MODUL 12 analisa stabilitas bendungan: Perhitungan REMBESAN Pusat Pendidikan dan Pelatihan Sumber Daya Air dan Konstruksi MODUL ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN PELATIHAN PERENCANAAN BENDUNGAN TINGKAT DASAR MODUL 12 2017 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
120
Embed
MODUL 12 analisa stabilitas bendungan: Perhitungan REMBESAN · MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
MODUL 12 analisa stabilitas bendungan: Perhitungan REMBESAN
Pusat Pendidikan dan Pelatihan Sumber Daya Air dan Konstruksi
MODUL ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN
REMBESAN
PELATIHAN PERENCANAAN BENDUNGAN TINGKAT DASAR
MODUL 12
2017
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI i
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kami panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas selesainya
validasi dan penyempurnaan Modul Analisa Stabilitas Bendungan: Perhitungan
Rembesan sebagai Materi Substansi dalam Pelatihan Perencanaan Bendungan
Tingkat Dasar. Modul ini disusun untuk memenuhi kebutuhan kompetensi dasar
Aparatur Sipil Negara (ASN) di bidang Sumber Daya Air.
Modul Penyusunan Rencana Anggaran Biaya Perencanaan Bendungan ini disusun
dalam 7 (tujuh) bab yang terbagi atas Pendahuluan, Materi Pokok dan Penutup.
Penyusunan modul yang sistematis diharapkan mampu mempermudah peserta
pelatihan dalam memahami perhitungan rembesan dalam perencanaan bendungan.
Penekanan orientasi pembelajaran pada modul ini lebih menonjolkan partisipasi aktif
dari para peserta.
Akhirnya, ucapan terima kasih dan penghargaan kami sampaikan kepada Tim
Penyusun dan Tim Validasi Sistem Diklat, sehingga modul ini dapat disajikan dengan
baik. Perubahan modul di masa mendatang senantiasa terbuka dan dimungkinkan
mengingat akan perkembangan situasi, kebijakan dan peraturan yang terus menerus
terjadi. Semoga Modul ini dapat memberikan manfaat bagi peningkatan kompetensi
ASN di bidang Sumber Daya Air.
Bandung, Nopember 2017
Kepala Pusat Pendidikan dan Pelatihan
Sumber Daya Air dan Konstruksi
Ir. K. M. Arsyad, M.Sc
.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
ii PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ..................................................................................................... i
DAFTAR ISI .................................................................................................................. ii
DAFTAR TABEL .......................................................................................................... v
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................................... vi
PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL ...................................................................... viii
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ................................................................................................... 1
Metoda iterasi diperlukan untuk menyelesaikan persamaan diferensial
parsial untuk aliran 3-D. Penyelesaian numerik sering dilakukan dengan
menggunakan Finite Different atau Finite Element Method 2-D dan 3-D.
Metoda ini memerlukan program komputer yang canggih dan memerlukan
ahli teknik yang mempunai pengalaman cukup. Kebanyakan masalah-
masalah rembesan pada suatu bendungan dapat diselesaikan
menggunakan analisis 2-D, kadang-kadang dengan flownet yang
digambar dengan tangan. Namun, untuk masalah rembesan yang
kompleks memerlukan analisis 3-D.
3.2.2 Aliran Melalui Rekahan (Fracture Flow)
Permeabilitas Darcy tidak berlaku untuk aliran air melalui rekahan terbuka,
kekar-kekar, atau retakan lain dalam batuan atau tanah. Melakukan evaluasi
aliran melalui rekahan adalah cukup kompleks, karena aliran tergantung dari
bentuk geometri rekahan, kekasaran rekahan, isi rekahan dan ukuran
bukaannya. Jadi, masalah rekahan tersebut memerlukan penyelidikan yang
intensif untuk solusinya. Penyederhanaan masalah sering digunakan,
termasuk penyederhanaan masalah supaya hukum Darcy berlaku dengan
menggunakan suatu ”bulk” konduktivitas hidraulis (bulk hydraulic conductivity)
untuk massa batuan yang banyak mengandung rekahan.
Aliran melalui rekahan tanah akan mengakibatkan terjadinya erosi internal.
Melakukan evaluasi terhadap potensi erosi internal sering dilakukan
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 35
berdasarkan pengalaman/empiris, karena model matematis belum tersedia
serta masalah dalam memodelkan karakter dari rekahan itu sendiri. Evaluasi
sering mempertimbangkan apakah perbaikan yang didesain dan
dilaksanakan berdasarkan asumsi bahwa erosi internal benar-benar akan
menimbulkan masalah.
Aliran rekahan dapat menjadi pola yang dominan dari rembesan melalui
fondasi dan tumpuan yang berupa batuan. Hal tersebut juga merupakan suatu
pola utama dari transportasi aliran terhada erosi internal. Hukum Darcy tidak
berlaku untuk aliran melalui suatu rekahan terbuka, seperti yang diturunkan
dari aliran melalui kolom pasir homogin. Meskipun begitu, persamaan Darcy
dan Laplace secara pendekatan berlaku untuk aliran melalui suatu rekahan
massa batu yang seragam, bila volume batuan yang ditinjau adalah rekahan
yang seragam dan dapat dianggap bersifat isotropis. Metoda ini digunakan
untuk menyelesaikan persamaan Laplace dan permeabilitas Darcy yang
digunakan dalam persamaan Darcy yang sensitif terhadap pengaruh skala.
Rekahan bervariasi dari tingkat anisotropis tinggi hingga ke tingkat yang relatif
rendah, tergantung dari ukuran dan skala volume batuan yang ditinjau serta
spasi dari rekahan yang berhubungan. Dengan alasan tersebut, analisis
masalah aliran melalui rekahan harus dilakukan oleh seorang ahli yang
berpengalaman.
Dalam bentuk yang sederhana, aliran rekahan dapat didekati sebagai aliran
melalui bidang lempeng yang paralel. Penelitian aliran melalui lempeng paralel
tersebut menghasilkan suatu persamaan untuk menentukan konduktivitas
hidraulis dari suatu rekahan. Konduktivitas hidraulis dari suatu rekahan (kf)
adalah sebagai berikut :
Kf = ρ g a2 ...................................................................(3.14)
12f μ
keterangan :
a = ukuran rekahan
μ = kekentalan cairan
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
36 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
f = faktor kekasaran rekahan (friksi)
ρ = kerapatan cairan
g = gravitasi
Debit aliran yang melalui rekahan (Q) adalah tergantung dari gradien hidraulis,
konduktivitas rekahan dan luas penampang bagian yang tegak lurus aliran
yang ditunjukkan oleh persamaan berikut ini :
Q = VA ................................................................. (3.15)
keterangan :
V = kfi ( v adalah kecepatan aliran dan i adalah gradien hidraulik)
A = La ( L adalah panjang rekahan, a adalah lebar dan A luas penampang
rekahan).
Dalam dimensi metrik (m3), persamaan tersebut menjadi :
Q = ρ g i L a3 ............................................................(3.16)
12f μ
Kekasaran permukaan kekar dan sinusitis alur kekar akan mempengaruhi
aliran. Bukaan kekar ketika dibebani oleh tekanan hidrostatis akan menambah
debit aliran yang melalui kekar-kekar. Bentuk geometri kekar dan pengaruh
turbulen akibat aliran yang terpusat akan mengurangi aliran melalui suatu
jaringan kekar. Variasi di dalam material yang mengisi kekar juga dapat
mengurangi aliran. Kekar-kekar tidak tersebar dalam luas yang tak terbatas
dan biasanya mempunyai lebar yang bervariasi.
Pada saat ini ada dua metoda yang digunakan untuk menyederhanakan
masalah aliran melalui rekahan, yakni analisis pemisahan (discrete analysis)
dan metoda media homogin (equivalent homogeneous medium). Analisis
discrete digunakan bila kondisi lapangan memungkinkan untuk
menyederhanakan karakter dari sistim kekar. Persamaan aliran melalui
rekahan dapat digunakan dengan mengakomodasi pengaruh kekar-kekar
yang saling memotong, kekasaran kekar dan jaringan geometrinya. Beberapa
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 37
program model aliran melalui rekahan yang tersedia di pasar dapat digunakan
untuk memecahkan masalah aliran discrete ini.
Bila jaringan rekahan terlalu kompleks dan luas untuk dijadikan model
discrete, hal tersebut dapat disederhanakan sebagai aliran ekivalen melalui
media porus yang homogin. Jadi, pengujian pemompaan (large-scale pumping
test) harus digunakan untuk menentukan parameter konduktivitas hidraulis
rata-rata yang mewakili rekahan massa batuan yang luas.Persamaan standar
untuk aliran melalui media porous homogin dapat digunakan untuk
menyelesaikan masalah rembesan tersebut. Hal ini adalah merupakan suatu
asumsi yang digunakan pada rekahan batuan yang seragam pada desain
yang mengandung factor-faktor ketidak tentuan yang tinggi.
