5. BAB V PERENCANAAN STRUKTUR PERENCANAAN STRUKTUR

Tugas Akhir Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

5. BAB V PERENCANAAN STRUKTUR PERENCANAAN STRUKTUR

5.1. TINJAUAN UMUM Perencanaan struktur dam meliputi perhitungan – perhitungan konstruksi tubuh dam dan PLTMH yaitu perencanaan spillway yang meliputi bentuk dan ukuran crest spillway, peralihan mercu spillway ke saluran peluncur, koordinat lengkung mercu spillway bagian hulu dan hilir, saluran peluncur sampai bangunan peredam energi. Dalam perencanaan tubuh dam, komponenkomponen yang perlu diperhatikan adalah dimensi dan stabilitas dam. Perencanaan PLTMH meliputi perhitungan daya yang dihasilkan, penentuan turbin, pipa pesat dan instalasi pengatur air serta perencanaan saluran pembuangan. 5.2. PERENCANAAN TUBUH DAM 5.2.1. Tinggi Dam Tinggi tubuh dam ditentukan berdasarkan kapasitas desain kolam dam yang terpilih yaitu 57795,503 m3 . Berdasarkan grafik hubungan antara elv. dan kapasitas kolam maka direncanakan puncak bendung terletak pada elevasi +179,245 m. Dari hasil flood routing didapat elv. muka air banjir +183,234 m. Sedangkan Elevasi dasar kolam +165 dan elevasi tanah dasar dam +165 ditambah tinggi jagaan, maka tinggi dam adalah : Tinggi dam

= ( (+183,234) - (+165) ) = 18,234 m

Gambar 5-1 Menentukan Tinggi Dam

HILALUDIN JOKO SANTOSO

L2A 001 078 L2A 001 086

181


5.2.2. Tinggi Puncak Dam Untuk mendapatkan tinggi puncak dam maka perlu dicari tinggi jagaan. Tinggi jagaan adalah jarak bebas antara mercu dam dengan permukaan air maksimum rencana. Tinggi jagaan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut : Hf  h + (hw atau

he ) + ha + hi 2

he + ha + hi 2 (Sosrodarsono & Takeda, 1999)

Hf  hw +

di mana : Hf

= tinggi jagaan (tinggi kemungkinan kenaikan permukaan air dam) (m)

h

= tinggi kenaikan permukaan air akibat timbulnya banjir abnormal(m)

hw

= tinggi ombak akibat tiupan angin (m)

he

= tinggi ombak akibat gempa (m)

ha

= tinggi kemungkinan kenaikan permukaan air dam, apabila terjadi kemacetan-kemacetan pada pintu bangunan pelimpah. (m)

hi

= tinggi tambahan yang didasarkan pada tingkat urgensi dari dam(m)

Untuk mendapatkan tinggi jagaan, maka perlu dicari h, hw, he, ha, hi. 1. Tinggi kenaikan permukaan air yang disebabkan oleh banjir abnormal (h) dihitung berdasarkan persamaan sebagai berikut :

2   Q0 h  . . 3 Q

h A h 1 Q T

(Sosrodarsono & Takeda, 1999) di mana : Qo

= Debit banjir rencana (m³/dt )

Q

= Debit Outflow bangunan pelimpah untuk banjir abnormal(m³/dt)



= 0,2 untuk bangunan pelimpah terbuka



= 1,0 untuk bangunan pelimpah tertutup

h

= kedalaman pelimpah rencana (m)

A

= luas permukaan air dam pada elevasi banjir rencana (km²)


L2A 001 078 L2A 001 086

182


T

= durasi terjadinya banjir abnormal (1 s/d 3 jam)

Untuk perhitungan digunakan data-data sebagai berikut : Qo

= 95,414 m³/dt

Q

= 95,19 m³/dt

h

=2 m

A

= 0,0267 km²

T

= 3 jam

h

=

h

= 0,267 m

2 0,2.95,414 . . 3 95,19

2 0,0267.2 1 95,19.3

2. Tinggi jangkauan ombak yang disebabkan oleh angin (hw) Tinggi jangkauan ombak yang disebabkan oleh angin sangat dipengaruhi oleh panjangnya lintasan ombak (F) dan kecepatan angin di atas permukaan air dam. Panjang lintasan ombak yang dipakai adalah Feff sebesar 253 m. Sedangkan kecepatan angin (maksimal) di atas permukaan air dam diambil dari data di stasiun BMG Semarang yaitu 20 m/det. Dengan kemiringan hulu 1:3 dan permukaan lereng hulu direncanakan terdiri dari hamparan batu pelindung (kasar). Perhitungan tinggi ombak (hw) ini menggunakan grafik metode SMB (gambar 5.2). Dari grafik diperoleh tinggi jangkauan ombak (hw) yang didapat adalah 0,15 m .


L2A 001 078 L2A 001 086

183


Gambar 5-2 Panjang Lintasan Ombak Efektif

Lereng dengan Permukaan Halus Lereng dengan Permukaan Kasar terdiri dari Hamparan Batu Pelindung

Gambar 5-3 Grafik Perhitungan Metode SMB (Sosrodarsono, 1989)


L2A 001 078 L2A 001 086

184


3. Tinggi ombak yang disebabkan oleh gempa (he) Digunakan data-data pada tabel berikut : Tabel 5.1 Koefisien Gempa Zone

Koefisien (Z)

A

1,90-2,00

B

1,60-1,90

C

1,20-1,60

D

0,80-1,20

E

0,40-0,80

F

0,20-0,40

Keterangan

SEMARANG

(Sumber : DHV Consultant, 1991) Tabel 5.2 Percepatan Dasar Gempa Periode Ulang (tahun)

Percepatan dasar gempa (Ac) (cm/dt²)

10

98,42

20

119,62

50

151,72

100

181,21

200

215,81

500

271,35

1000

322,35

5000

482,80

10000

564,54

(Sumber : DHV Consultant, 1991)

Tabel 5.3 Faktor Koreksi Tipe Batuan

Faktor (V)

Rock Foundation

0,9

Diluvium (Rock Fill Dam)

1,0

Aluvium

1,1

Soft Aluvium

1,2

(Sumber : DHV Consultant, 1991)


L2A 001 078 L2A 001 086

185


Dari data pada tabel-tabel di atas, maka dapat ditentukan harga yang akan digunakan yaitu: (1). Koefisien gempa

(z)

= 0,80

(2). Percepatan dasar gempa (Ac)

= 181,21 cm/dt²

(3). Faktor koreksi

= 1,1

(4). Percepatan grafitasi ( g )


L2A 001 078 L2A 001 086

(V)

= 980 cm/dt²

186


Gambar 5-4 Pembagian Zona Gempa di Indonesia (SNI Gempa 2002)


L2A 001 078 L2A 001 086

187


Perhitungan intensitas seismis horisontal, dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

e e e

= z . Ac .

V g

 1  = 0,8 . 181,21 .    980  = 0,147

Didapatkan tinggi ombak yang disebabkan oleh gempa adalah : e . g . H0  (Sosrodarsono & Takeda, 1999) he 

di mana : e

= Intensitas seismis horizontal



= Siklus seismis ( 1 detik )

H0 = Kedalaman air di dalam waduk (m) = elv.HWL – elv.dasar = +183,234 - (+165) = + 18,234 (MSL) he =

0,147 9,81.18,234 3,14

= 0,626 m Jadi tinggi puncak ombak di atas permukaan air rata-rata

he = 0,313 m. 2

4. Kenaikan permukaan air dam yang disebabkan oleh ketidaknormalan operasi pintu – pintu bangunan pelimpah (ha) Ketidak-normalan operasi pintu-pintu mengakibatkan terjadinya kenaikan permukaan air waduk (ha) melampaui batas maximum rencana. Karena pertimbangan-pertimbangan ekonomis. Biasanya sebagai standard diambil ha = 0,5 m (Sosrodarsono & Takeda, 1999).


L2A 001 078 L2A 001 086

188


5. Angka tambahan tinggi jagaan yang didasarkan pada tipe dam (hi) Mengingat limpasan melalui mercu dam urugan sangat riskan, maka untuk dam tipe ini angka tambahan tinggi jagaan (hi) ditentukan sebesar 1,0 m (hi = 1,0 m). (Sosrodarsono & Takeda, 1978). Berdasarkan data perhitungan tersebut di atas di mana : h

0,267 m

hw

0,15 m

he 2

0,313 m

ha

0,5 m

hi

1,0 m

Tinggi jagaan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut : Hf  h + (hw atau

he ) + ha + hi 2

(Sosrodarsono & Takeda, 1978) Hf  hw + 

he + ha + hi 2

Alternatif tinggi jagaan 1 Hf  h + hw + ha + hi Hf

= 0,267 + 0,15 + 0,5 + 1,0 = 2,017 m



Alternatif tinggi jagaan 2 he + ha + hi 2 = 0,267 + 0,313 + 0,5 + 1,0

Hf  h + Hf

= 2,080 m 

Alternatif tinggi jagaan 3 he + ha + hi 2 = 0,15 + 0,313 + 0,5 + 1,0

Hf  hw + Hf

= 2,063 m HILALUDIN JOKO SANTOSO

L2A 001 078 L2A 001 086

189


Didasarkan pada tinggi bendungan yang direncanakan, maka angka standard untuk tinggi jagaan pada bendungan urugan adalah sebagai berikut: 

Lebih rendah dari 50 m



Dengan tinggi jagaan 50 s/d 100 m Hf ≥ 3,0 m



Lebih Tinggi dari 100 m

Hf ≥ 2,0 m

Hf ≥ 3,5 m

(Sosrodarsono & Takeda, 1978) Dari ketiga alternatif tinggi jagaan tersebut diambil tinggi jagaan 3 m. Tinggi puncak Dam

= tinggi dam + tinggi jagaan = 18,234 + 3 = 21,234 m.

Jadi elevasi puncak dam

= Elevasi dasar dam + Tinggi Puncak = +165,00 + 21,234 m = + 186,234 m


L2A 001 078 L2A 001 086

190


5.2.3. Kemiringan Tubuh Tanggul Kemiringan lereng tanggul adalah perbandingan antara panjang garis vertikal yang melalui puncak dengan panjang garis horizontal yang melalui tumit masing masing.  Untuk kemiringan lereng hulu

=1:3

 Untuk kemiringan hilir

= 1 : 2,25

Tabel 5.4 Kemiringan Tanggul yang diajurkan Kemiringan Lereng Material Urugan

Material

Vertikal : Horisontal

Utama

Hulu

Hilir

CH

1 : 3

1 : 2,25

1 : 1,50

1 : 1,25

1 : 2,50

1 : 1,75

1. Urugan homogen CL SC GC GM 2. Urugan majemuk

SM

a.Urugan batu dengan inti lempung atau dinding

Pecahan batu

diafragma b. Kerikil-kerakal dengan inti lempung atau dinding

Kerikilkerakal

diafragma

(Sumber: Ibnu Kasiro dkk,1994)

5.2.4. Panjang Dam Panjang dam adalah panjang seluruh panjang mercu dam yang bersangkutan, termasuk bagian yang digali pada tebing-tebing sungai di kedua ujung mercu tersebut. Panjang dam Gambir adalah 108,39 m pada elevasi puncak dam + 186,234 m.


L2A 001 078 L2A 001 086

191


5.2.5. Lebar Dam Lebar mercu dam minimum dihitung berdasarkan persamaan sebagai berikut : = 3,6 H1/3 – 3,0

B

(Sosrodarsono & Takeda, 1978) di mana : H

= Tinggi Dam ( 21,234 m )

Maka B

= 3,6 (21,234)1/3 – 3,0 = 6,968 m

Karena digunakan dam urugan tipe homogen, maka untuk memberikan rasa aman terhadap kestabilan terhadap longsornya lapisan kedap air lebar dam dibagian puncak dam diambil 7 m.

