BAB V ANALISIS HIDROLIS DAN STRUKTUR BENDUNG …eprints.undip.ac.id/34567/8/1597_chapter_V.pdf ·...

ANALISIS HIDROLIS 107

BAB V

ANALISIS HIDROLIS DAN STRUKTUR BENDUNG

5.1 Uraian Umum 5.1.1 Latar Belakang

Pembangunan Bendung Kaligending menjadi bendung permanen untuk

melayani areal seluas 2948 ha, dengan tinggi mercu 2 m dan lebar intake 3 x 1,90

m selesai pada tahun 1992. Keberadaan Bendung Kaligending tersebut oleh

masyarakat dianggap sebagai penyebab timbulnya banjir dibagian hulu, sehingga

oleh masyarakat diusulkan untuk dibongkar (Direktorat Jenderal Sumber Daya Air

,2004, melakukan studi dan analisis teknis kebutuhan air dan masalah banjir).

Pada tahun 1999 mercu bendung dibongkar hingga lantai bendung. Dengan

dibongkarnya mercu bendung ini maka air dari bendung ini tidak dapat masuk

kesaluran induk seperti yang direncanakan semula melalui pintu pengambilan

bendung yang ada.

Jalan keluar yang telah diambil untuk mengatasi kebutuhan air di Daerah

Irigasi Kaligending adalah dengan memberikan suplesi sebesar 3m3/dt kesaluran

Induk Kaligending dari Saluran Induk Wadaslintang Barat melalui bangunan

suplesi yang berjarak 7 km di hilir Bendung Kaligendung. Tetapi permasalahan

yang terjadi adalah dengan pemanfaatan air (suplesi) dari Wadaslintang untuk DI.

Kaligending secara kontinyu pada jangka waktu yang panjang akan mengurangi

manfaat waduk, dimana sebenarnya sangat diperlukan pada masa kering.

Dari permasalahan tersebut perlu adanya modifikasi Bendung Kaligending

agar air dapat mengalir melalui pintu pengambilan sehingga dapat mengurangi

suplesi dari Waduk Wadaslintang. Bangunan suplesi itu sendiri nantinya tidak

dilakukan perubahan yang sewaktu-waktu dapat difungsikan kembali pada saat

kekurangan air atau musim kering. Usaha memodifikasi Bendung Kaligending

sebelumnya pernah dilakukan oleh PT. Virama Karya (November 1999) yaitu

dengan membuat kombinasi antara bendung karet dan pintu sorong. Namun

modifikasi tersebut menemui banyak kendala seperti:


Meskipun pada saat banjir pintu sorong dibuka dan Bendung Karet

dikempiskan, namun untuk itu diperlukan waktu, sehingga akumulasi

bahan endapan di hulu bendung akan tetap terjadi sehingga akan

menaikkan dasar kali, walaupun berangsur-angsur akan hanyut terbawa

aliran. Dengan demikian pada saat banjir pertama (awal) akan

berpengaruh terhadap permukaan air banjir di bagian hulu.

Dibangunnya kombinasi Bendung Karet dan Bendung Gerak dengan

pintu sorong akan membutuhkan biaya konstruksi yang mahal dan

diperlukan tenaga tambahan untuk O & P Bendung.

Karena beberapa masalah tersebut maka rencana untuk memodifikasi

Bendung Kaligending dengan mengkombinasikan antara Bendung Karet dan

Bendung Gerak dibatalkan.

5.1.2 Perencanaan Modifikasi Bendung Kaligending

Dari hasil diskusi yang telah dilakukan oleh konsultan dan berbagai instansi

yang terkait dalam penanganan Review Desain Bendung Kaligending, telah

disepakati bahwa yang dianggap paling sesuai untuk diterapkan dalam menangani

permasalahan di Bendung Kaligending adalah Bendung Tipe Konvensional

dengan Pengurasan Under sluice.

Seperti diketahui bahwa pada umumnya didalam satu unit bendung terdiri

dari enam bagian utama, sebagai berikut:

- Bangunan badan bendung

- Bagunan pintu penguras bendung

- Bangunan pintu pengambilan

- Bangunan pengendap sedimen (kantong lumpur)

- Bangunan pintu penguras kantong lumpur

- Bangunan pintu penerus

Bendung Kaligending yang ada sekarang, terdiri dari enam bagian utama

seperti tersebut diatas. Bagian-bagian bangunan tersebut merupakan satu system

bangunan yang berfungsi untuk mengambil air dari Kali Lukulo. Dengan

diturunkannya mercu bendung tersebut dari +35.80 menjadi +33.75, maka bagian-


bagian bangunan yang lain menjadi tidak berfungsi seperti yang direncanakan dan

dibangun semula. Atau dengan perkataan lain, karena bagian badan bendung

dimodifikasi, maka bagian-bagian bangunan yang lainnya juga harus dimodifikasi

agar dapat berfungsi untuk mengambil air dari Kali Lukulo untuk keperluan irigasi

bagi sawah-sawah yang pernah dilayani oleh bendung ini sebelum mercu Bendung

Kaligending ini dibongkar. Lantai bendung yang ada sekarang ini merupakan

bangunan yang tidak menyebabkan banjir secara serius dibagian hulu bendung.

