Bangunan Pelengkap

1

I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Bendungan disamping memiliki manfaat yang besar bagi masyarakat, juga menyimpan

potensi bahaya yang besar pula. Membangun bendungan disamping akan memperoleh

manfaat juga berarti mengundang datangnya potensi bahaya yang dapat mengancam

kehidupan masyarakat luas. Bendungan yang runtuh akan menimbulkan banjir besar

yang akan mengakibatkan bencana dahsyat di daerah hilir bendungan.

Perencanaan, pelaksanaan konstruksi dan pengelolaan bendungan harus dilaksanakan

tahap demi tahap sesuai dengan kaidah-kaidah keamanan bendungan yang tertuang

dalam berbagai peraturan atau norma, standar, pedoman dan manual yang lazim

disingkat NSPM. Kewajiban untuk mematuhi NSPM ini tertuang di dalam ayat 2, Ps 63 UU

7/2004 tentang Sumber Daya Air.

Untuk memastikan bahwa perencanaan, pelaksanaan konstruksi dan pengelolaan

bendungan telah memenuhi kaidah-kaidah keamanan bendungan, Pemerintah

mengeluarkan aturan bahwa tahap-tahap kegiatan tersebut diatas harus mendapat

persetujuan dari Menteri PU yang biasa disebut “Sertifikat Persetujuan”. Persetujuan

Menteri PU dikeluarkan setelah desain, pelaksanaan konstruksi dan pelaksanaan

pengisian waduk.

Bahan ajar ini disusun sebagai pengantar bagi peserta pelatihan untuk mempelajari

desain bendungan pada tingkat berikutnya yang lebih dalam. Materi bahan ajar ini

menjelaskan mengenai dasar-dasar perencanaan hidraulis bangunan-bangunan

pelengkap dari bendungan urugan yang meliputi metoda pengelakan sungai, bangunan

pelimpah dan bangunan pengeluar (outlet).

Bangunan Pelengkap

2

1.2 Deskripsi Singkat

Mata pendidikan dan pelatihan ini membekali peserta dengan pengetahuan dasar

mengenai mengenai desain hidraulis bangunan pelengkap yang disajikan dengan cara

ceramah dan tanya jawab.

1.3 Tujuan Pembelajaran Umum (TPU)

Setelah mengikuti pembelajaran ini peserta diklat diharapkan mampu memahami dasar-

dasar desain hidraulis bangunan pelengkap dari suatu bendungan urugan.

1.4 Tujuan Pembelajaran Khusus (TPK)

Setelah pembelajaran ini, peserta diharapkan mampu:

1) Menjelaskan asumsi dan kriteria desain bangunan pelengkap

2) Menjelaskan metoda pengelakan sungai

3) Menjelaskan desain hidraulis bangunan pelimpah dan kaitannya dengan modeltest

4) Menjelaskan desain hidraulis bangunan pengeluaran dan pengambilan

5) Menjelaskan desain struktur secara umum

6) Menjelaskan kondisi geoteknik bangunan air

1.5 Pokok Bahasan

1) Metoda pengelakan sungai

2) Penentuan banjir rencana

3) Uraian dan jenis bangunan pelimpah

4) Hidraulis bangunan pengontrol

5) Hidraulis bangunan pelimpah

6) Bagian-bagian bangunan pengambilan

7) Desain hidraulis bangunan pengambilan

8) Desain struktur dan geoteknik bangunan pelimpah dan bangunan pengambilan

Bangunan Pelengkap

3

1.6 Petunjuk Belajar

Agar peserta diklat dapat memahami desain bendungan secara lebih mendalam dan

komprehensif, sebaiknya peserta juga mempelajari Standar Nasional Indonesia (SNI) dan

pedoman-pedoman yang terkait dengan desain bendungan yang dikeluarkan oleh

Departemen PU atau unit-unit organisasi dibawahnya.

II. PENGELAKAN SUNGAI

2.1 Umum

Saluran pengelak diperlukan untuk mengalihkan aliran sungai selama periode

pelaksanaan konstruksi bendungan. Pada awal tahap konstruksi, perlu dikaji ulang

periode ulang banjir yang ditetapkan pada saat desain dengan mempertimbangkan jadwal

pelaksanaan konstruksi riil. Apabila jadwal pelaksanaan berubah maka periode ulang debit

banjir desain peneglak perlu ditinjau kembali.

Pelaksanaan pengelakan mengacu pada Metode Pengontrolan Sungai Selama

Pelaksanaan Konstruksi Bendungan, SNI 03-6456.1.2000 bagian 1, Pengendalian Sungai

Selama Pelaksanaan Konstruksi Bendungan dan Bagian 2, Penutupan Alur Sungai dan

Pembuatan Bendungan Pengelak.

Beberapa jenis pengelak sungai yang lazim adalah sebagai berikut:

a. Pengelakan seluruh lebar sungai dengan kombinasi bendungan pengelak (cofferdam)

dan saluran tertutup berupa konduit atau terowong pengelak / diversion tunnel

b. Pengelakan dengan saluran terbuka / diversion channel

c. Pengelakan pada sebagian lebar sungai dengan dilindungi dengan cofferdam dan

membiarkan bagian sungai yang lain untuk melewatkan air

Dalam mendesain suatu bendungan yang menutup suatu sungai perlu

mempertimbangkan cara atau metoda untuk mengalihkan sungai tersebut selama

konstruksi bendungan berlangsung. Masalah-masalah yang akan timbul sangat bervariasi,

tergantung ukuran dan potensi banjir dari sungai tersebut. Meskipun demikian, pemilihan

metoda pengalihan sungai untuk menangani banjir selama konstruksi adalh penting

Bangunan Pelengkap

4

ditinjau dari aspek ekonomi. Metoda yang dipilih, biasanya merupakan suatu kombinasi

antara biaya pengalihan/pengelakan sungai dengan resiko yang dihadapi. Suatu

perencanaan yang memadai dan benar akan dapat mengurangi bahaya potensi

kerusakan akibat banjir terhadap kemajuan pekerjaan dengan biaya yang minimum.

Beberapa hal yang perlu dipertimbangkan dalam pemilihan metode pengelakan, adalah :

a) Karakteristik aliran sungai

b) Banjir desain yang digunakan, sesuai dengan resiko yang dihadapi

c) Metode pengalihan/pengelakan sungai

d) Spesifikasi yang diperlukan

Bangunan pengelak diperlukan untuk mengalihkan aliran sungai selama periode

pelaksanaan konstruksi bendungan, yakni dengan membuat saluran pengelak

(terowongan atau konduit) dan mengalihkan/mengelakkan aliran sungai dengan membuat

bendungan pengelak/cofferdam.

Pencatatan debit aliran sungai adalah merupakan informasi yang terpercaya berkaitan

dengan karakter aliran sungai yang ditinjau. Karena setiap aliran permukaan (runoff)

mempunyai puncak aliran dan periode aliran rendah pada waktu yang berbeda untuk

setiap tahunnya, kondisi aliran permukaan akan mempengaruhi pemilihan cara

pengelakan yang dipilih.

Suatu lokasi yang akan dipengaruhi oleh musim hujan akan memerlukan provisi

pengelakan yang minimum untuk musim kering dari setiap tahunnya. Suatu debit aliran

yang sulit diprediksi memerlukan pemilihan cara pengelakan yang lebih teliti, sehingga

kontraktor mempertimbangkan terjadinya aliran rendah dan aliran banjir yang terjadi

selama konstruksi berlangsung.

2.2 Pemilihan Debit Banjir Rencana

Biasanya, pemilihan banjir terbesar yang mungkin terjadi akan sangat tidak ekonomis,

untuk itu dipertimbangkan pemilihan banjir rencana yang disesuaikan dengan resiko yang

Bangunan Pelengkap

5

dihadapi. Untuk bendungan urugan, dimana daerah galian fondasi dalam kondisi terbuka,

atau bila terjadi overtopping pada cofferdam mengakibatkan kerugian besar atau rusaknya

bangunan-bangunan yang sudah selesai, sangat penting untuk mengurangi resiko banjir

tersebut. Hal tersebut berbeda dengan bendungan beton yang boleh dilewati oleh banjir

dengan tanpa menimbulkan kerusakan yang berarti

Beberapa hal yang perlu dipertimbangkan dalam pemilihan besarnya banjir rencana yang

akan digunakan, adalah :

1) Waktu konstruksi yang diperlukan.

2) Biaya yang ditimbulkan akibat kerusakan bila terjadi banjir.

3) Biaya akibat tertundanya pekerjaan, termasuk biaya akibat idle-nya peralatan berat

yang digunakan.

4) Keselamatan pekerja dan daerah banjir di hilrnya.

Untuk bendungan kecil yang dapat diselesaikan dalam waktu satu musim kering, dapat

mempertimbangkan untuk menggunakan debit banjir tahunan saat musim kering terjadi.

Namun, dengan pertimbangan faktor keamanan, biasanya diambil banjir rencana minimal

5 tahunan.

Perencanaan pengelakan yang baik dapat meminimalkan potensi kerusakan akibat banjir

yang berarti juga meminimalkan biaya yang diakibatkannya. Oleh karena itu, perencanaan

sistim pengelak harus mempertimbangkan hal-hal sebagai berikut :

1) Karekteristik/sifat dari aliran sungai; aliran permukaan pada setiap daerah aliran

sungai, masing-masing mempunyai aliran puncak dan perioda aliran rendah pada

waktu berbeda untuk setiap tahun, kondisi aliran permukaan tersebut akan

mempengaruhi pemilihan/penetuan sistim pengelakan sungai.

2) Debit banjir yang direncanakan; penentuan debit banjir rencana untuk pengelakan

sungai ini, tergantung dari:

- Waktu pelaksanaan konstruksi, untuk mengantisipasi berapa kali terjadi banjir.

- Biaya kerugian akibat banjir selama konstruksi.

Bangunan Pelengkap

6

- Biaya akibat tidak beroperasinya tenaga/peralatan berat dan selama perbaikan

akibat banjir.

- Keselamatan kerja dan kerugian di bagian hilir saat terjadi banjir.

3) Metode/cara pengelakan sungai dan pemilihan metode pengelakan, tergantung dari :

- Besar banjir yang akan dialihkan,

- Karakter fisik dari lokasi (site),

- Tipe/jenis bangunan pengelak yang akan digunakan,

- Kondisi bangunan-bangunan pelengkap lainnya (spillway, outlet, dll),

- Urutan/tahapan pekerjaan konstruksi.

4) Kebutuhan spesifikasinya; di dalam spesifikasi harus dicantumkan tanggung jawab

kontraktor, biasanya spesifikasi tidak menguraikan kapasitas pekerjaan pengelakan

atau detil dari cara pengelakan, namun data-data banjir dan hidrograf adalah menjadi

tanggung jawab pemberi tugas/konsultan pengawas.

2.3 Metoda Pengelakan

2.3.1 Umum

Cara praktis untuk mengalihkan aliran sungai selama konstruksi berlangsung adalah

menggunakan salah satu atau kombinasi dari cara berikut :

a) Terowongan (tunnel) yang digali melalui bukit tumpuan.

b) Konduit yang melalui fondasi bendungan.

Konduit atau terowongan kadang-kadang dibuat cukup besar untuk mengalihkan aliran

sungai. Untuk aliran sungai yang kecil, aliran sungai dapat di-bypass dengan

menggunakan pipa-pipa baja atau beton.

Masalah yang biasa dihadapi adalah bagaimana memenuhi kebutuhan air di bagian hilir,

bila air di bagian hulu dihentikan sama sekali selama konstruksi bendungan berlangsung.

