ANALISA PERKUATAN TEBING BATANG PASAMAN Sutan Okdini Surahmat, Nazwar Djali, dan Afrizal Naumar Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Universitas Bung Hatta, Padang E-mail :
[email protected],
[email protected],
[email protected] Abstrak Analisa ini didasarkan karena curah hujan yang tinggi, palung alur sungai yang mengecil serta daya dukung lingkungan yang tidak memadai pada sungai Batang Pasaman terutama di daerah sekitar Jembatan lintas Simpang Empat – Ujung Gading ke arah hulu sungai, dimana air sungai meluap menggenangi pemukiman, perkebunan dan membahayakan infrastruktur jembatan tersebut. Oleh karena itu harus dilakukan penanganan bencana dengan melakukan perbaikan langsung terhadap kerusakan sungai yang terjadi dan melakukan pengendalian banjir. Untuk melakukan pengendalian banjir, digunakan data geografis, data topografi, data curah hujan dan data tanah. Berdasarkan perhitungan debit banjir rencana 2, 5, 10, 20 dan 25 tahunan, direncanakan dimensi penampang dan perkuatan tebing dengan talud 1:1,5. Untuk dimensi penampang dengan koefisien manning 0,03 didapatkan tinggi penampang 2,55 m ,lebar 200 m dengan gerusan setinggi 1 m untuk Batang Pasaman, dan untuk Batang kenaikan didapatkan tinggi penampang 2,55 m, lebar sungai 115 m dan gerusan setinggi 1,5 m. Sedangkan untuk tinggi perencanaan perkuatan tebing ini adalah 3,55 m, didapatkan bahwa factor keamanan yang diperoleh berada diatas factor keamanan yang telah disyaratkan dan perencanaan dimensi tembok penahan sudah mampu untuk menahan gaya guling, geser dan daya dukung. Kata Kunci: Perkuatan Tebing, Geografis, Topografi, dan Curah Hujan
ANALYSIS OF STRENGTHENING CLIFFS STEM PASAMAN Sutan Okdini Surahmat, Nazwar Djali and Afrizal Naumar Department of Civil Engineering, Faculty of Civil Engineering and Planning, Bung Hatta University, Padang E - mail :
[email protected],
[email protected],
[email protected]
Abstract This analysis was based because of high rainfall, river flow decreases trough and environmental capacity is inadequate in Batang river Pasaman especially in the area around the bridge cross Simpang Empat - Edge Ivory river upstream, where the river floods inundate settlements, plantations and endanger the bridge infrastructure. Therefore, it must be done by improving disaster management directly to the damage occurred and the river to control flooding. To perform flood control, use of geographic data, topographic data, rainfall data and soil data. Based on the calculation of flood discharge plan 2, 5, 10, 20 and 25 annual, crosssectional dimensions and reinforcement planned cliff with talud 1:1.5. For the cross-sectional dimensions of the Manning coefficient of 0,03 obtained cross-sectional height of 2.55 m, a width of 200 m to 1 m tall scour for Rod Pasaman, and to obtain high- rise Trunk crosssection of 2.55 m, a width of 115 m and scour the river as high as 1,5 m. While planning for retrofitting high this cliff is 3,55 m, it was found that the safety factor obtained is above the safety factor has been required and planning dimensions of the retaining wall has been able to withstand the force of rolling, sliding and bearing capacity. Keywords : Retrofitting Cliffs, Geography, Topography, and Rainfall
pertanian,
Pendahuluan Banjir
dan
kerusakan
yang
perkebunan,
prasarana jalan dan prasarana umum lainnya
diakibatkannya adalah permasalahan yang
sehingga
sering melanda daerah permukiman dan
perekonomian masyarakat.
