ANALISIS STABILITAS BENDUNGAN WAY BIHA LAMPUNG TUGAS AKHIR Diajukan sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan sarjana teknik di Program Studi Teknik Sipil
Disusun oleh :
Anju Frisco Gultom
Agustinus Sebayang
150 04 160
150 04 138
Pembimbing: Hasbullah Nawir, ST, MT, Ph.D
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2009
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG TUGAS AKHIR ANALISIS STABILITAS BENDUNGAN WAY BIHA LAMPUNG Oleh:
Anju Frisco Gultom
Agustinus Sebayang
150 04 160
150 04 138
Telah diperiksa dan disetujui oleh: PEMBIMBING
Hasbullah Nawir, ST, MT, Ph.D NIP. 132 163 857
MENGETAHUI
KELOMPOK KEPAKARAN GEOTEKNIK KOORDINATOR TUGAS AKHIR
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL KETUA
Endra Susila,ST, MT, Ph.D NIP. 132 163 853
i
ABSTRAK
Analisis Stabilitas Bendungan way Biha Lampung Anju Frisco Gultom (15004162) Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan Institut Teknologi Bandung 2009
Telah dianalisis stabilitas Bendungan way Biha berlokasi di Sungai Way Biha, Lampung. Studi stabilitas ini menganalisis desain perkuatan bendungan awal yang mengalami kerusakan akibat boiling sehingga terjadi penggerusan pada bagian bawah dari bendungan yang mengakibatkan bendungan tidak mampu menerima debit maksimum. Dengan melakukan analisis terhadap penyebab kerusakan dari bendungan penulis fmemberikan beberapa alternatif desain yang dapat membantu dalam pembangunan bendungan yang baru. Dari alternatif tersebut dianalisis mengenai stabilitas dari bendungan berdasarkan SF (safety factor) yang diminta owner. SF yang dimaksud ada 2 macam yaitu SF berdasarkan boiling dan uplift. Analisis berdasarkan boiling dan uplift ini dilakukan dengan menggunakan program seep/w. Dalam program ini dianalisis mengenai besarnya aliran air yang terajadi di bawah bendungan yang mengakibatkan terjadinya penggerusan pada bendungan dan menganalisis jenis-jenis dari lapisan tanah serta besarnya debit maksimumr yang dapat diterima bendungan. Kata kunci: stabilitas bendungan, cut-off, metode elemen hingga, faktor keamanan, boiling,uplift.
ii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus, karena atas berkat, rahmat dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini dengan baik dan lancar. Tugas Akhir ini merupakan syarat dalam menyelesaikan jenjang pendidikan Strata 1 di Program Studi Teknik Sipil Institut Teknologi Bandung. Tugas akhir ini berjudul Analisis Stabilitas Bendungan Way Biha Lampung. Analisis struktur bendungan pada tugas akhir ini dilakukan dengan berdasarkan metode elemen hingga. Struktur yang direncanakan diharapkan dapat beroperasi sesuai dengan tujuan pembuatan struktur bendungan tersebut, selama masa layan yang direncanakan. Banyak pengalaman baru dan pelajaran berharga yang Penulis dapatkan selama pembuatan tugas akhir ini. Antara lain yang didapatkan adalah pengetahuan tentang teori struktur dengan aplikasinya dalam analisis bendungan, sehingga menjadi memahaminya seperti sekarang ini. Penulis menyadari bahwa pengerjaan tugas akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu kritik dan saran yang membangun sangat diharapkan demi kesempurnaan tugas akhir ini untuk kemajuan di masa yang akan datang. Akhir kata, Penulis berharap agar laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi rekanrekan mahasiswa di Program Studi Teknik Sipil pada khususnya, dan seluruh masyarakat pada umumnya.
