BAB IIPERENCANAAN BADAN BENDUNG
2.1 Data Perencanaan Debit banjir rencana (Qd): 350 m3/det Lebar
dasar sungai pada lokasi bendung: 42 m Elevasi dasar sungai pada
dasar bendung: +220,00 m Elevasi sawah bagian hilir tertinggi dan
terjauh: +221,75 m Elevasi muka tanah pada tepi sungai: +226,50 m
Kemiringan / slope dasar sungai (I): 0,0030 Tegangan tanah yang
diijinkan (t): 2,45 kg/cm2 Pengambilan satu sisi (Q1): 3,5
m3/det
2.2 Perhitungan Hidrolika Air Sungai2.2.1Menentukan Tinggi Air
Maksimum Pada Sungai
Gambar 2.1 Penampang Melintang SungaiData sungai :Kemiringan
dasar sungai (I)= 0,0030Lebar dasar sungai (b)= 42 mDebit banjir
rencana (Qd)= 350 m3/dt
Persamaan :
Dimana : Q= debit (m3/dt) A= luas penampang (m2) d3= tinggi air
sungai maksimum di hilir bendung (m) P= keliling basah (m) R= jari
jari hidrolis (m) = 1,65 (untuk dinding saluran yang terbuat dari
tanah biasa) C= koef. Chezy v3= kecepatan aliran sungai di hilir
(m/dt)Kedalaman maksimum air sungai dicari dengan metode coba-coba
sampai diperoleh Q = Qdesign . Kemiringan tepi sungai dianggap 1 :
1.
Tabel 2.1 Perhitungan Tinggi Air Maksimum di Hilir
BendungBagianPerkiraan tinggi air (d3) m
2,3312,3322,333
103,336103,382103,429
46,31846,31946,320
2,2312,2322,233
41,33641,34141,346
3,3823,3833,384
349,456349,729350,002 (OK)
Berdasarkan perhitungan tersebut, maka diperoleh tinggi air
sungai maksimum pada hilir bendung sebesar d3 = 2,333 m.
Penggolongan Jenis aliran air dengan Bilangan Froude (Fr) :Fr =
1aliran kritisFr > 1aliran superkritisFr < 1aliran
subkritis
(termasuk aliran subkritis)
2.2.2 Menentukan Lebar BendungLebar bendung merupakan suatu
jarak antara pangkal-pangkalnya (abutment). Agar tidak mengganggu
sifat pengaliran setelah dibangun bendung dan untuk menjaga agar
tinggi air di depan bendung tidak terlalu tinggi , maka nilai B
dapat diperbesar sampai B 1,2 Bn.
Lebar sungai rata-rata / lebar air normal (Bn)Bn = b + 2 (1/2
d3)= b + d3= 42 + 2,333= 44,333 m Lebar maksimum / panjang bendung
(B)B= 1,2 BnDimana := 1,2 x 44,333Bn= lebar air normal (m)= 53,1996
53,2 mB= lebar bendung (m) Tinggi jagaan (freeboard)Untuk
menentukan besarnya tinggi jagaan (freeboard) maka dapat
dipergunakan tabel 1.1 yang terdapat pada Bab sebelumnya : Tabel
1.1 Tinggi Jagaan Minimum Untuk Saluran TanahQ (m3/dt)Tinggi
Jagaan
< 0,50,40
0,5 1,50,50
1,5 5,00,60
5,0 10,00,75
10,0 15,00,85
>15,01,00
Sumber : Kriteria perencanaan KP-03Berdasarkan dari debit (Q)
yang ditentukan yaitu sebesar 350 m3/dt, maka dapat diketahui bahwa
tinggi jagaan (freeboard) yang diijinkan yaitu 1 m.