prasarana
infrastruktur
berakibat
terganggunya
daerah
Salah satu upaya untuk penanganan
penguasaan sungai. Curah hujan yang tinggi,
bencana sebagai upaya recovery infrastruktur
palung alur sungai yang mengecil serta daya
dalam
aspek
dukung lingkungan yang tidak memadai pada
adalah
melalui
suatu daerah aliran sungai adalah termasuk
represif, yaitu perbaikan langsung terhadap
parameter utama penyebab banjir. Tidak
kerusakan sungai yang terjadi dan melakukan
terkecuali hal ini terjadi pula pada Batang
pengendalian banjir. Pengendalian banjir
Pasaman,
sekitar
dapat berupa kegiatan Normalisasi, Shortcut,
Jembatan lintas Simpang Empat – Ujung
Chekdam, Groundsil, Retainingwall, Liedam,
Gading ke arah hulu sungai, dimana air
Tanggul,
sungai meluap mengenangi pemukiman,
Bangunan Pengarah ataupun bangunan lain
perkebunan dan membahayakan infrastruktur
yang diperlukan pada aliran sungai Batang
jembatan tersebut.
Pasaman. Produk kegiatan tersebut akan
terutama
di
dalam
permukiman,
daerah
Batang Pasaman merupakan sungai di
dijadikan
pembangunan kegiatan
Slope
persungaian
yang
Protection,
sebagai
Sheetpile,
pedoman
pelaksanaan
Lautan Hindia. Pada waktu banjir daya rusak
nantinya. Pada perencanaan ini sekaligus
sungai
sehingga
disiapkan suatu areal yang harus dibebaskan
dinamika morfologi berupa perubahan alur
oleh pemerintah sedemikian rupa sehingga
sungai terus terjadi dari tahun ke tahun. Hal
pengendalian banjir batang Pasaman ini
ini ditandai dengan perubahan alur pada
dapat
sungainya hingga pemutusan meandering
merupakan daerah kawasan sepadan sungai
sungainya
yang bebas dan dapat dimanfaatkan untuk
secara
cukup
tinggi
alamniah.
Meandering
menjadi
suatu
konstruksi
kawasan
menjaga
di hulu maupun di hilir jembatan hingga
pemeliharaan sungai serta menjadi kawasan
muara, sebagian besar berada di daerah
fasilitas umum yang berpotensi sebagai
perkebunan. Kondisi Sungai seperti ini rawan
kawasan wisata.
aliran banjir menuju muara, dan pelurusan alamiah oleh sungai tu sendiri. Luapan sungai akibat banjir merusak areal lahan
operasional
yang
sungai Batang Pasaman cukup banyak baik
terhadap kestabilan tebing sungai, lambatnya
kelancaran
fisik
dalam
Kabupaten Pasaman Barat yang bermuara ke
tersebut
kegiatan
bersifat
dan
= 0,0681 m
Metodologi Dalam
perencanaan
ini
untuk
menghitung curah hujan rata – rata, ada 2
Kemiringan Sungai (S) = (
metode yang dilakukan, yaitu :
)
=
= 0,00059 m
a. Metode Rata-rata Aljabar b. Metode Poligon Thiessen
Hujan rata-rata DAS dapat dihitung dengan
Perhitungan dengan Metode Thiessen :
persamaan berikut :
Sta. Rao
= Sta. Jambak
atau
Sta. Silaping
R
rata
.R A
A
.R B
B
..........
R
Sta. Ujung Gading
Dimana :
Sta. Suka Menanti Sta. Bonjol
α = Koefisien aliran
Legenda: Sungai
Sta. Kampung Ampat Sta. Gumarang
Batas DAS
= LuasDaerahPengaliran SuatuStasiun
Garis pantai Stasiun Hujan
LuasDaerahPengaliran Sungai Sta. Muara Tantang
SKALA:
= Tinggi curah hujan rerata. Untuk perhitungan curah hujan rata-
RA, RB, RC,RD...Rn =
rata menggunakan metode Thiesen,
Curah hujan maksimum pada stasiun
pengambilan metode ini berdasarkan faktor
A,B,C,D...n
luas DAS yang > 500 km2.
A1, A2, A3 = Ruas daerah yang
Luas Catchment Area (F) = 1536,53 km2
terwakili oleh stasiun A,B,C,d...n
Panjang Sungai (L)
= 115,05 km
A = Luas catchment area.