5.3. PERHITUNGAN STABILITAS TUBUH DAM Tinjauan stabilitas tubuh dam meliputi tinjauan terhadap : 1. Stabilitas lereng dam terhadap filtrasi 2. Stabilitas lereng dam terhadap longsor

5.3.1. Stabilitas Lereng Dam Terhadap Aliran Filtrasi Stabilitas lereng dam terhadap rembesan ditinjau dengan cara sebagai berikut: 1. Formasi garis depresi tubuh bendung kondisi sesuai dengan garis parabola diketahui : h = 18,234 m (kondisi FSL) l1 = 54,702 m l2 = 58,527 m  = 23,96º d =

0,333.l1  l 2 = (0,333 . 54,702) + 58,527 = 76,743 m

maka :


L2A 001 078 L2A 001 086

192


Y0  h2  d 2  d

(Sosrodarsono & Takeda, 1978)

18,2342  76,7432

=

 76,743 = 2,136 m

Parabola bentuk dasar dapat diperoleh dengan persamaan : y  2 y0 .x  y02 (Sosrodarsono & Takeda, 1978) 2.2,136.x  2,136 2

=

Dan diperoleh koordinat parabola sebagai berikut : X Y

- 1,068 0,000

0 2,136

5 5,091

10 6,876

15 8,285

20 9,487

25 10,553

30 11,521

x y

35 12,413

40 13,245

45 14,029

50 14,770

55 15,477

60 16,152

65 16,800

70 17,424

Untuk  kurang dari 300, harga a =

d  cos

2

 d   h       cos   sin  

2

maka

dapat ditentukan nilai :

a  a 

y0 1  cos 

=

2,136 = 24,787 m 1  cos 23,96 2

a

=

d  d   h       cos   cos    sin  

=

76,743  cos 23,96

2

2

 76,743   18,234        cos 23,96   sin 23,96 

2

= 13,011 m Sehingga didapat nilai : a

= 13,011 m


L2A 001 078 L2A 001 086

193


0 = 24,787 – 13,011 = 11,776 m Dari hasil perhitungan didapat garis depresi aliran yang keluar melalui lereng hilir dam sehingga tidak aman terhadap bangunan untuk itu perlu digunakan drainase kaki maupun drainase alas.

7.000

+ 183.234 dpl

MAB

+ 185.234 dpl

16.411

a+

da

y0 = 2.136

+ 165 dpl

d = 76.743 L1 = 54.702

=2 4. 7 87

a0 = 1.068 L2 = 58.527

Gambar 5-5 Garis Depresi Pada Bendungan Homogen (Sesuai Dengan Garis Parabola)

2. Formasi garis depresi tubuh bendung kondisi dengan menggunakan drainase kaki diketahui : h = 18,234 m (kondisi FSL) l1 = 54,702 m l2 = 53,527 m  = 135º d =

0,333.l1  l 2 = (0,333 x 54,702) + 53,527 = 71,742 m

maka : Y0  h 2  d 2  d

=

18,2342  71,7422  71,742 =

2,280 m

Parabola bentuk dasar dapat diperoleh dengan persamaan :

y  2 y0 .x  y02 = 2.2,280x  2,280 2


L2A 001 078 L2A 001 086

194


Dan diperoleh koordinat parabola sebagai berikut : x y

-1,14 0

0 2,280

5 5,291

10 7,127

15 8,579

20 9,818

25 10,918

30 11,916

x y

35 12,837

40 13,697

45 14,505

50 15,271

55 16,000

60 16,697

65 17,367

70 18,011

Untuk  = 135 0, berdasarkan grafik pada Gambar 2.13 didapat nilai C=

da = 0,15 maka dapat ditentukan nilai : a  da

a  da 

y0 1  cos 

0,15 =

a 1,335

=

2,280 1  0,707

da

= 0,15 . 1,335 = 0,200

a

= 1,335 – 0,200

= 1,335 m

= 1,135 7.000

+ 183.234 dpl

MAB

16.411

+ 185.234 dpl

+ 165 dpl

da = 0.200 a = 1.135

d = 71.742 L1 = 54.702

L2 = 53.527

Gambar 5-6 Garis Depresi Pada Bendungan Homogen Dengan Drainase Kaki

3. Jaringan Trayektori aliran filtrasi (seepage flow-net) Kapasitas aliran filtrasi asumsi Kh = Kv Dengan menggunakan rumus jaringan trayektori aliran sebagai berikut: Qf 

Nf

k H  L Ne (Sosrodarsono & Takeda, 1978) di mana : Qf = HILALUDIN JOKO SANTOSO

kapasitas aliran filtrasi (kapasitas rembesan) (m3/dt)

L2A 001 078 L2A 001 086

195


Nf =

angka pembagi dari garis trayektori aliran filtrasi

Ne =

angka pembagi dari garis equipotensial

k =

koefisien filtrasi

H =

tinggi tekanan air total (m)

L =

panjang profil melintang tubuh dam (m)

Dari data yang ada di dapat : Nf =

4

(asumsi)

Ne =

8

(asumsi)

k

5x10-6 cm/det = 5x10-8 m/dt

(asumsi)

=

H =

18,234 m

L =

113,2285 m

Maka debit aliran filtrasi adalah sebagai berikut : 4 Q =  5  10 818,234  113,2285 8

= 5,161 x 10-5 m³/dt = 5,161 x 10-5 .60.60.24 = 4,459 m³/hari Syarat, Q < 2% Q inflow (0,02 x 95,414 =1,908 m³/dt)rata-rata waduk

MA B

1 8

2

7 6

3

5

4

4 3 2 1

11 3.2 29

Gambar 5-7 Jaringan Trayektori

4. Tinjauan terhadap gejala sufosi (piping) dan sembulan (boiling) Kecepatan aliran keluar ke atas permukaan lereng hilir yang komponen vertikalnya dapat mengakibatkan terjadinya perpindahan butiran-butiran bahan dam, kecepatannya dibatasi sebagai berikut : HILALUDIN JOKO SANTOSO

L2A 001 078 L2A 001 086

196


w1 . g

c

F .

(Sosrodarsono & Takeda, 1978) di mana : c

=

kecepatan kritis

w1 =

berat butiran bahan dalam air = 0,92 t/m³

g =

gravitasi = 9,8 m/det²

F =

luas permukaan yang menampung aliran filtrasi

=

2 m x 1 m = 2 m²(untuk per satuan meter panjang bidang)

maka : c

0,92 .9,8 = 2,123 m/det 2 .1

=

Kecepatan rembesan yang terjadi pada dam adalah : V

= k. i = k.

h2 l

(Sosrodarsono & Takeda, 1978) di mana : k

= koefisien filtrasi = 5 x 10-8 m/det

i

= gradien debit

h2 = tekanan air rata-rata = 7,592 m l

= panjang rata-rata berkas elemen aliran filtrasi pada bidang keluarnya aliran = 8,452 m

maka : V = 5 x 10 8 .

7,592 8,452

= 4,491 x 10-8 m/det < c = 2,123 m/det  Aman

5.3.2. Stabilitas Lereng Dam Terhadap Longsor Stabilitas lereng dam ditinjau dalam tiga keadaan, yaitu pada saat muka air dam mencapai elevasi penuh, dam baru selesai dibangun dan belum dialiri


L2A 001 078 L2A 001 086

197


air, dan pada saat air dam mengalami penurunan mendadak (Rapid Drawdown). Perhitungan menggunakan metode irisan bidang luncur. Data Teknis Tinggi Dam

= 20,234 m

Tinggi Air

= 18,234 m

Elevasi Air Waduk = + 183,234 m (FSL) Lebar Mercu Dam = 7 m Kemiringan Hulu

=1:3

Kemiringan Hilir

= 1 : 2,25

Tabel 5.5 Kondisi Perencanaan Teknis Material Urugan sebagai Dasar Perhitungan Zone tubuh dam Zone kedap air

Kekuatan Geser C (t/m³) 0,6

Φ (0) 18

γ timbunan dalam beberapa kondisi Basah Kering γsat (t/m³) 1,712

γd (t/m³) 1,209

Intensitas beban seismis horisontal (e) 0,147

Untuk perhitungan kestabilan terhadap longsor digunakan persamaan berikut  Cl   N  U  N e .tg Fs  ; Fs > 1,2  T   Te (Sosrodarsono & Takeda, 1978)


L2A 001 078 L2A 001 086

198


Gambar 5-8 Stabilitas Tubuh Dam Kondisi Baru Selesai dibangun Bagian Hulu


L2A 001 078 L2A 001 086

199


Tabel 5.6 Perhitungan Metode Irisan Bidang Luncur pada Kondisi Dam Baru Selesai dibangun Bagian Hulu θ r 111,772

π 3,142

deg

rad

18,000

0,314

Irisan

A (m^2)

γ

W (t.m)

α

α rad

sin α

cos α

T= W sin α

Te = e.W cos α

N=W cos α

e

Ne = e.W sin α

h

γw

u= h.γw

sudut pias

l

U = u.l

U= ul/cos α

tan θ

(N-NeU)tan θ

1

6,650

1,712

11,385

-2

-0,035

-0,035

0,999

-0,397

2,048

11,378

0,147

-0,072

0,000

1,000

0,000

2,0

3,902

0,000

0,000

0,325

3,721

2

30,460

1,712

52,148

3

0,052

0,052

0,999

2,730

9,374

52,076

0,147

0,491

0,000

1,000

0,000

3,0

5,853

0,000

0,000

0,325

16,763

3

48,108

1,712

82,361

8

0,140

0,139

0,990

11,464

14,681

81,560

0,147

2,064

0,000

1,000

0,000

5,0

9,755

0,000

0,000

0,325

25,833

4

59,338

1,712

101,587

13

0,227

0,225

0,974

22,855

17,817

98,983

0,147

4,114

0,000

1,000

0,000

5,0

9,755

0,000

0,000

0,325

30,829

5

63,841

1,712

109,295

19

0,332

0,326

0,946

35,588

18,601

103,339

0,147

6,406

0,000

1,000

0,000

5,0

9,755

0,000

0,000

0,325

31,500

6

61,110

1,712

104,621

23

0,401

0,391

0,920

40,884

17,334

96,302

0,147

7,359

0,000

1,000

0,000

5,0

9,755

0,000

0,000

0,325

28,903

7

50,374

1,712

86,241

28

0,489

0,470

0,883

40,492

13,706

76,144

0,147

7,289

0,000

1,000

0,000

5,0

9,755

0,000

0,000

0,325

22,375

8

19,799

1,712

33,895

34

0,593

0,559

0,829

18,956

5,058

28,099

0,147

3,412

0,000

1,000

0,000

6,0

11,706

0,000

0,000

0,325

8,022

172,571

98,618

547,880

36

70,237

0,000

C

C.L

1,6

Jumlah

Fs 

 Cl  N  U  N e .tg ;  T   Te

Fs 

175,593  167,947  1,267 172,571  98,618

HILALUDIN L2A 001 078 JOKO SANTOSO L2A 001 086

31,063

175,593

167,947

Fs > 1,2

> Fs Syarat = 1,2 ...................AMAN!!!

200


Gambar 5-9 Stabilitas Tubuh Dam Kondisi Baru Selesai dibangun Bagian Hilir


201


Tabel 5.7 Perhitungan Metode Irisan Bidang Luncur pada Kondisi Dam Baru Selesai dibangun Bagian Hilir θ r

π deg

rad

77,961

3,142

18,000

0,314

Irisan

A (m^2)

γ

W (t.m)

α

α rad

sin α

cos α

T= W sin α

Te = e.W cos α

N= W cos α

e

Ne = e.W sin α

h

γw

u= h.γw

sudut pias

l

U = u.l

U= ul/cos α

tan θ

(N-NeU)tan θ

1

31,462

1,712

53,863

40

0,698

0,643

0,766

34,623

7,427

41,262

0,147

6,232

0,000

1,0

0,0

9

12,248

0,000

0,000

0,325

11,383

2

67,392

1,712

115,374

31

0,541

0,515

0,857

59,422

17,801

98,895

0,147

10,696

0,000

1,0

0,0

8

10,887

0,000

0,000

0,325

28,662

3

72,142

1,712

123,507

22

0,384

0,375

0,927

46,267

20,612

114,514

0,147

8,328

0,000

1,0

0,0

8

10,887

0,000

0,000

0,325

34,507

4

63,462

1,712

108,648

15

0,262

0,259

0,966

28,120

18,890

104,946

0,147

5,062

0,000

1,0

0,0

8

10,887

0,000

0,000

0,325

32,459

5

43,157

1,712

73,885

7

0,122

0,122

0,993

9,004

13,200

73,335

0,147

1,621

0,000

1,0

0,0

7

9,526

0,000

0,000

0,325

23,305

6

12,146

1,712

20,793

-1

-0,017

-0,017

1,000

-0,363

3,742

20,790

0,147

-0,065

0,000

1,0

0,0

1

1,361

0,000

0,000

0,325

6,777

177,073

81,673

453,741

41

55,795

0,000

C

C.L

1,6

Jumlah

Fs 

 Cl  N  U  N e .tg ;  T   Te

Fs 

195.282  137.092  1.285 177.073  81.673


31,873

195,282

137,092

Fs > 1,2 > Fs Syarat = 1.2 ...................AMAN!!!