3.2.3 Aliran Tidak Jenuh
Aliran air melalui suatu media porous (tanah) yang tidak jenuh telah diteliti
dengan menggunakan persamaan-persamaan yang berbeda, termasuk
persamaan Green-Ampt dan lain-lainnya. Aliran tak jenuh tidak sering
menimbulkan masalah yang mempengaruhi keamanan bendungan. Informasi
lebih jauh mengenai masalah ini diuraikan dalam buku-buku rujukan, antara
lain “Dynamics of fluids in porous media” oleh Jacob Bear, “Groundwater” oleh
Freeze and Cherry, “Groundwater Hidrology” oleh Bouwer, dan lain-lainnya.
3.3 Informasi, Data dan Kondisi Batas
Validitas dan kualitas dari analisis rembesan tergantung dari informasi yang
tersedia sebagai masukan ke dalam analisis, antara lain meliputi :
a) Lokasi batasan dan alur aliran,
b) Jenis aliran,
c) Permeabilitas dari berbagai material yang dlalui aliran rembesan.
Masalah-masalah rembesan timbul, karena informasi yang tersedia saat tahap
desain dan konstruksi bendungan sering tidak mencukupi untuk memprediksi
rembesan. Untuk itu, diperlukan pengamatan lapangan pasca konstruksi
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
38 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
sebagai tambahan informasi dalam mengatasi masalah rembesan yang
timbul.
Kondisi batas (boundary conditions) ini menentukan batas dan kondisi aliran
dari penampang yang dianalisis. Daerah batas mencakup lapisan fondasi
kedap air (tidak terjadi rembesan), bidang masuknya aliran dan bidang
keluaran rembesan, termasuk penentuan rembesan bersifat tetap atau
sementara (transient).
Kondisi dan lokasi daerah batas tersebut ditentukan oleh :
a) Investigasi lapangan dan geologi lapangan,
b) Asumsi berdasarkan ”engineering judgment”,
c) Kondisi yang diingikan desain dan jenis struktur,
d) Geometri bendungan.
Dalam banyak kasus, diperlukan simplifikasi asumsi untuk menentukan
kondisi batas. Beberapa kondisi batas tersebut dapat dilihat pada gambar di
bawah.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 39
Gambar 3.6. Kondisi-Kondisi Batas
Bidang kontak antara media pervious yang jenuh dengan material di dekatnya
berupa tanah atau beton yang mempunyai koefisien permeabilitas rendah
dianggap sebagai kondisi batas yang kedap air dan diasumsikan bahwa aliran
rembesan tidak dapat menembus lapisan ini, sehingga aliran yang melalui
lapisan yang porous di dekatnya adalah sejajar dengan daerah batas tersebut.
Garis-garis AB dan 1-8 pada gambar 3.6A di atas adalah merupakan daerah
batas.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
40 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Garis-garis yang menentukan dimana air masuk atau keluar dari massa yang
porous disebut sebagai daerah pemasukan (entrance) dan daerah keluaran
(exit). Di sepanjang garis-garis ini (garis-garis 0-1 dan 8-G di Gambar 3.6A
serta garis-garis AD dan BE di Gambar 3.6B adalah merupakan garis-garis
potensial (mempunyai level pisometrik yang sama). Aliran tegak lurus bidang
pemasukan atau keluaran.
Massa pervious yang jenuh juga mempunyai suatu daerah kondisi batas yang
berhubungan dengan atmosfir dan air keluar di sepanjang bidang tersebut,
seperti garis GE di Gambar 3.6B. Tekanan di sepanjang bidang ini adalah
sama dengan tekanan atmosfir. Bidang ini disebut muka aliran atau bidang
rembesan.
Garis DG pada Gambar 3.6B adalah garis yang terletak di antara massa
pervious dimana air pada tekanan atmosfir. Garis ini disebut sebagai garis
freatik atau permukaan bebas (free surface). Material di bawah garis freatik
adalah dalam kondisi jenuh. Diasumsikan bahwa tidak ada aliran yang
memotong permukaan freatik, jadi aliran dalam massa porous di dekatnya
sejajar dengan garis freatik. Pada daerah batas kedap air serta pemasukan
dan keluaran, lokasi muka freatik tidak diketahui, sampai distribusi aliran di
dalam hassa pervious diketahui.
Gambar 3.6 di atas juga menunjukkan 2 kasus umum rembesan, yakni aliran
bebas (confined flow).Gambar 3.6A terjadi di dalam suatu massa pervious
jenuh di bawah suatu bendungan beton yang tidak mempunyai gais freatik.
Aliran tertekan (unconfined flow).Gambar 3.6B terjadi bila massa tanah
pervious mempunyai suatu garis freatik. Aliran bebas mempunyai semua
daerah batas yang pasti. Pada aliran tertekan, permukaan rembesan dan
garis freatik harus ditentukan dengan analisis atau dari pengamatan lapangan.
Seperti dijelaskan, hukum Darcy dan koefisien permeabilitas Darcy (k) hanya
berlaku untuk aliran laminer melalui media tanah yang porous. Untuk kerikil
berbutir kasar dan batu yang mempunyai alur aliran yang besar, aliran akan
bersifat turbulen, kecepatan aliran tidak proporsional dengan gradien hidraulis
dan hukum Darcy tidak berlaku. Masalah aliran turbulen ini dibahas lebih rinci
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 41
dalam buku rujukan Cedergren’s Seepage, Drainage and Flownets and the
US Army Corps of Engineers Manual Seepage Analysis and Control for Dams.
Tanah yang akan dianalisis adalah bersifat homogin, sehingga tanah yang
berlapis-lapis (stratification) atau batuan yang mengalami perubahan geologi
akan berpengaruh terhadap kondisi rembesan, seperti contoh di bawah:
a) Endapan tanah alluvial selalu bersifat berlapis-lapis (stratified) sampai
kedalaman tertentu dan bahkan fondasi pasir yang kelihatannya homogin
mempunyai koefisien permeabilitas arah horisontal beberapa kali lebih
besar dibandingkan permeabilitas vertikal.
b) Koefisien permeabilitas batuan intact (solid) umumnya rendah, tetapi
permeabilitas massa batuan yang sama dapat lebih tinggi, karena
permeabilitas batuan massa dikontrol oleh diskontinyuitas massa, seperti
bedding plane, kekar, sesar dan zona geser (shear zone).
c) Permeabilitas massa batuan yang mudah larut dapat berubah dengan
cepat seiring waktu, karena terjadinya larutan aktif akibat rembesan yang
sedang berlangsung atau akibat rembesan yang menggerus material
pengisi yang lunak yang biasanya terdapat di dalam alur pelarut.
d) Timbunan yang kelihatannya homogin mempunyai permeabilitas arah
horisontal yang besarnya antara 4 – 9 kali permeabilitas vertikal, karena
timbunan dipadatkan lapis demi lapis arah horisontal.
e) Permeabilitas diasumsikan tidak menimbulkan masalah yang potensial,
karena massa timbunan tahan terhadap retakan dan erosi internal.
Faktor-faktor yang mempengaruhi permeabilitas pada analisis rembesan
bendungan, adalah sebagai berikut :
a) Derajat penjenuhan media porous,
b) Ukuran butir dan bentuknya (bundar atau bersudut),
c) Berat si tanah,
d) Pengaturan butiran atau struktur; termasuk stratifikasi, floculated structure
dalam lempung, lanau dan pasir halus yang porous, collapsible soil seperti
loess,
e) Gradasi ukuran butir; pasir atau kerikil bergradasi buruk (seragam) jauh
lebih pervious dibandingkan yang bergradasi baik pada ukuran D50 yang
sama. Banyak dan jenis butiran halus (lulus saringan no.200) sangat
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
42 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
mempengaruhi permeabilitasnya. Suatu persentase kecil butiran halus
dapat membuat pasir dan kerikil yang bergradasi baik menjadi kedap air
secara efektif.
Ada beberapa metoda untuk menentukan permeabilitas yang diklasifikasikan
sebagai metoda empiris, laboratorium dan metoda lapangan.
Metoda tidak langsung sering digunakan untuk analisis awal, bila data
lapangan cukup teliti. Metoda ini berdasarkan korelasi antara permeabilitas
dan ukuran butiran yang dikenalkan oleh Hanzen untuk pasir filter yang
seragam dan bersih :
k = 100(D10)2 ........................................................................(3.17)
k adalah permeabilitas dalam cm/s dan D10 adalah ukuran bukaan dalam cm
dimana 10% lolos saringan. Contoh lain adalah persamaan permeabilitas oleh
NRCS untuk pasir dan kerikil yang relatif bersih :
k = 992(D15)2 ............................................................................(3.18)
k adalah permeabilitas dalam ft/hari dan D15 adalah ukuran bukaan dalam cm
dimana 15% lolos saringan.
3.4 Metoda Analisis
3.4.1 Umum
Penyelesaian terhadap kondisi aliran langgeng (steady seepage) dan aliran
laminer dapat diselesaikan berdasarkan persamaan Laplace dan Darcy.
Beberapa cara telah dikembangkan untuk menyelesaikan persamaan-
persamaan tersebut untuk berbagai kasus rembesan yang diringkas di bawah.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 43
Gambar 3.7. Berbagai Metoda Analisis Rembesan (Seepage)
Penyelesaian matematis persamaan Laplace telah lama dilakukan dan
disederhanakan untuk aliran ke dalam sumuran (well) dari sumber yang radial.