Leff (0,9 x L)
= 0,9 . 115,05 km = 103,54 km
Elevasi Hulu Sungai
= 0,0734 m
Elevasi Hilir Sungai
= 0,0053 m
Beda Tinggi (
)
= 0,0734 m–0,0053 m
Setelah dihitung parameter curah hujan, selanjutnya dapat kita hitung intensitas curah
hujan
dengan
memakai
Mononobe (Suripin, 2003) yaitu : 2
R I 24 24
24 3 tc
rumus
N
N
Dimana : I
Analisa Curah Hujan Rencana = Intensitas hujan (mm/jam)
Curah hujan return period atau curah
tc = Koefisien pengaliran (jam)
hujan rencana adalah perkiraan besarnya
R24 = Curah hujan maksimum harian
curah hujan yang akan terjadi pada periode
(selama 24 jam) (mm)
tertentu seperti curah hujan 5 tahunan, 10
Waktu konsentrasi (tc) adalah waktu
tahunan, 25 tahunan, 50 tahunan, 100
yang diperlukan air untuk mengalir dari
tahunan dan 200 tahunan. Data curah hujan
permukaan tanah sampai saluran terdekat.
return
Jadi salah satu metoda untuk perhitungan
dipergunakan untuk mencari debit banjir
waktu konsentasi, dipakai rumus yang telah
rencana.
dikembangkan oleh Kirpich ( 1940 ) dalam
periodini
Untuk
nantinya
perhitungan
yang
curah
akan
hujan
(Suripin, 2003) yang dapat ditulis sebagai
rencana ini dapat dipakai beberapa metode
berikut :
seperti metode gumbel dan metode hasper. 0 , 77
L t c 0,0195 S Dalam system perhitungan periode
Metode Gumbel Data-data metode ini yang harus
ulang hujan rencanan ini memakai Metode
tersedia adalah curah hujan tahunan dengan
Hasper dan Metode Gambel. Sedangkan
pengamatan minimum 10 tahunan.
Dalam menghitung banjir rencana Batang
Rumus :
Kenaikan dan Batang Pasaman menggunakan
R= R
Metode Rasional dan Metode Hasper, dengan rumus : -
Metode Rasional (Suripin, 2003), yaitu: Q = 0,278.C.I.A
Sx =
Yt Yn Sx Sn
( R R)
2
n 1
Dimana :
Dimana :
R = Hujan dengan return periode T
Q = Debit (m3/dt)
(mm)
C = Koefisien aliran permukaan I = Intensitas hujan (mm/jam)
= Curah hujan maksimum rata-rata (mm)
2
A = Luas daerah pengaliran (km )
N = Banyak data tahun pengamatan Sx = Standart deviasi
-
Metoda Hasper (Suripin, 2003), yaitu :
a 1 0,012 xF 1 0,07 xF
Yn = Reduced mean (hubungan dengan banyak data, n) YT = Reduced variate (hubungan dengan return Period, t)
Sn
= Reduced standar deviation
(hubungan dengan banyaknya data, n)
menampung debit yang ada. Untuk hasil dimensi penampang Batang Pasaman adalah :
Nilai YT, Yn dan Sn telah ditetapkan dalam tabel (lampiran).
Metode Hasper Dengan menggunakan data curah hujan tertinggi pertama dan data curah hujan tertinggi kedua maka didapatkan curah hujan
Gambar : Dimensi Penampang Muka Air
pada return periode dengan menggunakan
Banjir
rumus :
(Sumber : Hasil Perhitungan)
R R R2 R S1 1 2 U U 2 !
Sedangkan untuk hasil dimensi penampang Batang Kenaikan adalah :
Dimana : RT = Curah maksimum dengan priode ulang T tahun (mm)
R = Hujan maksimum rata-rata (mm) R1 = Hujan maksimum pertama. R2 = Hujan maksimum kedua S = Standar deviasi
Gambar : Dimensi Penampang Muka Air Banjir
UT = Variabel standar untuk periode ulang T
(Sumber : Perhitungan )
Selain yang diatas ada lagi variabel yang lain Dalam perencanaan ini hasil diatas
yaitu : Tm =
n 1 m
n = Jumlah tahun pengamatan
didapatkan dengan cara melakukan tahapan perhitungan,
yang
dimulai
dengan
menghitung curah hujan memakai metoda rata – rata aljabar, metoda hasper dan metoda
Hasil Dan Pembahasan
gumbel didapatkan dari data curah hujan
Dari hasil perhitungan yang telah dilakukan,
harian maksimum yang diambil dari stasiun
direncanakan dimensi penampang trapesium
klimatologi yang dapat mewakili daerah
dengan talud 1:1,5 yang direncanakan dapat
direncanakan. Dalam hal ini dipakai data
curah hujan dari penangkaran hujan Stasiun
S = Kemiringan saluran (m)
Silaping, Stasiun Rao, Stasiun Sontang,
Setelah dihitung intensitas curah
Stasiun Jambak, Stasiun Kampung Ampat,
hujan selanjutnya debit rencana air hujan
Stasiun Suka Menanti dan Stasiun Ujung
dihitung berdasarkan perhitungan intensitas
Gading.