202


Gambar 5-10 Stabilitas Tubuh Dam pada saat Mencapai Elevasi Penuh Bagian Hulu


203


Tabel 5.8 Perhitungan Metode Irisan Bidang Luncur pada Kondisi Dam Mencapai Elevasi Muka Air Banjir Bagian Hulu θ r 111,772

π 3,142

deg

rad

18,000

0,314

Irisan

A (m^2)

γ

W (t.m)

α

α rad

sin α

cos α

T= W sin α

Te = e.W cos α

N= W cos α

e

Ne = e.W sin α

h

γw

u= h.γw

sudut pias

l

U = u.l

U= ul/cos α

tan θ

(N-NeU)tan θ

1

6,650

0,755

5,021

-2

-0,035

-0,035

0,999

-0,175

0,903

5,018

0,147

-0,032

1,375

1,000

1,4

2,0

3,902

5,365

5,368

0,325

-0,104

2

30,460

0,755

22,997

3

0,052

0,052

0,999

1,204

4,134

22,966

0,147

0,217

4,160

1,000

4,2

3,0

5,853

24,346

24,379

0,325

-0,530

3

48,108

0,755

36,322

8

0,140

0,139

0,990

5,056

6,474

35,968

0,147

0,910

6,215

1,000

6,2

5,0

9,755

60,630

61,226

0,325

-8,504

4

59,338

0,755

44,800

13

0,227

0,225

0,974

10,079

7,857

43,652

0,147

1,814

7,524

1,000

7,5

5,0

9,755

73,402

75,333

0,325

-10,885

5

63,841

0,755

48,200

19

0,332

0,326

0,946

15,694

8,203

45,573

0,147

2,825

8,051

0,0

5,0

9,755

0,000

0,000

6

61,110

0,755

46,138

23

0,401

0,391

0,920

18,030

7,645

42,469

0,147

3,245

7,737

1,000

7,7

5,0

9,755

75,474

81,994

0,325

-13,899

4,882

1,712

8,358 28

0,489

0,470

0,883

3,924

1,328

7,380

0,147

0,706

6,492

1,000

6,5

5,0

9,755

63,334

71,732

0,325

-21,142

45,492

0,755

34,347

9,1053

1,712

15,588 34

0,593

0,559

0,829

8,718

2,326

12,923

0,147

1,569

2,946

1,000

2,9

6,0

11,706

34,487

41,600

0,325

-9,829

5,6933

0,755

4,298 62,530

38,871

215,948

36

70,237 337,0,37

C

C.L

0,000 1,6

7

8 Jumlah

Fs 

 Cl  N  U  N e .tg ;  T   Te

Fs 

193,153  (64,892)  1,265 62,530  3,871


11,255

193,153

-64,892

Fs > 1,2 > Fs Syarat = 1,2 ...................AMAN!!!

204


Gambar 5-11 Stabilitas Tubuh Dam pada saat Mencapai Elevasi Penuh Bagian Hilir


205


Tabel 5.9 Perhitungan Metode Irisan Bidang Luncur pada Kondisi Dam Mencapai Elevasi Muka Air Banjir Bagian Hilir θ r

π deg

rad

77,961

3,142

18,000

0,314

Irisan

A (m^2)

γ

W (t.m)

10,8243

0,755

8,172

15,6379

1,712

26,772

2,846

0,755

2,149

64,545

1,712

110,501

5

72,142

1,712

6

63,462

7 8

α

α rad

sin α

cos α

T= W sin α

Te = e.W cos α

N= W cos α

e

Ne = e.W sin α

h

γw

u= h.γw

sudut pias

l

U = u.l

U= ul/cos α

tan θ

(N-NeU)tan θ

40

0,698

0,643

0,766

5,254

1,127

6,260

0,147

0,946

4,218

1,0

4,2

9,0

12,248

51,656

67,437

0,325

-20,188

31

0,541

0,515

0,857

1,107

0,332

1,842

0,147

0,199

8,192

1,0

8,2

8,0

10,887

89,185

104,050

0,325

-33,279

123,507

22

0,384

0,375

0,927

46,272

20,612

114,511

0,147

8,329

8,709

1,0

8,7

8

10,887

94,813

102,261

0,325

1,274

1,712

108,648

15

0,262

0,259

0,966

28,124

18,890

104,945

0,147

5,062

7,728

1,0

7,7

8

10,887

84,133

87,102

0,325

4,153

43,157

1,712

73,885

7

0,122

0,122

0,993

9,006

13,200

73,335

0,147

1,621

5,448

1,0

5,4

7

9,526

51,897

52,287

0,325

6,313

12,146

1,712

20,793

-1

-0,017

-0,017

1,000

-0,363

3,742

20,790

0,147

-0,065

1,966

1,0

2,0

1

1,361

2,675

2,675

0,325

5,908

89,399

57,903

321,683

41

55,795

374,359

1

2

C

C.L

1,6

Jumlah

Fs 

 Cl  N  U  N e .tg ;  T   Te

Fs 

233,180  (35,818)  1,272 89,399  57,903


16,092

223,180

-35,818

Fs > 1,2

> Fs Syarat = 1,2 ...................AMAN!!!

206


Gambar 5-12 Stabilitas Tubuh Dam pada Kondisi Dam Mengalami Penurunan Air Mendadak Bagian Hulu


207


Tabel 5.10 Perhitungan Metode Irisan Bidang Luncur pada Kondisi Dam Mengalami Penurunan Air Mendadak (Rapid Dradown) θ r 111.772

Irisan

π 3,142

A (m^2)

deg

rad

18,000

0,314

γ

W (t.m)

α

α rad

sin α

cos α

T= W sin α

Te = e.W cos α

N= W cos α

e

Ne = e.W sin α

h

γw

u= h.γw

sudut pias

l

U = u.l

U= ul/cos α

tan θ

(N-NeU)tan θ

-0,175

0,903

5,018

0,147

-0,032

1,38

1,000

1,375

2

3,902

5,365

5,369

0,325

-0,104

1

6,650

0,755

5,021

-2

-0,035

0,999 0,035

2

30,460

0,755

22,997

3

0,052

0,052 0,999

1,204

4,134

22,966

0,147

0,217

4,16

1,000

4,160

3

5,853

24,349

24,382

0,325

-0,531

3

48,108

0,755

36,322

8

0,140

0,139 0,990

5,056

6,474

35,968

0,147

0,910

6,22

1,000

6,215

5

9,755

60,628

61,224

0,325

-8,503

4

59,338

0,755

44,800

13

0,227

0,225 0,974

10,079

7,857

43,652

0,147

1,814

7,524

1,000

7,524

5,0

9,755

73,398

75,329

0,325

-10,884

1,414

1,712

2,421 19

0,332

0,326 0,946

0,788

0,412

2,289

0,147

0,142

8,051

1,000

8,051

5,0

9,755

78,539

83,066

0,325

-26,296

57,426

0,755

43,357

25,050

1,712

42,886

31,060

0,755

23,450

45,033

1,712

77,096

0,341

0,755

0,258

19,799

1,712

33,895

5

6

7 8

C

C.L

1,6 245,831

23

0,401

0,391 0,920

16,759

7,106

39,476

0,147

3,017

7,737

1,000

7,737

5,0

9,755

75,476

81,996

0,325

-14,798

28

0,489

0,470 0,883

36,199

12,253

68,070

0,147

6,516

6,492

1,000

6,492

5,0

9,755

63,331

71,729

0,325

-3,306

34

0,593

0,559 0,829

18,956

5,058

28,099

0,147

3,412

2,946

1,000

2,946

6,0

11,706

34,487

41,600

0,325

-5,496

88,866

44,197

245,538

36

70,237

415,573

Jumlah

Fs 

 Cl  N  U  N e .tg ;  T   Te

Fs 

245,831  (69,917)  1,322 88,866  44,197


15,996

-69,917

Fs > 1,2 > Fs Syarat = 1,2 ...................AMAN!!!

208


5.4. PERENCANAAN PELIMPAH (SPILLWAY) Spillway atau bangunan pelimpah adalah bangunan yang berfungsi untuk mengalirkan air banjir di dalam reservoir sehingga air banjir tersebut tidak merusak tubuh dam. Dalam perencanaan ini, bangunan pelimpah yang akan direncanakan adalah ambang berbentuk bendung pelimpah. Bangunan pelimpah biasanya terdii dari empat bagian utama yaitu: 1. Saluran pangarah aliran 2. Saluran pengatur aliran 3. Saluran peluncur 4. Peredam energi

5.4.1. Saluran Pengarah aliran Saluran pengarah aliran dimaksudkan agar aliran air senantiasa dalam kodisi hidrolika yang baik dengan mengatur kecepatan alirannya tidak melebihi 4 m/det dengan lebar semakin mengecil ke arah hilir. Apabila kecepatan aliran melebihi 4 m/det, maka aliran akan bersifat helisoidal dan kapasitas alirannya akan menurun. Disamping itu aliran helisoidal tersebut akan mengakibatkan peningkatan beban hidrodinamis pada bangunan pelimpah tersebut. Berdasarkan pengujian-pengujian yang ada saluran pengaruh aliran ditentukan sebagai berikut :

H

V

Saluran pengarah aliran Ambang pengatur debit

W V < 4 m/det

Gambar 5-13 Saluran Pengarah Aliran dan Ambang Pengatur Debit pada Bangunan Pelimpah


L2A 001 078 L2A 001 086

209


Dari analisis data sebelumnya di mana

didapat :

Ketinggian air di atas mercu H

= 183,234 – 179,245 = 3,989 m

Qout yang melewati spillway Q

= 95,19 m³/det

Maka : W

1 .H 5


1 W  3,989 = 0,797 m 5 dipakai = 2 m > 0,797 m

W 

5.4.2. Saluran Pengatur Aliran 5.4.2.1. Tipe Bendung Pelimpah (over flow weir type) Dipakai tipe bendung pelimpah dengan menggunakan metode yang dikembangkan oleh U.S.B.R. Dari analisis data sebelumnya, maka hasil perhitungannya adalah sebagai berikut : Q = Qout lewat spillway

= 95,19 m³/det

L = lebar mercu bendung

= 12 m

Tinggi tekanan kecepatan aliran di dalam saluran pengarah :

Hv +183,234 He

V

Hd + 179,,245

d

h +177,245

Gambar 5-14 Saluran Pengarah Aliran dan Ambang Pengatur Debit pada Bangunan Pelimpah


L2A 001 078 L2A 001 086

210


Asumsi Bef = B = 12 m Misal kedalaman air dalam saluran h =

5,989 m, maka :

Luas penampang basah di dalam saluran ini adalah : A = 5,989 x 12 = 71,868 m² Kecepatan aliran :

Q 95,19   1,324 m/det A 71,868

V

Jadi tinggi kecepatan aliran : hv 

V 2 1,324   0,089 m 2 g 2 x9,8

Hd

= 183,234 m – 179,245 m

2

= 3,989 m Tinggi energi He = Hd + hv = 3,989 m + 0,089 m. = 4,078 m 5.4.2.2. Penampang Bendung Bentuk dan Ukuran Crest Spillway dihitung berdasarkan Civil Engineering Department US Army – US & DS Profile. Rumus yang digunakan adalah sebagai berikut : 1. Rumus DS Profile

x 1.85  2  Hd 0.85  y (Sosrodarsono & Takeda, 1978) 2. Rumus untuk US Profile r1  0.50 Hd r 2  0.20 Hd



L2A 001 078 L2A 001 086

211


Hv = 0,089

b a

He = 4,078

titik nol dari koordinat

x

Hd = 3,989

X,Y

+ 179,245 y

+ 177,245 poros bendungan r2 X

1,85

= 2 Hd

0,85

Y

r1

Gambar 5-15 Koordinat Penampang Memanjang Ambang Pengatur Debit pada Bangunan Pelimpah

dimana : US Profile

= profil bangunan pelimpah bagian hulu

DS Profile

= profil bangunan pelimpah bagian hilir

x

= absis

y

= ordinat

a

= 0,175 Hd

b

= 0,282 Hd

 Koordinat Lengkung Mercu Spillway Bagian Hilir Penampang lintang sebelah hilir dari titik tertinggi mercu bendung dapat diperoleh dengan Rumus lengkung Harold sebagai berikut: Rumus lengkung Harold X 1.85  2.hd