Gambar 2.2 Panjang Lebar Maksimum Bendung
2.2.3 Menentukan Lebar Efektif BendungLebar efektif bendung
adalah lebar bendung yang bermanfaat untuk melewatkan debit. Pada
saat banjir, pintu pembilas ditutup, ujung atas pintu bilas tidak
boleh lebih tinggi dari mercu bendung, sehingga air bisa lewat
diantaranya. Kemampuan pintu bilas untuk mengalirkan air dianggap
hanya 80% saja, maka disimpulkan besar lebar efektif bendung adalah
:Beff = L= B b t + 0,80. b= B t 0,20.bDimana :Beff= lebar efektif
bendung (m)B= lebar seluruh bendung (m)t= jumlah tebal pilar (m)b=
jumlah lebar pintu bilas (m)
Lebar Pintu Pembilas (b1)
Lebar maksimum pintu penguras = 2 m
Lebar pintu pembilas (b1) = 1,8 mTebal pilar (t) diambil = 1,5
m
Pengambilan air direncanakan dari satu sisi (pada sisi kiri),
maka :
Direncanakan 3 pintu pembilas dan 3 pilar.
Gambar 2.3 Lebar Efektf Bendung (Beff)
2.2.4 Menentukan Tinggi BendungMenentukan Tinggi Bendung Elevasi
sawah yang tertinggi dan terjauh= 221,75m Ketinggian air di
sawah=0,10m Kehilangan tekanan dari tersier ke sawah=0,10m
Kehilangan tekanan dari sekunder ke tersier=0,10m Kehilangan
tekanan dari primer ke sekunder=0,10m Kehilangan tekanan akibat
kemiringan saluran=0,30m Kehilangan tekanan pada alat-alat
ukur=0,40m Kehilangan tekanan dari sungai ke primer=0,20m
Kehilangan tekanan karena eksploitasi=0,10m Kehilangan tekanan
karena bangunan bangunan=0,25m +JUMLAH= 223,40m Elevasi puncak
bendung (x)= +223,40 m Elevasi dasar sungai pada dasar bendung (y)=
+220,00 mJadi Tinggi Mercu Bendung (P)= x y = 223,40 m 220,00 m =
+3,40 m
2.3 Perhitungan Tinggi Air Maksimum di atas Mercu Bendung
Gambar 2.4 Rencana Bendung
2.3.1 Menentukan Tinggi Total Muka Air di atas Mercu
BendungTinggi mercu bendung (P)= 3,40 mLebar efektif bendung
(Beff)= 47,62 mDipakai bendung tipe Ogge :Q = C . Beff . He3/2
Dimana :Qd= debit banjir rencana (m3/dt)Beff= lebar efektif
bendung (m)He= tinggi total air di atas bendung (m)C= koefisien
pelimpasan (discharge coefficient)C1= dipengaruhi sisi depan
bendungC2= dipengaruhi lantai depanC3= dipengaruhi air di belakang
bendungNilai C, C1, C2 dan C3 diperoleh dari grafik ratio of
discharge coefficient (pada lampiran).Untuk menentukan tinggi air
di atas bendung digunakan cara coba-coba (trial and error) dengan
menggunakan tinggi perkiraan He terlebih dulu.Dicoba He = 2 m, maka
:
Dari grafik DC-12 (pada lampiran) diperoleh C1 = 2,108 (dengan
upstream face : vertikal).
Dari grafik DC-13, A diperoleh C2 = 1,00
Dari Grafik DC-13, B diperoleh C3 = 1,00 Diperoleh C= C1 x C2 x
C3= 2,108 x 1 x 1= 2,108
Perhitungan selanjutnya ditabelkan.
Tabel 2.2 Perhitungan Tinggi Muka Air di Atas Mercu
BendungBagianTinggi Perkiraan (He)Catatan
2,3052,3082,310
Qd350350350P = 3,40 md3 = 2,333 mBeff = 47,62 m
He He
hd3,37203,37503,3770
1,47511,47311,4719
2,47512,47312,4719
1,46291,46231,4619
C12,09372,09342,0932
C2111
C3111
C2,09372,09342,0932
Beff47,6247,6247,62
2,30982,31002,3102
Maka diperoleh tinggi total air di puncak atau mercu bendung
(He) adalah 2,31 m.