curah hujan dengan menggunakan Metode
Setelah didapatkan data curah hujan
Rasional yaitu dengan rumus :
selanjutnya kita dapat menentukan metoda
Qah = f. C. I. A
yang digunakan untuk menentukan frekuensi
Sedangkan
untuk
curah hujan dengan menghitung faktor
menggunakan rumus :
Metode
Hasper
Q = ɑ. ß. qn. F
deskriptornya statiknya, yaitu : Rata-rata (Xr, Yr)
Setelah
itu
dilanjutkan
untuk
Standar Deviasi (S)
menghitung perencanaan dimensi penampang
Koefisien Variant (Cv)
sungai.
Koefisien Skew (Cs)
Dalam menghitung dimensi penampang
Koefisien Kurtosis (Ck)
Batang Pasaman dan Batang Kenaikan,
Setelah didapatkan factor tersebut
direncanakan penampang sungai berbentuk
didapatkan metode yang dipakai adalah
trapesium, dengan pertimbangan penampang
Metode Hasper dan Metode Gumbel yang
ini dapat menampung debit rencana 25
kemudian
tahunan.
digunakan
untuk
menghitung
Dalam menghitung dimensi penampang
periode ulang hujan seingga didapatkan hasil
digunakan asumsi sebagai berikut :
dan dirata-ratakan. Selanjutnya
untuk
penentuan
S
(Freeboard)
yang
Nilai
koefisien
kekasaran
Manning
dipakai 0,03.
2
R 24 3 I 24 tc 0.87 * L2 tc 1000 * S
jagaan
dipakai yaitu 0,8 m.
intensitas curah hujan curah hujan memakai rumus :
Besarnya
0.385
H L
Nilai
kemiringan
dasar
berdasarkan masing-masing ruas
Contoh perhitungan dimensi penampang berbentuk trapesium, dengan talud 1:1,5. Data Desain :
Dimana :
saluran
Qdesain
= 763,113 m3/detik
I = Intensitas curah hujan (mm/jam)
I dasar sungai = 0,00059
tc = Waktu konsentasi (jam)
Direncanakan :
Lebar b = 200 m
Maka dalam gerusan dari dasar sungai adalah
Tinggi h = 2,55 m
2,681 - 2,55 = 0,131 ~ 1 m
Koef Manning (n) = 0,03 Perhitungan : A
= ( 200 + ( 1,5 x 2,55 ) ) 2,55 = 519,754 m2
P
= 200 + ( 2 x 2,55 x
)
= 209,194 m R
= 519,754 / 209,194 = 2,484 m = 1/0,03x 2,4842/3 x 0,000591/2
V
Stabilitas Tebing Penanganan
= 1,477 m/detik Q
permasalahan
banjir
= 519,754 x 1,477
didaerah Pengaliran Sungai Batang Pasaman
= 767,677 m3/detik > Qdesain
didasarkan atas hasil kajian yang didukung oleh data primer dan data sekunder yang
Tinggi Penampang untuk Qdesain = 763,113 m3/detik adalah (h) = 2,55 m. Tinggi tanggul ( h + w ) adalah = 2,55 + 0,8 = 3,35 m.
telah dilakukan pada tahap sebelumnya. Sumber lain adalah indikator di lapangan dimana titik rawan banjir diperoleh dari informasi masyarakat.