Lantai bendung tersebut kondisinya saat ini masih sangat baik. Oleh karena itu

bangunan ini akan dimanfaatkan semaksimal mungkin dengan melakukan

modifikasi-modifikasi tertentu agar dapat berfungsi dengan baik sesuai dengan

rencana semula, yaitu untuk mengairi sawah-sawah seluas 2.948 ha di Daerah

Irigasi Kaligending.

Satu hal yang penting yang perlu diketahui didalam perencanaan modifikasi

Bendung Kaligending ini adalah bahwa elevasi bendung tidak akan dinaikkan dari

elevasi yang ada sekarang. Dengan demikian maka konstruksi lantai (apron)

depan, dasar mercu bendung dan lantai (apron) hilir Bendung Kaligending yang

ada akan dimanfaatkan sebagai mercu ambang lebar. Muka air yang dibutuhkan di

depan pintu pengambilan setelah dilakukan analisis oleh pihak-pihak terkait

adalah setinggi +33.55 atau setinggi mercu setelah dilakukan pengeprasan.

Bagian bendung yang tetap atau tidak mengalami perubahan adalah:

Lantai Bendung

Lantai (apron) bendung yang ada sekarang dengan elevasi +33.75, akan

digunakan sebagai mercu bendung ambang lebar, dengan demikian

maka didalam modifikasi ini tidak ada rencana menaikkan mercu yang

ada sekarang dengan harapan masyarakat yang bermukim di hulu

bendung ini dapat menerima usulan ini.

Kolam Olak

Kolam olak dengan elevasi +32.75 tetap, hanya diakukan evaluasi

apakah dimensi kolam olak yang ada sekarang masih memenuhi syarat

sebagaimana perencanaan kolam olak seharusnya. Pada bagian hilir


kolam olak akan dilengkapi dengan pasangan batu kosong untuk

mencegah terjadinya penggerusan dasar sungai

Bagian bendung yang akan dimodifikasi adalah :

Saluran Under Sluice

Pembuatan saluran under sluice sebagai bangunan penangkap air yang

menjaga elevasi tetap pada elevasi M.A.+33.75 atau setinggi mercu

bendung. Under sluice dibuat dengan membongkar lantai existing

+33.75 hingga kedalaman +31.07 pada bagian hulu dan +30.64 pada

bagian hilirnya. Saluran under sluice ini memiliki panjang 43.50 m dari

hulu bendung sampai pintu penguras bendung. Pembuatan saluran under

sluice dimaksudkan supaya sedimen kasar tidak masuk kedalam saluran

pengambilan. Karena dengan dibuatnya saluran pengarah pintu penguras

bendung yang lebih rendah dari dasar sungai akan menyebabkan lebih

besar kemungkinan sedimen masuk kedalam saluran pengarah.

Bangunan Penguras Bendung

Bangunan penguras bendung akan diturunkan dengan elevasi dasar

+32.42 tepat diatas plat bagian atas under sluice, sehingga bangunan ini

dapat berfungsi untuk membersihkan bahan sedimen yang terkumpul di

depan bangunan pengambilan yang dapat mengganggu kelancaran

masuknya air dari sungai ke pintu bangunan pengambilan bendung.

Lebar pintu penguras bendung existing tetap digunakan yaitu 2 x 1,75 m

dan tinggi 1,45 m. Untuk menyempurnakan pembersihan bahan

sedimen, bangunan penguras bendung akan dilengkapi dengan pintu

penguras under sluice dengan ukuran lebar 2 x 1,75 m dan tinggi 1.55 m.

Bangunan Pintu Pengambilan

Bagunan pintu pengambilan bendung akan diturunkan secukupnya yaitu

dari elevasi +34.014 menjadi +32.75 sehingga bangunan pintu

pengambilan dapat memasukkan debit sebesar 5.28 m3/dt untuk

keperluan pengurasan kantong lumpur yang ada di sebelah hilirnya.


Sedangkan debit normal yang direncanakan untuk keperluan irigasi

adalah 4,40 m3/dt.

Kantong Lumpur

Didalam modifikasi kantong lumpur Bendung Kaligending ini akan

dilakukan penurunan elevasi kantong lumpur ini secara keseluruhan dan

juga memperbesar dimensi kantong lumpur itu sendiri dengan tujuan

menyesuaikan debit yang masuk ke kantong lumpur yang semula hanya

4,8 m3/dt menjadi 5,28 m3/dt untuk keperluan pengurasan kantong

lumpur.

Penguras Kantong Lumpur

Modifikasi bangunan pintu penguras kantong lumpur dan bangunan

pintu penerus untuk menyesuaikan perubahan dimensi dan penurunan

elevasi pada kantong lumpur.

5.2 Perbaikan Tubuh Bendung 5.2.1 Data Teknis Bendung Kaligending

Adapun data teknis yang diperlukan untuk mendesain bendung dan

bangunan pelengkap secara umum adalah sebagai berikut :

Lokasi Rencana BM. KG.5 Bendung ditetapkan dari peta situasi berada pada :

X = 353.861,558

Y = 9.161.753,238

Z = +40.150

Titik BM ( Bench Mark ) bendung digunakan sebagai titik acuan bangunan

bendung itu sendiri maupun bangunan pelengkap bendung.