Ada berbagai pendekatan dengan menggunakan variabel yang kompleks,
berbagai transformasi dan teknik pemetaan, cara fragmentasi, dll sebagai
penyelesaian masalah yang bervariasi. Pada umumnya, cara-cara tersebut
cukup kompleks. Namun, banyak masalah dan solusinya telah dibuatkan
berupa plot dan grafik, bila ada, yang dapat menemukan solusinya dengan
cepat.
3.4.2 Penyelesaian Numerik dengan Komputer
Model komputer digunakan untuk menyelesaikan persamaan Laplace untuk
aliran yang kompleks. Dua metoda utama dari model numerik tersebut adalah
finite difference dan finite element method. Keduanya dapat digunakan untuk
menyelesaikan masalah rembesan 2-D dan 3-D. Masalah rembesan yang
sederhana dapat diselesaikan dengan menggunakan tangan/manual, tetapi
masalah yang lebih rumit dapat diselesaikan dengan bantuan komputer.
Kedua cara di atas menggunakan sistim grid untuk membagi-bagi daerah
aliran ke dalam elemen terpisah (discrete element). Elemen yang saling
berpotongan disebut node.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
44 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Pada sistim lain, suatu seri persamaan aljabar digunakan untuk
menyelesaikan persamaan Laplace. Pada FEM, bila grid terdiri dari N elemen,
terdapat N persamaan dengan N yang tak diketahui dan harus diselesaikan.
Keuntungan dari cara numerik ini adalah :
a) Masalah rembesan 2-D dan 3-D, termasuk perlapisan dan sifat stratifikasi
dan kantung-kantung material dapat dimodelkan.
b) Pada zona dimana gradien rembesan atau kecepatannya tinggi, dapat
dimodel lebih teliti dengan menggunakan berbagai ukuran elemen.
c) Tidak diperlukan transformasi dimensi atau properti.
d) Hasil dapat dicetak dalam digital untuk memudahkan plotting flownet.
e) Berbagai program mempunyai opsi-opsi dan kapasitas untuk perhitungan
gaya-gaya rembesan dan mengatasi aliran transient dan ketergantungan
waktu serta berbagai penjenuhan.
Penggunaan metoda numerikal komputer dapat mempercepat perhitungan
dan saat ini banyak digunakan di banyak negara. Validitas hasil komputer
tergantung dari ketelitian dan kualitas data masukan dan pengetahuan dari
pengguna komputer sendiri. Model numerikal harus dikalibrasi terhadap
kondisi lapangan untuk memastikan sesuai dengan kondisi aktual lapangan.
Saat proses kalibrasi, parameter permeabilitas diperlukan untuk memperoleh
hasil yang sesuai dengan kondisi lapangan. Pengaturan nilai permeabilitas ini
harus reasonable atau model akan salah. Pemeriksaan lain terhadap ketelitian
model adalah dengan keseimbangan massa (mass balance), yakni massa
aliran dalam kondisi batas model versus aliran keluar.
3.5 Latihan
1. Informasi atau gambaran apakah yang dapat diperoleh dari Flownet?
2. Apakah hukum Darcy dapat digunakan untuk menghitung besarnya debit
rembesan yang terjadi pada berlaku pada kerikil dan rekahan batu.
Sebutkan alasannya!
3. Sebut minimal 3 (tiga) keuntungan dari analisa rembesan dengan
menggunakan cara numerik !
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 45
3.6 Rangkuman
Proses mengalirnya air dalam pori-pori tanah tersebut dinamakan rembesan
(seepage), sedangkan kemampuan tanah untuk dapat dirembesi disebut
daya rembes atau permeabilitas (permeability).
Faktor-faktor yang mempengaruhi rembesan antara lain:
a . Ukuran partikel
b. Kadar pori
c. Susunan tanah
d. Struktur tanah
e. Derajat kejenuhan
Masalah rembesan yang dapat mengakibatkan terjadinya keruntuhan pada
konstruksi khususnya Bendungan adalah akibat ;
a. Tekanan angkat berlebihan,
b. Piping,
c. Erosi internal,
d. Teruraikannya (solutioning) material batu yang mudah melarut,
e. Tekanan rembesan berlebihan atau penjenuhan yang menyebabkan
terjadinya pembasahan lereng hilir (sloughing)
Darcy mendapatkan bahwa besarnya kecepatan aliran yang mengalir masuk
ataupun keluar dari lapisan tanah sebanding dengan gradien hidrauliknya.
Untuk menentukan besarnya rembesan secara grafis, terlebih dahulu harus
dibuat jaringan aliran atau flownet yang terdiri atas sekumpulan garis aliran
dan garis ekipotential yang masing-masing saling berpotongan tegak lurus.
Garis aliran adalah garis yang akan dilalui oleh air yang merembes masuk ke
dalam tanah dari bagian hulu ke bagian hilir. Garis aliran dapat digambar pada
setiap titik dimana air mulai merembes. Setiap garis aliran mempunyai nilai k
yang sama.
Garis ekipotensial adalah garis yang menghubungkan titik-titik dengan tinggi
potential yang sama. Pisometer yang dipasang pada setiap titik yang terletak
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
46 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
pada garis ekipotential yang sama akan menunjukan tinggi permukaan air
yang sama ( h sama).
Flownet menggambarkan distribusi tekanan-tekanan dan arah aliran,
memberikan informasi penting mengenai stabilitas dan debit rembesan,
gradien keluaran, gaya-gaya rembesan serta tekanan-tekanan angkat yang
bekerja di dasar bangunan.
Hukum Darcy dan koefisien permeabilitas Darcy (k) hanya berlaku untuk aliran
laminer melalui media tanah yang porous. Untuk kerikil berbutir kasar dan
batu yang mempunyai alur aliran yang besar, aliran akan bersifat turbulen,
kecepatan aliran tidak proporsional dengan gradien hidraulis dan hukum
Darcy tidak berlaku.
Berbagai metoda analisa rembesan ( seepage ) dapat dilakukan secara :
a. grafis dengan menggambarkan jaringan aliran atau flownet
b. analitis dengan menggunakan persamaan empiris dan matematik
c. numerik menggunakan Komputer
3.7 Evaluasi
Pilih 1 (satu) jawaban yang paling benar dari soal dibawah ini.
1. Hukum Darcy dapat digunakan untuk menghitung rembesan pada
aliran…..
a. Kondisi laminer saja
b. Kondisi turbulen saja
c. Kondisi laminer dan turbulen
d. Semua kondisi
2. Flownet merupakan jaringan aliran yang terdiri atas…..
a. Sekumpulan garis aliran dan garis ekipotensial yang sejajar
b. Sekumpulan garis aliran yang saling berpotongan tegak lurus
c. Sekumpulan garis ekipotensial yang saling berpotongan tegak lurus
d. Sekumpulan garis aliran dan garis ekipotensial yang saling
berpotongan tegak lurus
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 47
3. Berbagai metoda analisa rembesan ( seepage ) dapat dilakukan
secara…..
a. Grafis dengan menggambarkan jaringan aliran atau flownet
b. Analitis dengan menggunakan persamaan empiris dan matematik
c. Numerik menggunakan komputer
d. Semua jawaban benar
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
48 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 49
BAB IV
REMBESAN MELALUI BENDUNGAN
4.1 Garis Phreatic dan Flownet
Jaringan aliran untuk bendungan tanah yang fondasinya berupa tanah yang
kedap air dapat digambarkan mengikuti prosedur yang telah dibicarakan
terdahulu, hanya saja haruslah diperhatikan beberapa hal sebagai berikut :
Gambar 4.1. Jaringan Aliran Pada Bendungan yang Homogen
a) Dinding bendungan yang berbatasan dengan air merupakan garis
ekipotential batas (garis AD).
b) Dasar tempat bendungan tanah yang diletakan di atas tanah yang kedap
air merupakan garis aliran batas (garis DC).
c) Garis AB merupakan garis aliran paling atas, disebut juga garis phreatic
atau top flow line. Rembesan pada bendungan terjadi di bawah garis ini.
Garis ini juga merupakan batas daerah yang jenuh dan yang kering.
Bentuk garis phreatic berbeda - beda sehubungan dengan ada atau
tidaknya filter, dan dimana letak dari filter tersebut.
Gambar di bawah ini, menunjukkan bentuk lain dari penampang melintang
bendungan tanah beserta garis phreatic –nya.
Indikator Hasil Belajar: Setelah mengikuti pembelajaran materi ini, peserta diharapkan mampu menjelaskan rembesan
melalui bendungan.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
50 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Gambar 4.2. Bermacam-Macam Garis Freatik Pada Bendungan Urugan Tanah
Penggambaran garis aliran paling atas atau top flow line dapat dilakukan
menurut Casagrande, yakni garis phreatic.Garis ini berbentuk parabola,
seperti digambarkan di bawah.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 51
Gambar 4.3. Penentuan Titik Fokus dan Direktris Untuk Pembuatan Garis
Freatik/ Phreatic
Sesuai gambar di atas dapat dilihat karakteristik dasar dari parabola,yaitu
bahwa setiap titik pada parabola mempunyai jarak yang sama ke titik focus F
dan ke garis direktriks CE,sehingga AF = AB,dan DF = DC.