Untuk itu kontraktor harus menyediakan keperluan aliran minimum sepanjang waktu,

misalnya dengan cara memompa atau membuat sifon untuk memenuhi kebutuhan air di

hilirnya selama konstruksi.

Bangunan Pelengkap

7

Biaya dan waktu pelaksanaan konstruksi terowong pengelak, saluran dan gorong-gorong

akan lebih besar untuk sungai yang lebih besar, disamping ditentukan oleh debit rencana,

dimensi terowong dan elevasi muka air sesuai dengan aliran yang dielakkan.

Penghematan yang besar kadang-kadang dapat dicapai dengan mendesain kapasitas

debit yang lebih kecil dan membiarkan terjadi limpasan di atas bendungan pengelak pada

keadaan tertentu. Topografi dan geologi lapangan merupakan faktor dalam pemilihan

bangunan pengelak. Hal tersebut tidak akan sama pada lembah yang sempit dan tebing

miring dengan sungai yang lebar dan datar. Keadaan geologi harus juga dipertimbangkan

dalam desain. Penyelidikan geologi sangat penting, terutama untuk terowong pengelak

dengan tujuan untuk mengetahui kondisi tanah alami dan mencegah tertundanya

pelaksanaan. Ketersediaan bahan setempat yang sesuai (kayu, batuan, lempung, dan

lain-lain) dapat mempengaruhi pemilihan perencanaan yang optimum; misal kisi-kisi kayu

yang diisi batu seringkali paling efektif untuk membuat bendungan pengelak.

Pemilihan tipe bendungan akan tergantung dari metode pengendalian sungai selama

pelaksanaan, misalnya untuk bendungan urugan tanah tidak layak bila bangunan

pengelaknya tidak dapat menghindari limpasan sebelum pekerjaan selesai. Kadang-

kadang lokasi bendungan perlu dipindahkan ke lembah yang lebih lebar untuk memberi

fasilitas dalam pelaksanaan bangunan pengelak, meskipun terdapat tambahan volume

pada bendungan utama. Hal ini penting khususnya pada sungai yang besar, tidak hanya

pada pembangunan bendungan dengan head rendah, tetapi juga bendungan dengan

head yang tinggi, dimana pada bagian lembah yang lebih sempit tidak selalu merupakan

lokasi yang terbaik, jika pembuatan bangunan pengelak terlalu sulit dan mahal.

Kadang-kadang perlu diatur agar batang kayu, atau sampah lainnya dapat melewati

bangunan pengelak dengan tanpa terjadi penyumbatan atau pengurangan kapasitas

pengelak. Sampah tersebut mungkin dialirkan melalui terowong pengelak, tetapi bila

diperkirakan terdapat tumbangan pohon tertentu, perencana harus menjamin bahwa

terowong mempunyai dimensi yang longgar dengan jagaan yang cukup antara permukaan

air bebas dan puncak terowongan, beton dengan lapisan pelindung bila batuan mudah

Bangunan Pelengkap

8

tererosi, bebas dari rintangan pada jalan masuk bagian hulu (tidak ada pemisah), dan

selurus mungkin, dengan lengkungan besar. Balok sekat yang dipasang di hulu mulut

terowong akan menahan beberapa sampah terapung, terutama kayu yang kemudian

dapat diangkut ke hilir lewat darat (kadang-kadang dibuat jalan khusus untuk keperluan

tersebut).

2.3.2 Terowongan

Pada suatu lembah yang sempit, tidak mungkin untuk melakukan penggalian fondasi

bendungan tanpa mengalihkan aliran sungai terlebih dahulu. Untuk kondisi lembah sempit

ini, pengelakan sungai melalui terowongan akan lebih layak dibandingkan saluran konduit.

Terowongan tersebut dapat dibuat pada satu sisi bukit tumpuan atau pada dua bukit

tumpuannya. Terowongan pengelak ini dapat dimanfaatkan dan dikombinasikan sebagai

bangunan pelimpah, sehingga dapat menekan biaya proyek secara keseluruhan (contoh

bendungan Batutegi di Lampung).

Gambar 2.1 Terowongan pengelak disatukan dengan pelimpah, bendungan Batutegi,

Lampung

Pada umumnya penggunaan terowongan dibatasi oleh kondisi lembah yang terdiri dari

batuan dengan tebing yang curam. Keuntungannya adalah bahwa terowongan tidak

mengganggu galian pondasi dan pelaksanaan pembuatan bendungan. Untuk lembah

datar dan pada batuan lunak, konduit atau gorong-gorong di bawah bendungan urugan

Bangunan Pelengkap

9

lebih menguntungkan, tetapi pemgelakan sungai dengan terowong paling sering

digunakan.

Kecuali pada sungai yang lebih kecil, terowongan kembar (misalnya, satu pada setiap

tebing) sering digunakan untuk alasan keamanan dan kemudahan. Pelaksanaan

pembuatan terowongan dan pintu masuk di udik sering merupakan langkah yang kritis.

Selama ukuran terowongan ditentukan terutama oleh debit banjir rencana maksimum dan

tidak berdasarkan debit yang terjadi pada saat itu, maka aliran sungai dapat dipindahkan

segera setelah terowongan pertama selesai. Terowongan lain yang hanya diperlukan

untuk memindahkan debit yang lebih besar, dapat dibuat sedikit lebih tinggi agar

pelaksanaannya tidak menggunakan pintu di hulu yang cukup mahal dan tidak

membutuhkan penundaan waktu yang lama. Program pelaksanaan terowongan dapat

juga diperbaiki dengan membuat bangunan penutup di udik pada saat debit kecil setelah

terowongan dioperasikan.

Terowongan ini harus dilengkapi dengan pengatur aliran sungai. Alat penutup dapat

berupa kayu, beton, atau besi, pintu geser atau stoplogs. Pengaturan aliran sungai untuk

memenuhi kebutuhan daerah hilir, setelah penggenangan waduk, dapat dilakukan dengan

menggunakan pintu geser atau jenis lainnya sampai air waduk mencapai level bangunan

intake.

Gambar 2.2 Terowongan pengelak dan pelimpah bendungan Cirata, Jawa Barat

Bangunan Pelengkap

10

Penutupan permanen terowongan pengelak dapat dilakukan menggunakan beton

penyumbat (concrete plugging) di dalam terowongan. Bila terowongan pengelak

(sementara) ini juga digunakan sebagai terowongan spillway, penyumbat biasanya

diletakkan di bagian hulu dari bagian pertemuan terowongan. Kunci penahan (keyways)

terhadap geser dapat dibuat pada batuan fondasi atau lining terowongan. Untuk perkuatan

dan menjamin kekedapannya, disekeliling penyumbat biasanya digrouting.

Gambar 2.3 Plugging dan grouting penutupan pengelak, bendungan Nipah, Madura 2007

Kecuali pada sungai yang lebih kecil, terowongan kembar (misalnya, satu pada setiap

tebing) sering digunakan untuk alasan keamanan dan kemudahan. Pelaksanaan

pembuatan terowongan dan pintu masuk di udik sering merupakan langkah yang kritis.

Selama ukuran terowongan ditentukan terutama oleh debit banjir rencana maksimum dan

tidak berdasarkan debit yang terjadi pada saat itu, maka aliran sungai dapat dipindahkan

segera setelah terowongan pertama selesai. Terowongan lain yang hanya diperlukan

untuk memindahkan debit yang lebih besar, dapat dibuat sedikit lebih tinggi agar

pelaksanaannya tidak menggunakan pintu di hulu yang cukup mahal dan tidak

membutuhkan penundaan waktu yang lama. Program pelaksanaan terowongan dapat

juga diperbaiki dengan membuat bangunan penutup di udik pada saat debit kecil setelah

terowongan dioperasikan.

Plugging beton

Bangunan Pelengkap

11

Secara sebagian atau keseluruhan terowongan pengelak biasanya dapat digunakan

menjadi bangunan permanen misalnya sebagai bangunan pengeluaran, terowongan

pembangkit tenaga listrik atau pelimpah. Hal ini khususnya pada bendungan urugan tanah

yang desainnya lebih sulit dari pada bendungan beton. Penghematan biaya yang berasal

dari hal di atas mungkin seimbang dengan tambahan harga satuan akibat bentuk yang

lebih rumit atau adanya penambahan waktu pelaksanaan. Apabila diperkirakan

penghematan yang diperoleh hanya terbatas, maka lebih baik pekerjaanpekerjaan

tersebut dilaksanakan sendiri-sendiri. Terowongan kembar akan lebih mudah dialih

fungsikan sebagai bangunan permanen, karena satu terowongan dapat difungsikan

sebagai bangunan permanen sedang lainnya tetap digunakan untuk mengelakkan aliran

pada saat debit rendah. Gorong-gorong beton dapat juga digunakan sebagai bangunan

permanen untuk pelimpah, pengeluaran, dan lain-lain.

2.3.3 Konduit

Terowongan adalah cocok diterapkan pada kondisi lapisan fondasi bendungan yang

cukup bagus, sedangkan konduit atau gorong-gorong cocok diterapkan pada pondasi

batuan yang lebih jelek dan pada lembah yang cukup lebar, sehingga mungkin biaya

konstruksinya akan lebih tinggi. Konduit beton sepanjang kira-kira 200 m diperkirakan

memerlukan beton bertulang minimum 20 m³ untuk setiap debit 1 m³/det. Pelaksanaan

galian pondasi mungkin dapat terganggu, dan mungkin juga ada masalah pada bidang

kontak antara beton dengan zona inti urugan: Konduit dibangun di daerah kering di bagian

hilir bendungan pengelak dan bila sudah siap, aliran sungai dialihkan melalui konduit dan

sistim penutupan dapat dilakukan seperti penutupan pada terowongan.

Bangunan Pelengkap

12

Gambar 2.4 Pengelakan sungai menggunakan konduit, bendungan Benel, Bali

Bila kebutuhan pengelakan lebih besar dari kapasitas bangunan outlet yang sudah jadi,

peningkatan kapasitas dapat dilakukan dengan melakukan penundaan terhadap

pemasangan-pemasangan pintu, katup, pipa atau saringan sampah (trashrack) sampai

kebutuhan tersebut selesai. Peningkatan kapasatas juga dapat dilakukan dengan

meninggikan bendungan pengelak (cofferdam). Biasanya, dengan pertimbangan

ekonomis, dilakukan optimalisasi terhadap diameter bukaan (ukuran konduit atau

terowongan) dengan tinggi bendungan pengelak (cofferdam).

2.3.4 Bendungan Pengelak

Bendungan pengelak (cofferdam) adalah bersifat sementara yang digunakan untuk

mengalihkan aliran sungai atau menutup suatu daerah tertentu selama konstruksi

bendungan dilakukan. Tinggi bendungan pengelak ini harus didesain bersama-sama

dengan ukuran bukaan terowongan/konduit, sehinga tercapai kondisi ang optimum,

ditinjau dari keamanan dan ekonominya. Studi optimalisasi ini mencangkup studi tinggi

bendungan pengelak terhadap kapasitas aliran sungai yang melalui terowongan/konduit,

termasuk penelusuran banjir (flood routing) dari debit banjir yang didesain. Bila bangunan

outlet telah ditentukan menggunakan ukuran bukaan yang besar, maka bendungan

pengelak akan menjadi lebih rendah. Perlu diingat bahwa air banjir yang terakumulasi di

belakang bendungan pengelak harus segera dikeluarkan pada waktunya untuk

mengakomodasi terjadinya banjir. Bendungan pengelak harus didesain dengan

mempertimbangkan terhadap pengaruh penggalian dan pengeringan (dewatering) serta

Bangunan Pelengkap

13

stabilitasnya. Biasanya, bendungan pengelak tersebut dikonstruksi dengan menggunakan

material-material yang ada di lokasi. Jenis yang biasa digunakan adalah timbunan tanah

dan timbunan batu yang dilengkapi dengan lapisan kedap air. Desain bendungan

pengelak ini juga mengikuti kriteria dan asumsi yang digunakan untuk bendungan

permanen. Dengan pertimbangan ekonomi, bendungan pengelak tersebut didesain dan

dikonstruksi seperti bendungan permanen dimana bendungan pengelak ini nantinya juga

menyatu dengan bendungan permanennya.

