perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
EVALUASI FUNGSI STRUKTUR UTAMA BENDUNG BRANGKAL BERDASARKAN BANJIR PERIODE ULANG DI DAS KALI SIWALUH KABUPATEN KARANGANYAR
EVALUATION FOR PRIMARY STRUCTURE FUNCTION OF BRANGKAL WEIR BASED ON DESIGN DISCHARGE IN SIWALUH WATERSHED KARANGANYAR Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta
Disusun Oleh:
AMALIA ZUKRA NIM I 0110015 JURUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2014
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
HALAMAN PERSETUJUAN EVALUASI FUNGSI STRUKTUR UTAMA BENDUNG BRANGKAL BERDASARKAN BANJIR PERIODE ULANG DI DAS KALI SIWALUH KABUPATEN KARANGANYAR EVALUATION FOR PRIMARY STRUCTURE FUNCTION OF BRANGKAL WEIR BASED ON DESIGN DISCHARGE IN SIWALUH WATERSHED KARANGANYAR SKRIPSI Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta
Disusun Oleh:
AMALIA ZUKRA NIM I 0110015 Telah disetujui untuk dipertahankan di hadapan Tim Penguji Pendadaran Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Persetujuan: Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
Ir. Suyanto, M.M NIP. 19520317 198503 1 001
Ir. Solichin, M.T. NIP. 19600110 198803 1 002 ii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
HALAMAN PENGESAHAN EVALUASI FUNGSI STRUKTUR UTAMA BENDUNG BRANGKAL BERDASARKAN BANJIR PERIODE ULANG DI DAS KALI SIWALUH KABUPATEN KARANGANYAR
EVALUATION FOR PRIMARY STRUCTURE FUNCTION OF BRANGKAL WEIR BASED ON DESIGN DISCHARGE IN SIWALUH WATERSHED KARANGANYAR SKRIPSI Disusun Oleh:
AMALIA ZUKRA NIM I 0110015 Telah dipertahankan di hadapan Tim Penguji Pendadaran Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta pada: Hari
: Rabu
Tanggal
: 16 April 2014
Ir. Suyanto, MM NIP. 19520317 198503 1 001 Ir. Solichin, M.T. NIP. 19600110 198803 1 002 Ir. Adi Yusuf Muttaqien, MT NIP. 19581127 198803 1 001 Ir. Sudarto, M.Si NIP. 19570327 198603 1 002 Mengesahkan, Ketua Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik UNS
Ir. Bambang Santosa, MT NIP. 19590823 198601 1 001
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
MOTTO
iv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PERSEMBAHAN
ALLAH SWT, Tuhan Maha Pemurah, Maha Baik, Pemilik Dunia dan seisinya. Atas kasih sayangNya pada hampa yang tiada terkira. Ibu ibu ibu orang paling kuat dan paling hebat didunia atas didikan, kasih sayang, motivasi dan semua yang pasti tidak bisa saya balas. Terimakasih ibu atas semua yang yang ibunda berikan pada saya. Semoga apa yang selalu saya usahakan bisa membuat ibu tersenyum walau tidak seberapa. Septian Agung Putrantono, orang yang paling saya cintai setelah ALLAH, Rasul dan ibu. Terimakasih atas bimbingan, semangat, motivasi dan kasih sayang yang mas berikan selama ini. Terimakasih sudah menjadi kakak, bapak, dan sahabat terbaik. Bapak, terimakasih sudah mengajarkan arti ikhlas dan kuat dalam menjalani hidup. Bapak Suyanto atas ilmu, bimbingan dan ilmu yang berguna selama ini. Bapak Solichin atas ilmu yang berguna dan semangat kerja yang luar biasa. Ibu Rintis, terimakasih atas ilmu dan pelajaran hidup yang disampaikan. Terimakasih Ibu membuat saya tidak pernah merasa sendiri untuk merasakannya. Terimakasih Bebe, Irma, Arga, Fian, Iqba sahabat terbaik yang pernah sayang punya atas dukungan selama ini. Sahabat, oppa Derry H. Purba terimakasih terimakasih terimakasih ( nangis ). Teman-teman tersayang, Pricillia, Hisyam, Mahitala, Reza, Itsna, Tandya, terimakasih atas semua yang kalian berikan. Adek
adek dzakya mumtas Denok, Peni, Midi, Amal, Diah, Eka, Dila
terimakasih atas perhatian, kasih sayang dan sudah menjadi mood boster satu tahun ini :* Djirjize Abdul Hakin Faturochman dan Rochim, terimakasih sudah membuat saya tidak merasa sendiri walau dalam diam ^^.