0.85

.Y

Y

X 1.85 2.hd0.85

Bagian yang lebih ke hilir dari lengkung diteruskan dengan rumus : Y1 


0.925 0.85 .X hd 0.85

L2A 001 078 L2A 001 086

X  1,096.hd .Y '1.176

212


Tabel 5.11 Koordinat Penampang Ambang Bendung Pelimpah Koordinat Lengkung

Koordinat Setelah Lengkung

X

y

x

y

0,28

0,014

0,28

0,095

0,55

0,051

0,55

0,172

0,83

0,108

0,83

0,242

1,10

0,184

1,10

0,309

1,38

0,278

1,38

0,374

1,65

0,390

1,65

0,437

1,93

0,518

1,93

0,498

2,20

0,663

2,20

0,558

2,48

0,825

2,48

0,617

2,75

1,002

2,75

0,674

3,03

1,196

3,03

0,731

3,30

1,404

3,30

0,787

3,58

1,629

3,58

0,843

3,85

1,868

3,85

0,898

4,13

2,122

4,13

0,952

4,40

2,391

4,40

1,005

 Lengkung Mercu Spillway Bagian Hulu Penampang lintang sebelah hulu dapat diperoleh dengan rumus sebagai berikut: Untuk 

r1 = 0,5 . Hd a


L2A 001 078 L2A 001 086

= 1,994 m

= 0,175 . Hd = 0,175 . 3,989 = 0,698 m

r2 = 0,2 . Hd b

= 0,5 . 3,989

= 0,2 . 3,989

= 0,797 m

= 0,282 . Hd = 0,282 . 3,989 = 1,124 m

213


5.4.2.3. Saluran Transisi Saluran transisi diperlukan karena adanya perubahan bentuk penampang saluran pengatur dengan saluran peluncur. Bentuk saluran transisi ditentukan sebagai berikut :

O = 12,5°

y

Gambar 5-16 Skema Bagian Transisi Saluran Pengarah pada Bangunan Pelimpah

Dengan ketentuan tersebut diatas dan keadaan topografi yang ada dimana b1 = 12 m, b2 = 8 m maka :  y=2m  l = y/tgθ = 9 m  s = 1 : 10

M AB

+ 1 83 ,23 4

M AN

+ 1 79 ,24 5

A

+ 1 77 ,24 5

B 8 .80 m

S = 1 :1 0

9.0 0 m

0 .90 m

C

Gambar 5-17 Penampang Melintang Saluran Pengatur (Hasil Analisa)


L2A 001 078 L2A 001 086

214


5.4.3. Saluran Peluncur 5.4.3.1. Peralihan Mercu Spillway ke Saluran Peluncur Pada perencanaan bangunan pelimpah antara tinggi mercu dengan bangunan peredam energi diberi saluran peluncur (flood way). Saluran peluncur ini berfungsi untuk mengalirkan air, agar air yang melimpah dari mercu dapat mengalir dengan lancar tanpa hambatan-hambatan hidrolis. Untuk mencari kedalaman air di bagian kaki spillway, dengan menggunakan rumus :

Hd   V1  2g z   2   (Sosrodarsono & Takeda, 1978) q

Q q dan yu  B V1

dimana : yu

= kedalaman air pada bagian kaki spillway

Beff

= lebar spillway ( 12 m )

Hd

= 3,989 m

Q

= Qout lewat spillway = 95,19 m³/det

Misal kedalaman air dalam saluran

=

5,989 m

Dalam kondisi tersebut kecepatan aliran pada lereng bagian hilir spillway tidak dipengaruhi koefisien debit, maka : 3,989   V 1  2  9,81   5,989    8,196 m/det 2  

q

95,19  11,608 m2/det 8,196

Sehingga :

yu 

11,608  1,415 m 8,196


L2A 001 078 L2A 001 086

215


5.4.3.2. Perhitungan Saluran Peluncur Data perencanaan yang telah diperoleh dari perhitungan sebelumnya adalah sebagai berikut : 

Q outflow = 95,19 m³/det

a. Kedalaman kritis (Yc) saluran peluncur :

Yc 

q2 g

Yc 

11,608 2  3,706 m 9,81

Bila diperoleh nilai yu = 1,415 m Maka : yu < Yc, berarti aliran yang terjadi adalah aliran super kritis. b. Kecepatan kritis (Vc)

Vc 

q Yc

Vc 

11,608  3,132 m/det 3,706

Saluran peluncur direncanakan dengan penampang berbentuk segi empat untuk aliran kritis maupun non kritis, saluran peluncur direncanakan dengan kemiringan seperti tertera pada gambar 5.18 ke arah hilir hingga berakhirnya spillway. Saluran peluncur direncanakan dengan kemiringan saluran sebesar 1/2 ke arah hilir hingga berakhirnya spillway. Saluran peluncur ini disambung dengan bangunan peredam energi ( energy dissipater ). Saluran peluncur dalam perencanaan ini dibentuk sebagai berikut :  Tampak atas lurus.  Penampang melintang berbentuk segi empat.  Kemiringan diatur sebagai berikut : 25 m tahap pertama dengan kemiringan = 0,25 dengan lebar saluran = 8 m, kemudian 20 m tahap kedua dengan kemiringan = 0,25 tetapi penampang melebar dari 8 m menjadi 10,4 m.


L2A 001 078 L2A 001 086

216


P EN AMPAN G L U R US

PE NA MPAN G TE R OM PET

1

2 5.0 00

6.250

4

2 0.0 00

SALU R AN PE LU N C U R

Gambar 5-18 Penampang Memanjang Saluran Peluncur (Hasil Analisa)

Bagian yang berbentuk terompet pada ujung saluran peluncur bertujuan agar aliran dari saluran peluncur yang merupakan aliran super kritis dan mempunyai kecepatan tinggi, sedikit demi sedikit dapat dikurangi akibat

8m

10.40 m

melebarnya aliran dan aliran tersebut menjadi semakin stabil.

20 m

Gambar 5-19 Bagian Berbentuk Terompet pada Ujung Hilir Saluran Peluncur

Bagian yang berbentuk terompet pada ujung saluran peluncur bertujuan agar aliran dari saluran peluncur yang merupakan aliran super kritis dan mempunyai kecepatan tinggi, sedikit demi sedikit dapat dikurangi akibat melebarnya aliran dan aliran tersebut menjadi semakin stabil.


L2A 001 078 L2A 001 086

217


5.4.4. Rencana Teknis Hidrolis

MAB

+ 183.234

MAN

+ 179.245

A + 177.245

B

+ 175.745 + 174.845

C

+ 170.395

D

+ 165.395

E 8.80 m

9.00 m

25.00 m

20.00 m

Gambar 5-20 Potongan Memanjang Spillway (Hasil Analisa)

Garis dasar saluran ditentukan dengan perhitungan hidrolik yang dilakukan dengan rumus Bernoulli sebagai berikut :

hL

hv1 V1 hd1

hv2

h1

1

l1

V2 hd2 2

l Gambar 5-21 Skema Penampang Memanjang Aliran pada Saluran


L2A 001 078 L2A 001 086

218


Elevasi ambang hilir = elevasi ambang udik

V12 V2  hd1  2  hd 2  he 2g 2g (Sosrodarsono & Takeda, 1978) 2

hV1 

V1 2g 2

V hV2  2 2g

he 

S

V22 V12 n 2 . V 2   . l1 4 2g 2g 3 R n2 . V 2 R

4

3

hL  S . l1 di mana : V1

: kecepatan aliran air pada bidang-1

V2

: kecepatan aliran air pada bidang-2

hd1 : kedalaman air pada bidang-1 hd2 : kedalaman air pada bidang-2 l1

: panjang lereng dasar diantara bidang-1 dan bidang-2

l

: jarak horisontal diantara bidang-1 dan bidang-2

R

: radius (jari-jari) hidrolika rata-rata pada potongan saluran yang diambil

S0

: kemiringan dasar saluran

S

: kemiringan permukaan aliran

hl

: kehilangan energi karena gesekan dan lain-lain

he

: perbedaan tinggi antara garis energi dengan permukaan air

n

: angka kekasaran saluran = 0,013


L2A 001 078 L2A 001 086

219


 Di titik A : 

Kecepatan aliran

V

= 1,324 m/det (V1)



Luas tampang hidrolis

A

= 71,868 m²



Tinggi tekanan kecepatan aliran hv

= 0,089 m



Tinggi aliran

Hd

= 3,989 m



Asumsi Bef

B

= 12 m



Qout lewat spillway



Jari-jari hidrolis rata-rata

= he-hd

= 95,19 m³/det

R = A/(2Hd+ B)

= 3,597 m

Dengan menggunakan rumus :  Di titik B : 

Tinggi energi potensial di bidang B

= hd + he = 3,989 + ( 179,245 – 172,65 ) = 3,989 + 6,595 = 10,584 m



∆l = 8,80 m



∆l1 = 9,432 m



Diasumsikan bahwa kecepatan aliran di B (V2) = 8 m/det, maka : Hd 2 =

Q b2 .V2

=

95,19 = 0,991 m 12  8

A2 = 12 x 0,991 = 11,898 m2

A

R2 =

(2.hd 2  b2 )

=

11,898 = 0,850 m 2  0,991  12

Rt

=

3,597  0,624 = 2,11 m 2

Vt

=

1,324  8 = 4,662 m/det 2

he 

V22 V12 n 2 . V 2   . l1 4 2g 2g R 3

= 3,26 + 0,089 + 0,005 = 3,354


L2A 001 078 L2A 001 086

220




Dengan demikian tinggi tekanan total diperoleh : Hd 2 + he = 0,991 + 3,354 = 4,345 m < 10,584 m



Dicoba lagi dengan asumsi kecepatan aliran yang berbeda :

V2

B

hd2

A2

R2

Rrata

Vrata

Hv2

hv1

hl

he+hd

13

12

0,610

7,322

0,554

0,996

7,162

8,614

0,089

0,082

9,395

13,883

12

0,571

6,855

0,522

0,938

7,606

9,829

0,089

0,100

10,584

14

12

0,567

6,799

0,518

0,931

7,662

9,990

0,089

0,103

10,749



Dari hasil perhitungan di atas dengan V = 13,883 m/det didapatkan hd+he = 10,584 m ~ 10,584 m (sesuai dengan asumsi yang diambil), maka:



he = (he+hd) – hd2 = 10,584 m – 0,571

= 10,013 m

hv = he – hl

= 9,913 m

= 10,013 – 0,100

Froude number pada titik B adalah : Fr

V2

=

g .hd 2


13,887

=

9,81 * 0,571

= 5,867

 Di titik C : 

Tinggi energi potensial di bidang C

= hd + he = 3,989 + (179,245 – 171,75 ) = 3,989 + 7,495 = 11,484 m



∆l = 17,8 m



∆l1 = 18,476 m



Diasumsikan bahwa kecepatan aliran di C berturut-turut sesuai tabel sehingga didapatkan :

V2

B

hd2

A2

R2

Rrata

Vrata

Hv2

hv1

hl

he+hd

14

12

0,567

6,799

0,518

0,931

7,662

9,990

0,089

0,202

10,847

14,437

12

0,547

6,558

0,501

0,901

7,920

10,738

0,089

0,221

11,484

15

12

0,529

6,346

0,486

0,874

8,162

11,468

0,089

0,249

12,335


L2A 001 078 L2A 001 086

221




Dari hasil perhitungan di atas dengan V = 14,437 m/det didapatkan hd+he = 11,484 m ~ 11,484 m (sesuai dengan asumsi yang diambil), maka: he = (he+hd) – hd2 = 11,484 – 0,547 = 10,937 m hv = he – hl



= 10,937 – 0,221 = 10,827m

Froude number pada titik C adalah : Fr

=

V2 g .hd 2

14,437

=

= 6,232

9,81 * 0,547

 Di titik D : 

Tinggi energi potensial di bidang D

= hd + he = 3,989 + (179,245 – 165,5 ) = 3,989 + 13,745 = 17,734 m



∆l = 42,8 m



∆l1 = 44,245 m



Diasumsikan bahwa kecepatan aliran di D berturut-turut sesuai tabel sehingga didapatkan :