Gambar 2.5 Bendungan pengelak disatukan dengan bendungan utama, Nipah, Madura

Terowongan kembar akan lebih mudah dialih fungsikan sebagai bangunan permanen,

karena satu terowongan dapat difungsikan sebagai bangunan permanen sedang lainnya

tetap digunakan untuk mengelakkan aliran pada saat debit rendah.

Gorong-gorong/konduit beton dapat juga digunakan sebagai bangunan permanen untuk

pelimpah, pengeluaran, dan lain-lain.

2.4 Desain Hidraulis Pengelak

Terowongan dan konduit dapat direncanakan sebagai aliran tertekan/tertutup atau aliran

terbuka. Pada aliran terbuka, terowongan dan konduit tidak boleh dialiri lebih dari 70%

luas penampang untuk debit banjir rencana, atau 80% bila banjir rencana terjadi pada

waktu yang sangat singkat. Akan tetapi, dimensinya akan jauh berbeda dari ukuran

optimum secara teoritis bila digunakan penutup standar atau pintu. Dimensi dapat juga

dipengaruhi oleh pertimbangan lain, misalnya pepohonan yang mengambang, sampah,

atau ikan. Ruangan bebas di atas aliran dan lubang angin harus disediakan.

Bangunan Pelengkap

14

Terowongan dan konduit dapat juga direncanakan untuk aliran super kritis, tetapi

kedalamannya tidak boleh mendekati kedalaman kritis untuk mencegah terjadinya pukulan

gelombang pada langit-langit dan menimbulkan gelombang tekanan. Loncatan air harus

direncanakan agar terjadi di hilir mulut terowongan atau konduit.

Permasalahan fluktuasi tekanan karena adanya aliran sementara harus dicermati.

Perencana harus yakin bahwa perubahan dari aliran terbuka ke aliran tertekan berjalan

dengan transisi yang mulus. Bentuk pusaran pada terowong atau mulut gorong-gorong

harus diperhatikan dan dikendalikan bila perlu. Hal ini biasanya tidak begitu masalah pada

bangunan pengelak sementara

Perlu adanya informasi periode ulang banjir untuk desain bangunan pengelak, demikian

juga untuk desain pelimpah dan bagian lain dari bangunan permanen, meskipun tidak

harus teliti pada tahap ini.

Banjir pada periode ulang yang berbeda dapat ditentukan dengan beberapa cara, menurut

SNI 03-2415-1991, SNI 03-3412-1994 atau pedoman-pedoman lainnya.

Apabila daerah pengaliran sungainya mempunyai pola curah hujan dan pola aliran sungai

yang sejenis, estimasi puncak aliran dari pengukuran satu stasiun sering dapat digunakan

untuk mengestimasi aliran pada titik lain, dengan akurasi yang cukup. Koefisien korelasi

antara puncak aliran QA pada titik A dan puncak aliran QB pada titik B dengan kedua titik

tersebut terletak pada daerah pengaliran sungai (DPS) yang sejenis, dapat digunakan

perbandingan dari luas daerah aliran sungai secara berturutan :

n

B

A

B

A

S

S

Q

Q

dengan :

SA adalah luas DPS untuk titik A

SB adalah luas DPS untuk titik B

n adalah konstanta yang tergantung dari DPS dan sering diambil n = 0,5

Bangunan Pelengkap

15

Masih banyak rumus lain mengenai hubungan antara aliran dan DPS dan pemilihan

distribusi frekuensi yang paling sesuai untuk harga ekstrim yang diuraikan pada buku-buku

hidrologi. Pemilihan distribusi frekuensi pada akhirnya didasarkan pada pengalaman ahli

hidrologi.

Banjir biasanya berkaitan dengan musim dan besarnya kerusakan akibat banjir tergantung

dari tingkat penyelesaian pekerjaan tersebut dan ke dua faktor tersebut harus

dipertimbangkan. Ketika daerah kerja dilindungi oleh penggenangan dan/atau pengelakan

banjir, bentuk hidrograf banjir dan volume air masuk merupakan faktor yang penting.

Metode perhitungan dan penggambaran hidrograf banjir, penetapan distribusi frekuensi

banjir dan penentuan banjir rencana diuraikan dalam beberapa buku panduan. Dewasa ini

umum digunakan hidrograf standar yang dapat menghasilkan satu set hidrograf untuk

suatu periode ulang tertentu pada lokasi kerja. Metode ini menghasilkan hubungan antara

banjir, volume dan frekuensinya.

Pendekatan lain yaitu dengan menggunakan konsep kemungkinan banjir maksimum atau

harga ekstrim lainnya. Biasanya dimungkinkan untuk membuat tingkat akurasi yang cukup,

hubungan antara harga ekstrim, debit banjir 100 tahunan dan debit banjir pada periode

ulang lainnya, misal banjir sepuluh tahunan.

2.5 Kapasitas pengelak

Periode ulang banjir untuk mendesain bangunan pengelak atau besar resiko yang dapat

ditoleransi misal, banjir 10 tahunan, 20 tahunan dan lain-lain dapat ditetapkan

berdasarkan analisis hidrologi. Tetapi dalam memilih periode ulang perlu diingat bahwa

probabilitas suatu kejadian dengan suatu periode ulang T tahun, terjadi paling sedikit

sekali dalam T tahun adalah mendekati 0,64.

Resiko R dari banjir periode ulang T tahun, akan terlampaui paling sedikit sekali dalam L

tahun, selama bendungan beroperasi.

L

TR

111

.............................................................................................(1)

Bangunan Pelengkap

16

atau dapat didekati dengan hubungan (berlaku untuk T > 10 dan R < 50%) :

LT

LR

5,0

................................................................................................ (2)

Sebagai contoh, apabila bangunan pengelak didesain agar beroperasi lebih dari periode

pelaksanaan 3 tahun dan bendungan pengelak dibuat untuk menahan banjir 10 tahunan,

presentase resiko dari kegagalan selama periode pelaksanaan adalah:

R ≈ 35,010

3

x = 0,26 atau 26 %

Dengan demikian maka resiko kegagalan yang diperbolehkan adalah 5%, kemudian alur

pengelak harus didesain untuk banjir dengan periode ulang 60 tahun. Perencanaan

kapasitas desain dari bangunan pengelak dapat dilakukan dengan melakukan optimasi

dengan mempertimbangkan keamanan. Optimasi bertujuan dalam meminimumkan biaya

pelaksanaan dari bangunan pengelak. Kerugian yang dihasilkan dari desain yang terlalu

rendah, tidak hanya pada lapangan pekerjaan itu sendiri, tetapi juga untuk kepemilikan di

hilir bila terjadi kegagalan mendadak, atau di hulu karena adanya rintangan oleh pekerjaan

pengelak.

Bangunan Pelengkap

17

Keterangan gambar: A. Resiko terlampaui (%) B. Jaminan tidak terlampaui (%)

Gambar 2.6 Contoh resiko sebagai fungsi umur pemakaian pengelak dan periode ulang banjir rencana

Biaya bangunan pengelak yang didesain untuk mengendalikan puncak banjir yang

berbeda dinyatakan sebagai biaya tahunan dalam pengeplotan kurva biaya pelaksanaan.

Biaya dari seluruh kerusakan sebagai akibat dari kapasitas bangunan pengelak yang tidak

cukup untuk setiap ukuran yang berbeda harus diestimasikan, dikalikan dengan

probabilitas kejadian pada tahun mana saja, dan diplot terhadap debit banjir yang sesuai

untuk menggambar kurva kerugian. Biaya pelaksanaan dan kerugian dijumlahkan untuk

memperoleh kurva biaya total. Titik yang terendah pada kurva biaya adalah merupakan

total kapasitas ekonomis yang optimum pada bangunan pengelak yang berhubungan

dengan kinerja tertentu.

Proses ini merupakan dasar estimasi dimensi dari bangunan pengelak, tetapi resiko

kehidupan manusia dan tipe kerusakan lain merupakan hal yang sulit. Estimasi yang

Bangunan Pelengkap

18

realistis dari puncak banjir yang menyebabkan kerusakan juga sulit dilakukan. Bahkan

biaya pelaksanaan bangunan yang diperlukan untuk pengendali banjir mungkin juga sulit

untuk dievaluasi. Namun demikian, dimungkinkan untuk menentukan batas atas dan

bawah dari beberapa kurva dengan tingkat akurasi yang dapat diterima.

Dengan bendungan beton, banjir pada daerah kerja tidak menyebabkan pekerjaan

tersebut harus ditinggalkan, sehingga terowongan pengelak dapat didesain untuk banjir

dengan periode ulang yang tinggi, misalnya banjir 10 tahunan

Untuk bendungan urugan tanah, kondisinya adalah berbeda sama sekali, karena dapat

hancur total bila terjadi pelimpasan. Untuk bendungan besar, yang dibangun dalam

beberapa tahun, periode ulang 50 tahunan atau lebih mungkin digunakan dalam desain

bendungan pengelak. Kecenderungannya jelas bahwa bendungan harus dibuat lebih

cepat, dari pada harus membayar asuransi yang lebih tinggi, karena saat ini dimungkinkan

untuk melakukan urugan lebih cepat. Kewaspadaan dilakukan pada waktu awal

pelaksanaan di musim kemarau atau bangunan pengelak hulu mampu menahan

genangan banjir hingga pelaksanaan bendungan utama mencapai ketinggian, sedemikian

rupa, sehingga mampu mengendalikan air sungai, dengan kecenderungan membuat

bendungan pengelak yang lebih tinggi bila secara ekonomis masih memungkinkan.

Bendungan urugan batu menjadi pilihan alternatif lain dalam hal kemampuan untuk

dilimpasi air selama pelaksanaan, sehingga mencapai debit per satuan lebar tertentu.

2.6 Penutupan Bangunan Pengelak

Penutupan akhir bangunan pengelak merupakan tahapan penting di dalam program

konstruksi dan harus direncanakan secara hati-hati. Sebelumnya, semua pendataan

terhadap lahan yang ada di daerah genangan waduk harus sudah dibebaskan.

Penutupan sungai boleh dilakukan dengan memperhatikan syarat-syarat spesifikasi

debit sungai dan setelah memperoleh kepastian hasil kajian hidrologi dengan

menggunakan periode air rendah yang paling menguntungkan.

Bangunan Pelengkap

19

Pengoperasian akan menjadi rumit dan sulit karena masalah-masalah jalan masuk.

Untuk itu, perencana harus dapat menetapkan kesulitan-kesulitan yang akan timbul

misalnya : balok-balok kayu yang terapung, benda-benda lain yang menghambat

pelaksanaan pekerjaan. Pengoperasian akan lebih mudah. bila ada dua terowongan

pengelak, karena jika salah satu tetap dibuka sementara lainnya dapat ditutup.