v
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Terimakasih Yoka, Tito, Abjad, Nisa Behel, Zahra, Woko, Adit, senang sudah menjadi bagian dari kalian. Mas Gary, Latifa, mas Lutfi dan mas- mas tim laboratorium Hidro yang sudah membatu dan mendukung. Teman-teman angkatan 2010 yang selalu kompak dan saling membantu. Teknik Sipil UNS yang menjadi tempat menuntut ilmu. Kota Solo yang memberi kesan dan cerita dalam hidup saya.
vi
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
ABSTRAK
Amalia Zukra, Suyanto.Ir, dan Solichin.Ir,. 2014. Evaluasi Fungsi Utama Bendung Brangkal Berdasarkan banjir Periode Ulang Di DAS Kali Siwaluh Kabupaten Karanganyar. Skripsi. Jurusan Teknik Sipil. Fakultas Teknik. Universitas Sebelas Maret. Surakarta. Perhitungan debit banjir merupakan bahan masukan untuk perencanaan bangunan air ataupun mengevaluasi fungsi bangunan air yang sudah ada. Estimasi ini seharusnya didasarkan pada metode yang tepat sehingga dapat menghasilkan perkiraan banjir yang sesuai harapan.Bendung Brangkal terletak pada Desa Brangkal Karangpandan Kabupaten Karanganyar. Bendung ini dibangun pada masa penjajahan Belanda, terbuat dari pasangan batu, memiliki catchment area 21,45 km 2, dan sampai saat ini bendung masih aktif dimanfaatkan oleh masyarakat sekitar Bendung Brangkal. Oleh karena itu perlu dilakukan evaluasi fungsi utama terhadap stabilitas dan gerusan hilir bendung berdasarkan debit 100 tahunan sebagai media pembelajaran bagi mahasiswa. Metode yang dipakai dalam penelitian ini adalah analisis deskriptif kuantitatif. Analisis hidrologi menggunakan debit banjir rencana periode ulang 50 dan 100 tahun dengan menggunakan metode HSS SCS, SCS PU, dan metode MAF. Setelah didapat debit banjir rencana yang sesuai dengan kondisi di lapangan, maka dilakukan kontrol stabilitas dan analisis gerusan hilir bendung. Karena Bendung Brangkal terletak di 3 desa, maka disarankan untuk membuat sebuah jembatan penyebrangan agar masyarakat lebih mudah untuk melakukan aktivitas didaerah sekitar bendung. Hasil analisis didapat debit rencana 48,94 m3/detik, faktor aman terhadap gaya guling sebesar 1,91, terhadap gaya geser 1,61, dan besar tegangan tanah maksimum yang terjadi sebesar 41,49 ton/m 2. Dari hasil tersebut maka Bendung Brankal dianggap masih aman terhadap gaya guling, geser/sliding, eksentrisitas, tegangan tanah bawah pondasi dan gerusan. Dan jembatan terbuat dari lantai papan kayu dam frame baja profil. Kata Kunci : Evaluasi fungsi bendung, Stabilitas bendung, Analisis gerusan.
vii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
ABSTRACT
Amalia Zukra, Suyanto.Ir, dan Solichin.Ir,. 2014. Evaluation For Primary Structure Function Of Brangkal Weir Based On Design Discharge In Siwaluh Watershed Karanganyar. Thesis. Departement Civil Engineering. Engineering Faculty. Sebelas Maret University. Surakarta. The calculation of flood discharge is an input for planning or evaluating function waterworks existing waterworks. This estimate should be based on appropriate methods in order to produce estimates of the corresponding flood harapan.Bendung Brangkal located in the village of Brangkal Karangpandan Karanganyar. This dam was built in the Dutch colonial era, made of stone masonry, has a catchment area of 21.45 km2, and until now the dam is still actively used by people around the weir Brangkal. Therefore, it is necessary to evaluate the primary function of the stability and scour downstream of the weir by the annual discharge 100 as a medium of learning for students. The method used in this research is descriptive quantitative analysis. Hydrological analysis using a return period flood discharge plan 50 and 100 years using HSS SCS, SCS PU, and methods of MAF. Having obtained the flood discharge plan appropriate to the conditions in the field, then made stability control and analysis of scour downstream weir. Because Brangkal weir located in 3 villages, it is advisable to make a bridge crossing that the community is easier to perform the activity area around the weir. The results of the analysis of the discharge obtained 48.94 m3/second, safety factor of 1.91 to the rolling force, the shear force of 1.61, and a large ground voltage maximum occurs at 41.49 ton/m2. From these results the weir Brankal still considered secure against rolling force, shear / sliding, eccentricity, stress and scour the ground under the foundation. And bridges made of wooden boards floor dam steel frame profiles. Keywords: Evaluation function weir, dam stability, scour analysis.