V2

B

hd2

A2

R2

Rrata

Vrata

Hv2

hv1

hl

he+hd

17

12

0,467

5,599

0,433

0,779

9,162

14,730

0,089

0,876

16,162

17,821

12

0,445

5,341

0,414

0,745

9,573

16,187

0,089

1,014

17,735

18

12

0,441

5,288

0,411

0,738

9,662

16,514

0,089

1,046

18,090



Dari hasil perhitungan di atas dengan V = 17,821 m/det didapatkan hd+he = 17,735 m ~ 17,734 m (sesuai dengan asumsi yang diambil), maka: he = (he+hd) – hd2 = 17,735 – 0,445 = 17,290 m hv = he – hl



= 17,290 – 1,014 = 14,138 m

Froude number pada titik D adalah : Fr

=

V2 g .hd 2

=

17,735

= 8,488

9,81 * 0,445

 Di titik E : 

Tinggi energi potensial di bidang E


L2A 001 078 L2A 001 086

= hd + he

222


= 3,989 + (179,245 – 160,5 ) = 3,989 + 18,745 = 22,734 m 

∆l = 62,8 m



∆l1 = 64,860 m



Diasumsikan bahwa kecepatan aliran di E berturut-turut sesuai tabel sehingga didapatkan :

V2

B

hd2

A2

R2

Rrata

Vrata

Hv2

hv1

hl

he+hd

19

12

0,418

5,010

0,390

0,702

10,162

18,400

0,089

1,814

20,720

19,886

12

0,399

4,787

0,374

0,673

10,605

20,156

0,089

2,091

22,735

20

12

0,397

4,760

0,372

0,669

10,662

20,387

0,089

2,129

23,002



Dari hasil perhitungan di atas dengan V = 19,886 m/det didapatkan hd+he = 22,735 m ~ 22,734 m (sesuai dengan asumsi yang diambil), maka:



he = (he+hd) – hd2

= 22,735 – 0,399 = 22,336 m

hv = he – hl

= 22,336 – 2,091 = 20,245 m

Froude number pada titik E adalah : Fr

=

V2 g .hd 2

=

19,886

= 10,051

9,81 * 0,399

5.4.5. Peredam Energi Bangunan peredam energi digunakan untuk menghilangkan atau setidaknya mengurangi energi air yang melimpah dengan energi yang tinggi dari bangunan pelimpah agar tidak merusak bangunan atau instalasi lain di sebelah hilir bangunan pelimpah. Suatu bangunan peredam energi yang berbentuk kolam, dimana prinsip peredam energinya yang sebagian besar terjadi akibat proses pergesekan di antara molekul-molekul air, sehingga timbul olakan-olakan di dalam kolam tersebut dinamakan peredam energi tipe kolam olakan. Dalam perencanaan dam ini menggunakan bangunan peredam energi tipe kolam olak USBR. Penggolongan tipe kolam olak USBR adalah : 

USBR I



USBR II : Bilangan Froude > 4,5 dengan kecepatan < 15 m/detik


: Bilangan Froude < 4,5

L2A 001 078 L2A 001 086

223




USBR III : Bilangan Froude > 4,5 dengan kecepatan > 15 m/detik



USBR IV : Bilangan Froude 2,5 < Fr < 4,5

Perhitungan kolam olak digunakan rumus-rumus sebagai berikut : Y 

q V

V g Y

Fr 

(Sosrodarsono & Takeda, 1978) Dimana : V

=

Kecepatan awal loncatan (m/dt)

g

=

Percepatan gravitasi

=

9,81 m²/dt

B

=

Lebar saluran

=

12 m

Fr

=

Bilangan froude

Y

=

tinggi konjugasi

Perhitungan : V

=

19,886 m³/dt

Y

= Q/B V

Y

=

95,19 / (12 x 19,886)

Y

= 0,398 m

Fr

=

V gY

= 19,886 / ( 9,81 . 0,398)0,5

= 10,051 Tipe kolam olak yang digunakan ditentukan berdasarkan nilai Fr dan V. Fr

= 10,051

V

= 19,886 m/det

Digunakan kolam olak USBR III dengan dimensi sebagai berikut


L2A 001 078 L2A 001 086

224


Gambar 5-22 Bentuk Kolam Olakan

a

Panjang kolam olakan Ukuran panjang kolam olakan tergantung pada bilangan Froude aliran yang akan melintasi kolam tersebut. Karena Froude number > 4,5 maka digunakan kolam olak type USBR type III.

Gambar 5-23 Panjang Loncatan Hidrolis pada Kolam Olakan Datar

 Kondisi sesungguhnya pada kolam olakan type I HILALUDIN JOKO SANTOSO

L2A 001 078 L2A 001 086

225




Kondisi sesungguhnya pada kolam olakan type II



Kondisi sesungguhnya pada kolam olakan type III

- Dengan Fr = 10,051, dari grafik didapatkan nilai L/d2 = 2,7 - D2/D1 = 0,5 x

1  8F   1 2

1


(1  8.10,0512 ) -1

- D2/0,398

= 0,5 x

- D2

= 5,262 m

- L

= 2,7 x 5,262 = 14,209 m ~ dipakai 15 m

b Gigi-gigi pemencar aliran, gigi-gigi benturan dan ambang ujung hilir kolam olakan Gigi-gigi pemencar aliran yang berfungsi sebagai pembagi berkas aliran terletak di ujung saluran sebelum masuk ke dalam kolam olakan. Sedangkan gigi-gigi benturan yang berfungsi sebagai penghadang aliran serta mendeformir loncatan hidrolis menjadi pendek terletak pada dasar kolam olakan. Adapun ambang ujung hilir kolam olakan dibuat rata tanpa bergerigi. 0.3h3

0.5h3

0 .5d 1

d1

d1 d1

h3 0.75h3

h3

0.8d2

Gambar 5-24 Ukuran gigi-gigi pemencar dan gigi-gigi benturan aliran

1. Dimensi kolam olakan 

Ukuran kolam olakan adalah 10,40 m x 15 m



Ukuran gigi-gigi pemencar aliran adalah Dl = 0,398 m ≈ 0,4 m, karena lebar ujung saluran peluncur adalah 10 m maka jumlah gigigigi dibuat = 25 buah @ 40 cm, jarak antara gigi-gigi = 40 cm dan jarak tepi ke dinding masing-masing = 40 cm cek jumlah jarak = 13 x 0,4 + 12 x 0,4 + 2 x 0,4 = 10,40 m



Ukuran gigi pembentur aliran dengan mengacu pada gambar 5.25 didapatkan nilai h3/D1 = 2,4  h3 = 2,4 x 0,398 = 0,955 ≈ 0,93 m,


L2A 001 078 L2A 001 086

226


karena lebar kolam olakan adalah 15 m maka jumlah gigi-gigi dibuat = 9 buah @ 0,95 m, jarak antara gigi-gigi = 0,75 x h3 = 0,75 x 0,95 = 0,712 m ≈ 0,7 m dan jarak tepi ke dinding masing-masing = 0,5 x h3 = 0,5 x 0,95 = 0,475 m ≈ 0,5 m. cek jumlah jarak = 9 x 0,93 + 8 x 0,7 + 2 x 0,5 = 15,00 m. 

Ukuran ambang ujung hilir kolam olakan dengan mengacu pada gambar 5.25 didapatkan nilai h4/d1 = 1,50  h4 = 1,50 x 0,398 = 0,597 m dengan kemiringan 1 : 2



Jarak antara gigi-gigi pemencar aliran s/d gigi-gigi benturan (tepi ke tepi) adalah : 0,8 d2 = 0,8 x 5,262 = 4,209 m

Gambar 5-25 Tinggi Gigi Benturan dan Ambang Hilir pada Kolam Olakan Datar Type III

2. Tinggi jagaan Tinggi jagaan pada bangunan pelimpah (spillway) dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut : Fb = C . V . d (Sosrodarsono & Takeda, 1978) atau 1

3

Fb

= 0,6 + 0,037 . V. d

Fb minimal

= 0,5 s/d 0,6 m di atas permukaan al

Fb

= tinggi jagaan

C

= koefisien = 0,1 untuk penampang saluran berbentuk persegi panjang dan 0,13 untuk penampang berbentuk trapesium

V

= kecepatan aliran (m/det)

d

= kedalaman air di dalam saluran (m)


L2A 001 078 L2A 001 086

227


Tinggi jagaan pada kolam olakan adalah sebagai berikut : 

d2 = 5,262 m



b = 10 m



A = 5,262. 10,4 = 54,724 m²



V = Q/A = 95,19/54,724 = 1,739 m/det



Tinggi jagaan : Fb = 0,10 . 1,739 . 5,262 Fb = 0,915 Atau Fb = 0,6 + (0,037 . 1,739 . 5,2621/3) Fb = 0,71 m Dipakai nilai tertinggi yaitu Fb = 0,915 m ≈ Fb = 1,00 m

5.5. ANALISIS STABILITAS BANGUNAN PELIMPAH Perhitungan stabilitas konstruksi bangunan pelimpah ditinjau dengan dua kondisi sebagai berikut : 1. Kondisi muka air normal 

Akibat Berat Sendiri Rumus : G  Vol   Dimana : G

= Berat konstruksi (ton)

V

= Volume (m3)



= Berat jenis pasangan batu (2,2 ton/m3)

Jarak ditinjau ke titik G selanjutnya perhitungan disajikan dalam tabel berikut : Tabel 5.12 Perhitungan Gaya Akibat Berat Sendiri G =vol . γ

jarak

momen

(ton)

(m)

(ton m)

2,2

8,80

1,00

8,80

1,00

2,2

12,10

5,00

60,5

6,00

4,00

2,2

26,40

6,00

158,4

1,00

1,00

2,2

1,10

5,87

6,45

No

X

Y

γ

G1

2,00

2,00

G2

6,00

G3 G4 HILALUDIN JOKO SANTOSO

L2A 001 078 L2A 001 086

228


G =vol . γ

jarak

momen

(ton)

(m)

(ton m)

2,2

5,72

7,50

42,90

4,50

2,2

15,84

8,30

131,47

0,50

2,2

1,17

8,03

9,43

No

X

Y

γ

G5

2,60

1,00

G6

1,60

G7

1,60 Jumlah

71,13

362,13

(sumber: perhitungan)



Akibat Gaya Gempa Gaya akibat beban gempa berupa gaya horizontal (He) dan momen (M), besarnya :

He  E  G Dimana E adalah koefisien gempa = 0,14 Tabel 5.13 Gaya Akibat Gaya Gempa E Berat bangunan

No

(ton)

Gaya Horizontal

jarak

momen

(m)

(ton m)

(He=G.0,14) G1

8,80

0,14

1,23

1,00

1,23

G2

12,10

0,14

1,69

4,75

8,05

G3

26,40

0,14

3,70

4,00

14,78

G4

1,10

0,14

0,15

5,87

0,90

G5

5,72

0,14

0,80

7,50

6,01

G6

15,84

0,14

2,22

8,30

18,41

G7

1,17

0,14

0,16

8,03

1,32

9,96

50,70

(sumber: perhitungan)



Akibat Gaya Angkat (Uplift Pressure) Tekanan air tanah (Px) dihitung dengan rumus : Px  Hx  H

Dimana : Px = tekanan air pada titik x (T/m2) Lx = jarak jalur rembesan pada titik x (m) L = panjang total jalur rembesan (m) Hw = beda tinggi energi Hx = tinggi energi di hulu bendung pada titik x (m)


L2A 001 078 L2A 001 086

229


Tabel 5.14 Perhitungan Panjang Jalur Rembesan dan Tekanan Air Titik

Garis Lane

Panjang Rembesan V

H

1/3H

A A-B

B-C

0,25

D-E

1,00

2,00

1,00

0,17

3,00

2,83

1,08

0,18

3,00

2,82

1,58

0,26

2,50

2,24

1,92

0,32

2,50

2,18

2,42

0,40

3,00

2,60

2,58

0,43

3,00

2,57

3,08

0,52

2,50

1,98

3,42

0,57

2,50

1,93

3,92

0,65

3,00

2,35

4,08

0,68

3,00

2,32

4,58

0,77

2,50

1,73

4,92

0,82

2,50

1,68

7,92

1,32

5,00

3,68

8,78

1,47

5,00

3,53

9,78

1,64

4,00

2,36

0,50

F F-G

0,50

0,17

G 0,50

H H-I

1,00

0,33

I 0,50

J J-K

0,50

0,17

K K-L

0,50

L L-M

1,00

0,33

M M-N

3,00

N N-O

2,60

0,87

O O-P

1,00

P P-Q


2,00

0,33

E

I-J

0,00

0,00

0,50

D

G-H

Px=Hx-H

Cw = 5,98

0,08

C

E-F

Hx

Lw

1,00

B

CD

H=Lw/Cw

L2A 001 078 L2A 001 086

3,20

1,07

230


Garis Lane

Titik

Panjang Rembesan V

H

1/3H

Q Q-R

R-S

2,00

Px=Hx-H

1,81

4,00

2,19

11,85

1,98

5,00

3,02

12,52

2,09

5,00

2,91

14,02

2,34

3,75

1,41

22,35

3,74

3,75

0,01

22,85

3,82

4,25

0,43

22,93

3,83

4,25

0,42

23,93

4,00

3,25

-0,75

Cw = 5,98

10,85

0,67

S 1,50

T T-U

25,00

8,33

U U-V

0,50

V V-W

0,25

0,08

W W-X

1,00

X Jumlah

Hx

Lw

1,00

R

S-T

H=Lw/Cw

11,50

37,30

12,43

(sumber: perhitungan) Angka rembesan (Cw) =

Lv  1 Lh 11.50  12.43 3 = = 5,98 Hw 4

Tabel 5.15 Perhitungan Gaya Angkat

Gaya

Luas x Tekanan

Gaya Vertikal

Jarak

Momen Vertikal

(ton)