Penutupan saluran pengelak dengan metode-metode fisik mencakup dinding baja dan

beton, balok-balok kayu besar atau bola-bola beton, dua deret stoplog beton dengan

beton curah diselanya, stoplog beton setengah lingkaran yang dijatuhkan di depan

pintu di hulu, dan panel saringan di bagian depan urugan batu yang dituangkan,

kemudian diikuti penempatan batu-batu yang lebih kecil, pasir dan lempung.

Segera setelah material tersebut berada ditempatnya, isian beton permanen dapat

dicurahkan dan kadang-kadang pintu kontrol dibongkar untuk digunakan di tempat lain.

Seperti yang sudah diterangkan, beberapa konduit pengelak dapat diubah menjadi

saluran permanen sesudah penutupan. Dalam hal ini, konduit harus memiliki pintu

yang dapat digunakan untuk penutupan akhir, sehingga dapat mengurangi pembiayaan

dan mempermudah pekerjaan. Beberapa hal khusus yang harus diperhatikan adalah :

jika suatu turap baja atau beton dipasang untuk menutup bagian bangunan pengelak,

harus betul-betul aman terhadap kemungkinan terangkat sebelum sumbat permanen

dicurahkan. Berikutnya, bagian-bagian tetap pada pintu dan lain-lainnya, yang

tertanam dalam beton biasanya terbuka karena aliran turbulen selama beberapa tahun

dan dapat mengalami kerusakan sebelum penutupan. Lobang-lobang tersebut dapat

terblokir dengan potongan sisa beton atau baja atau reruntuhan yang hanyutk di

sungai. Untuk alasan tersebut, dengan hati-hati diberikan alternatif darurat seperti

saringan logam yang di depannya urugan batu dapat dicurahkan agar tidak hanyut,

dan disusul material yang semakin lama semakin halus. Karena biasanya penutupan

dilakukan pada air yang mengalir, balok-balok stoplog atau jenis-jenis lainnya harus di

desain dengan memperhitungkan adanya gaya angkat hidrodinamis. Untuk proyek -

proyek besar disarankan melakukan pengujian dengan model fisik di laboratorium

hidraulis.

Bangunan Pelengkap

20

Setelah penutupan, elevasi muka air akan naik dengan cepat, sehingga balok stoplog

dan lain-lainnya harus didesain agar dapat dapat menahan tinggi tekanan air pada

elevasi waduk saat penuh sebelum pekerjaan penutupan permanen selesai dikerjakan.

Kebutuhan air di hilir juga harus diperhitungkan, sehingga selama pekerjaan

penutupan dilakukan, pelepasan aliran harus diatur sedemikian rupa, sampai saatnya

bangunan permanen mampu menerima debit aliran.

III. BANGUNAN PELIMPAH

3.1 Umum

Fungsi utama dari bangunan pelimpah (spillway) adalah membuang kelebihan air waduk,

sehingga air tidak melimpas puncak bendungan (overtopping) yang dapat membahayakan

bendungan, terutama bendungan tipe urugan tanah. Bila pelimpah tersebut dilengkapi

dengan pintu untuk mengendalikan aliran banjir, disebut sebagai pelimpah berpintu (gated

spillway). Bila tidak dan aliran cukup dikendalikan oleh mercu pelimpah, disebut sebagai

pelimpah tidak berpintu (ungated spillway). Kapasitas pelimpah tersebut harus didesain

menggunakan banjir dengan kala ulang tertentu, sesuai dengan NSPM (Misalnya, untuk

bendungan dengan tinggi > 40 m dan di hilirnya mempunyai resiko tinggi, kapasitas

pelimpah didesain dengan PMF). Bangunan pelimpah tersebut juga dapat didesain dan

dikombinasikan dengan bangunan pengeluaran.

Berdasarkan data statistik, banyak bendungan tipe urugan tanah yang runtuh akibat

kurangnya kapasitas pelimpah, dengan kata lain pelimpah tidak didesain dengan benar.

Bebarapa hal yang perlu dipertimbangkan dalam mendesain bangunan pelimpah tersebut,

adalah :

a) Debit inflow, frekuensi dan bentuk hidrografnya.

b) Tinggi mercu pelimpah yang direncanakan.

c) Kapasitas waduk pada beberapa variasi permukaan.

d) Kondisi geologi dan kondisi lapangan lainnya.

e) Lokasi berupa lereng yang terjal/curam.

f) Bekas galian yang dapat dimanfaatkan sebagai material timbunan.

Bangunan Pelengkap

21

g) Daya dukung, stabilitas lereng, rembesan/uplift, dll.

Kondisi daerah hilir saat pelepasan air banjir juga perlu mendapatkan perhatian khusus,

terutama bila cukup padat populasinya (resiko sangat tingi). Batang pohon, sampah,

material sedimen juga perlu dipertimbangkan dalam mendesain bangunan pelimpah

tersebut.

Bangunan pelimpah dapat dibangun menjadi bagian dari bendungan atau terpisah.

Pelimpah dari beton mungkin dapat dibangun pada alur sungai, bila fondasinya berupa

batuan yang cukup keras. Untuk pelimpah yang dibangun pada timbunan tanah, perlu

perhatian khusus terhadap bagian transisi (bidang kontak) antara timbunan tanah dengan

dinding beton, karena bagian ini merupakan bagian terlemah untuk dilewati air. Bila

kondisi topografi memungkinkan, bangunan pelimpah dapat dibangun terpisah dari

bendungan utama, untuk menghindari pengaruh rembesan melalui bidang kontak.

Bagian utama dari pelimpah, adalah :

a) Saluran depan/masuk, untuk mengalirkan dan mengontrol air dari waduk.

b) Konduit/saluran untuk mengalirkan aliran air waduk dari bangunan/saluran depan ke

bagian level muka air rendah bagian hilirnya.

c) Bangunan pengeluar untuk meredam energi aliran air yang cepat dan mengalirkannya

ke saluran balik.

Bangunan Pelengkap

22

Gambar 3.1 Pelimpah yang dibangun menyatu dengan bangunan pengeluaran

3.2 Jenis-Jenis Pelimpah

Beberapa jenis bangunan pelimpah, adalah :

1) Ogee (berpintu atau tidak berpintu)

2) Ambang jatuh bebas (free overfall)

3) Syfon

4) Shaft atau morning glory

5) Side channel

6) Terowongan

3.2.1 Ogee (overflow spillway)

Pelimpah jenis ini adalah berupa ambang berbentuk menyerupai huruf S atau ogee.

Bentuk ogee tersebut dapat dilengkapi dengan aerasi di bagian bawah “nappe” dan jatuh

dari ambang yang tajam. Kurva bagian atas pada puncak dapat dibuat lebih lebar atau

lebih tajam dibandingkan nappe-nya. Kurva yang lebih lebar akan menyangga aliran dan

tekanan hidrostatik akan terjadi di sepanjang permukaan kontak. Penyangga tersebut

akan menimbulkan pengaruh aliran balik dan mengurangi koefisien debit aliran.

Sedangkan ambang yang lebih tajam akan menimbulkan tekanan negatif yang dapat

meningkatkan/bertambahnya head dan debit aliran.

Bangunan Pelengkap

23

Gambar 3.2 Pelimpah jenis ogee

3.2.2 Ambang Jatuh Bebas (Free Overfall)

Pada pelimpah jenis ini, aliran air akan jatuh bebas dari mercu pelimpah. Pelimpah jenis

ini cocok untuk bendungan beton yang rendah. Kadang-kadang puncak pelimpah

diperpanjang dalam bentuk “bibir” yang mengantung sebagai tempat aliran supaya jatuh

cukup jauh dari kaki bendungan. Bagian bawah nappe dilengkapi dengan aerasi/ventilasi

untuk mencegah terjadinya pusaran air. Kondisi geologi saluran di bawah mercu untuk

pelimpah jenis ini harus bener-benar keras, supaya tidak mudah tergerus air.

Gambar 3.3 Freeoverfall spillway

Disamping “ogee”, bangunan-bangunan pelimpah yang masih termasuk drop spillway,

adalah :

- straight drop spillway

- box inlet spillway

- labyrinth spillway

Bangunan Pelengkap

24

Gambar 3.4 Beberapa jenis drop spillways

3.2.3 Siphon Spillway

Pelimpah jenis ini adalah merupakan konduit sistim tertutup berbentuk tabung U terbalik.

Debit aliran awal adalah sama seperti pada ambang bebas (weir), tetapi bila udara yang

terdapat di belokan melalui mercu ditarik oleh aliran air, maka terjadi aksi/tarikan sifon

dan aliran berlangsung secara menerus, akibat pengaruh sifon yang menarik aliran air dari

intake.

Bangunan Pelengkap

25

Gambar 3.5 Pelimpah jenis sifon

3.2.4 Drop Inlet/ Glory Hole

Pada pelimpah jenis ini, aliran air masuk melalui suatu ambang berbentuk lingkaran dan

jatuh melalui lubang (shaft) vertikal atau miring, kemudian mengalir ke hilir melalui

terowongan atau konduit. Pelimpah jenis ini cocok untuk bendungan yang terletak pada

lembah yang sempit. Keuntungan lainnya adalah kapasitas maksimum dapat dicapai pada

head yang relatif rendah. Oleh karena itu, pelimpah jenis ini adalah ideal untuk aliran

maksimum yang harus dibatasi.

Gambar 3.6 Drop inlet spillway

Bangunan Pelengkap

26

3.2.5 Pelimpah Samping

Ambang pengendali/pengontrol diletakkan di sepanjang sisi dan hampir sejajar dengan

bagian atas dari saluran pelepas aliran. Aliran air melimpasi ambang samping dan

mengalir ke saluran yang sempit di belakang ambang serta mengalir ke saluran balik

untuk kembali ke sungai. Karakteristik aliran adalah sama dengan aliran melalui ambang

bebas, kecuali pada debit aliran tinggi yang mungkin merendam sebagian puncak

pelimpah. Pelimpah jenis ini mempunyai keuntungan lain, yakni :

- Mempunyai saluran yang sempit, akibat terjalnya lereng tumpuan.

- Ambang pelimpah dapat didesain cukup panjang untuk mengakomodasi debit banjir

desain.

Gambar 3.7 Bangunan pelimpah samping (side spillway)

3.2.6 Tunnel/Conduit Spillway

Air waduk dialirkan memalui saluran tertutup yang disebut sebagai tunnel/conduit spillway.

Saluran tertutup tersebut dapat berupa shaft yang vertikal atau miring atau horisontal yang

melalui formasi tanah atau batuan. Sebagai bangunan/ambang pengendali dapat berupa

hampir semua jenis ambang pelimpah dengan bukaan (orify) vertikal atau miring, lubang

glory atau saluran samping, dan lain-lain. Terowongan biasanya didesain untuk aliran

sebagian penuh, kecuali untuk lubang glory. Tipe ini biasanya dilengkapi dengan aerasi.

Pelimpah jenis ini cocok untuk bendungan yang terletak pada lembah yang sempit.

Bangunan Pelengkap

27

Bila saluran tertutup dibangun di bawah bendungan, bangunan tersebut disebut sebagai

conduit spillway. Jenis pelimpah ini biasanya cocok untuk bendungan pada lokasi di

lembah yang lebar, dimana konduit pengelak dibuat di dekat aliran sungai.

Gambar 3.8 Pelimpah terowongan (Tunnel spillway)

3.2.7 Pelimpah Darurat dan Pelimpah Layanan

Apabila diperlukan, penambahan bangunan pelimpah darurat (emergency spillway) untuk

menambah kapasitas bangunan pelimpah layanan (service spillway) akan mengurangi

biaya konstruksi serta menambah faktor keamanan terhadap pelimpasan puncak

(overtopping) tanpa mengurangi efesiensi operasi normal waduk.