Gambar 5.1 Sketsa Lokasi Bendung Kaligending

Gambar 5.2 Potongan Melintang Sungai KG. 1

38.9

5

37.2

0

33.1

3

0.50

32

.53

36.4

5 37

.92

5.30 1.00

36.4

5

110.00 19.20 0.80

20.00

+18.00

37.9

2

EL. Tanah Asli

Jarak

Dasar sungai

lebar dasar sungai pada hulu bendung = 110.00

KG. 1

KG. 1

KG. 2

KG. 2

KG. 3 KG. 3




Dari gambar diatas dapat ditentukan data-data pada bendung sebagai berikut : Elevasi dasar sungai di bagian bendung = + 32,67m

Lebar Dasar Sungai di bagian bendung = 93,50 m

Elevasi dasar sungai di hulu bendung = + 32,53m

Lebar Dasar Sungai di hulu bendung = 110.00 m

Elevasi dasar sungai di hilir bendung = + 29.82 m

Lebar Dasar Sungai di hilir bendung = 93.00 m

38.9

5

38.8

2

38.9

5

38.7

8

38.8

2

31.7

7 31

.77

32.6

7

32.6

7

32.5

3

33.0

8

36.8

3

36.8

3

37.1

3

3.40

20.00 3.00

0.

40

2.00

0.

80

40.00 34.50 16.20 9.00 0.4

0

53.60

+18.00 EL. Tanah Asli

Jarak

Saluran penguras pasangan batu kali

Dasar sungai

lebar dasar sungai pada bendung = 93.50

39.1

4

36.9

7

33.2

9

38.0

7

4.00

33.7

1

30.0

2

30.40 22.60 40.00

+19.00

36.7

1

39.0

0

38.8

5

7.60

36.9

7

33.7

1

35.0

2 36

.69

29.8

2

29.8

8

1.00

5.00 4.70 3.00 5.10 2.80

2.

00

29.8

8

0.80

8.90 3.60

EL. Tanah Asli

Jarak

Kantong lumpur

Pasangan batu kali

jalan raya pasangan batu kali

Dasar sungai

lebar dasar sungai pada hilir bendung = 93.00


Data-data selain di atas yang digunakan dalam perencanaan struktur bendung

Kaligending adalah sebagai berikut :

Panjang Sungai (KG. 1 sampai KG. 2) = 42,50 m

Beda Tinggi (+32,67 +32,53) = 0,14 m

(dari Pot. KG. 1 sampai KG. 2)

Kemiringan sungai ( 0,14/42,50) = 0,0033

Debit Banjir Rencana 50 th ( Q50 ) = 1.041 m3/det

5.2.2 Lebar Efektif Bendung

Gambar 5.5 Lebar Bendung

Untuk menghitung lebar efektif bendung digunakan rumus sebagai berikut :

Rumus : Be = B 2(n.Kp + Ka)H1 ................................................................. (2.17)

di mana :

Be = Lebar efektif bendung (m)

B = Lebar mercu (m). Untuk lebar bendung tetap dipertahankan seperti

keadaan sekarang (existing) yaitu sebesar : (87,60+1,50+2x1,75+1,00)=

93,6 m

Kp = Koefisien kontraksi pilar (untuk pilar bulat) = 0.01

Ka = Koefisien kontraksi pangkal bendung (tembok hulu tidak lebih dari 450

kearah aliran) = 0

n = Jumlah pilar = 2 buah

H1 = Tinggi energi (m)

450 87.60 1

.50

1.75

1.

00

1.75

B=93,60

Pilar


Jadi lebar efektif bendung adalah : Be = 93,6 2(2*0.01 + 0)*H1 m.

Be = 93,6-0.04*H1 5.2.3 Tinggi Air Banjir di Hilir Bendung

Diketahui :

- Debit banjir rencana (Q50 ) = 1.041 m3/det

- Kemiringan sungai = 0.0033

Rumus : Q = K*R2/3*I1/2*A ................................................... (2.18)

A = (b + m h)*h

P = b + 2*h* 21 m+

R = PA

K = koefisien strickler = 60

Perhitungan h diperoleh secara coba-coba :

Tabel 5.1 Perhitungan Tinggi Air di Hilir Bendung

H B A P R I K

V Q (m) (m) (m2) (m) (m) (m/det) (m3/det)

1.000 93 93.26917 103.05539 0.9050392 0.0033 60 3.2249158 300.785 1.500 93 140.1056 103.62414 1.3520558 0.0033 60 4.2144638 590.47 2.000 93 187.0767 104.21954 1.7950248 0.0033 60 5.0909284 952.394 2.120 93 197.4483 104.37013 1.8918085 0.0033 60 5.2723257 1,041.01

Jadi tinggi air banjir rencana di hilir bendung adalah h = 2,120 m dengan debit

banjir sebesar Q = 1041,01 m3/det Q50= 1041 m3/det

Elevasi muka air di hilir bendung adalah = elevasi dasar hilir + h

= +29,88 + 2,12 = +32,00 m.

