Desain Bendung.docx

CONTOH DESAIN HIDRAULIK BENDUNG Contoh ini diambil dari salah satu pekerjaan desain hidraulik bendung di Indonesia (Mawardi & Memed, 2006) dengan modifikasi untuk penyesuaian dengan mata kuliah Tugas Perancangan Bangunan Air. 1. Umum dan Tahapan Desain Tahapan desain hidraulik bendung tetap meliputi hal-hal sebagai berikut ini:  Data awal seperti debit banjir desain sungai, debit penyadapan ke intake, keadaan hidraulik sungai, tinggi muka air sungai saat banjir, elevasi lahan yang akan diairi telah diketahui.  Perhitungan untuk penentuan elevasi mercu bendung  Penentuan panjang mercu bendung  Penetapan ukuran lebar pembilas dan lebar pilar pembilas  Perhitungan penentuan ketinggian elevasi muka air banjir di udik bendung  Penetapan ukuran mercu bendung dan tubuh bendung  Perhitungan dimensi hidraulik bangunan pembilas  Penetapan tipe, bentuk, dan ukuran bangunan peredam energi  Perhitungan panjang lantai udik bendung  Penetapan dimensi bangunan tembok pangkal, tembok sayap udik dan tembol sayap hilir, dan sebagainya. Dalam desain ini digunakan kriteria, yaitu: Tinggi muka air banjir di udik bendung harus lebih rendah atau sama dengan empat meter Tinggi mercu bendung ke dasar sungai hilir harus lebih rendah atau sama dengan sepuluh meter Untuk desain mercu dan tubuh bendung dengan persyaratan, yaitu: Bentuk mercu bendung tipe bulat, jari-jari pembulatan satu radius. Bidang hilir tubuh bendung di bagian hillir mercu dibuat dengan kemiringan yang perbandingannya yaitu 1:1

2. Data Data yang diperlukan sehubungan dengan desain ini dan telah tersedia yaitu:  Peta topografi  Peta situasi sungai, skala 1:2.000, dimana dikethui: Lebar palung sungai antara 50 m – 60 m  54,55,56,57 m Elevasi dasar sungai rata-rata di sekitar rencana bendung  80,75:80,85:81,45:81,65  Peta daerah irigasi dimana diketahui: Luas daerah irigasi yang akan diairi  6235:6215:6187:6443 hektar Elevasi lahan tertinggi yang akan diairi  82,12:83,41:82,65:82:85  Debit banjir desain sungai dan elevasi muka air hilir (tail water) pada Q100 = 491,38 m3/d  Debit desain intake = 7,7:7,1:6,8:6,5 m3/dt 3.

Perhitungan Hidraulik Bendung 3.1. Perhitungan Penentuan Elevasi Mercu Bendung Cara penentuan elevasi mercu bendung dapat dihitung berdasarkan dua hal, yaitu: - Elevasi sawah tertinggi - Kebutuhan tinggi tekanan untuk pembilasan sedimen Dari kedua cara tersebut dipilih elevasi yang tertinggi. A. Perhitungan penentuan elevasi mercu bendung dengan memperhatikan faktor ketinggian elevasi sawah tertinggi yang akan diairi. Cara perhitungan dilakukan seperti berikut:

1

Tugas Perancangan Bangunan Air Wahyu Widiyanto – Teknik Sipil UNSOED 2014 – rev. 3

 Tinggi sawah yang akan diairi berelevasi 82,12:82,32:82,78:83,10  Tinggi air di sawah diambil  Kehilangan tekanan dari sawah ke saluran tersier  Kehilangan tekanan dari saluran tersier ke saluran sekunder  Kehilangan tekanan dari saluran sekunder ke saluran induk  Kehilangan tekanan akibat kemiringan saluran induk ke sedimen trap  Kehilangan tekanan akibat bangunan ukur  Kehilangan tekanan dari sedimen trap ke intake  Kehilangan tekanan pada intake  Kehilangan tekanan akibat eksploitasi Jadi ketinggian elevasi mercu bendung

: : 0,10 m : 0,10 m : 0,10 m : 0,10 m : 0,15 m : 0,40 m : 0,25 m : 0,20 m : 0,10 m : ...........