Gambar 3.9 Pelimpah utama dan tambahan

Bangunan Pelengkap

28

Bila topografinya memungkinkan dapat dibuat pelimpah darurat untuk mengeluarkan air

waduk pada kondisi darurat. Pelimpah darurat ini dapat berupa timbunan tanah yang pada

elevasi tertentu dibuat dengan timbunan dari pasir kasar dan kerikil yang dibuat mudah

tergerus oleh air. Elevasi bagian timbunan yang mudah tergerus lebih tinggi sedikit

dibandingkan dengan elevasi mercu pelimpah utama. Pelimpah darurat ini disebut

sebagai ”fuseplug dyke” (Contoh pada bendungan PLTA Soedirman, Jawa Tengah).

Gambar 3.10 Pelimpah darurat jenis fuseplug dyke

3.3 Desain Hidraulis Pelimpah

3.3.1 Bentuk Mercu

Pada umumnya ada 3 bentuk mercu pelimpah yang sering digunakan, yakni :

- Tipe I, tipe ini cocok untuk pelimpah ogee yang mempunyai beda tinggi tekanan yang

rendah (low head).

Bangunan Pelengkap

29

- Tipe II, tipe yang paling banyak digunakan. Permukaan pelimpah bagian hulu/depan

berbentuk vertikal dan melengkung ke atas sampai mercu dan setelah itu akan

membentuk lereng, seperti gambar di bawah.

- Tipe III, permukaan pelimpah bagian depan berbentuk vertikal dan membesar pada

bagian mercu yang menggantung(overhang). Pembesaran tersebut sebesar minimal

1/3 tinggi tekanan dan menyambung dengan permukaan hulu dengan sudut 30º

terhadap vertikal.

Gambar 3.11 Pelimpah Tipe I (kiri) dan Tipe II (kanan)

Gambar 3.12 Pelimpah Tipe III, mercu menggantung (overhang)

Selain tipe-tipe di atas, di bawah adalah penampang pelimpah dari U.S Army Corps of

Engineers untuk memperoleh koordinat (x,y) untuk penampang bagian hilir, menurut

rumus :

X1.85 = 2 Hd0.85 y .................................................................................... (1)

Dimana :

Hd = tinggi tekanan desain di atas mercu.

Titik pusat (0,0) dari sistim koordinat ada di mercu pelimpah, seperti gambar di bawah.

Bangunan Pelengkap

30

Gambar 3.13 Penampang pelimpah, U.S Army Corps of Engineers

Aliran melalui ambang (mercu bendungan) berbentuk “ogee” dapat dinyatakan dengan

rumus :

Q = C L H3/2 ………………………………………………………………………. (3)

Dimana :

Q = debit aliran (m3/s)

C = koefisien pelimpah

L = lebar bersih pelimpah (m)

H =tinggi tekanan air di atas ambang (m).

Koefisien pelimpah (C) akan berubah nilainya, tergantung tinggi tekanan (H) dan tinggi

ambang (P), namun dalam desain nilai C dapat dianggap tetap, yakni 2,0 (dalam satuan

metrik), dimana R = radius hidraulis (m).

…………..(2)

Bangunan Pelengkap

31

3.3.2 Kriteria Desain Tinggi Tekanan melalui Pelimpah

Untuk pelimpah dengan tinggi tekanan (head) sedang, tekanan negatif sebesar - 1,5 m

tinggi air masih diijinkan. Bila diambil 1.33 kali Hd, maka nilai tekanan negatif adalah

sekitar 0,6 Hd. Pada bukaan sebagian, tekanan negatif dapat berkisar sekitar 4,8 m tinggi

air, dimana tekanan negatif yang diijinkan biasanya sekitar 3 m. Secara teoritis, koefisien

aliran dengan mengabaikan gesekan adalah sebesar 2,96, tetapi pada prakteknya sulit

dicapai di lapangan. Secara praktis koefisien aliran yang digunakan tanpa mengijinkan

adanya tekanan subatmosfir adalah sebesar 2,21.

Beberapa faktor yang mempengaruhi koefisien aliran, diantaranya adalah :

- Kondisi penampang bagian atas, bila desainnya memadai koefisen 2,76 dapat dicapai.

- Kemiringan bagian hilir (glacis).

- Pengaruh kedalaman dari saluran depan.

- Tinggi tekanan yang berbeda dari tinggi desain.

- Kemiringan bagian hulu.

- Pengaruh apron hilir dan kondisi terendam tidaknya bagian hilir.

Gambar 3.14 Bagian mercu yang mengalami tekanan subatmosfir

3.3.3 Desain Puncak Pier dan Tumpuan

Bila puncak pier dan tumpuan berbentuk tertentu, hal tersebut akan menyebabkan

terjadinya kontraksi aliran air. Panjang efektif akan lebih kecil dari panjang bersih (netto)

puncak. Pengaruh kontraksi dapat diperhitungkan seperti rumus di bawah.

Bangunan Pelengkap

32

L’ = L – 2 (NKp + Ka) Hd ....................................................................................... (2)

Dimana :

L’ = panjang efektif puncak pier,

L = panjang puncak

N = banyak pier,

Kp = Koefisien kontrasi pier,

Ka = koefisien kontraksi tumpuan,

Hd = Total head pada puncak termasuk head akibat kecepatan aliran air.

Koefisien yang tergantung dari bentuk pier, adalah :

- Untuk bentuk pier yang bujur sangkar, Kp = 0,02

- Untuk pier berbentuk membundar, Kp = 0,01

- Untuk pier yang runcing, Kp = 0,01

Sedangkan untuk berbagai bentuk tumpuan :

- Tumpuan berbentuk persegi panjang, Ka = 0,20

- Tumpuan berbentuk membundar, Ka = 0,10

3.3.4 Saluran Luncur (chute)

Kemiringan saluran pada awalnya harus dipilih lebih kritis, sehingga saluran tidak

mempengaruhi karakteristik aliran dari mercu. Aliran yang masuk ke dalam saluran luncur

adalah pada kondisi superkritis. Untuk mencegah formasi loncatan air di bawah mercu,

aliran yang mengalir di dalam saluran luncur harus dijaga tetap pada kondisi superkritis di

sepanjang saluran. Aliran di dalam saluran dapat seragam atau dipercepat atau

diperlambat, tergantung dari kemiringan dan dimensi saluran. Aliran di sebarang titik di

sepanjang saluran akan tergantung pada specific energy (d x hd). Energi ini adalah sama

dengan beda tinggi tekanan (head drop) dari level air hulu ke lantai saluran hilir dikurangi

kehilangan tinggi tekanan (headloss).

Bangunan Pelengkap

33

Gambar 3.15 Kolam olak (stilling basin)

Bangunan Pelengkap

34

3.3.5 Kolam Peredan Energy

Kolam peredam energi biasanya dibangun dihilir saluran luncur untuk meredam energi

dari aliran air dari saluran.

............….……………………………………………………..(3)

............….……………………………………………….(4)

............….…………………………… (5)

Bangunan Pelengkap

35

Bentuk dan karakteristik loncatan aliran air adalah sesuai dengan faktor aliran kinetik,

debit aliran, kedalaman kritis aliran dan angka Froude, F = (v)/(gd)1/2. Dibawah adalah

sketsa berbagai karakteristik aliran loncatan hidraulis sehubungan dengan angka Froude.

Gambar 3.16 Karakteristik loncatan hidraulis sehubungan dengan angka Froude (F)

............….………………………………………… (6)

Bangunan Pelengkap

36

Tinggi tekanan air buri (tail water) minimum dan panjang loncatan hidraulis yang

diperlukan dapat diperoleh dari gambar-gambar di bawah.

...........(7)

..........................................(8)

......................................(9)

Bangunan Pelengkap

37

Gambar 3.17 Kolam olak Type IV, untuk angka Froude antara 2,5 – 4,5

Bangunan Pelengkap

38

Gambar 3.18 Kolam olak Type III, untuk angka Froude di atas 4,5 dengan kecepatan

antara 15 – 18 m/s

Bangunan Pelengkap

39

Gambar 3.19 Kolam olak Type III, untuk angka Froude di atas 4,5

Bangunan Pelengkap

40

Gambar 3.20 Kolam olak tipe ’flip bucket”

3.3.6 Drop Inlet (Shaft or Morning Glory) Spillway

Karakteristik aliran air yang masuk ke daam mulut pemasaukan (inlet), adalah :

1) Aliran terbuka, muka air masih rendah dan aliran dikontrol oleh ambang.

2) Aliran terbuka, muka air meningkat, tetapi konduit masih sebagian terbuka, kondisi ini

seperti pada pipa atau orifice.

3) Aliran tertutup, muka air meningkat, konduit dalam kondisi tertekan.

Karakteristik aliran pada pelimpah jenis ini sangat bervariasi, tergantung dari ukuran

elemen-elemennya. Dengan merubah diameter ambang/mercu akan merubah aliran

(kurva a-b), seperti gambar di bawah.

Debit aliran saat muka air masih rendah (small head) masih mengikuti rumus (3), dimana

H adalah tinggi tekanan yang diukur ke puncak nappe aliran yang melimpas, ke spring

point dari mercu ambang berbentuk lingkaran atau ke titik lain dari limpasan air yang telah

terbentuk. Sedangkan L adalah panjang mercu ambang berbentuk lingkaran dan koefisien

aliran C tergantung dari H0/Rs Rumus (3) juga dapat ditulis sebagai berikut :

Q = C0 (2πRs)H03/2 ......................................................................................... (10)

Bangunan Pelengkap

41

Gambar 3.21 Karakteristi aliran pada morning glory spillway

Bangunan Pelengkap

42

Gambar 3.22 Elemen bentuk nappe untuk ambang bulat

3.3.7 Culvert Spillway

Gorong-gorong (culvert) tersebut dapat berupa pipa atau persegi empat. Faktor-faktor

yang mempengaruhi sifat aliran antara lain adalah kemiringan dasar, ukuran, bentuk,

panjang dan kekasaran dari culvert serta geometri inlet dan outletnya. Lokasi dari pintu

pengatur akan mementukan sifat aliran, apakah aliran bersifat terbuka atau aliran tertekan.

Kurva pada gambar tersebut juga menunjukkan hubungan antara tinggi tekanan terhadap

diameter (H/D) dengan debit aliran terhadap diameter (Q/D5/2) yang tergantung juga dari

bentuk mulut pemasukan (tajam atau membundar.

Untuk desain hidraulis rinci mengenai pelimpah jenis ini, dapat merujuk Design of Small

Dam, USBR 1976, hal. 430 – 437).

Bangunan Pelengkap

43

Gambar 3.23 Kurva debit-tinggi tekanan untuk culvert

IV. BANGUNAN PENGELUARAN

4.1 Umum

Bangunan pengeluaran (outlet works) adalah suatu bangunan untuk melepaskan air dari

waduk pada kondisi muka air waduk normal. Bangunan pengeluaran tersebut juga dapat

diletakkan di dekat dasar waduk, untuk mengeluarkan air waduk pada kondisi darurat

(bottom outlet). Pada umumnya, suatu konduit tertekan/tertutup yang membawa air

melalui bendungan dianggap sebagai bangunan pengeluaran (outlet works) dibandingkan

pelimpah (spillway). Namun konduit pengeluaran ini kadang-kadang juga dapat digabung

dengan bangunan pelimpah.