5.2.4 Tinggi Air Banjir di Atas Mercu Lantai Bendung Kaligending yang ada sekarang akan dimanfaatkan

sebagai mercu bendung ambang lebar dengan elevasi EL. +33.75. Dengan

demikian maka rumus pengaliran melalui mercu bendung yang digunakan adalah

sebagai berikut (KP-04, 1986):


2/31...3

2.32.. hbcgCCQ vd= ........................................ (2.19)

di mana :

Q = Debit (m3/det) = 1041 m3/det.

Cd = Koefisien debit

Cd adalah 0,93 + 0,10H1/L untuk 0,1


Gambar 5.6 Tinggi Air diatas Mercu

5.2.5 Kolam Olak 5.2.5.1 Menentukan Type Kolam Olak

Dalam perhitungan kolam olak ini direncanakan pada saat banjir dengan

Q50. Untuk mengecek apakah diperlukan kolam olak atau tidak maka perlu dicari

nilai Fr (Froude).

Rumus : Fr = 1

1

*YgV

Di mana :

Fr = Bilangan Froude

g = Percepatan gravitasi ( 9.81 m/det2)

Z = Tinggi jatuh

Z = Tinggi muka air banjir di hulu tinggi muka air banjir di hilir

Z = 33,75 32,75 = 1,00 m

V1 = Kecepatan awal loncatan = ( )ZHg +15.02

V1 = ( )00,19,4*5.0*81.9*2 + = 8,23 m/det

Y1 = Kedalaman air di awal loncatan = ( )eBVQ

Vq

*150

1

=

q. = Debit persatuan lebar ( q = Q50/Be ) q = 4,93

1041 = 11,15 m3/dt

Y1 = 23,815,11 = 1,35 m

H1=4,90

+33.75

+32.75

L=44,00 1,00

h1=.3,459

V2/2g

Mercu bendung

+33,46


Fr1 = 35,1*81.9

23,8 = 2,26

Y2 = Kedalaman air diatas ambang ujung =

+ 181

22

11 FrY

Y2 = ( )126,2*81235,1 2 + = 3,69 m

Bila 1,7 < Fr 2,5 maka kolam olak diperlukan untuk meredam energi secara

efektif. Kolam olak dengan ambang ujung mampu bekerja dengan baik (KP-04,

1986).

5.2.5.2 Pendimensian Kolam Olak

Perhitungan dimensi kolam olak dengan ambang ujung adalah sebagai berikut :

hc = kedalaman kritis = 32

gq hc = 3

2

81,915,11 = 2,33 m.

chZ =

33,200,1 = 0,429

a = 0.28*hcZhc a = 0.28*1,262*

00.1262,1

= 0,397 m 0.5 m.

Lj = 5(n+y2)

dimana;

Lj = Panjang kolam olak, m

n = Tinggi ambang ujung, m

y2 = Kedalaman air di atas ambang, m

Lj = 5 * (0.5+3,69) = 20,95 m

Dengan demikian maka panjang kolam olak yang ada (existing) sepanjang 21,85

meter tidak perlu diperpanjang.


5.2.6 Tinjauan Terhadap Gerusan

Panjang Lindungan

Rumus :

3/1

47,0

=

fQR ....................................................................................(2.20)

2/176,1 Dmf =

di mana :

R = Kedalaman gerusan, bila R > H2 maka terjadi gerusan (m)

Dm = Diameter rata-rata material dasar sungai = 10 mm

Q = Debit yang melimpah diatas mercu (m3/det)

f = Faktor lumpur Lacey

f = 1.76*Dm0.5 = 1.76*(10)0.5 = 5,57 3/1

57,5104147,0

=R = 2,69 m

Untuk keamanan dari turbulensi dan aliran tidak stabil R=1.5 * 2,69 =4,035 m

Panjang lindungan dari pasangan batu kosong diambil = 4*R

= 4*4,035 = 16,14 m

Gambar 5.7 Pasangan Batu Lindung Kolam Olak

Data : Qoutflow = 1041 m3/det

V rata-rata = Qoutflow/Apenampang

Apenampang = Beff*Hd = 93.4 * 3,459 = 323,07 m2

Vrata-rata = 1041/323,07 = 3,22 m/det

16,14 m

Batu lindung

Kolam olak

+32,75

+29,61

+28,58

+30,82 1:10


Dari grafik untuk perencanaan ukuran pasangan batu kosong didapat D60

sebesar 40 cm.

.

Gambar 5.8 Grafik untuk Perencanaan Ukuran Pasangan Batu Kosong

Filter

Filter (saringan) berfungsi untuk mencegah hilangnya bahan dasar halus

melalui bangunan lindung. Filter harus ditempatkan antara pasangan batu

kosong dan tanah bawah (KP-02, 1986).