B. Perhitungan penentuan elevsi mercu bendung dengan memperhatikan faktor tinggi tekanan yang diperlukan untuk pembilasan sedimen. Bendung ini direncanakan dilengkapi dengan penangkap sedimen dan bangunan pembilas lurus tipe undersluice. Penangkap sedimen direncanakan dengan ukuran  Panjang penangkap sedimen : 70,0 m  Panjang saluran pengantar ke penangkap sedimen : 30,0 m  Kemiringan permukaan sedimen di penangkap sedimen : 0,00016  Elevasi dasar penangkap sedimen bagian hilir : 82,4:82,5:82,7:82,8  Elevasi muka air di penangkap sedimen bagian hilir :  85,15:85,75:85,65:82,77

Cara perhitungan dilakukan seperti berikut:  Elevasi permukaan air di kantong sedimen bagian udik : +86,18 + (70 x 0,00016) = +86,19  Elevasi permukaan air di udik saluran pengantar tepat di hilir intake bendung : +86,18 + (70+30) x 0,00016 = 86,20  Kehilangan tekanan pada intake di ambil = 0,20 m  Elevasi muka air di udik intake : +86,20 + 0,20 = 86,40  Kehilangan tekanan akibat eksploitasi diambil = 0,10 Jadi ketinggian elevasi mercu bendung +86,40 + 0,10 = +86,50 Kesimpulan: - Ketinggian elevasi mercu bendung berdasarkan elevasi sawah yang akan diairi : +86,30 - Ketinggian elevasi mercu bendung berdasarkan kebutuhan tinggi tekanan yang diperlukan untuk pembilasan: +86,50 Jadi, ketinggian mercu bendung ditetapkan pada elevasi +86,50 3.2. Penentuan panjang mercu bendung

2

Tugas Perancangan Bangunan Air Wahyu Widiyanto – Teknik Sipil UNSOED 2014 – rev. 3

Panjang mercu bendung ditentukan 1,2 lebar sungai rata-rata. Lebar sungai di rencana lokasi bendung bervariasi antara 50 m sampai dengan 55 m. Lebar sungai rata-rata diambil 52 m  54:56:58:62 m. Panjang mercu bendung yaitu 1,2 x 52 m = 62,4. Panjang mercu ditetapkan 62,0 m. 3.3. Penentuan lebar lubang dan pilar pembilas Lebar bangunan pembilas diambil sepersepuluh kali lebar sungai rata-rata yaitu 1/10 x 52,0 m = 5,00 m. Pembilas dibuat 2 buah masing-masing 2,50 m. Lebar pilar pembilas ditetapkan 2 buah dengan lebar masing-masing pilar 1,50 m. Dimensi lubang undersluice: Lebar lubang = 2,50 m Tinggi lubang = 1,25 m Lebar mulut = 11,00 m Lebar pilar = 1,50 m Undersluice dibagi 2 bagian

3.4. Perhitungan panjang mercu bendung efektif Panjang mercu bendung efektif dihitung dengan menggunakan rumus: 𝐵𝑒 = 𝐵𝑏 − 2(𝑛 ∙ 𝑘𝑝 + 𝑘𝑎 )𝐻𝑒 dengan: Be : panjang mercu bendung efektif Bb : panjang mercu bendung bruto n : jumlah pilar pembilas Kp : koefisien kontraksi pilar = 0,01 Ka : koefisien kontraksi pangkal bendung = 0,10 He : tinggi energi Perhitungan panjang mercu bendung efektif, yaitu: 𝐵𝑒 = 𝐵𝑏 − 2(𝑛 ∙ 𝑘𝑝 + 𝑘𝑎 )𝐻𝑒 = 62 – 2 (2 x 0,01 + 0,1) He = 62 – 0,24 He 3.5. Perhitungan tinggi muka air banjir di udik bendung Elevasi muka air banjir di udik bendung dapat diketahui dengan menghitung tinggi energi menggunakan persamaan seperti berikut:

3

Tugas Perancangan Bangunan Air Wahyu Widiyanto – Teknik Sipil UNSOED 2014 – rev. 3

3

𝑄𝑑 = 𝐶 ∙ 𝐵𝑒 ∙ 𝐻𝑒 2 dengan: Qd : debit banjir sungai rencana C : koefisien debit pelimpah Be : panjang mercu bendung efektif He : tinggi energi Koefisien debit pelimpah, C, nilainya dihitung dengan menggunakan persamaan (Chow, 1959): 𝐻𝑒 0,12 𝐶 = 3,97 ( ) 𝐻𝑑 Dimana He = Ha Selain itu nilai C juga dapat dicari dengan grafik yang disediakan dalam Standar Perencanaan Irigasi KP-02 atau buku Design of Small Dam. Nilai C berkisar 1,6 s.d 2,2 (Prastumi dan Masrevaniah, 2008) Dari persamaan di atas tinggi energi dapat dihitung, yaitu: 3

𝑄𝑑 = 𝐶 ∙ 𝐵𝑒 ∙ 𝐻𝑒 2 dengan: Qd = 700 m3/d Be = 62 – 0,24 He C = 2,19 (Catatan: untuk keperluan Tugas Perancangan Bangunan Air 2014, pakailah C= 2,2)

Perhitungan dilakukan dengan cara trial and error, dengan cara mencoba-coba nilai He hingga sesuai antara ruas kiri dan kanan. 3

𝑄𝑑 = 𝐶 ∙ 𝐵𝑒 ∙ 𝐻𝑒 2 2

𝑄𝑑 3 𝐻𝑒 = ( ) 𝐶 ∙ 𝐵𝑒

2

3 700 𝐻𝑒 = ( ) 2,19 ∙ (62 − 0,24 ∙ 𝐻𝑒 )

Nilai He diperoleh 3,007 m selanjutnya dibulatkan 3,00 m, sehingga Be dapat dihitung: Be = 62 – 0,24 He Be = 62 – 0,24 . 3 Be = 61,28 m Tinggi tekanan (design head) Tinggi tekanan, Ha ditentukan dengan persamaan: 𝑉2 𝐻𝑎 = 𝐻𝑒 − 2𝑔 Seringkali karena kecepatan di udik bendung relatif lambat maka V2/2g nilainya kecil dan dianggap V2/2g = 0 (diabaikan). Sehingga Ha = He = 3,00 m. Kesimpulan: - Tinggi muka air banjir di udik bendung = Ha = 3,00 m - Elevasi muka air banjir = elevasi mercu bendung + tinggi muka air banjir di udik bendung = +86,50 + 3,0 = +89,50

4

Tugas Perancangan Bangunan Air Wahyu Widiyanto – Teknik Sipil UNSOED 2014 – rev. 3

3.6. Penentuan nilai jari-jari mercu bendung Pedoman dari Standar Perencanaan Irigasi KP-02 mengenai jari-jari mercu adalah: - Untuk bendung pasangan batu berkisar (0,3 s.d 0,7) H1 max - Untuk bendung beton berkisar (0,1 s.d 0,7) H1 max

Menurut Mawardi dan Memed (2006) agar pengaruh kavitasi tidak begitu besar maka jarijari mercu bendung dibuat 0,7 h < R < h, dengan h adalah tinggi tekanan / tinggi muka air di atas mercu. (Catatan: untuk keperluan Tugas Perancangan Bangunan Air 2014, pakailah R= 0,7 h)

3.7. Resume perhitungan hidraulik bendung No. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

5

Komponen Elevasi mercu bendung Panjang mercu bendung Lebar pembilas 2 x 2,50 Lebar pilar pembilas 2 x 1,50 Panjang bendung total Tinggi muka air di udik bendung Elevasi muka air banjir Tinggi pembendungan Jari-jari mercu bendung Kemiringan tubuh bendung

Tugas Perancangan Bangunan Air Wahyu Widiyanto – Teknik Sipil UNSOED 2014 – rev. 3

Ukuran +86,50 62,0 m 5,0 m 3,0 m 70,0 m 3,0 m +89,50 3,0 m 2,5 m 1:1

4.