Bangunan pengeluaran juga dapat diklasifikasikan sesuai dengan konfigurasinya sebagai

pembawa air, bangunan pengeluaran ini dapat berupa :

- Konduit melalui bendungan beton

- Konduit melalui bendungan urugan tanah

- Pipa atau penstock

Bangunan Pelengkap

44

- Konduit di dalam suatu terowongan yang digali di luar bendungan

Di bawah adalah penyebab utama terhadap kegagalan fungsi pelimpah dan bangunan

pengeluaran, yakni :

1) Kapasitas tidak cukup ; penyebab utama runtuhnya bendungan urugan tanah adalah

limpasnya air melalui puncak bendungan (overtopping), akibat tidak cukunya kapasitas

bangunan pelimpah dan bangunan pengeluaran.

2) Kemunduran/deteriorasi struktur; beberapa kerusakan pelimpah dan bangunan

pengeluaran adalah disebabkan oleh hal-hal sebagai berikut :

- Tergerusnya material timbunan

- Deformasi, akibat penurunan, patahan (faults), dll.

- Deteriorasi, akibat korosi, retakan dan lain-lain)

Penyebab utama kegagalan lain yang juga sering terjadi, adalah :

- Pelimpasan puncak bendunan (overtopping)

- Rembesan atau piping; piping ini sering terjadi di sepanjang pipa pengeluaran

Peralatan kontrol adalah istilah umum yang digunakan untuk sistim hidromekanikal dari

pintu dan katup yang aliran melalui bangunan pengeluaran dan pelimpah

dikendalikan/diatur.

Tujuan utama dari bangunan pengeluaran, adalah :

- Pengendalian banjir (flood control).

- Pengaturan air pada kondisi muka air waduk normal.

- Mengeluarkan air pada kondisi darurat.

Bangunan Pelengkap

45

Gambar 4.1 Bendungan dan bangunan pelengkapnya

Gambar 4.2 Bendungan dengan bangunan pengeluarannya

Komponen-komponen dari suatu bangunan pengeluaran (outlet) adalah :

Bangunan Pelengkap

46

a) Saluran masuk, fungsinya untuk membawa/mengalirkan air dari waduk.

b) Bangunan pemasukan (intake), fungsinya untuk memasukkan air waduk ke dalam

bangunan pengeluaran.

c) Rumah pintu atau katup, tempat pintu atau katup dioperasikan melepaskan air waduk.

d) Konduit, saluran pembawa air melalui bendungan.

e) Peredam energi, suatu bangunan untuk mengurangi energi dan kecepatan aliran air.

f) Saluran balik (return channel), saluran untuk pembuangan air kembali ke sungai.

Gambar 4.3 Komponen dari bangunan pengeluaran

Gambar 4.4 Konduit melalui bendungan urugan tanah

Bangunan Pelengkap

47

4.2 Bangunan Pengambilan (Intake)

4.2.1 Bangunan Pengambil tegak

Bangunan pengambil (intake) ini adalah berfungsi sebagai mulut pemasukan langsung

dari waduk. Bangunan pengambil tersebut juga dilengkapi dengan pintu pengatur aliran,

saringan sampah (trashrack) dan saringan ikan (fish screen), bila diperlukan serta fasilitas

untuk perbaikan, yakni alat penutup bulkhead atau stoplogs.

Konduit pemasukan dapat diletakkan vertikal, miring atau horisontal, tergantung dari

keperluannya. Pemasukan vertikal biasanya dipasang pada elevasi yang sama dengan

level konduit. Bila pintu dioperasikan pada lereng hulu dari suatu bendungan yang rendah

dapat digunakan pemasukan yang miring (inclined spillway). Bila diinginkan level ambang

pelimpah yang lebih tinggi dari konduit, dapat digunakan jenis drop inlet. Untuk

mengurangi kehilangan tinggi tekanan, mulut pemasukan biasnya didesain berbentuk

bellmouth atau rounded.

Gambar 4.5 Bangunan pengeluaran (intake) pada bendungan urugan tanah

Bangunan Pelengkap

48

Konstruksi saringan sampah tergantung dari ukuran konduit, pintu pengatur, air yang

diambil, kondisi sampah di waduk, alat/cara membersihkan sampah, dan lain-lain. Faktor-

faktor tersebut akan berpengaruh terhadap jenis saringan dan ukuran bukaan. Bila

konduit berukuran kecil dengan alat pengatur aliran berupa katup, dapat digunakan kisi-

kisi yang rapat, supaya sampah tidak dapat masuk. Bila ukuran konduit cukup besar

dengan pintu pengatur yang besar, ukuran spasi kisi-kisi juga harus lebih besar. Tata letak

saringan (rack) tergantung dari jalan masuk dan cara pembersihan sampah. Jadi, saringan

sampah yang terendam akan lebih baik dibandingkan yang diletakkan dekat permukaan.

Demikian juga pintu yang dipasang di bagian dekat mulut pemasukan (menyebabkan pintu

macet oleh sampah), memerlukan perhatian khusus untuk pengaturan letak saringan.

Benduk saringan sampah juga bervariasi, tergantung dari letak dan posisi di mulut

pemasukan. Saringan sampah untuk drop inlet umumnya berupa seperti kurungan.

Gambar 4.6 Penampang tipikal menara intake

Bangunan Pelengkap

49

Gambar 4.7 Penampang tipikal drop inlet intake

Gambar 4.8 Potongan memanjang bangunan pengambilan, bendungan Sempor

Bangunan Pelengkap

50

4.2.2 Bangunan Pengambil yang Miring

Bangunan intake yang miring biasanya diletakkan pada bagian lereng hulu bendungan

atau di sepanjang tepi waduk bagian hulu bendungan. Tergantung dari kebutuhan dan

kondisi di lapangan, bangunan pengambil miring tersebut dapat terendam seluruhnya atau

diperpanjang sampai di atas elevasi muka air waduk maksimum untuk memudahkan

operasinya pada setiap level muka air waduk.

Bangunan pengambil miring yang diperpanjang sampai di atas air waduk tersebut

biasanya mempunyai fungsi yang sama dengan bangunan pengambil menara. Jenis

bangunan pengambil miring sering dipilih, karena pertimbangan sedimentasi dan

stabilitasnya.

Gambar 4.9 Bangunan pengambil miring

Gambar 4.10 Bangunan pengambil miring di bendungan Lodan Wetan, Jawa Tengah

Bangunan Pelengkap

51

Gambar 4.11 Saringan sampah (trashrack) di bendungan Lodan Wetan

Pada bangunan pengambil ini perlu dilakukan perlindungan terhadap masuknya sampah-

sampah yang masih dapat melewati trashboom yang dipasang di bagian hulunya, yakni

dengan memasang penyaring sampah (trashrack) di depan pintu bangunan pengambilan..

Trashboom hanya dapat menahan batang kayu (pohon), tetapi tidak dapat menyaring

sampah-sampah yang ukurannya lebih kecil dari pohon kayu.

Gambar 4.12 Penyaring sampah (trashrack) pada bangunan pengambil

Bangunan Pelengkap

52

4.3 Peredam Energi

Aliran yang keluar dari pintu, katup atau konduit aliran bebas, mempunyai kecepatan yang

tinggi. Untuk konduit dengan aliran bebas, perlu dilengkapi dengan konstruksi

pengalih/deflektor untuk mengarahkan semprotan air jauh dari bangunan intake dan kaki

bendungan, bila dasar dan tebing saluran pembuang terdiri dari batuan yang keras. Bila

batuannya tidak keras, diperlukan alat peredam energi berupa kolam olak di bagian hilir

outlet. Bila bagian ujung outlet berupa pipa yang terendam, dapat digunakan sumur/kolam

peredam energi di bagian hilirnya.

4.4 Saluran Pemasukan dan Saluran Pembuangan

Saluran pemasukan dibangun untuk mengarahkan air waduk masuk ke dalam mulut

pemasukan yang dibuat di bukit tumpuan dan saluran pembuangan untuk mengalirkan

aliran kembali ke sungai. Saluran-saluran tersebut harus digali pada kemiringan lereng

yang stabil dan mudah tergerus aliran air. Kecepatan aliran pada pemasukan biasanya

dibuat lebih kecil dibandingkan kecepatan air melalui saringan sampah. Saluran tersebut

dibuat melebar bila telah mendekati bangunan pengambilan untuk membuat aliran

mengalir lancar (smooth) dan merata melalui kisi-kisi saringan sampah.

Ukuran dan dimensi saluran serta perlindungan dengan lining atau rip rap tergantung dari

kondisi material dan lapisan geotekniknya. Alat pengukur debit biasanya dipasang pada

bagian penampang yang dipilih dan dianggap penting untuk dilakukan pengukuran.

Pengaruh agradasi dan degradasi dari sungai perlu dipertimbangkan dalam penentuan

dimensi saluran outlet.

4.5 Masalah Khusus Saluran Balik

Saluran balik ini adalah berfungsi untuk mengalirakan air pengeluaran dari bangunan

outlet dan pelimpah kembali ke sungai. Bila saluran balik ini runtuh, aliran berlebihan akan

dapat menggerus bagian bawah pelimpah, kaki bendungan atau bagian hilir lainnya.

Saluran balik juga dapat rusak seperti saluran pembawa lainnya, yakni :

Bangunan Pelengkap

53

- Gerusan ; aliran masuk ke dalam saluran balik pada kecepatan tinggi di bandingkan

aliran yang melalui saluran masuk. Saluran balik biasanya sangat rawan terhadap

gerusan, bila ukuran, arau dan perlindungannya tidak di desain dengan benar.

- Kurang panjang ; saluran balik harus cukup panjang untuk menjamin bahwa aliran

tidak dapat merusak kaki bendungan. Bila terjadi kerusakan, hal tersebut perlu dicatat

dan dilaporkan ke atasan yang bersangkutan.

4.6 Desain Hidraulis Bangunan Pengeluaran

Pada umumnya, kinerja hidraulis bangunan pengeluaran adalah bersifat seperti saluran

terbuka dan konduit tertutup/tertekan (pressured conduit). Analisis aliran di dalam saluran

terbuka adalah berdasarkan dari prinsip aliran langgeng yang tidak seragam (steady

nonuniform flow). Sedangkan aliran penuh di dalam pipa tertutup adalah dianggap aliran

tertekan. Kolam olak, baffle atau blok-blok peredam energi digunakan untuk mengurangi

energi aliran pada bagian hilir bangunan pengeluaran.

4.6.1 Aliran Terbuka

Aliran pada saluran terbuka melalui ambang sama seperti halnya pada bangunan

pelimpah. Bila ambang dilengkapi dengan pintu sorong atau radial, debit aliran

adalah sama dengan rumus (3), yakni Q = CLH3/2. Bila aliran saluran outlet terbuka diatur

dengan pintu yang sebagian terbuka atau pintu sorong yang terendam, debit aliran

adalah :

Q = (2/3){2gCL(H13/2 – H2

3/2)1/2 ………………………………………………. (10)

Dimana :

C = Koefisien aliran

L = Panjang efektif

H1 dan H2 adalah total head (termasuk velocity head) berturut-turut dari dasar dan bagian

atas bukaan (orifice), seperti gambar di bawah.

Bangunan Pelengkap

54

Gambar 4.13 Koefisien aliran di bawah pintu.

Bila level air buri (tail water) cukup tinggi, sehingga bukaan pintu sebagian atau

seluruhnya terendam, maka berlaku rumus seperti aliran melalui pipa atau orifice

terendam , yakni :

Q = CA (2gH)1/2 …………………………………………………………………. (11)

Dimana :

A = Luas bukaan,

H = Perbedaan tinggi elevasi air hulu dan air hilir,

C = Koefisien aliran untuk orifice terendam

Harga C ini bervariasi, tergantung dari kondisi dan bentuk geometri pipa (lihat Design of

Small Dam, USBR, 1976, hal. 468).