viii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
PRAKATA
Puji yukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir dengan judul
Evaluasi Fungsi Utama Bendung Brangkal Berdasarkan banjir
Periode Ulang Di DAS Kali Siwaluh Kabupaten Karanganyar
guna
memenuhi salah satu syarat memperoleh gelas Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Penyusunan tugas akhir ini dapat berjalan lancar tidak lepas dari bimbingan, dukungan dan motivasi dari berbagai pihak. Dengan segala kerendahan hati, pada kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih kepada: 1.
Segenap Pimpinan Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
2.
Segenap Pimpinan Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
3.
Ir. Suyanto, MM selaku dosen pembimbing I.
4.
Ir. Solichin, MT selaku dosen Pembimbing II.
5.
Ir. Suyatno, MT dan Wibowo, ST., DEA. selaku dosem pembimbing akademik.
6.
Dosen penguji skripsi.
7.
Segenap bapak dan ibu dosen pengajar di Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
8.
Rekan-rekan mahasiswa jurusan Teknik Sipil.
9.
Semua pihak yang telah memberikan bantuan dan dukungan kepada penulis dengan tulus dan ikhlas.
Penulis menyadari tugas akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun untuk perbaikan di masa mendatang Surakarta, April 2014
Penulis
ix
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL
i
HALAMAN PERSETUJUAN
ii
HALAMAN PENGESAHAN
iii
MOTTO
iv
PERSEMBAHAN
v
ABSTRAK
vii
ABSTRACK
viii
PRAKATA
ix
DAFTAR ISI
x
DAFTAR TABEL
xiii
DAFTAR TABEL
xv
BAB 1 PENDAHULUAN
1
1.1
Latar Belakang..................................................................................1
1.2
Rumusan Masalah.............................................................................2
1.3
Batasan Masalah...............................................................................2
1.4
Tujuan Penelitian..............................................................................3
1.5
Manfaat Penelitian............................................................................3
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI 2.1
Tinjauan Pustaka...............................................................................5
2.2
Landasan Teori................................................................................6
5
2.2.1 Daerah Aliran Sungai (DAS)
6
2.2.2 Pengalihragaman Hujan Menjadi Aliran
6
2.2.3 Uji Kepanggahan
8
2.2.4 Analisis Frekuensi
10
2.2.5 Perhitungan Hujan Kala Ulang
12
2.2.5.1.
Distribusi Normal.......................................12
2.2.5.2.
Distribusi Gumbel......................................12
2.2.5.3.
Distribusi Log Normal................................12
x
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
2.2.5.4.
Distribusi Log Normal III...........................13
2.2.6 Koefisien Limpasan (Run Off)
13
2.2.7 Pengujian Kecocokan Sebaran
14
2.2.8 Hidrograf SCS (Soil Conservation Service)
14
2.2.9 Metode SCS PU
15
2.2.10 Metode MAF
16
2.2.11 Bendung..............................................................................18 2.2.11.1
Pengertian Bendung...................................18
2.2.11.2
Penangkapan Air Permanen...................... 18
2.2.12 Stabilitas Bendung
28
2.2.13 Analisis Gerusan
34
BAB 3 METODE PENELITIAN
37
3.1
Jenis Penelitian...............................................................................37
3.2
Lokasi Penelitian............................................................................37
3.3
Data Yang Dibutuhkan...................................................................38
3.4
Alat yang Digunakan......................................................................38
3.5
Tahapan penelitian..........................................................................38
BAB 4 ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN 4.1
Pengumpulan Data penelitian.........................................................43 4.1.1 Jenis Data..................