(m)

(ton m)

U1

(2,6.3,53)+(0,5.3,53.(3,68-3,53))

9,372

7,50

70,287

U2

(1.2,36)+(0,5.1.(3,53-2,36))

2,948

1,10

3,243

U3

(3,2.2,19)+(0.5.3,2.(2,36-2,19))

7,282

4,75

34,592

U4

(2.2,91)+(0,5.2.(3,02-2,91))

5,928

1,00

5,928

Jumlah

25,530

114,049

Tabel 5.16 Perhitungan Gaya Hidrostatis

Gaya W1


Luas x Tekanan 0,5.2.2

L2A 001 078 L2A 001 086

Gaya Horizontal

Jarak

Momen Vertikal

(ton)

(m)

(ton m)

2,000

4,17

8,333

231


Gaya W2

W3

W4

W5



Gaya Horizontal

Jarak

Momen Vertikal

(ton)

(m)

(ton m)

3.1,68

5,035

1,50

7,552

0,5.3.(3,68-1,68)

2,998

1,00

2,998

1.2,36

-2,365

0,50

-1,182

0,5.1.(3,53-2,36)

-0,072

0,33

-0,024

1.2,19

2,187

0,50

1,093

0,5.1.(3,02-2,19)

0,416

0,33

0,139

0,5.1.0,42

0,209

1,33

0,278

Jumlah

10,407

Luas x Tekanan

19,187

Akibat Tekanan Tanah Berdasarkan data penyelidikan tanah dari laboratorium mekanika tanah Teknik Sipil Undip menghasilkan parameter tanah berupa, (φ) = 18°, (γsat) = 1,7125 T/m3. Tekanan tanah dihitung dengan rumus sebagai berukut : Pa  1  sat  Ka  H 2 2 (Penerbit Gunadarma,1997)

Dimana : = tan 2 (45   ) 2

Ka

= tan 2 (45  18 ) 2 = 0,528 = 1  sat  Ka  H 2 2

Pa

= 1  1.7125  0.528  32 2 =9,12 T/m2

Tabel 5.17 Perhitungan Tekanan Tanah

Gaya Pa HILALUDIN JOKO SANTOSO

Luas x Tekanan 0,5.9,12.3,5

L2A 001 078 L2A 001 086

Gaya horizontal

Jarak

Momen vertikal

(ton)

(m)

(ton m)

15,96

1,17

18,62

232


Gaya

Luas x Tekanan

Gaya horizontal

Jarak

Momen vertikal

(ton)

(m)

(ton m)

Jumlah

15,96

18,62

Tabel 5.18 Resume Gaya-gaya pada Kondisi Normal Gaya No.

V (ton)

H (ton)

71,133

MV (ton m)

MH (ton m)

1

Berat sendiri

2

Gempa

362,126

3

Uplift Pressure

4

Hidrostatis

10,407

19,187

5

Tekanan Tanah

15,964

18,625

9,959

Jumlah



Momen

Jenis Gaya

25,530

96,663

50,698 114,049

36,330

476,176

88,509

Kontrol Stabilitas Pada Kondisi Normal a. Terhadap Guling Sf 



 MV  MH

 1.5 (KP-02, 1986)

476.176  1.5 88.509

= 5,38 > 1,5 (aman) Dimana : Sf

= faktor keamanan

 MV  MH

= jumlah momen vertikal = jumlah momen horizontal

b. Terhadap Geser Sf  f  

RV  1.5 (KP-02, 1986)  RH

= 0.75 

96.663  1.5 36.330

= 2,00>1,5 (aman) HILALUDIN JOKO SANTOSO

L2A 001 078 L2A 001 086

233


Dimana : Sf

= faktor keamanan

 RV  RH

= jumlah gaya vertikal

f

= 0,75

= jumlah gaya horizontal

c. Terhadap Eksentrisitas

a

 MV   MH  RV

(KP-02, 1986)

476.176  88.509 = 4,01 96.663

=

e  ( B  a)  B 2 6





e = 7  4.01 = -0,51 < 1,17 (aman) 2 d. Terhadap Daya Dukung Tanah Dari data tanah pada lokasi dam diperoleh : γ

= 1,7125 T/m3

c

= 1,6

φ = 18° Dari grafik Terzaghi diperoleh : Nc = 15,78 Nq = 6,2 Nγ = 4 B

=7m

Rumus daya dukung tanah Terzaghi adalah sebagai berikut :

qult  c.Nc   .Nq  0,5. .B.N (Penerbit Gunadarma,1997) = 1,6.15,78+1,7125.6,2+0,5.1,7125.7.4 = 59,84 T/m2 qult qall   19.95 T / m 2 3





  RV B 1  6e B









 max  RV B 1  6e B  7.77 kN 2 < qall (aman) m


L2A 001 078 L2A 001 086

234




 min  RV


L2A 001 078 L2A 001 086

B

 1  6e B  19.85 kN m

2

< qall (aman)

235


+179.25

+175.25

Gambar 5-26 Panjang Jalur Rembesan dan Tekanan Air


L2A 001 078 L2A 001 086

236


Gambar 5-27 Diagram Kondisi Air Normal


237


2. Kondisi muka air banjir Pada saat banjir gaya-gaya yang bekerja ada yang mengalami perubahan seperti gaya tekan ke atas (Uplift Pressue) dan hidrostatis 

Gaya Tekan ke atas

Tabel 5.19 Perhitungan Panjang Jalur Rembesan dan Tekanan Ai Banjir Titik

Garis Lane

Panjang Rembesan V

H

1/3H

A A-B

B-C

0,25

D-E

1,00

F-G

0,50

H-I

1,00

6,99

6,66

1,08

0,36

6,99

6,63

1,58

0,53

6,49

5,96

1,92

0,64

6,49

5,85

2,42

0,81

6,99

6,18

2,58

0,86

6,99

6,13

3,08

1,03

6,49

5,46

3,42

1,14

6,49

5,35

3,92

1,31

6,99

5,68

4,08

1,36

6,99

5,63

4,58

1,53

6,49

4,96

4,92

1,64

6,49

4,85

7,92

2,64

8,99

6,35

8,78

2,93

8,99

6,06

0,33

I 0,50

J J-K

0,50

0,17

K 0,50

L L-M

1,00

0,33

M 3,00

N N-O

2,60

O


0,33

0,50

H

O-P

1,00

0,17

G

M-N

5,99

0,50

F

K-L

5,99

0,33

E

I-J

0,00

0,00

0,50

D

G-H

Px=HxH

Cw = 2.96

0,08

C

E-F

Hx

Lw

1,00

B

CD

H=Lw/Cw

0,87

1,00

L2A 001 078 L2A 001 086

238


Titik

Panjang Rembesan

Garis Lane

V

H

1/3H

P P-Q

3,20

R-S

2,00

T-U

25,00

4,72

10,85

3,62

7,99

4,37

11,85

3,96

8,99

5,03

12,52

4,18

8,99

4,81

14,02

4,68

7,74

3,06

22,35

7,46

7,74

0,28

22,85

7,63

8,24

0,61

22,93

7,66

8,24

0,58

23,93

7,99

7,24

-0,75

8,33

U 0,50

V V-W

0,25

0,08

W 1,00

X Jumlah

7,99

1,50

T

W-X

3,27

9,78

0,67

S

U-V

Px=HxH

Cw = 2.96

1,00

R

S-T

Hx

Lw

1,07

Q Q-R

H=Lw/Cw

11,50

37,30

12,43

(sumber : perhitungan)

Akibat kondisi banjir : 1. Muka air hulu = +183,234 m 2. Bagian hilir

= +175,25 m

3. Hw

= 183,234 - 175,25 = 7,989 m

4. Cw

=

11.5  12.43  2.96 7.989

Tabel 5.20 Perhitungan Gaya Angkat

Gaya

Luas x Tekanan

Gaya Vertikal

Jarak

Momen Vertikal

(ton)

(m)

(ton m)

U1

(2.6.6,06)+(0.5.2.6.(6,35-6,06))

16,125

7,50

120,934

U2

(1.4.72)+(0.5.1.(6.06-4.72))

5.390

1.10

5.929

U3

(3,2.4,37)+(0,5.3.2.(4,72-4,37))

14,545

4,75

69,088

U4

(2.4,81)+(0,5.2.(5,03-4,81))

9,844

1,00

9,844

Jumlah

50,904


L2A 001 078 L2A 001 086

205,796

239


Tabel 5.21 Perhitungan Gaya Hidrostatis

Gaya

Luas x Tekanan

Gaya Horizontal

Jarak

Momen Vertikal

(ton)

(m)

(ton m)

W1

0,5.5,99.5,99

17,934

5,50

98,572

W2

3.4,85

14,543

1,50

21,815

0,5.3.(6,35-4,85)

2,248

1,00

2,248

1.4,72

-4,723

0,50

-2,362

0,5.1.(6,06-4,72)

-0,145

0,33

-0,048

1.4,37

4,367

0,50

2,184

0,5.1.(5,03-4,37)

0,333

0,33

0,111

0,5.1.0,58

0,292

1,33

0,389

Jumlah

34,850

W3

W4

W5

122,909

Tabel 5.22 Resume Gaya-gaya pada Kondisi Banjir Gaya No.

Jenis Gaya

H (ton)

71,133

MV (ton m)

MH (ton m)

1

Berat sendiri

2

Gempa

3

Uplift Pressure

4

Hidrostatis

34,850

122,909

5

Tekanan Tanah

15,964

18,625

Jumlah



V (ton)

Momen

362,126 9,959

50,904

122,037

50,698 205,796

60,772

567,922

192,231

Kontrol Stabilitas Pada Kondisi Banjir a. Terhadap Guling Sf 

=

 MV  1,5 (KP-02, 1986)  MH 567.922  1,5 192.231

= 2,95 > 1,5 (aman) Dimana : Sf

 MV  MH HILALUDIN JOKO SANTOSO

= faktor keamanan = jumlah momen vertikal = jumlah momen horizontal

L2A 001 078 L2A 001 086

240


b. Terhadap Geser

Sf  f  

RV

 RH

= 0.75 

 1.5 (KP-02, 1986)

122.037  1.5 60.772

= 1,51 >1,5 (aman) Dimana : Sf

= faktor keamanan

 RV  RH

= jumlah gaya vertikal = jumlah gaya horizontal

f

= 0,75 (Joetata dkk, 1997)

c. Terhadap Eksentrisitas

 MV   MH  RV

a

(KP-02, 1986)

567.922  192.231 = 3,08 122.037

=

e  ( B  a)  B 2 6





e  7  3.08 = 0,42 < 1,17 (aman) 2 d. Terhadap daya Dukung Tanah Dari data tanah pada lokasi dam diperoleh : γ

= 1,7125 T/m3

c

= 1,6

φ = 18° Dari grafik Terzaghi diperoleh : Nc = 15,78 Nq = 6,2 Nγ = 4 B

=7m

Rumus daya dukung tanah Terzaghi adalah sebagai berikut :

qult  c.Nc   .Nq  0,5. .B.N (Penerbit Gunadarma,1997) = 1,6.15,78+1,7125.6,2+0,5.1,7125.7.4 = 59,84 T/m2 HILALUDIN JOKO SANTOSO

L2A 001 078 L2A 001 086

241


qall 



qult  19.95 T / m 2 3



  RV B 1  6e B



    min  RV B  1  6e B   12.56 kN m

 max  RV B 1  6e B  19.88 kN 2 < qall (aman) m


L2A 001 078 L2A 001 086

2

< qall (aman)

242


Gambar 5-28 Diagram Kondisi Air Banjir


L2A 001 078 L2A 001 086

243


5.6. PERENCANAAN PIPA PESAT (PENSTOCK)  Data design : Material pipa pesat

= plat baja

Tegangan ijin : - Tarik dan tekan

= 1200 kg/cm2

- Geser

=

750 kg/cm2

Efisiensi sambungan 1as

= 0,85

Korosi ijin

= 2 mm

Beban rencana : - Tinggi terjun maksimum

= 18.24 m

- Tinggi terjun design

= 14.25 m

5.6.1. Dimensi Pipa Pesat a. Diameter pipa pesat Dihitung dengan Gordon dan Penman : Q andalan

=

Debit air

Do

= 0,72 * (Qair)0.5

= 0.113 m3/det

= 0,72*(0.113)0.5 = 0.242 m = 24.2 cm Direncanakan diameter pipa pesat 25 cm b. Tebal plat pipa pesat  P * Do  to        * 

(Mosonyi,1991) Di mana: to

= Tebal plat (mm)

P

= Tekanan air dalam pipa pesat (kg/cm2) = 0,1 * Hdyn = 0,1*(1,2*Ho)


Ho

= Tinggi terjun desain maksimum = 18.24 m



= Tegangan ijin plat baja (= 1300 kg/cm2)

η

= Efisiensi sambungan las (0,85)

ε

= Korosi plat yang diijinkan (1 - 3 mm), diambil 2 mm.