2.3.2 Tinggi Air Maksimum di Hulu Mercu BendungTabel 2.3
Perhitungan Tinggi Air Maksimum di Hulu Mercu BendungBagianTinggi
Perkiraan hvo (m)Catatan
0,08690,08700,0871
H = He - Hvo2,2232,2232,223P = 3,40 md3 = 2,333 mBeff = 47,62
mHe = 2,31 mQd = 350 m3/dthv hvo
do = H + P5,6235,6235,623
A = Beff , do267,77267,77267,76
1,3071,3071,307
0,08710,08710,0871
Maka diperoleh :hvo = hv= 0,0871 mH= 2,223 mdo= 5,623 mA= 267,76
m2Vo= 1,307 m/dtDimana :hv0= tinggi kecepatan di hulu sungai (m)H=
tinggi air maksimum diatas mercu (m)d0= tinggi muka air banjir di
hulu bendung (m)V0= kecepatan aliran di hulu bendung (m/dt)g=
percepatan gravitasi (9,81 m/dt2)
2.4 Perhitungan Ketinggian Energi pada Tiap Titik2.4.1 Tinggi
Energi pada Aliran Kritis Menentukan hidrolic pressure of the weir
(dc)q= = = = 7,350 m2/dtdc= = = 1,766 m Menentukan harga EcVc= = =
4,162 m/dthvc= = = 0,833 mEc= = = 6,049 mdimana :dc= tinggi air
kritis di atas mercu (m)vc= kecepatan air kritis (m/dt)hvc= tinggi
kecepatan kritis (m)Ec= tinggi energi kritis (m)
2.4.2 Tinggi Energi (Air Terendah) pada Kolam OlakanTabel 2.4
Perhitungan Tinggi Energi (Air Terendah) pada Kolam
OlakanBagianPerkiraan Kecepatan (v1)Catatan
10,210,22010,226
0,7210,7190,719q = 7,350 m2/dtg = 9,81 m/dt2
E1 Ec
5,3035,3245,330
6,0236,0436,049
Maka, diperoleh :v1= 10,226 m/dtd1= 0,719 mhv1= 5,330 mE1= 6,049
mdimana :d1= tinggi air terendah pada kolam olakan (m)v1= kecepatan
aliran pada punggung bendung (m/dt)hv1= tinggi kecepatan (m)E1=
tinggi energi (m)
2.4.3 Tinggi Energi (Air Tertinggi) pada Kolam Olakan Fr= = =
3,850 d2= = = 3,572 m
v2= = = 2,058 m/dt hv2= = = 0,216 m E2= = = 3,788 mdimana :Fr=
bilangan Frouded2= tinggi air tertinggi pada kolam olakan (m)v2=
kecepatan aliran ( m/dt )hv2= tinggi kecepatan (m)E2= tinggi energi
(m)2.4.4 Tinggi Energi di Hilir BendungPada perhitungan sebelumnya,
telah diperoleh :v3= 3,384 m/dtd3= 2,333 mhv3= = = 0,584 mE3= = =
2,917 mdimana :v3= kecepatan aliran di hilir bendung (m/dt)d3=
tinggi air di hilir bendung (m)hv3= tinggi kecepatan di hilir
bendung (m)E3= tinggi energi di hilir bendung (m)2.4.5 Perhitungan
Panjang dan Dalam Penggerusan Dalam penggerusan (Scouring Depth)d0=
5,623 md3= 2,333 mh= d0 d3= 5,623 2,333 = 3,290 mq= 7,350
m2/dtSchoklish Formula :T= = = 3,029 mdimana :h= beda tinggi muka
air di hulu dan di hilir (m)d= diameter material terbesar yang
jatuh ke dalam kolam olak (d = 300 mm)T= dalam penggerusan (m)
Panjang penggerusan (Scouring Length)v1= 10,226 m/dtH= 2,223 mP=
3,40 mAngerholzer Formula :L= = = 17,027 m
dimana :v1= kecepatan aliran pada punggung bendung (m/dt)H=
tinggi air maksimum dari puncak mercu (m)P= tinggi mercu bendung
(m)L= panjang penggerusan (m)2.4.6 Elevasi Masing Masing Titik :
Elev. Dasar sungai =+ 220,00 m Elev. Muka air normal (MAN)=220 + P
=220 + 3,40 =+ 223,40 m Elev. Muka air banjir (MAB)=220 + d0=220 +