Perhitungan Dimensi Peredam Energi Jenis sungai di derah ini yakni sungai aluvial dengan angkutan sedimen dominan fraksi pasir dan kerikil. Dengan memperhatikan jenis sungai tersebut, maka bangunan peredam energi yang dipilih di sini yaitu lantai datar dengan ambang akhir berkotak-kotak atau tipe MDO. Dalam penggunaan tipe ini ditentukan bantuk mercu bendung bagian hilir permukaannya bentuk miring dengan perbandingan 1:1. Grafik dan Rumus Dalam mendesain dimensi peredam energi tipe MDO ini digunakan grafik-grafik yang diterbitkan oleh DPMA.

5.

Perhitungan panjang lantai udik Rumus yang digunakan berdasarkan teori Lane’s: dengan: L = panjang total rayapan Lv = panjang vertikal rayapan LH = panjang horisontal rayapan Dalam desain ini diambil nilai:

1 𝐿 = 𝐿𝑉 + 𝐿𝐻 3

𝐿 =4 ∆𝐻

dengan: L = panjang rayapan H = kehilangan tekanan Perhitungan dilakukan dengan kondisi tidak ada aliran dari udik (lihat gambar) sehingga Q = 0, jadi: H = 86,50 - 79,50 = 7,00

Panjang rayapan seharusnya: 𝐿 = 4 → 𝐿 = 4 ∙ ∆𝐻 ∆𝐻 Sehingga panjang rayapan yang dibutuhkan (Lb): Lb >> 4 x 7,00 m = 28,00 m Berdasarkan gambar di atas diperoleh: LV = 2,5 + 2 + 6 x 1,5 + 3,80 + 1,4 + 2 x 2,0 + 1,25 + 4,75 = 28,7 LH = 38,03 m

6

Tugas Perancangan Bangunan Air Wahyu Widiyanto – Teknik Sipil UNSOED 2014 – rev. 3

1 1 𝐿 = 𝐿𝑉 + 𝐿𝐻 = 28,7 + ∙ 38,03 = 41,38 𝑚 3 3 Jadi : L yang dibutuhkan (Lb) = 28,0 m L hasil perhitungan (Lp) = 41,38 m (Lp = 40,38) > (Lb = 28,00) → OK Panjang lantai udik cukup memadai 6.

Penentuan dimensi tembok pangkal dan tembok sayap Pangkal-pangkal bendung (abutment) menghubungkan bendung dengan tanggul-tanggul sungai dan tanggul-tanggul banjir. Pangkal bendung harus mengarahkan aliran air dengan tenang di sepanjang permukaannya dan tidak menimbulkan turbulensi. Gambar di bawah ini memberikan dimensi-dimensi yang dianjurkan untuk pangkal bendung dan peralihan (transisi).

Elevasi pangkal bendung di sisi hulu bendung sebaiknya lebih tinggi daripada elevasi air (yang terbendung) selama terjadi debit rencana. Tinggi jagaan yang harus diberikan adalah 0,75 m sampai 1,50 m, bergantung kepada kurva debit sungai di tempat itu. Panjang tembok pangkal ke udik dipengaruhi oleh adanya bangunan intake dan tata letak jembatan lalu lintas dan panjangnya antara sisi tembok intake ke udik lebih besar dari dua kali tinggi air. Ujung tembok pangkal bendung tegak ke arah hilir ditempatkan di tengah-tengah panjang lantai peredam energi. Panjang pangkal tembok bendung tegak bagian udik dihitung dari mercu bendung, diambil sama dengan panjang lantai peredam energi.

7

Tugas Perancangan Bangunan Air Wahyu Widiyanto – Teknik Sipil UNSOED 2014 – rev. 3