Gambar 5.9 Filter antara pasangan batu kosong dan tanah dasar

3.22

0.4

3

2

1

Pasangan batu kosong

Saringan

Tanah dasar

Kerikil

Kerikil halus

Konstruksi lindung

Tanah dasar


Tebal masing-masing lapisan ditentukan menurut gambar berikut berikut:

Gambar 5.10 Rencana Tebal Lapisan Batu Lindung

5.3 Desain Bangunan Pelengkap

5.3.1 Perhitungan Dimensi Pintu Penguras Bendung dengan Under sluice

Lubang under sluice

Dimensi under sluice ditentukan berdasarkan ketentuan-ketentuan sebagai

berikut (KP-02, 1986) :

Tinggi saluran pembilas bawah hendaknya lebih besar dari 1,5 kali diameter

terbesar sedimen dasar sungai

Tinggi saluran pembilas bawah sekurang-kurangnya 1,00 m,

Tinggi sebaiknya diambil 1/3 sampai 1/4 dari kedalaman air didepan

pengambilan selama debit normal.

Ukuran saluran under sluice tersebut adalah sebagai berikut:

Tinggi saluran : 1,25 m

Lebar saluran : 12,30 m

Pintu penguras under sluice 2 buah @ tinggi = 1,45 m, lebar = 1,75 m.

Pintu penguras bendung 2 buah @ tinggi = 1,55 m, lebar 1,75 m.

84 cm

15cm

5 cm

Pasangan batu kosong

Saringan

Tanah dasar

Kerikil

Kerikil halus

Tanah dasar


Gambar 5.11 Desain Lubang Under sluice

Gambar 5.12 Desain Pintu Penguras Under sluice

Beton cyclope

Under sluice

0.30

1.25

0.30

lantai bendung

0.30 6.00 6.00 0.30

Plat ejector

Intake

Pintu penguras bendung B=1.75 m, H=1.55 m Pintu penguras under sluice

B=1.75 m, H=1.45 m

Under sluice 1.45

1.55


Kecepatan Aliran dibawah Pintu Penguras Under sluice

Kecepatan aliran : Vup = )*(*2* zkg ....................................... (2.21)

Dimana :

Vup = kecepatan aliran di under sluice dibawah pintu (m/dt)

z = perbedaan elevasi permukaan air di hulu dan di hilir under sluice (m)

k = koefisien pengaliran di under sluice karena sempurna dan tidak

sempurnanya pengaliran pada bendung (keadaan sempurna k = 1)

g = kecepatan gravitasi (m/dt2)

= koefisien kontraksi (0,80)

kecepatan aliran didalam under sluice dibawah pintu penguras pada keadaan :

Elevasi di hulu bendung setinggi mercu

Pengaliran dalam keadaan sempurna dan air dihilir bendung setinggi bagian

bawah plat under sluice.

Vup = )12,3275,33(*1(*81,9*2*80,0 = 4,524 m/dt

Vup = 4,54 m/dt

+33.75

+32.12

plat under sluice

Pintu penguras bendung B=1.75 m, H=1.55 m

Pintu penguras under sluice B=1.75 m, H=1.45 m

Gambar 5.13 Kecepatan Air dibawah Pintu Under sluice


Kecepatan Aliran pada Sistem Under Sluice

Pada keadaan permukaan air di hulu sungai setinggi elevasi mercu

bendung(EL> +33,75), sedangkan elevasi permukaan air di hilir setinggi EL

+32,12 (rata dengan plat under sluice bagian bawah) dan pintu penguras

bendung dibuka penuh maka besarnya debit melalui lubang under sluice:

Qup = A * Vup ............................................................................. (2.22)

dimana:

Qup = Debit air pada lubang under sluice (m3/dt)

A = Luas penampang under sluice di bawah pintu penguras (m2)

= 2*(1,25*1,75) m2

Vup = Kecepatan aliran di under sluice dibawah pintu (m/dt) = 4,524 m/dt

Qup = 2*1,25*1,75*4,524 = 19,793 m3/dt

Dari hasil perhitungan tersebut maka kecepatan pada mulut under sluice

adalah:

Vus = us

up

AQ

.................................................................................. (2.23)

Dimana:

Vus = Kecepatan pada mulut under sluice (m/dt)

Qup = Debit air pada lubang under sluice (m3/dt) = 19,793 m3/dt

Aus = Luas penampang mulut under sluice (m2) = 2*(6*1.25) m2

Vus = )25,1*6(*2

793,19 = 1,32 m/dt

Kecepatan tersebut cukup besar untuk menguras sedimen yang masuk ke

saluran under sluice.


Gambar 5.14 Kecepatan di Mulut Under Sluice

5.3.2 Perhitungan Hidrolis Pintu Pengambilan Bendung Didalam perhitungan debit yang melalui pintu pengambilan bendung

konvensional ditetapkan hal-hal sebagai berikut:

Elevasi mercu bendung : +33,75

Debit untuk irigasi (Qn) : 2.948 Ha * 1,49 l/dt/Ha = 4392.52 l/dt

= 4,39252 m3/dt 4,4m3/dt

Debit untuk pengurasan kantong lumpur (Qp) :

Untuk keperluan-keperluan perencanaan, debit pembilasan diambil 20% lebih

besar dari debit normal pengambilan (KP-02, 1986).