4.2
43
Analisis Hidrologi...........................................................................43 4.2.1 Uji Kepanggahan Data Hujan
43
4.2.2 Hujan Wilayah Harian Maksimum Tahunan
48
4.3
Perhitungan Hujan Kala Ulang.......................................................54
4.4
Uji Kesesuaian................................................................................55
4.5
Hujan Efektif Berbagai Kala Ulang................................................57 4.5.1 Hujan Efektif Jam
4.6
43
jaman Berbagai Kala Ulang
57
Debit Banjir Rencana......................................................................59 4.6.1 Metode HSS SCS.................. xi
59
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
4.6.2 Metode SCS PU..................................................................64 4.6.3 Metode MAF......................................................................68 4.7
Analisis Stabilitas Bendung............................................................71 4.7.1 Gaya yang bekerja..............................................................71 4.7.2 Stabilitas bendung kondisi normal......................................79 4.7.3 Stabilitas bendung kondisi banjir........................................85
4.8
Analisis Gerusan.............................................................................93
4.9
Perencanaan Jembatan Bendung Brangkal.....................................94 4.9.1 Uraian Umum.....................................................................94 4.9.2 Perencanaan Lantai.............................................................95 4.9.3 Perencanaan Balok Utama..................................................98 4.9.4 Perencanaan Pilar ( Kolom ).............................................101 4.9.5 Perencanaan Abutment.....................................................105
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN............................................................109 5.1
Kesimpulan...................................................................................109
5.2
Saran.............................................................................................110
DAFTAR PUSTAKA............................................................................................. LA M P I RA N A LA M P I RA N B
xii
112
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR TABEL
Tabel
2.1
Nilai kritik Q dan R..........................................................................9
Tabel
2.2
Tabel Pemilihan Jenis Distribusi................................................... 11
Tabel
2.3
Parameter statistik untuk menentukan jens distribusi ........ ..........11
Tabel
2.4
Tata Guna Lahan dan Koefisien C.................................................13
Tabel
2.5
- Kolmogorov...................................................14
Tabel
2.6
Faktor reduksi ( ARF )...................................................................17
Tabel
2.7
Growth Factors GF (T, Area)........................................................17
Tabel
2.8
Harga koefisien kontraksi Ka dan Kp............................................22
Tabel
4.1
Curah Hujan Tahunan Stasiun Hujan Karangpandan, Matesih dan Tawangmangu................................................................................44
Tabel
4.2
Uji Kepanggahan Metode RAPS Sta. KRpandan 129...................45
Tabel
4.3
Uji Kepanggahan Metode RAPS Sta. Matesih 125.......................46
Tabel
4.4
Uji
Kepanggahan
Metode
RAPS
Sta.
Tawangmangu
130..................................................................................................47 Tabel
4.5
Hujan Wilayah Harian Maksimum Tahunan dengan Acuan Terbesar Stasiun Karangpandan 129..............................................50
Tabel
4.6
Hujan Wilayah Harian Maksimum Tahunan dengan Acuan Terbesar Stasiun Matesih 125........................................................51
Tabel
4.7
Hujan Wilayah Harian Maksimum Tahunan dengan Acuan Terbesar Stasiun Tawangmangu 130.............................................51
Tabel
4.8
Hujan
Wilayah
Harian
Maksimum
Tahunan
DAS
Siwaluh............................................................................... ...........52 Tabel
4.9
Uji pemilihan sebaran yang sesuai....................................... .........52
Tabel
4.10 Syarat pemilihan jenis distribusi..... ..............................................53
Tabel
4.11 Perhitungan Data Menggunakan Log Pearson III..........................54
Tabel
4.12 Hujan Rata- Rata Kala Ulang.........................................................55
Tabel
4.13 Data Hujan Maksimum Rata- rata..................................................55
Tabel
4.14 Probabilitas Debit Banjir................................................................56
Tabel
4.15 Rasio Hujan Jam-Jaman..................................................... ...........57
Tabel
4.16 Hujan Efektif Jam-Jaman dengan Kala Ulang...................... ........58 xiii
perpustakaan.uns.ac.id
Tabel
digilib.uns.ac.id
4.17 Variabel/ Parameter DAS Kali Siwaluh untuk Metode SCS.................................................................................................58
Tabel
4.18
Variabel Pokok DAS Kali Siwaluh Metode HSS SCS..................60
Tabel
4.19 . Unit Hidrograf HSS SCS.............................................................60
Tabel
4.20 Variabel/ Parameter DAS Kali Siwaluh untuk Metode SCS PU....................................................................................... ...........64
Tabel
4.21 Variabel Pokok DAS Kali Siwaluh Metode SCPU........................65
Tabel
4.22 Presentase Distribusi Hujan 8 Jam - jaman.... ...............................65