5,623=+ 225,623 m Elev. Energi kritis=220 + Ec=220 + 6,049=+
226,049 m Elev. Energi di hilir bendung=220 + E3= 220 + 2,917=+
222,917 m Elev. Dasar kolam olakan=220 (T- d3)=220 (3.029 - 2,333
)=+ 219,304 m Elev. Sungai maksimum di hilir=220 + d3=220 + 2,333=+
222,333 m
Gambar 2.5 Sketsa Ukuran Hidrolis Bendung Tipe Ogee
2.5 Perencanaan Bentuk Mercu Bendung2.5.1 Menentukan Bagian
Upstream (Muka) BendungUntuk menentukan bentuk penampang kemiringan
bendung bagian hulu, ditetapkan berdasarkan parameter seperti He
dan P, sehingga akan diketahui kemiringan bendung bagian up stream
seperti ketentuan Tabel 2.5.Data :He = 2,31 mP= 3,40 m= = 1,472Hd=
He hv0= 2,31 - 0,0871= 2,223 mTabel 2.5 Nilai P/He Terhadap
Kemiringan Muka Bendung P/HeKemiringan
< 0,401 : 1
0,40 1,003 : 2
1,00 1,503 : 1
> 1,50Vertikal
Dari tabel, untuk P/He = 1,472 diperoleh kemiringan muka bendung
adalah 3:1, Bentuk mercu yang dipilih adalah mercu Ogee. Bentuk
mercu Ogee tidak akan memberikan tekanan subatmosfer pada permukaan
mercu sewaktu bendung mengalirkan air pada debit rencana, karena
mercu Ogee berbentuk tirai luapan bawah dari bendung ambang tajam
aerasi. Untuk debit yang rendah, air akan memberikan tekanan ke
bawah pada mercu.Dari buku Standar Perencanaan Irigasi KP-02 Gambar
4.9, untuk bendung mercu Ogee dengan kemiringan 3 : 1, pada bagian
upstream diperoleh nilai sebagai berikut :X0=0,139 Hd= 0,139 .
2,223=0,309 mX1=0,237 Hd= 0,237 . 2,223=0,527 mR0=0,68 Hd=0,68 .
2,223=1,512 mR1=0,21 Hd= 0,21 . 2,223=0,467 m2.5.2 Menentukan
Bagian Downstream (Belakang) BendungUntuk merencanakan permukaan
mercu Ogee bagian hilir, U.S. Army Corps of Engineers mengembangkan
persamaan sebagai berikut :
.(1)Dimana : k dan n tergantung kemiringan up stream bendung
Harga harga k dan n adalah parameter yang ditetapkan dalam Tabel
2.6 x dan y adalah koordinat koordinat permukaan down stream H
adalah tinggi air di atas mercu bendung
Tabel 2.6 Nilai k dan n Untuk Berbagai Kemiringan Kemiringan
permukaan kn
1 : 11,8731,776
3 : 21,9391,810
3 : 11,9361,836
Vertikal2,0001,850
Sumber : Standar Perencanaan Irigasi KP-02Bagian upstream :
Kemiringan 3 : 1, dari Tabel 2.6 diperoleh : k = 1,936n =
1,836Nilai k dan n disubstitusi ke dalam persamaan (1)Persamaan
downstream
2.5.3 Menentukan Koordinat Titik Singgung antara Garis Lengkung
dengan Garis Lurus Sebagian Hilir Spillway Kemiringan bendung
bagian downstream (kemiringan garis lurus)
(1 : 1) Persamaan parabola : Turunan pertama persamaan tersebut
:
mSubstitusikan ke persamaan sebelumnya :
= = 1,286 m
m
Diperoleh koordinat titik singgung = (2, 364 ; 1,286) mJadi
perpotongan garis lengkung dan garis lurus terletak pada jarak :y =
1,286 m dari puncak spillwayx = 2,364 m dari sumbu spillway2.5.4
Lengkung Mercu Spillway Bagian Hilir
Persamaan : Elevasi muka air normal= + 223,40 mElevasi dasar
kolam olakan = + 219,304 m
= (2,364 ; 1,286) m