Titik O merupakan titik sumbu koordinat x y
DC = p/2 + x
(FD)2 = y2 + (x - p/2)2
Karena DF = DC, maka :
(p/2 + x)2 = y2 + (x - p/2)2
y 2 = 2px, dimana 2p merupakan parameter dari parabola.
a) Cara menggambarkan garis phreatic pada bendungan tanah dengan
filter horizontal menurut metoda Casagrande
Prosedur penggambaran adalah sebagai berikut :
1) Ambil CS = 1/3 HS
2) Titik fokus (titik F) diasumsikan sebagai bagian ujung dari filter.
Dari titik G sebagai pusat lingkaran dibuat busur lingkaran dengan
radius = GF yang memotong perpanjangan garis HS di I. Diperoleh
GF = GT (sifat parabola).
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
52 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Gambar 4.4. Penggambaran Garis Preatik Pada Suatu Bendungan Tanah Homogen
3) Garis vertikal melalui I merupakan garis direktriks (garis EI).
4) Titik 0 tengah-tengahnya F dan E. Titik 0 dan G terletak pada
parabola.
5) Tentukan beberapa titik bantu lainnya dengan mengingat sifat
parabola yaitu jarak setiap titik ke fokus dan ke garis bisektris adalah
sama.
Caranya sebagai berikut :
- Ambil sembarang titik N pada dasar bendungan dan tarik garis
vertikal melalui N.
- Busur lingkaran yang dibuat dari titik F dengan radius = NE
memotong garis vertikal melalui N di L. LF = NE = LM, berarti L
terletak pada parabola.
- AB garis ekipotential batas, garis phreatic sebagai garis aliran
batas harus memotong garis ekipotential batas secara tegak lurus
di titik S.
Dengan mempergunakan garis preatik dan garis batas lainnya,
jaringan aliran dapat diselesaikan dan debit rembesan dapat dihitung.
Untuk sudut kemiringan lereng () < 30º , dapat digunakan cara
Saffernak & Iterson, sebagai berikut :
Tarik garis vertikal melalui titik B dan memotong garis
perpanjangan lereng hilir di titik 1.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 53
Tarik garis horisontal melalui B dan memotong lereng hilir di titik 2.
Buat garis semi-lingkaran melalui titik-titik 1 dan D sebagai garis
tengahnya.
Buat garis D-3 = D-2 dengan melingkarkan dengan jangka melalui
titik D.
Buat garis 1-C = 1-3 dengan melingkarkan dengan jangka melalui
titik 1.
Titik C adalah titik singgung dari parabola BC
Buat koreksi dari titik E.
Gambar 4.5. Garis Freatis Cara Saffernak & Iterson Untuk Sudut Lereng
() < 30º
Garis parabola dapat digambar sebagai berikut :
- Dari titik B tarik garis horisontal memotong lereng hilir di titik T.
- Bagi garis BT dan CT menjadi bagian-bagian yang sama (pada
contoh menjadi 3 bagian ang sama), misalnya I, II dan 1, 2 dst.
- Hubungkan titik-titik I, II .... dengan C dan melalui titik-titik 1, 2,
...... dst.
Gambar 4.6. Cara Penggambaran Parabola
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
54 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Sedangkan untuk sudut lereng () > 30º dapat digunakan cara
menurut Cassagrande sebagai berikut di bawah.
Gambar 4.7. Penggambaran Garis Freatik Untuk () > 30º, Menurut Cassagrande
Penggambaran flownet melalui tubuh bendungan dapat dilakukan
dengan menggambarkan garis-garis aliran dan garis-garis
ekuipotensial yang saling tegak lurus dengan cara coba-coba (trial and
error) seperti gambar berikut :
Gambar 4.8. Flownet Tubuh Bendungan Urugan Tanah
Sedangkan untuk bendungan jenis zonal, flownet pada zona inti
adalah seperti gambar di bawah. Garis AE adalah merupakan
permukaan ekipotensial. Garis preatik EC dibuat seperti yang telah
dijelaskan dan merupakan batas atas dari flownet. Di sepanjang garis
preatik ini tekanan pori adalah sama dengan tekanan atmosfir dan
sebagai garis equipressure. Potential drops di sepanjang garis ini
adalah hanya diakibatkan oleh turunnya posisi tinggi tekanan (head).
Potential drop Δh dari garis ekipotensial adalah sama. Garis-garis
ekipotensial tersebut akan memotong garis preatik dengan Potential
drop Δh yang sama.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 55
Gambar 4.9. Flownet Pada Zona Inti Bendungan Tipe Zonal
Pada lapisan tanah isotropis dengan koefisien permeabilitas yang
berbeda, garis aliran dari flownet akan berbelok/ menyimpang. Seperti
ditunjukkan pada gambar 4.10 dibawah, garis aliran akan
menyimpang pada garis batas perbedaan permeabilitas, proporsional
dengan rasio k1/k2 = c/b = tan ß/tan , dimana k1 < k2.
Gambar 4.10. Penyimpangan Garis Aliran, Karena Perbedaan Permeabilitas
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
56 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Gambar 4.11. Flownet Melalui Tubuh Bendungan Isotropis dan Fondasi Kedap Air (Atas) dan Melalui Bendungan dan Fondasi yang Berlapis (Bawah)
Sedangkan untuk flownet melalui fondasi bendungan yang porous
dengan berbagai perbaikan fondasinya ditunjukkan seperti gambar
berikut :
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 57
Gambar 4.12. Pengaruh Perbaikan Fondasi Terhadap Konfigurasi Flownet.
Dari gambar 4.12 di atas, bila tanpa dilakukan perbaikan fondasi (a),
debit rembesan dapat dihitung, yakni sebesar Q = k h (Nf/Nd). Bila
dilakukan perbaikan fondasi dengan memasang clay blanket di bagian
hulu (b), Nd akan bertambah dan debit rembesan melalui fondasi akan
berkurang. Demikian juga bila dilakukan perbaikan dengan partial
cutoff yang dipasang vertikal (c), Nd juga akan bertambah dan debit
rembesan yang keluar dari kaki bendungan juga akan berkurang. Dari
uraian diatas, jelas bahwa perbaikan fondasi yang dilakukan adalah
untuk mengurangi debit rembesan yang keluar sekaligus juga
memperkecil exit gradient.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
58 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
b) Garis preatik untuk beberapa bentuk kaki drainasi\
Bentuk akhir dari parabola sebagai garis preatik harus dimodifikasi sesuai
dengan kondisi akhir pengaliran yang tersedia.
Gambar 4.13 di bawah menunjukkan beberapa konfigurasi yang mungkin
ditemui. Titik fokus F adalah perpotongan antara garis aliran batas bawah
dengan mulut pengaliran. Sudut α adalah sudut antara mulut pengaliran
dan garis horizontal, diukur searah dengan jarum jam. a = jarak
pergeseran dari parabola ke garis preatik (RS) yaitu a = jarak dari titik
pergeseran R ke fokus F. Cassagrande memberikan korelasi antara dan
a/(a + a) seperti pada Gambar 4.13e.
Gambar 4.13. Beberapa Konfigurasi Garis Freatik
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 59
Cara menggambarnya adalah sebagai berikut :
1) Tentukan titik fokus F
2) Tentukan titik G = 0,3 HB
3) Gambarkan titik I dan garis direktriks.
4) Tentukan titik 0.
5) Gambarkan parabola.
6) Ukur a + a dan sudut α
7) Tentukan a dengan mempergunakan gambar 4.13 e.
8) Tentukan titik R.
9) Gambarkan pergeser parabola ke titik R
4.2 Flownet Pada Tanah Anisotropis
Penggambaran jaringan aliran pada bagian sebelum ini dengan
mengasumsikan bahwa tanah tersebut adalah tanah isotropis, sedangkan di
lapangan seringkali dijumpai tanah yang anisotropis.
Untuk tanah anisotropis, yaitu kx kz.
Prosedur penggambaran jaringan aliran adalah sebagai berikut :
a) Tentukan skala vertikal untuk menggambarkan penampang melintang
bangunan (skala sumbu z).
b) Tentukan skala horizontal = xz kk / x skala vertikal.
c) Gambarkan jaringan aliran dengan skala seperti no. 2 di atas.
d) Besarnya d
f
zxN
Nhkkq .
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
60 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Gambar 4.14. Flownet Pada Bendungan yang Isotropis (Atas) dan Anisotropis (Bawah)
Hukum Darcy juga digunakan untuk mengatasi masalah-masalah rembesan
dan drainase pada bendungan urugan. Contoh adalah menentukan
permeabilitas yang diperlukan atau penentuan drainase miring atau horisontal
dari suatu bendungan.