Konduit pengeluaran yang mengalir sebagian penuh harus dianalisis menggunakan

koefisien kekasasaran (n) yang maksimum dan minimum untuk mengevaluasi ukuran

Bangunan Pelengkap

55

konduit yang diperlukan. Sedangkan untuk menghitung ukuran konduit untuk udara keluar

(air swell and surges), n = 0,018 untuk menghitung kedalaman aliran di dalam konduit

dengan lining beton. Untuk menghitung energi aliran pada bagian akhir/ujung konduit

untuk desain peredam energi, gunakan n = 0,008. Untuk menjamin suatu aliran

permukaan yang bebas di dala konduit, konduit di desain untuk menerima aliran tidak

lebih dari 75% kapasitas penuh. Selanjutnya desain perdam energi dan saluran bagian

hilirnya sama seperti halnya mendesain bangunan pelimpah.

4.6.2 Aliran Tertutup

Bila pintu dipasang di bagian hilir mulut pemasukan dari suatu konduit, bagian atas pintu

dalam kondisi mengalami tekanan. Suatu konduit yang tidak berpintu juga dalam kondisi

aliran penuh, tergantung geometri inletnya (Lihat Design of Small Dam, USBR, 1976,

mengenai Culvert Spillway hal. 430).

Untuk aliran melalui sistim pipa tertutup, berlaku hukum Bernoulli, seperti berikut :

HT = hL + hc …………………………………………………………………………(12)

Dimana :

HT = Total head

hL = Kehilangan tinggi tekanan kumulatif

hc = Kehilangan tinggi tekanan akibat kontraksi

Kehilangan tinggi tekanan kumulatif akibat antara lain dari trashrack, mulut pemasukan,

bentuk belokan/tekukan, pintu atau katup, gesekan dan lain-lain, seperti gambar di bawah.

Bangunan Pelengkap

56

Gambar 4.14 Kehilangan tinggi tekanan pada sistim konduit

Pada pipa berdiameter besar, kehilangan tinggi tekanan (head losses) pada konduit

umumnya disebabkan oleh gesekan sepanjang dinding konduit, seperti rumus Darcy-

Weisbach di bawah.

hf = (fL/D) (v2/2g) ....................................................................................... (13)

Dimana :

hf = kehilangan tinggi tekanan (head loss)

f = koefisien friksi

D = diameter konduit

v = kecepatan aliran

g = gravitasi

Bangunan Pelengkap

57

Koefisien friksi (f) dapat diperoleh seperti rumus di bawah :

f = (185 n2)/D1/3 ......................................................................................... (14)

Perlu diingat, rumus di atas hanya berlaku untuk bentuk pipa bulat, tidak berlaku untuk

misalnya bentuk tapal kuda; n adalah koefisien kekasaran Manning. Rumus Manning juga

dapat digunakan untuk menghitung head losses, seperti di bawah.

hf = 29,1 n2(L/r4/3) (v2/2g) ..........................................................................(15)

Koefisien kekasaran Manning (n), tergantung dari material dinding saluran/konduit dapat

diperoleh dari daftar di bawah.

Uraian Harga maks. Harga min.

- Dinding konduit beton 0,014 0,008

- Pipa baja dengan sambungan di las 0, 012 0,008

- Terowongan batu 0,035 0,020

4.6.3 Kehilangan Tinggi Tekanan pada Saringan Sampah

Kehilangan tinggi tekanan pada saringan sampah, (trashrack), htr adalah :

Htr = Kt (vn2/2g) ..............................................................................................(16)

Dan Kt = 1,45 – 0,45(an/ag) – (an/ag)2 ...................................................................(17)

Dimana :

Kt = koefisien kehilangan saringan sampah,

an = Luas bersih kisi-kisi saringan,

ag = Luas bruto saringan dan penopangnya,

vn = Kecepatan melalui kisi-kisi.

Bila diasumsikan kisi-kisi tersumbat 50%, akan terjadi kehilangan tinggi tekanan yang

maksimum dan kecepatan aliran melalui kisi-kisi mencapai 2 kali lipat. Sedangkan untuk

Bangunan Pelengkap

58

kehilangan tinggi tekanan minimum, anggap kisi-kisi saringan dalam kondisi tidak

tersumbat apapun.

4.6.4 Kehilangan Tinggi Tekanan pada Mulut Pemasukan

Kehilangan tinggi tekanan di bagian ini sama seperti kehilangan tekanan pada tabung

pendek, debit aliran (Q) yang masuk ke dalam mulut pengambilan, adalah :

Q = CA (2gh)1/2 .......................................................................................... (18)

Dimana :

C = Koefien aliran,

A = Luas,

h = Tinggi tekanan (head),

g = gravitasi.

Sedangkan koefisien kehilangan tinggi tekanan Ke = (1/C2) – 1 ............................... (19)

Tabel 1 Koefisien aliran C dan koefisien kehilangan tingi tekanan konduit.

Bangunan Pelengkap

59

4.6.5 Kehilangan Tinggi Tekanan di Belokan

Kehilangan tekanan di bagian belokan (bend) adalah merupakan fungsi dari radius

belokan, diameter pipa, sudut pembelokan. Koefisien kehilangan tinggi tekanan Kb untuk

berbagai harga dari (Rb/D) dapat langsung digunakan untuk konduit berbentuk lingkaran.

Untuk konduit persegi panjang , D dapat diambil sebagai tinggi konduit.

Gambar 4.15 Koefisien kehilangan tekanan tinggi di belokan

4.6.6 Kehilangan Tinggi Tekanan pada Pintu/Katup

Bila pintu dipasang pada bagian pemasukan konduit dan bila pintu terbuka seluruhnya

kondisi aliran, maka diasumsikan tidak terjadi kehilangan tinggi tekanan. Tetapi, bila pintu

dipasang baik di bagian hulu maupun hilir dari headwall titpis, sehingga bagian samping

dan bawah jet air pada kondisi tertekan dan bagian atas mengalami kontraksi, koefisien

kehilangan pada butir (b) Tabel 1 berlaku. Bila pintu dipasang di dalam konduit, sehingga

lantai, kedua sisi konduit dan atap hulu dan hilir menerus dengan pembukaan pintu,

koefisien kehilangan pintu Kg tidak melebihi 0,1. Untuk pintu yang dibuka sebagian

koefisien kehilangan tergantung dari kontraksi bagian atas, untuk bukaan yang kecil

koefisien kehilangan tinggi tekanan akan mendekati 1,0 seperti butir (b) Tabel 1. Untuk

Bangunan Pelengkap

60

bukaan yang lebar Kg akan mendekati 0,19. Untuk bukaan ¾, Kg = 1,15, untuk bukaan ½,

Kg = 5,6 dan untuk ¼ bukaan, Kg = 24,0. Sedangkan untuk katup kupu-kupu kondisi

terbuka penuh, Kg = 0,15. Kg bervariasi antara 0,1 dan 0,5 tergantung dari ketebalan daun

pintu.

4.6.7 Kehilangan Tinggi Tekanan pada Keluaran

Koefisien kehilangan tinggi tekanan akibat kecepatan aliran di bagian keluaran ini adalah

sama dengan 1,0, karena air yang keluar dari konduit tertekan dalam kondisi mengalir

bebas atau dalam kondisi terendam. Bila ujung pipa dilengkapi dengan pipa yang berbeda

diameternya, koefisien kehilangan tinggi tekanan menjadi < 1,0 dan berbanding kuadrat

dengan luas pipa, yakni Kv = (a1/a2)2, dimana a1 adalah luas pipa yang mulai berbeda

diameterrnya dan a2 luas pipa di bagian ujung.

V. ANALISIS STRUKTUR BANGUNAN PELENGKAP

5.1. Pembebanan Struktur

a). Beban yang diperhitungkan pada pintu dan balok sekat adalah tekanan

hidrostatik, tinggi tekanan air dihitung setinggi muka air normal (setinggi mercu

pelimpah ).

b). Pada lantai bangunan peluncur dan bangunan pemecah enersi beban yang

diperhitungkan adalah beban hidrostatik dan uplift yang merupakan beban

hidup.

c). Beban mati adalah berat sendiri bangunan dan peralatan yang tidak

berpindah tempat.

d). Tekanan tanah aktif dapat berubah dari kondisi statik menjadi dinamik yaitu

pada saat terjadi gempa.

e). Beban gempa diperhitungkan sebagai perkalian antara masa bangunan dan

kombinasi percepatan dilokasi setempat.

Bangunan Pelengkap

61

5.2. Stabilitas Struktur bangunan

5.2.1 Daya Dukung

Rumus daya dukung fondasi untuk bangunan-bangunan air yang berada diatas lapisan

tanah dengan perbaikan fondasi adalah :

qult = CNc + Q Nq + 0,5 B N

Daya dukung yang diijinkan menggunakan faktor keamanan (FK), sehingga rumus daya

dukung diijinkan adalah :

Qi = FK

qulf

Dimana :

C = Kohesi tanah fondasi ( t/m2 )

Q = Beban diatas fondasi ( t/m2 )

= Berat volume tanah diatas fondasi ( t/m2 )

B = Lebar fondasi ( m )

Nc,Nq,Ny = Adalah faktor daya dukung

FK = Faktor keamanan terhadap daya dukung

5.2.2 Stabilitas guling

Untuk bangunan air atau dinding yang mengalami tekanan harus diperhitungkan faktor

kemanan terhadap tergulingnya bangunan menggunakan rumus :

FK guling = Mg

Mt

Dimana :

Mt = Terdiri dari momen yang diakibatkan oleh berat sendiri bangunan

Mg = Terdiri dari momen yang menggulingkan bangunan seperti : tekanan aktif,

tekanan air, gempa, uplift dsb.

Bangunan Pelengkap

62

5.2.3 Stabilitas Geser

Stabilitas geser diperlukan untuk bangunan air agar tahan/tidak bergerak jika mengalami

tekanan horisontal serperti tekanan aktif, tekanan air, gempa, dan beban luar lainnya.

Faktor keamanan terhadap geser dihitung dengan rumus :

FKgs = )(

)(

tGayageser

teserKetahanang

5.3. Analisa Beton Bertulang

Untuk mendesain besarnya tulangan baik pada balok maupun pelat menggunakan standar

SNI 03-2847-1992 dan RSNI 3 TH 2002. Namun apabila dijumpai beberapa kasus yang

tidak tercantum dalam peraturan tersebut diadakan modifikasi yang sesuai dengna

bangunan air yang sering dijumpai di Indonesia. Tata cara ini meliputi persyaratan-

persyaratan umum serta ketentuan teknis perencanaan dan pelaksanaan struktur beton

untuk bangunan gedung atau strukutr bangunan lain yang mempunyai kesamaan karakter

dengan struktur bangunan gedung.

5.4. Analisis Rembesan dan Uplift

Didalam menghitung kekuatan struktur dan stabilitas bangunan pelengkap perlu

diperhitungkan adanya rembesan dan uplift terutama pada bangunan penahan enersi,

baik dihilir pelimpah maupun bangunan pengikat. Analisis ini mengacu pada RSNI M-02-

2002, Metoda analisis dan pengendalian rembesan air untuk bendungan tipe urugan.

Analisis ini dapat dipakai juga untuk bangunan lain selain bendungan urugan dalam

kondisi ” Unconfined ” yaitu adanya penghalang aliran kearah vertikal akibat adanya

struktur beton dan atau fondasi yang kedap air, Perbedaan tinggi tekan di udik dan dihilir

bangunan akan menimbulkan tekanan uplift terhadap lantai bangunan yang menimbulkan

ketidak stabilan pada struktur bangunan tersebut. Metoda analisis secara rinci dapat

diketahui didalam pedoman RSNI M-02-2002 dan literatur lainnya mengenai geoteknik

( Mekanika Tanah).