Sedangkan untuk contoh perhitungan scouring/gerusan adalah sebagai berikut : Data Desain : Qdesain = 763,113 m³/dt
Pemilihan
lokasi
pada
Patok
BTP.01~BTP.09 dilakukan karena terkait lokasi yang terdapat dimana bentuk alur sungai yang berbelok, kedalaman mencapai
Lebar ( b )= 200 m
3,55
n
= 0,03
scouring/gerusan, sehingga dapat merusak
D50
= 2,00 mm
dinding sungai. Untuk
= 0,002 m
Y
yang
dapat
menyebabkan
pencarian
berikutnya,
diperlukan data-data sebagai berikut :
Perhitungan : q0
m,
= 763,113 / 200
-
Berat isi tanah (γs2) = 1,324 t/m3 (γs1)
= 1,744 t/m3
= 3,816 m
-
Sudut geser tanah (φ) = 15°
= 0,38 x 3,8160,67 x 0,002-0,17
-
Kohesi
= 2,681 m
(C1) = 1,40 (C2) = 0
Perhitungan stabilitas bertujuan untuk
Perhitungan Kelongsoran Lereng
memeriksa
Untuk : I = 30º dan Ø = 15º
ditimbulkan oleh beban konstruksi. Gaya-
=
gaya yang bekerja antara lain :
= 10,53
( øº ) =
( 15 ) = 19,76 ~ 10º
untuk i = 30º , ø = 10º didapat Ns = 0,043 Fs =
tebing
tegangan tanah yang timbul akibat gaya yang
stabilitas lereng taylor )
øºd =
perkuatan
terhadap guling dan geser serta memeriksa
Didapat nilai Ns = 0,025 ( Kurva
Fs =
stabilitas
=
= 6.5
Akibat berat sendiri
Akibat tekanan hidrostatis
Akibat gaya gempa
Akibat tekanan tanah
Fs > 16,02 6,5 > 16,5 ( Maka lereng akan runtuh )
Contoh gambar perhitungan :
Perencanaan Perkuatan Tebing Upaya penanganan dilakukan dengan cara struktural perkuatan tebing direncanakan dengan konstruksi pasangan batu kali. Adapun penulis
dalam
menghitung
perencanaan
stabilitas
ini
perkuatan
tebing dengan konstruksi pasangan batu kali pada penampang patok P.10 tanggul kiri Batang Pasaman Hilir. Dengan didapat hasil perhitungan sebelumnya, yaitu :
-
Akibat berat sendiri :
Dengan rumus : α = arctg
6,7 33,8221 10
Lengan momen W1 = 0,5/2 = 0,25
Qdesain
Tinggi muka air (H) = 2,55 m
Kecepatan aliran (V) = 3,74 m/dt
Tinggi jagaan (F)
Tinggi desain saluran (H’) = (H) + (F)
3
= 763,113 m /dt
= 1 m (tabel 2.3)
= 2,55 + 1
Momen = 2,2 x 0,25 = 0,55 T
-
Akibat tekanan hidrostatis : Gaya-gaya yang bekerja akibat
tekanan hidrostatis ditinjau saat kondisi
= 3,55 m air banjir. Besar gaya yang timbul akibat air dapat dihitung dengan rumus :
F = ½ . w . h2
= Berat jenis tanah (T/m3) = Berat jenis efektif tanah(T/m3)
Dimana : F = Gaya akibat tekanan air (T)
-
w = Berat jenis air (= 1 T/m3)
Tekanan tanah aktif, Ka = tan² ( 45 = tan² ( 45 -
h = Tinggi air (m)
) )
= 0,5888 -
Akibat gaya gempa :
-
Gaya gempa yang bekerja secara
Tekanan tanah pasif, Kp = tan² ( 45 +
)
horizontal pada titik tangkap gaya = tan² ( 45 +
)
berat sendiri bangunan. = 1,6984 Rumus : -
= s - w = 1,744 – 1.00 = 0,744 T/m3
-
= s2 - w = 1,324 – 1.00 = 0,324 T/m3
He = ∑k.G = 0,1945 x 2,2 = 0,4279 T
Lengan momen : y – y = 1/3 . 1,00 + 2,55 + 2,00 = 4,88 m k1 = ½ . . L2 ka Momen = 0,4279 x 1 = 0,4279 Tm -
Akibat tekanan tanah : Gaya-gaya yang timbul akibat
= ½ 0,744 x 12 x 4,88 = 0,1815 Tm Momen horizontal
tekanan tanah dapat dihitung dengan
= k1 . lengan momen y – y
rumus :
= 0,1815 x 4,88
k = ½ . . L2ka Dimana : k = Gaya akibat tekanan tanah (T)
= 0,8857 Tm
( Memenuhi syarat )
Perhitungan Stabilitas Terhadap Tebing Setelah
dilakukan
perhitungan
terhadap gaya-gaya yang bekerja, selanjutnya dilakukan perhitungan stabilitas terhadap tebing.
