee berbentuk tirai luapan bawah dari bendung ambang tajam aerasi. Untuk debit yang rendah, air akan memberikan tekanan ke bawah pada mercu.Dari buku Standar Perencanaan Irigasi KP-02 Gambar 4.9, untuk bendung mercu Ogee dengan kemiringan 3 : 1, pada bagian upstream diperoleh nilai sebagai berikut :X0=0,139 Hd= 0,139 . 2,223=0,309 mX1=0,237 Hd= 0,237 . 2,223=0,527 mR0=0,68 Hd=0,68 . 2,223=1,512 mR1=0,21 Hd= 0,21 . 2,223=0,467 m2.5.2 Menentukan Bagian Downstream (Belakang) BendungUntuk merencanakan permukaan mercu Ogee bagian hilir, U.S. Army Corps of Engineers mengembangkan persamaan sebagai berikut :

.(1)Dimana : k dan n tergantung kemiringan up stream bendung Harga harga k dan n adalah parameter yang ditetapkan dalam Tabel 2.6 x dan y adalah koordinat koordinat permukaan down stream H adalah tinggi air di atas mercu bendung

Tabel 2.6 Nilai k dan n Untuk Berbagai Kemiringan Kemiringan permukaan kn

1 : 11,8731,776

3 : 21,9391,810

3 : 11,9361,836

Vertikal2,0001,850

Sumber : Standar Perencanaan Irigasi KP-02Bagian upstream : Kemiringan 3 : 1, dari Tabel 2.6 diperoleh : k = 1,936n = 1,836Nilai k dan n disubstitusi ke dalam persamaan (1)Persamaan downstream

2.5.3 Menentukan Koordinat Titik Singgung antara Garis Lengkung dengan Garis Lurus Sebagian Hilir Spillway Kemiringan bendung bagian downstream (kemiringan garis lurus)

(1 : 1) Persamaan parabola : Turunan pertama persamaan tersebut :

mSubstitusikan ke persamaan sebelumnya :

= = 1,286 m

m

Diperoleh koordinat titik singgung = (2, 364 ; 1,286) mJadi perpotongan garis lengkung dan garis lurus terletak pada jarak :y = 1,286 m dari puncak spillwayx = 2,364 m dari sumbu spillway2.5.4 Lengkung Mercu Spillway Bagian Hilir

Persamaan : Elevasi muka air normal= + 223,40 mElevasi dasar kolam olakan = + 219,304 m

= (2,364 ; 1,286) m

Tabel 2.7 Lengkung Mercu Bagian Hilir (Interval 0,2)X (m)Y (m)Elevasi (m)

0,0000,000223,400

0,2000,014223,386

0,4000,049223,351

0,6000,104223,296

0,8000,176223,224

1,0000,265223,135

1,2000,370223,030

1,4000,492222,908

1,6000,628222,772

1,8000,780222,620

2,0000,946222,454

2,2001,127222,273

2,3001,223222,177

2,3641,286222,114

2.5.5 Bagian Hilir Spillway dengan Kemiringan 1 : 1

= 1;

persamaan Elev. dasar kolam olakan := 220 (T d3)= 220 (3.029 - 2,333 )= + 219,304 m

Tabel 2.8 Bagian hilir dengan Kemiringan 1 : 1 (interval 0,2)X (m)Y (m)Elevasi (m)

2,3641,286222,114

2,5641,486221,914

2,7641,686221,714

2,9641,886221,514

3,1642,086221,314

3,,3642,286221,114

3,5642,486220,914

3,7642,686220,714

3,9642,886220,514

4,1643,086220,314

4,3643,286220,114

4,5643,486219,914

4,7643,686219,714

4,9643,886219,514

5,1644,086219,314

5,1744,096219,304

Gambar 2.6 Perencanaan Bentuk Mercu Bendung

2.5.6 Perencanaan Lantai Depan ( Apron )Untuk mencari panjang lantai muka, maka yang menentukan adalah H terbesar. H terbesar ini biasanya terjadi pada saat air muka setinggi mercu bendung, sedangkan di belakang bendung adalah kosong. Seberapa jauh lantai muka ini diperlukan, sangat ditentukan oleh garis hidraulik gradien yang digambar kearah upstream dengan titik ujung belakang bendung sebagai titik permulaan dengan tekanan sebesar nol. Miring garis hidraulik gradien disesuaikan dengan kemiringan yang diijinkan untuk suatu tanah dasar tertentu, yaitu dengan menggunakan Creep Ratio (c). Fungsi lantai muka adalah menjaga jangan sampai pada ujung belakang bendung terjadi tekanan yang bisa membawa butir butir tanah.

Gambar 2.7 Perencanaan Apron dan Panjang Creepline

a. Menentukan panjang lantai muka dengan rumus Bligh

H = L = c . HDimana :H = Beda tekanan L= Panjang creep lineCbligh= Creep ratio (diambil c = 5, untuk pasir kasar)

H ab== 0,64 mH bc== 0,4 mH cd== 0,3 mH de== 0,2 mH ef== 0,1 mH fg== 0,2608 mH gh== 0,3 mH hi== 0,5 mH ij == 0,5792 m

H = 3,28 mL = 3,28 . 5 = 16,4 mFaktor keamanan = 1,5 mJadi Ltotal = 16,4 + 1,5 m = 17,9 mb. Menentukan Panjang Creep Line (Creep Length)Panjang horizontal ( Lh )= 0,580+2+1+2+2,5 +1,304+1+2= 12,384 m

Panjang vertikal ( Lv )= 1,5+1+1+1+2,896+1,5+0,5+1,5+3,2= 14,096 mPanjang Total Creep Line ( L )= Lh + Lv= 12,384 + 14,096= 26,48 mKontrol:

L H . c

26,48 3,28 . 5

26,48 16,4(konstruksi aman terhadap tekanan air)

c. Pengujian Creep Line ada dua cara yaitu :1. Blighs TheoryL = Cc . Hbdimana : L = Panjang creep line yang diijinkanCc = Koefisien Bligh (tergantung bahan yang dilewati, Cc diambil 5) Hb = beda tinggi muka air banjir dengan tinggi air di hilir (m)Hb= P + H d3= 3,40 + 2,223 - 2,333= 3,29 mMaka, L= Cc . Hb= 5 . 3,29= 16,45 m

Syarat : L < L16,45 m < 26,48 m (OK )

2. Lanes TheoryL= Cw . Hbdimana, Cw adalah koefisien lane (tergantung bahan yang dilewati, Cw diambil 3)maka, L=Cw . Hb=3 . 3,29=9,87 m

Ld=Lv + Lh

= 14,096 + =18,224 m Syarat :L