Beberapa contoh garis preatik melalui tubuh bendungan urugan tanah dengan
berbagai drainasi kaki, adalah seperti gambar-gambar di bawah.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 61
Gambar 4.15. Garis Preatik Melalui Tubuh Bendungan Dengan Berbagai Drainasi Kaki
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
62 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Gambar 4.16. Desain Chimney Drain Menggunakan Hukum Darcy
4.3 Analisis Keamanan Terhadap Piping
Rembesan melalui tubuh bendungan, fondasi, tumpuan, dan tepian/ bukit
sekeliling waduk harus terkendali,sehingga tidak boleh terjadi gaya angkat
(uplift) yang berlebihan, ketidak stabilan, longsoran, aliran buluh, terhanyutnya
material karena pelarutan, atau erosi internal/ material terbawa aliran
rembesan melalui rekahan, kekar dan rongga.
Tebing/dinding sekeliling waduk harus stabil pada segala kondisi operasi
(severe operation),sehingga tidak boleh terjadi ketidak stabilan pada dinding
tipis sekeliling waduk .Hal ini dapat mengakibatkan terjadinya longsoran besar
yang masuk ke dalam waduk saat pengisian waduk (impounding) sehingga
memicu timbulnya gelombang besar yang dapat mengakibatkan luapan air
waduk.
Keamanan bendungan urugan tanah terhadap piping dapat dihitung
berdasarkan rumus berikut :
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 63
..........(4.1) dan ............................. (4.2)
dengan :
FK : faktor keamanan (tanpa dimensi);
Ic : gradien keluaran kritis (tanpa dimensi);
Ie : gradien keluaran dari hasil analisis rembesan atau pembacaan
instrumen pisometer (tanpa dimensi);
’ : berat isi efektif (terendam) (t/m3);
w : berat isi air (t/m3);
Gs : berat jenis (tanpa dimensi);
e : angka pori (tanpa dimensi);
4.4 Latihan
1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan penggambaran garis preatik
menggunakan cara Cassagrande dan Saffernak!
2. Bagaimana garis preatik pada tanah berlapis dengan nilai koefisien
permeabilitas yang berbeda?
3. Mengapa rembesan yang melalui tubuh bendungan, fondasi, tumpuan,dan
tepian/ bukit sekeliling waduk harus terkendali?
4.5 Rangkuman
Garis aliran paling atas, disebut juga garis phreatic atau top flow line.
Rembesan pada bendungan terjadi di bawah garis ini. Garis ini juga
merupakan batas daerah yang jenuh dan yang kering. Bentuk garis phreatic/
preatik berbeda - beda sehubungan dengan ada atau tidaknya filter, dan
dimana letak dari filter tersebut.
Untuk menggambarkan garis preatik pada bendungan dengan sudut
kemiringan lereng () < 30º ,dapat digunakan cara Saffernak & Iterson,
sedangkan untuk sudut lereng () > 30º dapat digunakan cara Cassagrande.
4e
c
I
IFK
e
GI s
wc
1
1'
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
64 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Garis preatik berbentuk parabola dan digambarkan berpotongan tegak lurus
dengan garis ekipotensial.Bersama dengan garis batas (boundary line)
lainnya membentuk jaringan aliran (flownet) sehingga debit rembesan dapat
dihitung.
Pada lapisan tanah isotropis dengan koefisien permeabilitas yang berbeda,
garis aliran dari flownet akan berbelok/ menyimpang.
Bentuk akhir dari parabola sebagai garis preatik harus dimodifikasi sesuai
dengan kondisi akhir pengaliran yang tersedia.
Rembesan melalui tubuh bendungan, fondasi, tumpuan, dan tepian/ bukit
sekeliling waduk harus terkendali,sehingga tidak boleh terjadi gaya angkat
(uplift) yang berlebihan, ketidak stabilan, longsoran, erosi buluh, terhanyutnya
material karena pelarutan, atau erosi internal/ material terbawa aliran
rembesan melalui rekahan, kekar dan rongga.
Tebing/ dinding sekeliling waduk harus stabil pada segala kondisi operasi
(severe operation),sehingga tidak boleh terjadi ketidakstabilan pada dinding
tipis sekeliling waduk karena dapat mengakibatkan terjadinya longsoran besar
yang masuk ke dalam waduk saat pengisian waduk (impounding) sehingga
memicu timbulnya gelombang besar yang dapat mengakibatkan luapan air
waduk.
Keamanan bendungan urugan tanah terhadap piping atau erosi buluh dapat
dihitung berdasarkan rumus berikut :
4e
c
I
IFK 4
e
c
I
IFK
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 65
4.6 Evaluasi
Pilihlah jawaban yang paling benar dari soal-soal berikut ini!
1. Garis aliran paling atas, disebut juga garis phreatic atau top flow Line
adalah garis yang menunjukkan bahwa…..
a. Rembesan pada bendungan terjadi di bawah garis ini.
b. Garis yang merupakan batas daerah yang jenuh dan yang kering
c. Merupakan garis aliran yang paling atas
d. Semua pernyataan a, b, dan c benar
2. Jaringan aliran atau flownet dapat digunakan untuk menghitung…..
a. Menghitung debit rembesan yang terjadi
b. Menentukan banyaknya garis ekipotensial
c. Menghitung permeabilitas tanah
d. Semua pernyataan a, b, dan c benar
3. Untuk menghindari erosi buluh atau piping pada bendungan maka …..
a. Gradien hidraulik keluar (exit) besarnya sama dengan gradien
hidraulik kritis.
b. Gradien hidraulik keluar (exit) harus lebih besar dari gradien hidraulik
kritis.
c. Harus mempunyai angka keamanan minimal sama dengan 4
d. Gradien hidraulik keluar (exit) harus lebih kecil dari gradien hidraulik
kritis.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
66 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 67
BAB V
IMPLEMENTASI ANALISIS REMBESAN
5.1 Penggunaan Metoda Analisis
Beberapa pertimbangan umum dalam hal memilih metoda analisis, adalah :
a) Masalah penting dalam sejarah bendungan
b) Seberapa kompleks masalah yang dihadapi.
c) Informasi yang tersedia.
d) Informasi lain yang diperlukan dan pengaruh biayanya.
e) Pentingnya masalah atau waktu yang diperlukan untuk analisis rinci.
Tabel 5.1 di bawah adalah contoh petunjuk penggunaan beberapa metoda
analisis rembesan.
Tabel 5.1. Petunjuk Penggunaan Beberapa Metoda Analisis Rembesan Situasi Investigasi Tipikal Metoda Analisis
Timbunan homogin, fondasi
kedap air, kondisi steady 2-D
Muka air preatik, tekanan air pori,
gaya rembesan (stabilitas)
Cassagrande grafis
atau flownet
Timbunan zonal, fondasi kedap
air, kondisi steady 2-D
Muka air preatik, tekanan air pori,
gaya rembesan (stabilitas)
Flownet or
numerical model
Timbunan homogin, fondasi
porius seragam, kondisi steady
2-D
Muka air preatik,tekanan air pori,
gaya rembesan (stabilitas)
Flownet
Gradien keluaran, debit rembesan Metoda fragment
(Lampiran B,)
Alternatif kontrol rembesan,
variasi sifat material
Model numerik
Timbunan zonal, fondasi
porous, kondisi steady 2-D
Sama dengan di atas
Model numerik
Indikator Hasil Belajar: Setelah mengikuti pembelajaran materi ini, peserta diharapkan mampu menjelaskan implementasi
analisis rembesan.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
68 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Situasi Investigasi Tipikal Metoda Analisis
Melibatkan relief wells, fondasi
heterogin, kuasi 3-D, kondisi
steady
Muka air preatik, tekanan air pori,
gradient keluaran, debit
rembesan, alternative control
rembesan, variasi sifat material,
spasi relief well dan aliran
Model numerik
Melibatkan relief wells, fondasi
seragam, kuasi 3-D, kondisi
steady
Spasi relief wells, pengurangan
tekanan dan aliran
Persamaan di
Lampiran B
Tumpuan pervious, Kondisi
steady 3-D
Muka air preatik, debit rembesan Flownet
Fondasi dan tumpuan pervious
heterogin, kondisi steady 3-D
Muka air preatik, debit
rembesan,gradien keluaran, jenis
material dan alternatiif kontrol
rembesan
Model numerik
Aliran transient 2-D, kondisi
batas steady
Penjenuhan,dan waktu untuk
mencapai kondisi steady
Flownet transien
Situasi 2-D aliran nonsteady,
zona jenuh/tak jenuh atau
timbunan homogin, fondasi
heterogin, kondisi batas
transient, kondisi transient
2-D
Pengisisan pertama, siklus banjir,
siklus operasi, kadar air dan
perubahan tek air pori, pengaruh
presipitasi dan evaporasi
Model numerik
(lihat Groundwater
modelling, Herbert
F., Anderson, Mary
P)
Tidak semua situasi yang timbul di lapangan dicakup oleh tabel di atas.