Bandung, 29 maret 2009
Penulis
iii
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada: Tuhan Yesus Kristus yang selalu mengasihi saudara dan saya setiap waktu. Papa dan mama tercinta, Sahat Anggiat Mangolu Gultom dan Tiolina Br. Sinaga yang senantiasa selalu berdoa buat anak-anak yang tercinta. Kakak dan Lae, Sumihar Juvunada Gultom dan Ryanto Sitorus yang juga selalu mensupport saya dalam kuliah saya dan dala penysunan tugas akhir ini. Abang dan kakak,Lamsor Boris Gultom,ST yang juga tidak henti-hentinya mensupport saya dalam penyusunan tugas akhir ini. Bapak Hasbullah Nawir,ST, MT, Ph.D selaku dosen pembimbing, terima kasih atas bimbingan, pengajaran dan waktu yang telah diluangkan baik itu selama masa perkuliahan atau dalam penyelesaian Tugas Akhir ini. Bapak Endra Susila,ST,MT,Ph.D dan Erza Rismantodjo, ST, MT, Ph.D atas kesediaan menjadi dosen penguji, juga untuk arahan dan penjelasan yang diberikan dalam sidang tugas akhir. Benhard, Christian, Edo, Mardi, Sastroni, Ciska, Mesya dan semua angkatan VI SMU plus PMS Pematang Raya yang sudah banyak membantu dalam segala hal. Selamat berjuang coy!!. Riama,Bastian, Ella, Riscan, dan anggota IKASPRA yang lain yang masih kuliah, semangat ya kuliahnya. Yosie (iban), Adik Leni, Feni, Lisa, dan Icha terimaksih buat doa-doanya. Buat teman-teman satu kost, ayo rajin belajarnya. Buat seluruh teman-teman GKII Bandung (Bang Suardianto,Erado, Kak Welin, Eva, Riris, Kak Rahel, Kak Yanti dan lain-lain yang tidak saya sebutkan namanya) terimakasih buat doa-doanya dan pengajaran tentang firman Tuhan. Generasi Sipil ’04 yang telah lulus: Irwan, Hari, Dede, Rengga, Nurdin, Arief, Teguh, Oscar, Ahung, Ravi, Heri, Usama, Widya Taruko dan lain-lain yang telah membuat iri untuk segera lulus. Temen-temen yang belum lulus: Haryo, Agustinus, Coky, Zaka, Iway,Made, Yoyo, dan lain-lain semoga cepat lulus ya, amin.
iv
Para pegawai Tata Usaha Prodi Sipil yang udah jadi sahabat gue selama dua bulan ini akibat nongkrong di TU: Bu Titik, Pak Agus gemuk, Pak Agus Solihin, Pak Min, dan Pak Ocin, terima kasih semuanya. Agustinus Sebayang partner TA aku dan sudah nyediakan tempat untuk maen game,thanks ya Bro. Dan lain-lain yang telah membantu penyelesaian tugas akhir dan kuliah di Program Studi Teknik Sipil.
v
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN ………………………………………………...
i
ABSTRAK ………………………………………………………………….
ii
KATA PENGANTAR ……………………………………………………...
iii
DAFTAR ISI ………………………………………………………………..
vi
i
DAFTAR TABEL …………………………………………………………..
ix
iv
DAFTAR GAMBAR ……………………………………………………….
x
v
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang .........................................................................
11
1.2. Maksud dan Tujuan .................................................................
33
1.3. Ruang Lingkup Pembahasan ...................................................
33
1.4. Metodologi ...............................................................................
33
1.5. Sistematika Pembahasan ...........................................................
55
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Klasifikasi Tanah .....................................................................
66
2.1.1
Klasifikasi berdasarkan tekstur………………………..
7
2.1.2
Klasifikasi berdasarkan pemakaian ...............................
88
2.1.2a Sistem Klasifikasi AASHTO…………………
8
2.1.2b
Sistem Klasifikasi Unified…………………....
11
2.2. Gradien Hidrolik ......................................................................
13
2.3. Hukum Darcy ...........................................................................
16 16
2.4. Penentuan Koefisien rembesan di laboratorium ......................
19 19
2.4.1. Uji Tinggi Konstan ......................................................
19 19
2.4.2. Uji Tinggi Jatuh ...........................................................
21 21
2.5. Persamaan Kontinuitas .............................................................
23 23
2.6. Aliran Satu Dimensi ................................................................
27 27
vi
2.7. Jaringan Aliran .........................................................................
29 29
2.8. Perhitungan Rembesan dari Suatu Jaringan Aliran .................
31 31
2.9. Analisis Stabilitas Lereng ........................................................
33 33
BAB III STUDI KASUS 3.1. Data Teknis ..............................................................................