Qp = 1,20 * 4,40 = 5,28 m3/dt

Lebar pintu pengambilan ditentukan (bi) 3 buah @ : 1,90 m (lebar pintu

existing)

1.50

0.40 5.00 3.75 2.00 43,50

0.30

1.25 +32.62

MA +33.75

+32.12

Vus=1.32m/dt Vup=4.54m/dt

Pintu penguras bendung B=1.75 m, H=1.55 m

Pintu penguras under sluice B=1.75 m, H=1.45 m


Koefisien kontraksi di pintu pengambilan () = 0,80

Beda elevasi permukaan air di hulu dan di hilir pintu pengambilan bendung

(z) = 0,10 m

Gravitasi (g) : 9,81 m/dt2

Besarnya debit Qp = *b*hi* zg **2 .................................. (2.25)

dimana hi adalah tinggi bukaan pintu pengambilan maksimum.

hi = zgb

Qp**2**

hi = 10,0*81,9*2*90,1*3*80,0

28,5

= 0,827 m

Gambar 5.15 Tinggi Bukaan Pintu Pengambilan

0.30

1.25

0.30

0.30 0.30 6.00 6.00

hi =0.83 0.9

+33.75

Lubang under sluice

+32.75

+33.65

+32.48

Pintu Pengambilan

Intake

Lantai bendung


5.3.3 Kantong Lumpur Variabel-variabel yang digunakan untuk perhitungan kantong lumpur

tersebut adalah sebagai berikut:

Diameter butiran sedimen (D) = 0,07 mm

Berat jenis sedimen (Gs) = 2,70 ton/m3

Berat jenis air (Gw) = 1,00 ton/m3

Temperatur air (T) = 200

Kemiringan talud (m) = 2

Debit untuk irigasi (Qn) = 4,40 m3/dt

Debit untuk pengurasan (Qp) = 5,28 m3/det

Gravitasi (g) = 9,81 m/dt2

5.3.3.1 Pendimensian Kantong Lumpur

a. Ukuran partikel

Diasumsikan partikel yanng ukurannya kurang dari 70 m atau 0.07mm

terangkut sebagai sedimen layang melalui jaringan irigasi.

b. Luas Permukaan Rata-Rata

Di Indonesia dipakai suhu air 20oC. Dengan diameter 70 m atau 0.07 mm.

kecepatan endap w menjadi 0.004 m/det.

wQnLB = =

004.040,4 = 1100 m2

untuk mencegah aliran tidak meander di dalam kantong, maka L/B > 8.

Karena L/B > 8, maka dapat dihitung : L > 8B 8B*B


Ks = 45

Luas Penampang Basah ( An )

Qn = An*Vn An = 7.040,4

=VnQn = 6,29 m2

Dari nilai B < 11,7 m , B = 7 m , kedalaman air hn menjadi :

mBAnhn 9,0

729.6

===

Gambar 5.16 Potongan Melintang Kantong Lumpur Pada Keadaan Penuh

Keliling basah Pn menjadi :

Pn = 7 + 2*0.9 221+ = 11,02 m

Rn = An/Pn = 6,29/11,02 = 0,571 m

Maka Kemiringan Saluran ( In ) didapat :

Vn = ks * Rn2/3 In1/2 .................................................................... (2.26)

In = 2

3/2 *

KsRnVn .................................................................. (2.29)

In = 00051.045*)571,0(

70,02

3/2 =

d. Penentuan Is ( pembilas, Kantong lumpur kosong )

Data : Qp = 5,28 m3/det

(Vs) = 1.8 m/det

Ks (untuk pembilas) = 40

2,00 2,00

1,00

1,00

7,00

0,90

sedimen


Luas (As )

As = 293.28.128,5 m

VsQs

==

Lebar dasar = lebar kantong lumpur(B) = 7 m, maka As = B* hs

2,93 = 7* hs hs = 0,419 m

Gambar 5.17 Potongan Melintang Kantong Lumpur Keadaan Kosong

Rs = mPsAs 374,0

419,0*2793,2

=+

=

Is = 2

3/2

2

3/2 40*374,08.1

*)(

=

KsRs

Vs = 0.0075

Agar pembilasan dilakukan dengan baik maka kecepatan aliran harus dijaga

agar tetap subkritis dimana aliran sub-kritis mempunyai Fr < 1

Fr = ghV = 89.0

419.0*8,98.1

= < 1

e. Panjang kantong Diketahui :

hn = 0.9 m

Vn = 0.7 m/det

W = 0.004 m/det

Rumus : VnL

whn

= ................................................................. (2.30)

7,0004.0

9.0 L= L = m5,157

004.07,0*9,0=

2,00 2,00

1,00

1,00

7,00

0,90

0,419


diambil L = 160 m > 93.6 m

Dari hasil perhitungan diatas diperoleh dimensi kantong lumpur sebagai

berikut:

