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:
ANALISIS HIDROLIS 108
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-
ANALISIS HIDROLIS 109
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
ANALISIS HIDROLIS 110
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.
ANALISIS HIDROLIS 111
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.
ANALISIS HIDROLIS 112
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
ANALISIS HIDROLIS 113
Gambar 5.3 Potongan Melintang Sungai KG. 2
Gambar 5.4 Potongan Melintang Sungai 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
ANALISIS HIDROLIS 114
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
ANALISIS HIDROLIS 115
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):
ANALISIS HIDROLIS 116
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
ANALISIS HIDROLIS 117
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
ANALISIS HIDROLIS 118
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.
ANALISIS HIDROLIS 119
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
ANALISIS HIDROLIS 120
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
ANALISIS HIDROLIS 121
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
ANALISIS HIDROLIS 122
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
ANALISIS HIDROLIS 123
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
ANALISIS HIDROLIS 124
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.
ANALISIS HIDROLIS 125
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
ANALISIS HIDROLIS 126
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
ANALISIS HIDROLIS 127
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
ANALISIS HIDROLIS 128
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
ANALISIS HIDROLIS 129
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
ANALISIS HIDROLIS 130
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
ANALISIS HIDROLIS 131
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 :
ANALISIS HIDROLIS 132
= 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:
ANALISIS HIDROLIS 133
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.
ANALISIS HIDROLIS 134
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:
ANALISIS HIDROLIS 135
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
ANALISIS HIDROLIS 136
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 :
ANALISIS HIDROLIS 137
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
ANALISIS HIDROLIS 138
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
ANALISIS HIDROLIS 139
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
ANALISIS HIDROLIS 140
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
Top Related