Diperlukan suatu “engineering judgment” dan advis seorang spesialis, jika
diperlukan. Pada umumnya, metoda analitis digunakan untuk desain. Begitu
bendungan dikonstruksi, pengamatan menjadi sangat penting dan dapat
memberikan informasi penting bila terjadi masalah. Pengamatan lapangan
adalah merupakan kondisi sebenarnya dibandingkan asumsi desain yang
mungkin saja salah. Sebagai konsekuensinya, dalam hal mengatasi masalah
rembesan, pemilihan metoda pengamatan atau metoda analitis harus
berdasarkan masukan-masukan dari hasil pengamatan.
Pada banyak kasus, sangat logis untuk memulai dengan metoda yang paling
sederhana dan murah dan berlanjut ke metoda yang lebih kompleks dan
mahal, namun lebih teliti sesuai dengan masalah yang dihadapi. Dalam
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 69
analisis rembesan, ketelitian yang tepat jarang diperoleh dan konsekuensinya
kebanyakan tindak perbaikannya didesain konservatif. Sebagai contoh, bila
rembesan minor yang dangkal timbul di sepanjang kaki bendungan, tidak
perlu didesain sumur-sumur pelepas tekanan yang dalam, suatu sistim toe
drain dangkal yang didesain berdasarkan pengamatan rembesan dan tidak
memerlukan analisis FEM, mungkin cukup sebagai tindak perbaikannya.
Bila waktu tidak menjadikan kendala, suatu kajian cepat terhadap informasi
yang tersedia dan suatu analisis berdasarkan pengalaman dapat dilakukan.
Sebagai pertimbangan terakhir, tidak ada analisis yang lebih baik
dibandingkan masukan-masukan yang cukup dan berkualitas terhadap sifat
teknis dan kondisi batas. Bila informasi sangat terbatas, sketsa sederhana
flownet dapat digunakan berdasarkan asumsi yang juga masih kasar. Sebagai
tambahan, biaya tindak perbaikan yang konservatif jarang lebih kecil
dibandingkan biaya perbaikan berdasarkan analisis rinci dari hasil investigasi.
Masalah dan analisis rembesan umumnya berdasarkan “judgment” dari ahli-
ahli geoteknik dan geologi teknik yang berpengalaman. Pengalaman dan
pengetahuan mengenai faktor-faktor geologis, prinsip-prinsip desain dan
prinsip-prinsip aliran fluida melalui media porous adalah lebih kritis
dibandingkan metoda analisis itu sendiri. Sebagai konsekuensinya, untuk
melakukan kajian-kajian harus dilakukan oleh ahli-ahli berpengalaman di
bidangnya masing-masing.
5.2 Hasil Aplikasi
Tujuan analisis rembesan adalah untuk menentukan apakah rembesan
berpengaruh terhadap keamanan bendungan, sehingga dapat diperoleh suatu
bentuk geometri bendungan dan pengendalian rembesan yang aman dan
ekonomis. Filosofi keamanan bendungan terkini umumnya dihadapkan pada
idea bahwa rembesan harus dikontrol dengan penghalang untuk memastikan
keamanannya.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
70 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Penjelasan berikut meliputi masalah rembesan yang harus didesain secara
rasional yang bervariasi mulai dari aplikasi sederhana hukum Darcy hingga
model numerik komputer yang kompleks. Pemilihan pendekatan yang terbaik
adalah berdasarkan pengalaman, sesuai dengan kondisi lapangan dan
masalah yang dihadapi. Pada umumnya, sebagai akibat dari masalah yang
dihadapi dan biaya yang meningkat, mungkin memerlukan investigasi dan
analisis desain yang canggih. Meskipun demikian, data yang akurat dari
sumber yang ada atau tambahan penyelidikan adalah lebih penting
dibandingkan analisis yang canggih tersebut di atas.
5.3 Latihan
1. Apakah tujuan dari analisa rembesan?
2. Bagaimanakah langkah-langkah dalam menentukan metoda yang paling
baik digunakan dalam analisa rembesan?
3. Jelaskan metode sederhana yang dapat kita lakukan jika informasi terkait
rembesan yang terjadi sangat terbatas!
5.4 Rangkuman
Beberapa pertimbangan umum dalam hal memilih metoda analisis, adalah :
a) Masalah penting dalam sejarah bendungan
b) Seberapa kompleks masalah yang dihadapi.
c) Informasi yang tersedia.
d) Informasi lain yang diperlukan dan pengaruh biayanya.
e) Pentingnya masalah atau waktu yang diperlukan untuk analisis rinci.
Secara umum, metoda analitis digunakan untuk desain. Begitu bendungan
dikonstruksi, pengamatan menjadi sangat penting dan dapat memberikan
informasi penting bila terjadi masalah. Pengamatan lapangan adalah
merupakan kondisi sebenarnya dibandingkan asumsi desain yang mungkin
saja salah.Dalam hal mengatasi masalah rembesan, pemilihan metoda
pengamatan atau metoda analitis harus berdasarkan masukan-masukan dari
hasil pengamatan.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 71
Analisa rembesan sebaiknya dimulai dengan metoda yang paling sederhana
dan murah dan berlanjut ke metoda yang lebih kompleks dan mahal, namun
lebih teliti sesuai dengan masalah yang dihadapi. Ketelitian yang tepat jarang
diperoleh dan konsekuensinya kebanyakan tindak perbaikannya didesain
konservatif.
Tidak ada analisis yang lebih baik dibandingkan masukan-masukan yang
cukup dan berkualitas terhadap sifat teknis dan kondisi batas. Bila informasi
sangat terbatas, sketsa sederhana flownet dapat digunakan berdasarkan
asumsi yang juga masih kasar.
Tujuan analisis rembesan adalah untuk menentukan apakah rembesan
berpengaruh terhadap keamanan bendungan, sehingga dapat diperoleh suatu
bentuk geometri bendungan dan pengendalian rembesan yang aman dan
ekonomis.
Pemilihan pendekatan yang terbaik adalah berdasarkan pengalaman, sesuai
dengan kondisi lapangan dan masalah yang dihadapi. Akibat dari masalah
yang dihadapi dan biaya yang meningkat dalam mengatasi rembesan,
mungkin diperlukan investigasi dan analisis desain yang canggih.Walaupun
demikian, data yang akurat dari sumber yang ada atau tambahan penyelidikan
adalah lebih penting dibandingkan analisis yang canggih tersebut di atas.
5.5 Evaluasi
Pilihlah 1 (satu) jawaban yang paling benar dari soal pilihan berikut…..
1. Beberapa pertimbangan umum dalam hal memilih metoda analisis,
disebutkan di bawah ini, kecuali.....
a. Masalah penting dalam sejarah bendungan
b. Seberapa kompleks masalah yang dihadapi
c. Seberapa banyak metode yang tersedia
d. Seberapa pentingnya masalah atau waktu yang diperlukan untuk
analisis rinci.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
72 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
2. Dalam mengatasi masalah rembesan, pemilihan metoda pengamatan atau
metoda analitis harus berdasarkan pada.....
a. Masukan-masukan dari hasil pengamatan lapangan
b. Informasi yang tersedia terkait metode yang dipilh
c. Informasi yang diperlukan terkait pengaruh biayanya
d. Masukan-masukan dari hasil pengamatan Laboratorium
3. Pemilihan pendekatan yang terbaik dalam melakukan analisa terkait
rembesan adalah.....
a. Melakukan investigasi dan analisis desain yang canggih
b. Berdasarkan pengalaman,sesuai dengan kondisi lapangan dan
masalah yang dihadapi
c. Tersedianya data yang akurat dari sumber yang ada
d. Perlunya tambahan penyelidikan yang ada
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 73
BAB VI
CARA PRAKTIS PENGENDALIAN REMBESAN
6.1 Umum
Tiga cara praktis dalam pengendalian rembesan, adalah :
a) Filter untuk mencegah terbawanya butiran tanah.
b) Pembatasan terhadap debit rembesan.
c) Metoda drainasi untuk mengurangi tekanan rembesan dan
mengumpulkannya melalui konstruk si pembuang yang aman.
d) Kombinasi antara ketiga cara di atas.
Perlu diingat, bahwa pengendalian rembesan yang efektif adalah dengan
memperhatikan kondisi bendungan dan fondasinya. Meskipun desain
bendungan telah memperhatikan hal-hal di atas, beberapa bendungan tetap
mengalami kegagalan akibat rembesan. Kegagalan-kegalan tersebut telah
memberikan pemahaman-pemahaman baru dalam pengendalian rembesan.
6.2 Pola Kegagalan Akibat Rembesan
Air di dalam waduk selalu mencari jalan keluar melalui alur terlemah; alur
tersebut dapat melalui tubuh bendungan, fondasi atau sekitar tumpuan.
Masalah rembesan yang dapat mengakibatkan terjadinya keruntuhan dapat
dikatogorikan sebagai :
a) Tekanan angkat berlebihan,
b) Piping dan Erosi internal,
c) Teruraikannya (solutioning) material batu yang mudah terurai,
d) Tekanan rembesan berlebihan atau penjenuhan yang menyebabkan
terjadinya pembasahan lereng hilir (sloughing).