Lebar dasar kantong lumpur (B) = 7,00 m

Kemiringan talud kantong lumpur (m) = 2

Kapasitas pintu pengambilan debit untuk irigasi (Qn) = 4,40 m/dt

Kapasitas pintu pengambilan debit untuk pengurasan (Qp) = 5,28 m/dt

Kemiringan permukaan air di kantong lumpur pada Qn (In) = 0,00051

Kemiringan dasar kantong lumpur (Is) = 0,0075

Kecepatan aliran pada saat pengurasan (Vs) = 1,8 m/dt

Kecepatan pada saat normal p ada yaitu (Vn) = 0,7 m/dt

Panjang saluran ada awal kantong lumpur 160 m

Gambar 5.18 Potongan Memanjang Kantong Lumpur

Gambar 5.19 Potongan I-I

2,00 2,00

1,00

1,00

7,00

varia

si 0.90

Muka air normal pengambilan

Sedimen

I

I


5.3.3.2. Pengecekan Efisiensi Kantong Lumpur a) Volume Kantong Lumpur

- Luas kantong lumpur = (0,4+1,65)*0.5*178= 182,45 m2

- volume kantong lumpur = 182,45*7,00 = 1277,15 m3

b) Frekuensi Pengurasan Kantong Lumpur - Diasumsikan bahwa :

Rata-rata konsentrasi sedimen sebesar 0005.0 dari volume air

Bahan sedimen di sungai terdiri dari 80% berupa pasir dan gravel dan

20% berupa silt dan clay.

V = 0.0005*Qp*T

dimana;

V = Volume kantong lumpur, m3

Qp = Debit pengambilan, m3/dt

T = Waktu pengurasan

1277,15 = 0.0005*4.40*T

T = 580522.73

= 6,7 hari 6 hari

dengan demikian maka kantong lumpur harus dikuras setiap 6 hari sekali.

c) Perhitungan diameter partikel yang Dapat dikuras Oleh Kantong Lumpur

- Besarnya gaya erosive pada saat pengurasan kantong lumpur :

= *g*hc*Ic

dimana :

= Besarnya tractive force pada saat pengurasan (N/m2)

= Berat jenis air (kg)

g = Gravitasi (9,81 m/dt2)

hc = Tinggi air di kantong lumpur pada kondisi pengaliran kritis untuk

pengurasan bahan sedimen di kantong lumpur (m)

Ic = Kemiringan dasar kantong lumpur

Sehingga :


= 1000*9,81*0,419*0,0075

= 30.8 N/m2

- Dari grafik Shields, diketahui bahwa partikel yang masuk kekantong lumpur

dengan diameter sama atau lebih kecil dari 20 mm akan dapat terkuras.

30.08

30.8

Gambar 5.20 Grafik Shields

d) Efisiensi Pengurasan Kantong Lumpur - Perhitungan kecepatan aliran air di kantong lumpur pada saat kantong

lumpur kosong endapan

Kecepatan pengaliran di kantong lumpur dalam keadaan tidak berisi bahan

endapan (kosong endapan) adalah sebagai berikut:


Dengan panjang kantong lumpur (L) = 160 m dan kedalaman air rencana

(hn) 0.9, serta kecepatan aliran (Vr) 0,7 m/dt, maka kecepatan mengendap

rencana (W0) sebagai berikut :

m/dt 00371,0160

7,0*9,0*00

0

====L

VhWVL

Wh r

r

n

berdasarkan diagram hubungan antara diameter ayak dan kecepatan endap

untuk air tenang, diameter yang sesuai adalah sebesar d0 = 0,066 mm

Diameter butiran sedimen rencana = 0,07 mm dengan kecepatan endap

(W) = 0,004 m/dt

Efisiensi pengendapan butiran sedimen (fraksi) berdiameter 0,07 mm

sekarang dapat dihitung sebagai berikut :

W = 0,004 m/dt

W0 = 0,00371 m/dt

V0 = 0,7 m/dt

08,100371,0004,0

0

==WW

0057,07,0

004,0

0

==VW

Dari diagram Camp, diperoleh efisiensi sebesar 90%. Jadi butiran

dengan diameter 0,07 mm akan diendapkan 90% di kantong lumpur.


0.0057

90% 1.08

Gambar 5.21 Diagram Camp

e) Perhitungan Hidrolis pada Pintu Pengurasan Kantong Lumpur Karena pada pintu penguras kantong lumpur digunakan 3 (tiga) buah pintu

dengan lebar @ 1,60 meter dan pilar setebal 1,0 m, akan terjadi penyempitan.

Oleh karena itu luas penampang basah pada pintu penguras kantong lumpur

harus ditambah dengan cara menurunkan dasar kantong lumpur tersebut,

sebagai berikut:


Muka air pembilasan

1:10Ip= 0.0075 Ip= 0.0075

+ 31,44

+ 30.82

2.00 8.50

Pilar teba l 1.00 m

Pintu penguras kantong lumpurB= 1.60 m, H= 0.85 m

+ 37.01

+ 34.21

+ 31,02

3.00

0.17

+ 37.01

Muka air pembilasan

1:10Ip= 0.0075

8.50

Pilar teba l 1.00 m

3.00

0.17

Luas penampang basah kantong lumpur pada saat pengurasan :

b*hs = n*bf*hf

dimana:

b = Lebar dasar kantong lumpur (m)

hs = Tinggi air kritis di kantong lumpur (m)

hf = Tinggi air di pintu penguras kantong lumpur (m)

bf = Lebar pintu penguras kantong lumpur (m)

n = Jumlah pintu penguras kantong lumpur

sehingga :