L2A 001 078 L2A 001 086

244


Perhitungan = 0,1 * (1,2*18.24) = 2.19 kg/cm2

P

 2.19 * 250  to   2  2 * 1300 * 0,85 

= 2,49 mm Menurut Technical Standard for Gates and Penstock tebal plat minimum tidak boleh lebih kecil dari 6 mm, sehingga tebal plat pipa pesat yang dipakai adalah 6 mm. 5.6.2. Stabilitas Pipa Pesat 

Tekanan air maksimum akibat Water Hammer Konstanta Allievi   * Vo    1 P    2 * g * Ho 

(Mosonyi,1991)   Q  Vo   1 2  *  * Do 4 

(Mosonyi,1991) Di mana : α =

Kecepatan rambat gelombang tekanan (m/dt)

Ho =

Tekanan Hidrostatis (m)

Vo =

Kecepatan rata-rata dalam aliran (m/dt)

Rumus pendekatan

 

1000 Do   50  k * to   

12

(Mosonyi,1991) dengan harga

k = 0,5 untuk baja k = 1 untuk besi tuang

perhitungan :


L2A 001 078 L2A 001 086

245


1000

 

0.250   50  0.5 * 0,006   

12

α = 31,46 m/dt  0.113 Vo   1 2  4 *  * 0.250

  = 2.4580 m/dt  

 31,46 * 2.4580  P    2 * 9.81 * 18.24 

P

= 0,216 < 1 ………………………………..…..AMAN !!!!!

Karena P < 1, maka tekanan akibat water hammer tidak banyak mempengaruhi stabilitas pipa pesat tersebut. 

Pipa pesat dari baja ada 2 kriteria : 1. Pipa kecil apabila : P * D <10000 kg/cm Maka pipa tidak perlu pakai sabuk/ beugel. 2. Apabila P*D > 10000 kg/cm Maka pipa memerlukan beugel perkuatan. P = tekanan air P

Hdyn kg / cm 2 10

(Mosonyi,1991) Di mana : D

= diameter pipa

Hdyn

= tinggi terjun dinamis (m)

Perhitungan : P = 1824/10 = 182.4 kg/cm2 P < 10000 kg/cm2 Maka digunakan pipa jenis pertama yaitu pipa kecil tanpa sabuk atau beugel. 

Tekanan Lingkar Akibat Tekanan Hidrostatis σ 

P*R (kg / cm 2 ) to -  

(Mosonyi,1991) Di mana : HILALUDIN JOKO SANTOSO

L2A 001 078 L2A 001 086

246


P = Tekanan air maksimum = 0,1 * Hdyn R = Luas basah = 0,5 (Do+ε) Perhitungan : R = 0,5* (24.2+0.2) = 12.2 cm σ 

1.824 *12.2 2 * 0,6 - 0.2

σ = 27,82 kg/cm2 < σ ijin = 1300 kg/cm2

......................AMAN!!!

5.7. PERENCANAAN TURBIN 5.7.1. Tinggi Terjun (Head) Turbin yang digunakan pada PLTMH di sini adalah direncanakan menggunakan Turbin Impuls. Adapun alasan digunakannya turbin jenis tersebut karena ketinggian terjunnya kurang dari 40 m. Dari data perencanaan dam dapat ditentukan tinggi terjun sebagai berikut : Data elevasi : 

MAT (elevasi Muka Air Tinggi)

= + 183,234 m



MAN (elevasi Muka Air Normal)

= + 179,245 m



MAR (elevasi Muka Air rendah )

= + 169,791 m

5.7.2. Kehilangan Tinggi Terjun (Head Loss) Dengan adanya penyaluran dari kolam

(reservoir)

ke saluran

pembuangan akan terjadi kehilangan energi terdiri dari : 1.

Akibat trash rack dapat dihitimg dengan rumus :   t 4 3   K     sin   Vo 2   b   Hr   2g

(Mosonyi,1991) Di mana : K = Koefisien losses untuk elemen dengan bentuk segi empat = 2,42 t

= Tebal elemen = 0,8 cm

b

= Celah antar 2 elemen = 6 – 0,8 = 5,2 cm

α = Sudut kemiringan trash rack = 90° HILALUDIN JOKO SANTOSO

L2A 001 078 L2A 001 086

247


Q = Debit air yang direncanakan = 0,113 m3/det Vo = Kecepatan rata-rata dalam aliran (m3/det)   Q  Vo   1 2   4    Do 

= Percepatan gravitasi = 9,81 m/dt2

g

Perhitungan :     Q 0.113  1  = 2,46 m/dt Vo   1 2  2    4    Do   4    0.242  43    2,42   0,8   sin 90o  2.46 2     5,2   = 0,062 m Hr   2  9,81

2.

Akibat gesekan Kerena gesekan sepanjang pipa pesat dihitung dengan persamaan Mainning : = 1/n . R2/3 . I1/2

V V

=

Q 1   D 4

 0.113   = 2.46 m/dt   1 2   4    0.242 

V2 2.462 = = 0.31 m 2 g 2  9,81 Untuk panjang pipa pesat L = 20 m, maka Hf = Q / L = 0.113 / 20 = 0,00565 m Hf 

Hf V2 2g

 V2      2g 

(Mosonyi,1991) Hf 

0,00565  V 2    0.31  2  g 

 V2   Hf  0.018    2g 


L2A 001 078 L2A 001 086

248


3.

Akibat belokan Hb = fb. (V2/2g) Di mana : fb

= Koefisien belokan (rumus Fuller)

fb

= (0,131+0,163 (D/R)3,5 ).(θ/90)0,5

D

= Diameter dalam pipa (= 65 m)

R

= Jari-jari lengkung sumbu belokan

F

= Koefisien kerugian

θ

= Sudut belokan = 92 °

Perhitungan : = (0,131+0,163.(D/R)3,5 ).(θ/90)0,5

fb

= (0,131 + 0,163 . (0,242/5)3,5) . (92 / 90)0,5 = 0,1310 = fb. (V2/2g)

Hb

= 0,1310 . (V2/2 . g) Kehilangan tinggi energi total : Hl

= Hr + Hf + Hb = 0,062 + 0,018 .(V2/2.g) + 0,1310.(V2/2.g) = 0,062 + 0,149.( V2/2.g) = 0,062 + 0,149.(2,462/2.9,81)

Hl

= 0,108 m

5.7.3. Tinggi Terjun Bersih ( Net Head ) Tinggi. terjun bersih adalah tinggi terjun yang dapat digunakan untuk mengerakkan turbin, yaitu pada elevasi tinggi terjun pada MAT dengan elevasi dasar dam dikurangi total kehilangan tinggi terjun. Hn = (MAT – Elev.dasar) - Hl Hn = 183,234 – 165 – 0,108 = 18,126 m

5.7.4. Turbin 1.

Daya Turbin Data : 


Hn

= 18,126 m

L2A 001 078 L2A 001 086

249




Q

= 0,113 m3/dt



η

= 0,85

Perhitungan : Pt = Hn . Q . g . η (Mosonyi,1991) Pt = 18,126 . 0,113 . 9,81 . 0,85 Pt = 17,08 kWatt 2.

Putaran spesifik turbin (Ns) Persamaan Desiervo dan Lugaresi (1978) Nsj = 85,49/Hn0,243

.

Di mana: Nsj = Putaran spesifik turbin untuk single jet Nsj = 85,49/18,126 0,243 Nsj = 42,281 Putaran spesifik turbin = Ns Ns  Nsj  z

(Mosonyi,1991) Di mana : z

= jumlah jet

Ns  42.281 1

Ns = 42,281 Putaran turbin = N N = Ns .(Hn5/4/P1/2) rpm Di mana : P = daya turbin N = 42,281 . (18,126 5/4/17,08 1/2) N = 382,630 rpm 3.

Estimasi putaran lari (Runway speed) Yaitu perhitungan kemampuan putaran turbin. Nr/N = 0,63 (Ns)0,2 Nr = 0,63 . 42,2810,2.382,630 Nr = 509,740 Nmax = Nr (Hn/Hd)0,5 Nmax = 509,740. (18,126/14,25)0,5 Nmax = 574,900


L2A 001 078 L2A 001 086

250


4.

Dimensi kasar turbin Kecepatan mutlak pancaran air (Cl) CI  Kc  2  g  Hn

(Mosonyi,1991) Di mana : Kc = koefisien kecepatan naik = 0,97 CI  0,97  2  9.81  18.126

Cl = 18,292 Kecepatan ketuar optimal (UI) UI  Ku  2  g  Hn

(Mosonyi,1991) Di mana : Ku = koefisien kecepatan keluar = 0,45 – 0,49 ; diambil 0,47 UI  0,47  2  9,81  18.126

UI = 8,863 Diameter lingkaran tusuk runner (D) D  60 

UI (m)  N

(Mosonyi,1991) D  60 

8.863   382.630

D = 0,443m Diameter pancaran air/ nozzle dengan diameter roda jalan/ runner (D) berkisar antara 10 (untuk low head impulse turbin) hingga 24 (untuk high head impulse turbin). Dipilih D/d = 10 Diameter pancaran d = D/10 = 0,443 / 10 = 0,044 Debit air yang melalui inlet turbin = debit air yang melalui pancaran air. Q = n . A . CI n = Q/(π . d 2. CI) dimana : n = jumlah pancaran n = 0,113 / (π . 0,044 2 . 18,292) n = 1,016 jumlah mangkok (Z) menurut rumus empiris jumlah mangkok turbin :


L2A 001 078 L2A 001 086

251


Z = (D/2d)+15 Z = (0,443/(2. 0,044)) + 15 Z = 20,4 ≈ 21 buah 5.

Pengaturan/ Regulation Peningkatan kecepatan setelah beban penuh. a. Perhitungan parameter pipa pesat. 

Waktu Refleksi (Tr) i

Tr  2

Li ai 1

ai 

(detik)

 1 Di       ew ep * t 

(Mosonyi,1991) Di mana: ρ

= Massa jenis air = 1000 kg/m3

t

= Tebal pipa = 6 mm

Di = Diameter pipa = 24,2 cm Ep = Young modulus baja = 2,1 . 10 11 N/m3 Ew = Young modulus air = 2 . 10 9 N/m3 Perhitungan : 1

ai 

0.242  1  1000   9 11 2,1  10  0,006   2  10

ai

= 1202,062 detik

Tr

= 2,120 / 1202,062 = 0,1997



Waktu percepatan start air (Tw) Tw 

i Qr Li  g  Hn Am

(Mosonyi,1991) Di mana : Qr HILALUDIN JOKO SANTOSO

L2A 001 078 L2A 001 086

= Debit (rated discharge) 252


Hr

= Tinggi terjun (rated Head)

Am = luas penampang pipa = ¼.π.d2 = ¼.π.0,2422 = 0,046 m2 Perhitungan : Tw 

0.113 21  9.81  18.126 0.046

Tw = 0,2901 b. Peningkatan tekanan dinamik maksimum hw 

Tw 0.2901  Tr 0.1997

(Mosonyi,1991) hw = 1,453 > 1 c. Waktu penutupan minimal (Tf)  Tw   Tr  Tf  Kc      H/Hr   2 

(Mosonyi,1991) syarat Tf > 3 . Tr Kc = faktor koreksi turbin = 3,7  Tw   Tr  Tf  Kc      H/Hr   2 

Tf = 141,725 detik > 3 . 0,0297.........Aman!