Tabel 2.7 Lengkung Mercu Bagian Hilir (Interval 0,2)X (m)Y
(m)Elevasi (m)
0,0000,000223,400
0,2000,014223,386
0,4000,049223,351
0,6000,104223,296
0,8000,176223,224
1,0000,265223,135
1,2000,370223,030
1,4000,492222,908
1,6000,628222,772
1,8000,780222,620
2,0000,946222,454
2,2001,127222,273
2,3001,223222,177
2,3641,286222,114
2.5.5 Bagian Hilir Spillway dengan Kemiringan 1 : 1
= 1;
persamaan Elev. dasar kolam olakan := 220 (T d3)= 220 (3.029 -
2,333 )= + 219,304 m
Tabel 2.8 Bagian hilir dengan Kemiringan 1 : 1 (interval 0,2)X
(m)Y (m)Elevasi (m)
2,3641,286222,114
2,5641,486221,914
2,7641,686221,714
2,9641,886221,514
3,1642,086221,314
3,,3642,286221,114
3,5642,486220,914
3,7642,686220,714
3,9642,886220,514
4,1643,086220,314
4,3643,286220,114
4,5643,486219,914
4,7643,686219,714
4,9643,886219,514
5,1644,086219,314
5,1744,096219,304
Gambar 2.6 Perencanaan Bentuk Mercu Bendung
2.5.6 Perencanaan Lantai Depan ( Apron )Untuk mencari panjang
lantai muka, maka yang menentukan adalah H terbesar. H terbesar ini
biasanya terjadi pada saat air muka setinggi mercu bendung,
sedangkan di belakang bendung adalah kosong. Seberapa jauh lantai
muka ini diperlukan, sangat ditentukan oleh garis hidraulik gradien
yang digambar kearah upstream dengan titik ujung belakang bendung
sebagai titik permulaan dengan tekanan sebesar nol. Miring garis
hidraulik gradien disesuaikan dengan kemiringan yang diijinkan
untuk suatu tanah dasar tertentu, yaitu dengan menggunakan Creep
Ratio (c). Fungsi lantai muka adalah menjaga jangan sampai pada
ujung belakang bendung terjadi tekanan yang bisa membawa butir
butir tanah.
Gambar 2.7 Perencanaan Apron dan Panjang Creepline
a. Menentukan panjang lantai muka dengan rumus Bligh
H = L = c . HDimana :H = Beda tekanan L= Panjang creep
lineCbligh= Creep ratio (diambil c = 5, untuk pasir kasar)
H ab== 0,64 mH bc== 0,4 mH cd== 0,3 mH de== 0,2 mH ef== 0,1 mH
fg== 0,2608 mH gh== 0,3 mH hi== 0,5 mH ij == 0,5792 m
H = 3,28 mL = 3,28 . 5 = 16,4 mFaktor keamanan = 1,5 mJadi
Ltotal = 16,4 + 1,5 m = 17,9 mb. Menentukan Panjang Creep Line
(Creep Length)Panjang horizontal ( Lh )= 0,580+2+1+2+2,5
+1,304+1+2= 12,384 m
Panjang vertikal ( Lv )= 1,5+1+1+1+2,896+1,5+0,5+1,5+3,2= 14,096
mPanjang Total Creep Line ( L )= Lh + Lv= 12,384 + 14,096= 26,48
mKontrol:
L H . c
26,48 3,28 . 5
26,48 16,4(konstruksi aman terhadap tekanan air)
c. Pengujian Creep Line ada dua cara yaitu :1. Blighs TheoryL =
Cc . Hbdimana : L = Panjang creep line yang diijinkanCc = Koefisien
Bligh (tergantung bahan yang dilewati, Cc diambil 5) Hb = beda
tinggi muka air banjir dengan tinggi air di hilir (m)Hb= P + H d3=
3,40 + 2,223 - 2,333= 3,29 mMaka, L= Cc . Hb= 5 . 3,29= 16,45 m
Syarat : L < L16,45 m < 26,48 m (OK )
2. Lanes TheoryL= Cw . Hbdimana, Cw adalah koefisien lane
(tergantung bahan yang dilewati, Cw diambil 3)maka, L=Cw . Hb=3 .
3,29=9,87 m
Ld=Lv + Lh
= 14,096 + =18,224 m Syarat :L