7,00*0,419 = 3*1,60*hf

hf = 0,61 m

dengan demikian maka dasar kantong lumpur di tempat pintu pengurasan

diturunkan = 0.61 0,419 = 0,191 m 0,2 m

Gambar 5.22 Penguras Kantong Lumpur


4.00 3.00

0.17

+ 33,57

+ 32.67 1:10+ 32.27

+ 37.42

Pintu penerus B= 1,60 m, H= 1.75 m

0.90

+ 33,57

f) Perhitungan Hidrolis pada Pintu Penerus

Gambar 5.23 Pintu penerus

Luas penampang basah saluran di hulu pintu penerus harus sama dengan luas

penampang basah di pintu penerus.

bhs*hhs = n*bps*hps

Dimana :

bhs = Lebar dasar saluran dihulu pintu penerus (7,00m)

hhs = Tinggi air di hulu pintu penerus (0,90m)

bps = Lebar pintu penerus (m)

n = Jumlah pintu penerus (3 buah)

sehingga :


hps = m3,160,1*3

90,0*00,7=

Jadi dasar kantong lumpur didepan pintu penerus diturunkan sebesar 0,4 m

Luas penampang basah di hulu pintu penerus :

Ahs = bhs*hhs

= 7,00*0,9 = 6,30 m2

Kecepatan aliran di hulu pintu penerus :

Vhs = dtmAQn

hs

/698,030,640,4

==

Gambar 5.24 Denah Pintu Pembilas Kantong Lumpur dan Pintu Penerus


Gambar 5.25 Potongan IV-IV

5.3.4. Perhitungan Hidrolis Gorong-gorong Perhitungan Hidrolis Saluran Induk Kaligending

Q = 4,4 m3/dt

K = 40; b = 5,75 m

m = 1

A = (b + m*h)*h = (5,75 + 1*h)*h = 5,75h + h2

Q = A *V; diambil V = 0,8 m/dt

4,4 = (5,75h + h2)*0,8 h = 0,831 m

P = b + 2h 2m1+

= 5,75 + 2*0,831 211+ = 8,10 m

A = 5,75*0,831 + 0,8312 = 5,469 m2

R = 10,8496,5

=PA = 0,675 R2/3 = 0,7696

V = K*R2/3*I1/2 0,8 = 40*0,769* I1/2 I = 0,00068

Dimensi saluran induk Kaligending :

Q = 4,40 m3/dt


B = 5,75 m

h = 0,831 m

V = 0,8 m/dt

I = 0,00068

m = 1

K = 40

W = 0,60 m

Gambar 5.26 Penampang Saluran Induk Kaligending

Perhitungan Hidrolis Gorong-gorong

Gambar 5.27 Denah Gorong-gorong

Gambar 5.28 Potongan V-V

b= 5,75 m

h = 0,831 m

W = 0,60 m

1 : m

+33,55

+32,45 +32,64

+32,57

+33,54

1,10

+33,50

5, 00 13,30

0,90 Saluran Induk Kaligending

Saluran Penerus Bendung

5,00 2,50 5,75

+32,45

+32,61V V Saluran Induk Kaligending

Saluran Penerus Bendung

Gorong-gorong

5, 00 13,30


Kehilangan energi akibat gesekan dapat dihitung dengan rumus :

Hf = 3/422

**VRK

L ............................................................................. (2.31)

Dimana;

Hf = Kehilangan energi akibat gesekan dinding dan dasar saluran

V = Kecepatan aliran (m/dt)

L = Panjang gorong-gorong (13,30 m)

K = Koefisien kekasaran strickler (K=70)

R = Jari-jari hidrolis (m)

Luas penampang basah gorong-gorong (A) = 2,50*0,90 = 2,275 m2

Keliling basah gorong-gorong (O) = 2,50 + 2*0,90 = 4,32 m

Jari-jari hidrolis (R) = A/O = 2,275/4,32 = 0,527 m

Kecepatan aliran didalam gorong-gorong (V) = Q/A = 4,4/2,275 = 1,93 m/dt

Kemiringan gorong-gorong yang ada I = 0,07/13,30 = 0,0053

Kehilangan energi :

Hf = 3/422

**VRK

L

= 865,2085

541,49527,0*70

30,13*1,933/42

2

= = 0,024 m

Kehilangan energi pada bagian pemasukan gorong-gorong :

Vsal = 10,1*54,4 = 0,8 m/dt

Hms = g

VV salsms *2

)(*2

3 ............................................................. (2.32)

= 81,9*2

)8,093,1(*2,02 = 0,013 m

Hkl = 81,9*2

)8,093,1(*4,02 = 0,026 m

Jadi kehilangan energi pada bangunan gorong-gorong adalah:

h = Hf + Hms + Hkl

= 0,024 + 0,013 + 0,026

BAB V ANALISIS HIDROLIS DAN STRUKTUR BENDUNG …eprints.undip.ac.id/34567/8/1597_chapter_V.pdf ·...

Documents

Transcript of BAB V ANALISIS HIDROLIS DAN STRUKTUR BENDUNG …eprints.undip.ac.id/34567/8/1597_chapter_V.pdf ·...