5.7.5. Pemilihan Tipe Turbin Data-data : Hnetto = 18.126 m Q

= 0,113 m3/dt

Pt

= 17,08 kWatt

Ns

= 42,281

Tabel 5.23 Kecepatan Spesifik Untuk Bermacam-macam Tipe Turbin Type of runner

Ns (Specific speed) (rpm)

Pelton

12-30

Turgo

20-70

Cross Flow

20-80

Francis

80-400

Propeller and Kaplan

340-1000


L2A 001 078 L2A 001 086

253


Dengan Ns = 42.281 rpm, maka dari tabel diatas dapat diketahui bahwa tipe turbin yang dipakai adalah tipe turbin Cross Flow

5.8. GENERATOR 5.8.1. Jenis Dan Tipe Generator Pemilihan generator tergantung pada kecepatan putar generator : a. Generator dengan kecepatan putar rendah Biasanya berukuran besar, berat dengan efisiensi rendah b. Generator dengan kecepatan putar tinggi Berukuran lebih kecil, lebih ringan dengan efisiensi lebih kecil Sedangkan kecepatan putar generator dipengaruhi oleh kecepatan putar turbin. Jumlah kutub magnetik pada generator dihitung dengan rumus : P = (60.f)/N Di mana: P = Jumlah kutub magnetik generator f

= Frekuensi generator

N = Kecepatan putar generator N generator dianggap sama dengan N turbin = 382,630 rpm Frekuensi generator yang tersedia dipasaran adalah 50-60 Hz , maka diambil 50 Hz P = (60. 50)/ 382,630 P = 7,84 = 8 buah Generator yang dipilih adalah generator dengan daya 22 kVA, kecepatan putar generator 382,630 rpm dengan faktor daya 0,8. Daya keluar generator 230/400 Volt. Klasifikasi lengkap yang dipilih sebagai berikut : Kapasitas

= 22 kVA

Tegangan

= 230/400 Volt

Kecepatan putar

= 382,630 rpm

Faktor daya

= 0,8

Frekwensi

= 50 Hz

Jumlah kutub magnetik

= 8 buah.


L2A 001 078 L2A 001 086

254


5.8.2. Daya yang Dihasilkan PLTMH Daya yang dapat dipakai diperhitungkan terhadap overall efisiensi (EOV) di mana overall efisiensi tersebut dirumuskan sebagai : Pkeluar

= 9,81.:Qr . Hn.EOV (kW)

Pkeluar

= 9,81 . Qr . Hn. Et . Eg . Es . Etr . Ets

Di mana : Qr

= debit aliran = 0,113 m3/det

Hn

= tinggi jatuh bersih = 18,126

Et

= effisiensi turbin = untuk turbular turbin = 0,85

Eg

= effisiensi generator = untuk daya 100% = 0,90

Es

= effisiensi speed increaser = untuk beban 100% = 0,96

Etr

= effisiensi transformator = untuk beban 100% = 0,98

Ets = effisiensi transmisi putar = untuk beban 100% = 0,98 Perhitungan : Pkeluar = 9,81 . 0,113 . 18,126 . 0,85 . 0,9 . 0,96 . 0,98 . 0,98 Pkeluar = 14,172 kWatt

5.9. POWER HOUSE Power house adalah bangunan tempat pengendalian keseluruhan operasi PLTMH yang didalamnya terdapat instalasi-instalasi listrik seperti generator, turbin dan kantor. Power house yang direncanakan mempunyai panjang 12,5 m, lebar 21 m, dan di bawah bangunan terdapat sarana saluran yang mengalirkan air dari turbin ke saluran pembuangan. Sedangkan bahan yang digunakan sebagai struktur adalah K250, untuk atap digunakan asbes bergelombang dengan kudakuda dari rangka baja dan pondasi setempat.

5.10. SALURAN PEMBUANGAN (TAIL RACE) Saluran pembuangan ini berfungsi untuk mengalirkan debit air yang keluar dari turbin air untuk kemudian dibuang ke sungai. Saluran ini dimensinya harus sama atau lebih besar daripada saluran pemasukan mengingat adanya kemungkinan perubahan mendadak dari debit turbin air. Rumus untuk mendimensi saluran ini sama dengan rumus untuk mendimensi saluran pemasukan yaitu : HILALUDIN JOKO SANTOSO

L2A 001 078 L2A 001 086

255


Q = A. V

R

A P

(C.D. Soemarto,1999) V = l/n . R2/3.I1/2 Di mana : Q

= V.A = Debit air

A

= Luas pcnampang basah

V

= Kecepatan air ; V = l/n . R2/3.I1/2

B

= Lebar saluran

h

= Tinggi air

P

= Keliling basah

R

= A/P = Jari-jari hidrolis

n

= Koefisien manning = 0,030

I

= Kemiringan dasar saluran = 0,0035

Perhitungan : A

= b.h , dimana : b = 2h

A

= 1,5.h2

P

= 2 . h + b = 3,5 h

R

= A / P = 1,5 . h2 / (3,5.h) = 0,429 . h

V

= l/n . R2/3.I1/2

V

= 1/0,030 . (0,429 . h)2/3 . 0,00350,5 = 1,122 . h2/3

Q

= A . V = 1,5 . h2 . 1,122 . h2/3 = 1,683. h8/3

0,113 = 1,683. h8/3 h

= 0,36 m ≈ 1 m

jika h = 1m, maka b = 2h = 2.1 = 2 m 5.11. PERENCANAAN PINTU PENGATUR 5.11.1. Dimensi Profil Horisontal dan Vertikal Pada Pintu Pada pintu sorong, tekanan air harus diteruskan ke sponning, pintu direncanakan sedemikian rupa sehingga masing-masing profil melintang (horisontal) mampu menahan tekanan hidrostatis dan meneruskannya ke sponning, agar pelaksanaan pembuatan pintu lebih mudah dan ekonomis maka perhitungan


L2A 001 078 L2A 001 086

256


dimensi profil berdasarkan pada jarak antar profil tetap dan momen maksimal yang terjadi. Diketahui : 

Tinggi pintu

= 50 cm



Lebar pintu

= 50 cm



Bahan daun pintu

= plat baja



Tegangan ijin baja = 1300 kg/cm2



γair

= 1 ton/m3

h

H o ris o n ta l V e r tik a l

h1 h2 P1

0 ,2 5

P2

0 ,2 5

0 ,5

Gambar 5-29 Dimensi Pintu Pengatur a.

Profil Horisontal P1 = ½. γair.(h12-h2).c P2 = ½. γair.(h22-h12).c Q = P/L M = 1/8.qL2 W = M/σ1 Di mana : P

= Besar tekanan air (T)

γair

= Berat jenis air

h

= Kedalaman muka air

c

= Jarak antar profil

q

= Beban merata yang bekerja pada profil (T/m)

M

= Momen yang bekerja pada profil (Tm)

L

= Panjang profil (m)

W

= Modulus penampang pada profil (cm3)

σ1

= Tegangan ijin baja


L2A 001 078 L2A 001 086

257


Perhitungan : = 0,5.1,00.(0,752- 0,52).0,5

P1

= 0,078 ton q1

= 0,078/0,5 = 0,156 ton/m

M1 = 1/8.0,156.0,52 = 0,005 tm = 487,500 kgcm W1 = 487,500/1300 = 0,375 cm3 = 0,5.1,00.(1,02-0,752).0,5

P2

= 0,109 ton q2

= 0,109/0,5 = 0,218 ton/m = 1/8 .0,218.0,52

M2

= 0,007 tm = 681,250 kgcm W2 = 681,250/1300 = 0,524 cm3 Profil horisontal 1 dan 2 digunakan profil [3

b.

•

Wx

= 4,26 cm3

•

Ix

= 6,39 cm4

•

E

= 2,1.106

Profil Vertikal Pendimensian menyesuaikan profil horisontal yaitu : bagian tepi menggunakan profil [ 3

c.

Syarat Kontrol Lendutan f < f 5 Mmaks  L2 L   48 EI 250

(Mosonyi,1991)

5 681,250  L2 L   48 EI 250

0,013 < 0,2 ...................Aman! HILALUDIN JOKO SANTOSO

L2A 001 078 L2A 001 086

258


d.

Tebal Plat Pintu

Lebar profil [ 3 = 0,033 m Jarak antara profil horisontal (Ch) = 0,5 m a' = Ch – 2 . 0,5 . bp = 0,5 – 2 . 0,5 . 0,033 = 0,467 m b' = 0,5 – 2 . 0,5. bp = 0,5 – 2 . 0,5 . 0,033 = 0,467 m c’ = a' . b' / (a'2 - b'2 )0,5 = 0,467 . 0,467 / (0,4672 + 0,4672)0,5 = 0,330 m maka tebal plat Rumus : Pp

= 0,5 . γair . (h22 – h12) . c

Ra

= Rb = 0,5 . Pp

M

= (Ra + Rb). c - (Ra + Rb).2/3 . c d 2  6 * M /( 1 * a 2  b 2 )

Di mana : Pp = tekanan pada plat a',b'= sisi - sisi pada plat R = gaya reaksi pada plat M = momen yang terjadi pada plat d = tebal plat minimum σ1 = tegangan ijin plat baja Perhitungan : Pp

= 0,5. 1 . (1,02 - 0,752).0,330 = 0,144 ton

Ra

= Rb = 0,5 . 0,144


L2A 001 078 L2A 001 086

259


= 0,072 ton M

= (0,072 +0,072). 0,330 - (0,072 + 0,072 ).2/3.0,330 = 0,016 tm

d

2

= 6 . 1584 / (1300.(46,7 2 + 46,72)0,5) = 0,111 cm

d = 0,333 cm ≈ 0,5 cm dipakai tebal plat adalah 0,5 cm 5.11.2. Dimensi Stang Ulir Berat pintu pengatur :  Profil Horisontal [3

= 4,26 . 2 . 0,5

=

4,260 kg

= 4,26 . 0,5

=

2,130 kg

= 0,5 . 0,5 . 0,5 . 7600

= 950,000 kg

 Profil Vertikal [3  Plat Pintu  Berat Pintu  Mur dan Baut

= 956,390 kg = 20% . 956,39

 Berat total pintu

= 191,278 kg = 1147,668 kg

Diameter stang ulir dihitung menggunakan rumus batang tarik Rumus : = n. P/ σ1

A d

2

= 4A/π

Di mana : A = Luas batang penampang stang ulir P = Gaya pada satu stang ulir n

= Angka keamanan = 3

σ1 = Tegangan ijin baja Perhitungan : A

= 3 .1.147,668 / 1300 = 2,648 cm2

d2

= 4 . 2,648/ π = 3,372

d


= 1,836 cm

L2A 001 078 L2A 001 086

260


Diambil diameter stang ulir (d) = 2,0 cm dan dalam penguliran (v) = 0,5 cm, maka diameter total stang ulir (d1) = 2,0+(2.0,5) = 3 cm Perhitungan diameter poros roda : W

= P. ½ . D / (0,1. σ1)

(Mosonyi,1991) Di mana : W

= Momen tahanan poros roda

D

= Diameter poros roda

P

= Gaya angkat

σ1

= Tegangan ijin baja

Perhitungan: W

= 1.147,668 . 0,5 . D/(0,1 . 1300)

W

= 4,414 D

W

= π .D3 /32

D2

= 44,963

D

= 6,705 cm = 7,0 cm

5.11.3. Sponning Diketahui dimensi 3 sebagai berikut :  h = 30 mm  b = 33 mm  t

=

7 mm

 d = h + t = 37 mm  a

= 5 + (0,5 . d) = 23.5 mm

 b = 3 + (l,1 . d) = 43,7 mm  c

= a + 3 + (0,1.d) = 23,5 + 3 + (0,1 . 37) = 30,2 mm

 e

= c-a = 30,2 – 23,5 = 6,7 mm


L2A 001 078 L2A 001 086

261

5. BAB V PERENCANAAN STRUKTUR PERENCANAAN STRUKTUR

Recommend Documents