4.
Kontrol terhadap daya dukung tanah Diketahui : Berat jenis tanah
= 1,744 T/m3
Nilai kohesi
= 1,40
Dengan rumus : 1.
Kontrol terhadap guling Sf1 =
Sf1 =
Mt 1,5 Mg
Sudut geser dalam tanah = 15
133,8155 1,5 32,0538
Dengan = 15 dari tabel daya dukung
Panjang dasar bangunan = 11,00 m
Sf1 = 4,1747 >1,5
( Aman terhadap guling )
Terzaghi didapat nilai : Nc = 12,90 Nq = 4,40
2.
Kontrol terhadap geser Sf2 =
Sf2 =
V . tan 30 1,2 H
23,0948 8,1543
. tan 30 1,2
Sf2 = 1,6352 > 1,2
( Aman terhadap geser ) 3.
Kontrol eksentrisitas
e e
B Mt Mg B = 2 v 6
N = 2,50 Maka : q = c.Nc + .D.Nq+0,5..B.N q = 1,40 x 12,90 + 1,744 x 2 x 4,40 + 0,5 x 1,744 x 11 x 2,50 q
= 57,3872 T/m2
izin =
= 19,1291 T/m2
v 1 6e B
=
57,3872 3
B
izin
11,00 133,8155 32,0538 11,00 23,0948 6. 1,0937 1 19,1291 11 11 2 23,0948 6 3,3519 < 19,1291
e
= 1,0937 < 1,8332
( Aman terhadap keruntuhan )
untuk periode ulang 2 tahun = 56.787, 5 tahun = 141.313, 10 tahun = 211.152, 20
23,0948 6. 1,2517 1 19,1291 11 11
tahun = 295.422 dan 25 tahunan = 323,335.
0,8472 < 19,1291
Dari hasil perhitungan debit banjir, didapatkan adalah saluran trapesium
( Aman terhadap keruntuhan )
yang
dipertimbangkan
dapat
menampung debit banjir periode ulang Hasil perhitungan harus menunjukkan bahwa faktor keamanan yang diperoleh berada diatas faktor keamanan yang telah
25 tahunan nantinya. Untuk itu hasil dimensi
dari
saluran
digambarkan
sebagai berikut :
disyaratkan. Sehingga dinding penahan tanah yang direncanakan dan perencanaan dimensi tembok
penahan
sudah
mampu
untuk
menahan gaya guling, geser dan daya dukung. Gambar : Dimensi Penampang Muka Air
Kesimpulan Berdasarkan pembahasan yang telah
Banjir Batang Pasaman
dilakukan, yaitu mulai dari pengolahan sampai pada tahap perhitungan dimensi penampang dan stabilitas tebing, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
Data stasiun curah hujan yang dipakai dengan kurun waktu 21 tahun (1992– 2012) didapat dari stasiun penakar curah hujan Stasiun Silaping, Stasiun Rao, Stasiun
Sontang,
Stasiun
Jambak,
Stasiun Kampung Ampat, Stasiun Suka Menanti dan Stasiun Ujung Gading.
Analisa curah hujan maksimum rata-rata dihitung menggunakan metode aljabar,
Besarnya maksimum
curah
hujan
rencana
yang
dihitung
dengan
merata-ratakan beberapa metode didapat
Gambar : Dimensi Penampang Muka Air Banjir Batang Kenaikan ( Sumber : Perhitungan )
Daftar Pustaka Suripin, M, Eng, Dr, Ir, “Sistem Drainase Perkotaan Yang Berkelanjutan”, Penerbit Andi, Yogyakarta, 2004. Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan , “Drainase
Perkotaan”
Gunadharma, 1997.
,
Penerbit