Tabel
4.23 Distribusi
Hujan
8
Jam-
an
Untuk
Periode
Ulang
Tertentu..........................................................................................65 Tabel
4.24 Hidrograf Banjir Metode SCS
PU Periode 100 dan 50
Tahun..............................................................................................66 Tabel
4.25 Variabel/Parameter DAS Kali Siwaluh..........................................68
Tabel
4.26 Rekapitulasi Debit Banjir Kala Ulang............................................70
Tabel
4.27 Gaya dan momen pada kondisi normal................................... ......75
Tabel
4.28 Gaya dan momen uplift kondisi banjir banjir................................74
Tabel
4.29 Gaya Berat Sendiri Bendung.......................... ...............................75
Tabel
4.30
Tabel
4.31 Berat Sendiri dan Momen Guling..................................................78
Tabel
4.32 Beban dan Momen Akibat Gempa....................................... .........80
Tabel
4.33 Berat Sendiri Terhadap Bahaya Geser...........................................81
Tabel
4.34 Berat Sendiri dan Momen Guling........................................... ......84
Tabel
4.35 Gaya dan Momen Tekanan Hidrostatis..........................................85
Tabel
4.36 Beban dan Momen Akibat Gempa.............. ..................................85
Tabel
4.37 Berat Sendiri Terhadap Bahaya Geser...........................................86
Tabel
4.38 Stabilitas penggulingan terhadap titik A......................................100
Gaya Akibat Gempa.......................................................................77
xiv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Poligon Thiessen..............................................................................8
Gambar 2.2
Sketsa Denah Bendung..................................................................19
Gambar 2.3
Peta Situasi dan Potongan Melintang Sungai ................................20
Gambar 2.4
Bendung Dengan Mercu Bulat.......................................................23
Gambar 2.5
Tekanan Pada Bendung Mercu Bulat.............................................23
Gambar 2.6
Harga Koefisien CO.................................. .....................................24
Gambar 2.7
Harga Koefisien C2........................................................................24
Gambar 2.8
Harga Koefisien C1........................................................................24
Gambar 2.9
Variasi mercu bendung jenis ogee................. ...............................25
Gambar 2.10 Faktor
koefisien
C1
untuk
tinggi
energi
beda
dengan
rencana...........................................................................................25 Gambar 2.11 Harga Cu........................................................................................26 Gambar 2.12 Gaya air pada tubuh bendung.........................................................29 Gambar 2.13 Tekanan pada tiap titik sudut.........................................................32 Gambar 2.14 Potongan yang paling lemah.......................... ...............................32 Gambar 3.1
Peta Subsistem DAS Siwaluh........................................................37
Gambar 3.2
Skema Diagram alir........................................................................41
Gambar 4.1
Kurva Masa Ganda Stasiun Hujan Karangpandan, Matesih dan Tawangmangu................................................................................48
Gambar 4.2
Hujan Wilayah Dengan Metode Poligon Thiessen........................49
Gambar 4.3
Grafik Hidrograf Satuan Sintetik SCS...........................................62
Gambar 4.4
Skema Bendung Brangkal .............................................................71
Gambar 4.5
Berat Sendiri Bendung...................................................................74
Gambar 4.6
Gaya Akibat Gempa.......................................................................76
Gambar 4.7
Gaya Berat Sendiri Bendung..........................................................77
Gambar 4.8
Tekanan Hidrostatis Saat Air Normal ...........................................78
Gambar 4.9
Gaya Akibat Gempa Tinjauan Bahaya Guling ..............................78
Gambar 4.10 Gaya Berat Sendiri Bendung Kondisi Banjir.................................82 Gambar 4.11 Tekanan Hidrostatis Saat Air Banjir..............................................83 Gambar 4.12 Gaya Akibat Gempa Tinjauan Bahaya Guling...............................84 xv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Gambar 4.13 Struktur Jembatan................................. .........................................89 Gambar 4.14 Potongan Melintang Jembatan.......................................................90 Gambar 4.15 Potongan Melintang Ditinjau Dari Beban Merata.........................90 Gambar 4.16 Potongan Melintang Ditinjau Dari 2 Beban...................................91 Gambar 4.17 Sistem Struktur Balok Utama.........................................................92 Gambar 4.18 Momen Penggulingan Struktur......................................................93 Gambar 4.19 Bidang BMD dan SFD...................................................................93 Gambar 4.20 Struktur dan Pembebanan Pilar......................................................95 Gambar 4.21 Momen Hasil Perhitungan Dengan SAP........................................96 Gambar 4.22 Rencana Tampang Abutment.......................................................100 Gambar 4.23 Diagram Tegangan.......................................................................100
xvi