Indikator Hasil Belajar: Setelah mengikuti pembelajaran materi ini, peserta diharapkan mampu menjelaskan cara praktis
pengendalian rembesan.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
74 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
6.2.1 Tekanan Angkat (Blow Out)
Tekanan angkat pada lapisan fondasi yang pervious dapat memacu terjadinya
gaya angkat yang cukup besar pada lapisan fondasi hilir yang tertekan.
Tekanan angkat tersebut terjadi bila lapisan yang lebih porus memindahkan
sebagian besar persentasi tekanan air waduk ke bagian hilir. Keruntuhan
dimulai bila tekanan air pori pada bagian dasar lapisan yang tertekan tersebut
lebih besar dari tekanan overburden dari timbunan di atasnya. Tekanan ke
atas tersebut meruntuhkan lapisan tertekan yang dikenal sebagai blowout.
Apabila Aliran air tersebut cukup kuat membawa butiran tanah, biasanya pasir
diendapkan di sekeliling mata air yang keluar membentuk suatu cincin konus
yang dikenal sebagai suatu didih pasir (sand boil). Apabila terlepasnya butiran
pasir terjadi terus menerus akibat gradient hidraulis yang berlebihan, maka hal
tersebut akan mengakibatkan terjadinya piping yang dapat meruntuhkan
struktur. Pola keruntuhan dapat dibagi menjadi beberapa tipe, yakni:
a) Tipe A adalah kondisi statis dari gradient hidraulis tertentu dan tidak
menunjukkan berkembangnya masalah. Namun, bila gradient hidraulis
bertambah tinggi pada kondisi ekstrim, tipe A ini dapat berkembang
menjadi tipe B atau tipe C, tergantung dari kondisi gradient hidraulis dan
kondisi tanah tubuh atau fondasi bendungan.
b) Tipe B adalah terjadi didih pasir yang membawa material yang diawali/
dimulai dari dekat permukaan tanah. Tanah tipe ini mengindikasikan
masalah yang lebih serius yang memerlukan tindak lanjut.
c) Tipe C menunjukkan kondisi kritis, dimana gradient hidraulis yang ada
mengakibatkan terbawanya butiran tanah di bagian lebih bawah yang
harus segera ditangani. Sejumlah pisometer dapat digunakan untuk
memantau tekanan angkat pada fondasi hilir dan dapat mendeteksi
kondisi yang tidak aman sebelum terjadi keruntuhan. Petunjuk awal dari
hal tersebut adalah terbawanya material halus dari didih pasir tersebut
atau air yang keluar adalah keruh dan membawa material halus.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 75
Gambar 6.1. Tipe Didih Pasir (Sand Boiling)
6.2.2 Piping (Erosi Buluh)
Piping terjadi bila air waduk mengalir melalui pori-pori tanah (rembesan) yang
menghasilkan gaya tarik pada butiran tanah yang mengakibatkan terbawanya
butiran tanah pada titik keluaran rembesan di bagian hilir. Gambar di bawah
menunjukkan terjadinya keruntuhan piping akibat gradient hidraulis berlebihan
pada kaki bendungan. Secara fisik, piping tersebut diawali dengan
terbentuknya kerucut yang disebut suatu pendidihan (boil) atau suatu aliran air
yang keruh keluar dari lereng hilir. Terbawanya butiran halus tersebut terus
berlangsung ke arah hulu membentuk suatu pipa di dalam tubuh atau fondasi
bendungan.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
76 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Gambar 6.2. Proses Terjadinya Piping
Lima kondisi yang memicu terjadinya piping, adalah :
a) Terbentuknya alur aliran air,
b) Gradien hidraulis pada tempat keluaran telah melebihi dari nilai batas
yang tergantung dari jenis tanahnya,
c) Tempat keluaran dalam kondisi bebas dan tidak dilindungi filter secara
memadai,
d) Terdapat tanah yang rawan piping pada alur aliran rembesan,
e) Telah terbentuk ”pipa” atau tanah di atasnya telah membentuk seperti
”atap” untuk menjaga terbukanya ”pipa”.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 77
Pada keruntuhan piping, terbawanya butiran tanah awalnya terjadi debit
rembesan tertentu pada gradien hidraulis yang melebihi batas tertentu. Alur
erosi atau pipa-pipa tersebut cenderung membesar ke arah hulu yang diikuti
peningkatan debit aliran. Hal ini terjadi, karena gradien hidraulis (h/L)
bertambah dan panjang aliran (L) berkurang, sementara tinggi tekanan air (h)
diantara bagian hulu dan hilir tetap sama selama level air waduk dijaga pada
level tetap, tetapi panjang alur aliran berkurang akibat terbawanya butiran
tanah dan pipa telah terbentuk. Jadi, kecepatan aliran akan meningkat secara
progresif sampai telepasnya tekanan hidraulis tersebut. Inilah sebabnya,
betapa pentingnya menghentikan proses piping sesegera mungkin.
Piping sering tejadi pada kondisi seperti di bawah :
a) Rembesan melalui lapisan tanah yang rawan tererosi dan tidak dilakukan
upaya pengurangan rembesan untuk mengurangi gradien hidraulis,
b) Tidak adanya filter dan upaya pengurangan tekanan rembesan pada
bagian keluaran untuk mencegah terbawanya butiran tanah,
c) Cara pengurangan rembesan tidak dilakukan dengan benar.
Tanah yang rawan piping adalah berkonsistensi urai, pasir halus bergradasi
buruk; juga berpotensi tinggi untuk piping adalah lanau dan pasir mengandung
butiran halus dengan PI < 6%, seperti pasir campur kerikil urai yang
bergradasi baik yang gradasinya lebar dan mempunyai butiran halus
plastisitas rendah. Tanah lempungan dengan PI > 15% cukup tahan terhadap
piping. Meskipun demikian, tanah yang tahan piping kemungkinan rawan
terhadap erosi internal.
6.2.3 Erosi Internal
Keruntuhan akibat erosi internal tampaknya sama dengan keruntuhan akibat
piping. Setelah terjadinya keruntuhan, suatu terowongan pipa terjadi di dalam
timbunan atau di bawah timbunan. Namun, mekanisme piping dan erosi
internal adalah berbeda. Pada kedua kasus, gaya-gaya tarik dari aliran yang
mempunyai gradien hidraulis tinggi membawa butiran tanah. Pada kasus
piping, gaya tarik beasal dari aliran air antar butiran tanah. Sedangkan pada
erosi internal, erosi terjadi bila terjadi aliran air :
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
78 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
a) di sepanjang retakan atau rekahan di dalam tanah atau batuan dasar
(bedrock),
b) di sepanjang batas antara tanah dan batuan dasar,
c) di antara tanah dan strutur/ bangunan beton atau metal.
Hukum fisik yang mengatur aliran air melalui retakan dan rekahan adalah
sangat berbeda dengan aliran air yang melalui pori-pori material berbutir.
Aliran antar butiran pada tanah granular adalah mengikuti hukum Darcy. Aliran
air melalui retakan dan rekahan distudi dengan permeabilitas dan mengikuti
hukum hidraulis dari persamaan aliran saluran terbuka atau aliran di dalam
pipa terbuka. Pada kedua kasus, banyak aliran adalah proporsional dengan
gradien hidraulis yang ditunjukkan pada hukum Darcy, namun tetap berbeda.
Keruntuhan akibat erosi internal sering terjadi pada lokasi dimana terjadi rekah
hidraulis (hydraulic fracturing). Tempat-tempat yang berpotensi terhadap
rekah hidraulis adalah pada tempat yang tidak dipadatkan secara benar di
dekat bangunan/pipa outlet atau perubahan permukaan yang mendadak
(tonjolan) dari permukaan fondasi atau lereng atau pada bidang kontak antara
timbunan dengan tumpuan. Perlu pengawasan khusus pada tempat-tempat
tersebut terhadap gejala rakahan atau penurunan yang tidak normal.
Aliran air melalui bidang kontak antara timbunan dan fondasi atau tumpuan
melalui kekar-kekar terbuka, rekahan atau kerusakan batuan lain yang
sebelumnya tidak diperbaiki dengan benar kemungkinan dapat memicu
terjadinya erosi internal lainnya, contohnya bendungan Teton. Banyak ahli
percaya bahwa erosi internal lebih berbahaya, karena tidak ada gejala-gejala
visual terjadinya keruntuhan.
6.2.4 Solutioning
Masalah yang sering terjadi pada fondasi dan tumpuan adalah pada janis
batuan yang mudah mengalami solution oleh muka air tanah atau rembesan
air waduk. Permukaan batuan tersebut mudah hancur oleh air hujan, juga
pada zona di atas muka air tanah oleh air rembesan/perkolasi dan di bawah
muka air tanahnya sendiri. Rembesan pada batuan tersolusi tersebut dapat
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 79
menghancurkan material tambahan atau membawa lapisan pengisi dari alur
yang ada yang secara gradual meningkatkan aliran rembesan dan
mempercepat proses penghancuran pada periode waktu tertentu. Erosi
internal dapat terjadi bila rembesan mengalir disepanjang alur dari batuan
yang disebabkan oleh tersolusinya batuan pada tempat dekat timbunan tanah
dan fondasi. Aliran tersebut dapat menggerus tanah didekatnya yang
memperbesar alur aliran yang mengakibatkan terjadinya lubang benam (sink
holes) atau gejala keruntuhan lainnya.