36 36
3.2. Pengumpulan dan Interpretasi Data .........................................
37 37
3.2.1. Profil Tanah di Lokasi bendungan ................................
37 37
3.2.2. Paramater Kuat Geser Tanah .......................................
41 41
3.2.2.1 Parameter kuat geser tanah berdasarkan nilai N-SPT
41
3.2.2.2 Parameter kuat geser tanah berdasarkan nilai DCPT…………………………………………………………………………
3.3. Data Laboratorium Hasil Investigasi Tanah ............................
42 43 43
BAB IV ANALISIS DAN PERHITUNGAN 4.1.
Analisis parameter tanah…………………………………....
52
4.2.
Analisis seepage terhadap bendungan……………………....
57
4.2.1. Analisis SF bendungan berdasarkan boiling………….
58
4.2.1.a. Kondisi dengan menggunakan satu cut-off.........
61
4.2.1.b. Kondisi dengan tambahan cut-off di depan…............
62
4.2.1.c.Kondisi dengan tambahan satu cut-off di belakang…
63
4.2.1.d. Kondisi dengan tambahan dua cut-off……..…...........
64
4.2.1.e. Kondisi dengan 1 cut-off di belakang……………..
4.3.
65
4.2.2. Analisis SF berdasarkan uplift…………………………….
67
4.2.2.a. Kondisi dengan menggunakan satu cut-off ...……....
68
4.2.1.b. Kondisi dengan tambahan satu cut-off didepan..…...
69
4.2.2.c. Kondisi dengan tambahan satu cut-off di belakang…
70
4.2.1.d. Kondisi dengan menggunakan 3 cut-off....……...........
71
4.2.2.e. Kondisi dengan menggunakan 1 cut-off di belakang
72
Pengecekan titik kritis bendungan…………………………….......
73
4.3.1. Pengecekan berdasarkan safety factor…..............................
73
4.3.2. Pengecekan berdasarkan tegangan efektif…………………
74
vii
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan…………………………………………………………
76
5.2. Saran………………………………………………………………...
77
LAMPIRAN
viii
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Klasifikasi tanah untuk tanah dasar jalan raya,AASHTO .................. ..
10 10
Tabel 2.2 Klasifikasi tanah berbutir kasar menurut USCS................................ ..
11 11
Tabel 2.3 Klasifikasi tanah berbutir halus menurut USCS................................ ..
12 12
Tabel 2.4 Besar koefisien rembesan menurut jenis tanahnya(Das fifth edition) . ..
18 18
Tabel 2.5 Hubungan elevation head,pressure head dan total head berdasar ...... Bucket…………………………………………………………………
27
Tabel 2.6 Elevation head, Pressure head dan total head berdasarkan tabung kapiler ............................................................................................ ..
28
Tabel 2.7 Besar faktor keamanan (Duncan dan Al Buchignani) ....................... ..
34 34
Tabel 2.8 Kondisi keseimbangan statik (Abramson, 2002)............................... ..
35 35
Tabel 3.1 Distribusi pertikel untuk setiap titik bor ........................................... .
38
Tabel 3.2 Klasifikasi tanah berpasir berdasarkan nilai N-SPT (Bowles, 1988)... ..
40
Tabel 3.3
40
Klasifikasi tanah lempung berdasarkan nilai N-SPT (Bowles, 1988)..
Tabel 3.4 Data Laboratorium proyek Way Biha .............................................. ..
44
Tabel 3.5 Besar Gs pada setiap jenis tanah (Joseph E Bowles) ......................... ..
49 49
Tabel 3.6 Modifikasi nilai Specific Gravity(Gs) berdasarkan Joseph E.Bowles . ..
51
Tabel 4.1.a Parameter tanah pada titik bor 1……..………………………………..
52
Tabel 4.1.b Parameter tanah pada titik bor 2……..………………………………..
53
Tabel 4.1.c Parameter tanah pada titik bor 3……..………………………………..
53
Tabel 4.1.d Parameter tanah pada titik bor 4……..………………………………..
53
Tabel 4.1.e Parameter tanah pada titik bor 5……..………………………………..
53
Tabel 4.2
Besar
sat
pada masing-masing titik bor ……………………………...
54
….……………………….…………………....