Bangunan Pelengkap

63

RANGKUMAN

I. PENGELAKAN SUNGAI

1) Metoda pengelakan sungai sebelum pelaksanaan konstruksi bendungan, dipilih

dengan mempetimbangkan biaya pengalihan/pengelakan sungai dengan resiko yang

dihadapi.

2) Untuk bendungan kecil yang dapat diselesaikan dalam waktu satu musim kering, dapat

mempertimbangkan untuk menggunakan debit banjir tahunan saat musim kering

terjadi. Namun, dengan pertimbangan faktor keamanan, biasanya diambil banjir

rencana minimal 5 tahunan. Periode ulang banjir untuk mendesain bangunan pengelak

atau besar resiko yang dapat ditoleransi harus ditetapkan berdasarkan analisis

hidrologi. Banjir rencana pada periode ulang yang berbeda unruk penentuan desain

saluran pengelak dapat ditentukan dengan beberapa cara, menurut SNI 03-2415-1991,

SNI 03-3412-1994 atau pedoman-pedoman lainnya.

3) Cara praktis untuk mengalihkan aliran sungai selama konstruksi berlangsung adalah

menggunakan salah satu atau kombinasi dari cara berikut :

- Terowongan (tunnel) yang digali melalui bukit tumpuan.

- Konduit yang melalui fondasi bendungan.

Konduit atau terowongan kadang-kadang dibuat cukup besar untuk mengalihkan aliran

sungai. Untuk aliran sungai yang kecil, aliran sungai dapat di-bypass dengan

menggunakan pipa-pipa baja atau beton.

4) Pada suatu lembah yang sempit, yang tidak mungkin untuk dilakukan penggalian

fondasi bendungan tanpa mengalihkan aliran sungai terlebih dahulu,

pengalihan/pengelakan sungai melalui terowongan akan lebih layak dibandingkan

saluran konduit. Terowongan tersebut dapat dibuat pada satu sisi bukit tumpuan atau

pada dua bukit tumpuannya. Terowongan pengelak ini nantinya dapat dimanfaatkan

dan dikombinasikan sebagai bangunan pelimpah, sehingga dapat menekan biaya

proyek secara keseluruhan. Apabila memungkinkan, terowongan kembar (misalnya,

satu pada setiap tebing) sering digunakan untuk alasan keamanan dan kemudahan.

Bangunan Pelengkap

64

5) Alternatif selain terowongan adalah konduit atau gorong-gorong sebagai saluran

pengelakan sungai, lebih cocok diterapkan pada pondasi batuan yang lebih jelek dan

pada lembah yang cukup lebar.

6) Bendungan pengelak (cofferdam) adalah bersifat sementara yang digunakan untuk

mengalihkan aliran sungai atau menutup suatu daerah tertentu selama konstruksi

bendungan dilakukan. Tinggi bendungan pengelak ini harus didesain bersama-sama

dengan ukuran bukaan terowongan/konduit, sehinga tercapai kondisi ang optimum,

ditinjau dari keamanan dan ekonominya. Studi optimalisasi harus mencangkup studi

tinggi bendungan pengelak terhadap kapasitas aliran sungai yang melalui

terowongan/konduit, termasuk penelusuran banjir (flood routing) dari debit banjir yang

didesain.

7) Penutupan permanen terowongan pengelak dapat dilakukan menggunakan beton

penyumbat (concrete plugging) di dalam terowongan. Bila terowongan pengelak

(sementara) ini juga digunakan sebagai terowongan spillway, penyumbat biasanya

diletakkan di bagian hulu dari bagian pertemuan terowongan. Kunci penahan

(keyways) terhadap geser dapat dibuat pada batuan fondasi atau lining terowongan.

Untuk perkuatan dan menjamin kekedapannya, disekeliling penyumbat biasanya

digrouting. Penutupan sungai boleh dilakukan dengan memperhatikan syarat-syarat

spesifikasi debit sungai dan setelah memperoleh kepastian hasil kajian hidrologi

dengan menggunakan periode air rendah yang paling menguntungkan.

II. BANGUNAN PELIMPAH

1) Fungsi utama bangunan pelimpah (spillway) adalah membuang kelebihan air waduk,

sehingga air tidak melimpasi puncak bendungan (overtopping) yang dapat

membahayakan bendungan, terutama bendungan tipe urugan tanah. Bila pelimpah

tersebut dilengkapi dengan pintu untuk mengendalikan aliran banjir, disebut sebagai

pelimpah berpintu (gated spillway). Bila tidak, disebut sebagai pelimpah tidak berpintu

(ungated spillway). Kapasitas pelimpah tersebut harus didesain menggunakan banjir

dengan kala ulang tertentu, sesuai dengan NSPM (Misalnya, untuk bendungan dengan

tinggi > 40 m dan di hilirnya mempunyai resiko tinggi, kapasitas pelimpah didesain

dengan PMF).

Bangunan Pelengkap

65

2) Untuk pelimpah yang dibangun pada timbunan bendungan, perlu perhatian khusus

pada bagian transisi (bidang kontak) antara timbunan tanah dengan dinding beton

yang merupakan bagian terlemah untuk dilewati air. Bila kondisi topografi

memungkinkan, bangunan pelimpah sebaiknya dibangun terpisah dari bendungan

utama, untuk menghindari pengaruh rembesan melalui bidang kontak.

3) Bagian-bagian penting dari bangunan pelimpah, adalah :

- Saluran depan/masuk, untuk mengalirkan dan mengontrol air dari waduk.

- Konduit/saluran untuk mengalirkan aliran air waduk dari bangunan/saluran depan

ke bagian level muka air rendah bagian hilirnya.

- Bangunan pengeluar untuk meredam energi aliran air yang cepat dan

mengalirkannya ke saluran balik.

4) Beberapa jenis bangunan pelimpah yang sering digunakan sebagai bangunan

pengeluaran air dari waduk, adalah :

- Ogee (berpintu atau tidak berpintu)

- Ambang jatuh bebas (free overfall)

- Syphon

- Shaft atau morning glory

- Side channel

- Terowongan

5) Penambahan bangunan pelimpah darurat (emergency spillway) untuk menambah

kapasitas bangunan pelimpah layanan (service spillway) akan mengurangi biaya

konstruksi serta menambah faktor keamanan terhadap pelimpasan puncak

(overtopping) tanpa mengurangi efesiensi operasi normal waduk. Bila topografinya

memungkinkan dapat dibuat pelimpah darurat untuk mengeluarkan air waduk pada

kondisi darurat. Pelimpah darurat ini dapat berupa timbunan tanah yang pada elevasi

tertentu dibuat dengan timbunan dari pasir kasar dan kerikil yang dibuat mudah

tergerus oleh air. Elevasi bagian timbunan yang mudah tergerus lebih tinggi sedikit

dibandingkan dengan elevasi mercu pelimpah utama. Pelimpah darurat ini disebut

sebagai ”fuseplug dyke”.

Bangunan Pelengkap

66

6) Penampang pelimpah yang sering digunakan adalah bentuk “ogee”, rumus yang

digunakan adalah dari U.S Army Corps of Engineers untuk memperoleh koordinat (x,y),

yakni : X1.85 = 2 Hd0.85 y.

III. BANGUNAN PENGELUARAN

1) Bangunan pengeluaran (outlet works) adalah suatu bangunan untuk melepaskan air

dari waduk pada kondisi muka air waduk normal. Bangunan pengeluaran tersebut juga

dapat diletakkan di dekat dasar waduk, untuk mengeluarkan air waduk pada kondisi

darurat (bottom outlet). Pada umumnya, suatu konduit tertekan/tertutup yang

membawa air melalui bendungan dianggap sebagai bangunan pengeluaran (outlet

works) dibandingkan pelimpah (spillway). Namun konduit pengeluaran ini kadang-

kadang juga dapat digabung dengan bangunan pelimpah. Bangunan pengeluaran ini

dapat berupa konduit melalui bendungan beton, konduit melalui bendungan urugan

tanah, pipa atau penstock atau konduit di dalam suatu terowongan yang digali di luar

bendungan

2) Komponen-komponen bangunan pengeluaran (outlet) adalah :

- Saluran masuk, fungsinya untuk membawa/mengalirkan air dari waduk.

- Bangunan pemasukan (intake), fungsinya untuk memasukkan air waduk ke dalam

bangunan pengeluaran.

- Rumah pintu atau katup, tempat pintu atau katup dioperasikan melepaskan air

waduk.

- Konduit, saluran pembawa air melalui bendungan.

- Peredam energi, suatu bangunan untuk mengurangi energi dan kecepatan aliran

air.

- Saluran balik (return channel), saluran untuk pembuangan air kembali ke sungai.

3) Bangunan pengambil (intake) adalah berfungsi sebagai mulut pemasukan langsung

dari waduk. Bangunan intake juga dilengkapi dengan pintu pengatur aliran, saringan

sampah (trashrack) dan saringan ikan (fish screen), bila diperlukan serta fasilitas untuk

alat penutup bulkhead atau stoplogs.

Bangunan Pelengkap

67

4) Konstruksi saringan sampah tergantung dari ukuran konduit, pintu pengatur, air yang

diambil, kondisi sampah di waduk dan alat/cara membersihkan sampah, hal tersebut

akan mempengaruhi jenis saringan dan ukuran bukaan.

5) Pada umumnya, kinerja hidraulis bangunan pengeluaran adalah bersifat seperti

saluran terbuka dan konduit tertutup/tertekan (pressured conduit). Analisis aliran di

dalam saluran terbuka adalah berdasarkan prinsip aliran langgeng yang tidak seragam

(steady nonuniform flow). Sedangkan aliran penuh di dalam pipa tertutup adalah

dianggap aliran tertekan. Kolam olak, baffle atau blok-blok peredam energi digunakan

untuk mengurangi energi aliran pada bagian hilir bangunan pengeluaran.

6) Bila pintu dipasang di bagian hilir mulut pemasukan dari suatu konduit, bagian atas

pintu dalam kondisi mengalami tekanan. Suatu konduit yang tidak berpintu juga dalam

kondisi aliran penuh dan tertekan, tergantung geometri inletnya. Untuk aliran melalui

sistim pipa tertutup/tertekan, berlaku hukum Bernoulli, HT = hL + hc ; dimana HT adalah

total head, hL adalah kehilangan tinggi tekanan kumulatif dan hc adalah kehilangan

tinggi tekanan akibat kontraksi. Kehilangan tinggi tekanan kumulatif harus

diperhitungkan sebagai akibat adanya trashrack, mulut pemasukan, bentuk

belokan/tekukan, pintu atau katup, gesekan dan lain-lain.

Bangunan Pelengkap

68

DAFTAR PUSTAKA

1) Bharat Singh & HD Sharma, Earth and Rockfill dams, Sarita Prakashan, Meerut, India,

1982.

2) Bureau of Reclamation, 1977. Design of Small Dams. Denver Colorado, 1977.

3) Bharat Singh, Fundamentals of Irrigation Engineering, N.C.Jain, Roorkee Press, 7th

edition, India 1982.

4) Calvin V.Davis, Handbook of Applied Hydraulics, McGraw-hill Book Company, Inc,

New York-Toronto-London-Tokyo, second edition, 1962.

5) R.S. Varsney, S.C.Gupta, Theory &Design of Irrigation Structures, Vol.II Canal and

Storage Works, Nem Chand & Bros, Roorkee, India, 1982