Mineral seperti gipsum, anhydrate dan halite (rock salt) serta batuan kapur/
gamping (limestone), dapat dihancurkan dengan mudah oleh aliran rembesan
waduk. Batu gamping dihancurkan oleh air tanah dalam waktu lama. Apabila
fondasi bendungan berupa batu gamping, gua-gua atau rongga besar alur
aliran air mungkin tidak terdeteksi selama penyelidikan dan tidak diperbaiki
selama konstruksi yang mengakibatkan timbulnya masalah besar saat
pengisian pertama waduk. Fondasi yang terdiri dari batuan yang mudah
hancur harus selalu diperbaiki terlebih dahulu dengan perhatian ekstra.
Sebagai tambahan, gypsum, halite dan beberapa mineral adalah mudah
hancur selama operasi bendungan.
6.2.5 Pembasahan Lereng Hilir
Gambar di bawah menunjukkan terjadinya pembasahan lereng akibat
rembesan di lereng hilir. Pada contoh ini muka air freatik meningkat seiring
dengan naiknya muka air waduk. Bagian bendungan di bawah air preatik
menjadi jenuh dan lereng hilir yang tidak dilindungi menjadi basah dan lunak.
Gaya-gaya rembesan yang bekerja pada arah aliran air menambah tidak
stabilnya lereng. Ketidak stabilan tersebut memicu terjadinya kelongsoran
lereng. Tipe kelongsoran ini biasanya terjadi pada jenis tanah yang
mengandung sedikit lempung. Peningkatan air preatik dan gaya-gaya
rembesan yang bekerja disepanjang bidang kelongsoran mengurangi
tegangan efektif yang bekerja pada bidang longsor dan mengurangi gaya-
gaya penahan. Tingkat stabilitas dari suatu lereng adalah bervariasi,
tergantung dari kekuatan tanah, kemiringan lereng dan gaya-gaya rembesan
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
80 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
(tekanan air pori) yang bekerja pada lereng; lereng yang kering akan lebih
stabil dibandingkan lereng basah.
Gambar 6.3. Rembesan Melalui Timbunan
Pembasahan yang progresif (progressive sloughing) adalah suatu jenis
kerusakan sebagai akibat dari penjenuhan dan gaya-gaya rembesan yang
mempengaruhi stabilitas lereng. Gambar 6.4 memperlihatkan pembasahan
progresif yang terjadi bila sejumlah kecil material mulai tererosi/tergerus pada
kaki hilir timbunan yang menghasilkan sedikit penurunan (slump). Hal ini
menyisakan permukaan lereng yang lebih curam yang disebut scarp dan
dapat turun lagi membentuk lereng yang sangat curam dan tidak stabil. Hal
tersebut terus berlangsung hingga akhirnya mengakibatkan terjadinya
keruntuhan lereng. Jenis keruntuhan ini sering terjadi pada bendungan
homogin yang dibuat dari material halus, atau lanau yang mempunyai
plastisitas rendah. Beberapa persamaan pendekatan telah disediakan untuk
menghitung faktor keamanan terhadap keruntuhan akibat pembasahan
tersebut. Persamaan tersebut menggunakan tangen sudut dan sudut geser
dalam dari tanah untuk menghitung faktor keamanan dari lereng jenuh; yang
dikenal sebagai persamaan lereng tak terbatas (infinite slope) dari Lambe, et
al, 1968.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 81
Gambar 6.4. Keruntuhan Akibat Pembasahan Lereng yang Progresif
Pengaruh rembesan terhadap keamanan suatu bendungan urugan adalah
seperti tabel di bawah.
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
82 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
Tabel 6.1. Pengaruh Rembesan Terhadap Keamanan Bendungan
POLA KERUNTUHAN TERJADI BILA ….
UPLIFT,HEAVE, ATAU BLOWOUT
Tekanan rembesan fondasi pada lapisan pervious memicu gaya-gaya pada lapisan yang tertekan. Keruntuhan mulai terjadi bila tekanan air pori pada dasar lapisan tertekan melebihi tekanan overburden. Tekanan angkat yang terjadi meruntuhkan lapisan tertekan tersebut yang dikenal sebagai blowout yang membentuk didih pasir (sand boiling).
PIPING Air waduk mengalir melalui pori-pori tanah dan mengakibatkan terjadinya gaya-gaya tarik pada butiran tanah yang cukup kuat untuk membawa butiran tanah pada tempat keluaran yang tidak dilindungi. Terbawanya butiran tanah terjadi secara progresif kearah hilir membentuk “pipa”. Piping juga dapat terjadi bila tekanan rembesan pada fondasi menghasilkan tekanan angkat pada lapisan tertekan dari lapisan tanah di hilirnya yang mempunyai permeabilitas lebih rendah yang mengakibatkan terjadinya blow out atau heave.
EROSI INTERNAL Gaya-gaya tarik aliran hidraulik menggerus butiran tanah disepanjang retakan/rekahan dari tanah atau dasar batuan (bedrock) pada arah melintang bendungan. Erosi juga dapat terjadi disepanjang bidang kontak antara timbunan dan bedrock atau antara timbunan dengan struktur beton/metal bangunan pelengkap.
SOLUTIONING Air tanah atau rembesan menghancurkan batuan dasar (soluble bedrock) pada fondasi atau tumpuan.
TEKANAN REMBESAN DAN PENJENUHAN
Rembesan yang tak terkontrol menjenuhkan sebagian dari bendungan yang menyebabkan terjadinya pembasahan lereng (sloughing); termasuk tekanan angkat pada struktur dan runtuhnya dinding penahan tanah.
6.3 Pengendalian Rembesan
Perlu memahami metoda yang digunakan untuk mengendalikan rembesan
dan kaitannya dengan bendungan dan bangunan pelengkapnya. Pada
prinsipnya, cara perbaikan pengendalian rembesan tersebut adalah meliputi :
Zona filter dan transisi,
Metoda pengurangan rembesan,
Berbagai jenis drainasi,
Perbaikan fondasi dan tumpuan.
a) Filter
Lapisan filter digunakan untuk melindungi terbawanya antar butiran
terhadap rembesan melalui tubuh dan fondasi bendungan, dan pada
waktu bersamaan membiarkan air rembesan keluar tanpa menimbulkan
terjadina tekanan air pori berlebih (excessive pore water pressures).
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI 83
Lapisan filter tersebut didesain tersendiri atau drain tersebut juga didesain
sebagai penyaring dan sekaligus untuk drainasi. Gradasi tanah timbunan
dan debit rembesan yang harus diantisipasi akan menentukan suatu
desain filter yang diperlukan. Konsep dasar dari fungsI filter sebagai
pelindung terbawanya butiran tanah digambarkan seperti di bawah.
Gambar 6.5. Lapisan Filter Sebagai Pelindung Terhadap Piping
Lapisan filter tidak hanya digunakan untuk piping, tetapi juga untuk
mengatasi masalah erosi internal. Untuk itu, air yang keluar adalah
merupakan faktor sekunder untuk menyaring butiran tanah melalui
retakan-retakan atau yang terjadi di sepanjang bidang kontak bangunan
struktur bangunan pelengkap dan timbunan atau fondasi.
Lapisan filter yang didesain dan dikonstruksi dengan benar akan dapat
“menangkap” rembesan dari suatu timbunan. Air rembesan tersebut akan
dapat mengalir dengan bebas menuju suatu keluaran yang aman pada
kaki hilir timbunan tanpa membawa butiran tanah, seperti gambar di
bawah. Bila rembesan melalui retakan, retakan tersebut harus berakhir di
permukaan filter dan hanya aliran rembesan melalui antar butiran tanah
yang dipertimbangkan dalam desain. Bila suatu gradasi filter memenuhi
kriteria dasar, piping tidak akan terjadi, meskipun gradien hidraulisnya
besar. Asumsinya adalah lapisan filter harus cukup lebar, sehingga
MODUL 12 ANALISA STABILITAS BENDUNGAN: PERHITUNGAN REMBESAN
84 PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN SUMBER DAYA AIR DAN KONSTRUKSI
retakan tidak dapat berkembang lebih lanjut serta mempunyai kapasitas
yang cukup untuk mengalirkan aliran rembesan tanpa menimbulkan
terjadinya tekanan air pori berlebih.
Gambar 6.6. Lapisan Filter yang Dapat ”Menangkap” Air Rembesan Dengan Baik
b) Mengurangi/ meminimalkan Rembesan
Metoda ini digunakan untuk mengurangi tinggi tekanan air waduk yang
merembes melalui timbunan. Beberapa cara tersebut adalah seperti di
bawah:
1) Konstruksi bendungan tanah homogin dengan kemiringan yang relatif
sangat landai,
2) Konstruksi zona inti kedap yang miring ke arah hulu,
3) Konstruksi bendungan dengan zona inti sentral di tengah,
4) Konstruksi dinding inti terbuat dari beton atau tanah bentonit yang