56
Tabel 4.3 Nilai rata-rata k dan
sat
Tabel 4.4 Alternatif desain bendungan ……………………………………..........
58
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1
Kerusakan pada bangunan utama Bendungan Way Biha Lampung..
2
Gambar 1.2
Diagram alir metodologi penyelesaian tugas akhir ..........................
4
Gambar 2.1
Klasifikasi berdasarkan tekstur USDA ............................................
7
Gambar 2.2
Grafik plastisitas untuk klasifikasi tanah sistem AASHTO ..............
9
Gambar 2.3
Hubungan tekanan,elevasi dan tinggi energy total aliran dalam tanah (Das fifth Edition)………………………………………….
15
Gambar 2.4
Variasi kecepatan v dengan gradient hidrolik………………………………..
15
Gambar 2.5
Percobaan Hukum Darcy (Das, 2002) .........................................
16
Gambar 2.6
Uji rembesan dengan cara tinggi konstan(Das fifth edition) ............
20
Gambar 2.7
Uji rembesan dengan cara tinggi jatuh/falling head (Das fifth edition)………………………………………………...
Gambar 2.8
Gambar 2.9
22
Satu jajaran turap yang dipasang ke dalam lapisan tembus air (Das fifth edition)…………………………………………………
24
Aliran pada elemen tanah A(Das fifth edition)………………….
25
Gambar 2.10 Bucket dan head .............................................................................
27
Gambar 2.11 Tabung kapiler dan head.................................................................
28
Gambar 2.12 Defenisi garis aliran dan garis ekipotensial(Das fifth edition)..........
29
Gambar 2.13
Gambar jaringan aliran pada turap(Das fifth edition)……………. .
Gambar 2.14 Rembesan melalui suatu saluran aliran(Das fifth edition) ................ Gambar 2.15
30 31
Jaringan aliran untuk aliran air sekitar satu jajaran turap (Das fifth edition) ...........................................................................
32
Gambar 2.16 Pembagian massa tanah (US Army Corp of Engineer, 2003) ...........
34
Gambar 3.1
Kerusakan bendungan ....................................................................
36
Gambar 3.2
Koreksi antara nilai N-SPT dengan kuat geser undrained (Terzaghi & Peck.1967) .................................................................
41 41
Gambar 3.3
Korelasi antara nilai N-SPT dengan sudut geser dalam (Terzaghi)...
42
Gambar 3.4
Korelasi antara nilai qc dengan sudut geser dalam ...........................
43 43
x
42
Gambar 4.1
Ilustrasi perhitungan………………………………………………..
59
Gambar 4.2
Potongan memanjang………………………………………….……
60
Gambar 4.3
Model bendungan dengan 1 cut-off…………………………………
61
Gambar 4.4
Hasil run bendungan dengan menggunakan 1 cut-off……………..
62
Gambar 4.5
Model bendungan dengan tambahan 1 cut-off didepan …………….
62
Gambar 4.6
Hasil run bendungan dengan tambahan 1 cut-off didepan…………..
63
Gambar 4.7
Model bendungan dengan tambahan 1 cut-off di belakang……….
63
Gambar 4.8
Hasil run bendungan dengan tambahan 1 cut-off di belakang……….
64
Gambar 4.9
Model bendungan dengan 3 cut-off……………………………….…
64
Gambar 4.10 Hasil run bendungan dengan 3 cut-off……………………………….
65
Gambar 4.11 Permodelan bendungan dengan 1 cut-off dibelakang………………..
65
Gambar 4.12 Hasil run bendungan dengan 1 cut-off di belakang………………….
66
Gambar 4.13 Potongan melintang bendungan ……………………………………..
67
Gambar 4.14 Distribusi gaya angkat dengan 1 cut-off……………………..............
68
Gambar 4.15 Distribusi gaya angkat dengan tambahan 1 cut-off di depan………...
69
Gambar 4.16 Distribusi gaya angkat dengan tambahan 1 cut-off di belakang……..
70
Gambar 4.17 Distribusi gaya angkat dengan 3 cut-off……………………………..
71
Gambar 4.18 Distribusi gaya angkat dengan 1 cut-off di belakang………………..
72
Gambar 4.19 Titik kritis yang ditinjau……………………………………..............
73
Gambar 4.20 Diagram tegangan……………………………………………............
75
xi
