PERENCANAAN PROTEKSI BANGUNAN BAWAH JEMBATAN YANG MELINTASI SUNGAI GRINDULU DI KABUPATEN PACITAN JAWA TIMUR. Anggun Mutiara Larasati, Bambang Sarwono, Yang Ratri Savitri. Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan,Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya (60111) E-mail:
[email protected] Abstrak Pembangunan jembatan untuk melintasi Sungai Grindulu merupakan salah satu rangkaian dari pembangunan Jalur Lingkar Selatan di Pulau Jawa. Untuk memproteksi bangunan bawah jembatan ini perlu dilakukan beberapa analisa terhadap sungai. Dari analisa hidrologi dapat diketahui seberapa besar debit banjir yang akan dialirkan di sungai. Kemudian dari analisa hidrolika diperoleh kapasitas debit yang dapat dialirkan di saluran. Dengan tinggi banjir rencana yang didapat dari analisa hidrologi dan hidrolika dan analisa data tanah kemudian dapat dilakukan analisa angkutan sedimen di saluran sungai lalu dianalisa pula bagaimana pengaruh bangunan bawah jembatan terhadap stabilitas sungai dan kelongsoran tebing sungai. Dari studi dan perhitungan yang telah dilakukan, didapat bilangan froude pada kedua penampang sungai adalah Fr<1, yang berarti bahwa aliran sungai berada pada kondisi subkritis. Pergerakan sedimen juga terjadi di sungai ini karena dari hasil perhitungan parameter shield pada analisa sediment transport didapat θ > θc. Kemudian dipilih riprap-revetment untuk melindungi bagian tebing sungai dari gerusan. Dan dari pilar jembatan serta desain riprap-revetment yang direncanakan kemudian diukur seberapa dalam kemungkinan scouring yang akan terjadi untuk memperdalam penanaman pancang pada pilar serta kedalaman peletakan revetment agar lebih aman. Kata kunci: Sungai, Scouring, Riprap, Revetment.
I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang. Jalur Lingkar Utara, selama ini adalah akses utama yang menghubungkan Pulau Jawa. Dengan adanya pertambahan penduduk di Pulau Jawa yang makin meningkat, maka meningkat pula kebutuhan penduduk di Pulau Jawa untuk melakukan perpindahan dari kota satu ke kota lainnya. Adanya pertambahan kebutuhan ini mengakibatkan Jalur lingkar Utara yang selama ini menjadi alternatif utama mengalami kelebihan muatan, oleh karena itu pemerintah di Pulau Jawa mulai membenahi Jalur Lingkar Selatan sebagai jalan penghubung alternatif lainnya. Jalur Lingkar Selatan ini direncanakan akan menghubungkan beberapa kota yang ada di bagian selatan Pulau Jawa. Beberapa kota di Jawa Timur yang nantinya akan dihubungkan dengan Jalur Lingkar Selatan ini antara lain Pacitan, Trenggalek, Tulungagung, Blitar dan Lumajang Jalur Lingkar Selatan ini nantinya juga akan melintasi sungai-sungai yang ada di bagian selatan Pulau Jawa. Salah satu sungai yang akan dilewati Jalur Lingkar Selatan tersebut adalah Sungai Grindulu.
Sungai Grindulu adalah sungai di Pulau Jawa yang mengalir di wilayah Kabupaten Pacitan, mulai dari Kecamatan Tegalombo, melewati Kecamatan Arjosari, dan bermuara di Samudera Hindia, tepatnya di Kelurahan Ploso, Kecamatan Pacitan(sekitar 60km sampai ke muara laut). Untuk melintasi Sungai Grindulu ini tentunya diperlukan bangunan berupa jembatan. Tapi seperti yang kita ketahui, pembangunan jembatan pada sungai tentunya memiliki beberapa resiko, salah satunya yaitu penggerusan pada bangunan bagian bawah jembatan. Maka perlu dibangun bangunan pelengkap jembatan untuk melindungi bangunan bagian bawah jembatan tersebut. Revetment atau perkuatan lereng adalah bangunan yang ditempatkan pada permukaan suatu lereng guna melindungi suatu tebing alur sungai dan secara keseluruhan berperan meningkatkan stabilitas alur sungai yang dilindunginya. Oleh karena itu, revetment atau perkuatan lereng dapat menjadi salah satu solusi yang tepat untuk melindungi dinding sungai dan bangunan bagian bawah dari jembatan tersebut. Bangunan revetment ada beberapa macam seperti riprap, bronjongan, retaining wall, dan sheet pile. Untuk tugas akhir ini dipilih riprap sebagai jenis revetment yang akan digunakan sebagai bangunan pelindung tebing sungai. Pemilihan revetment jenis riprap ini adalah karena riprap merupakan bangunan pengaman yang melindungi tebing dari gerusan dengan menggunakan lapisan batuan serta dengan kemiringan yang hampir sama dengan kemiringan tebing sungai. 1.2 Rumusan Masalah. Berdasarkan latar belakang yang ada di atas, maka permasalahan yang akan dibahas dapat dirumuskan sebagai berikut: 1. Bagaimana debit air, debit sedimen dan kondisi morfologi di sekitar area yang akan dibangun jembatan di Sungai Grindulu? 2. Bagaimana kondisi sungai tersebut akibat adanya pembangunan jembatan? 3. Bagaimana desain revetment(riprap) untuk melindungi sungai dan Bangunan bawah Jembatan? 1.3 Batasan Masalah. Agar topik yang diangkat tidak melebar, maka permasalahan dalam Tugas Akhir ini dibatasi sebagai berikut: 1. Data struktur yang digunakan merupakan data yang didapat dari proyek Bypass-Pacitan. 2. Dalam Tugas Akhir ini tidak akan dibahas mengenai biaya dan manajemen proyek. 3. Aliran di sungai ini tidak dipengaruhi oleh pasang surut air laut.
1
4. Yang ditinjau pada tugas akhir ini adalah bangunan bawah jembatan yang terletak di aliran Sungai Grindulu.
II. METODOLOGI
3.1.3
Perhitungan Debit Rencana.
Q
1 .C.I . A 3 .6
Dimana: C = 0,75(sungai di pegunungan) A = 651.095km2 I = Intensitas Hujan (3.1.2) Didapat: Q25 = 829.473m3/detik Q50 = 877.179m3/detik Q100= 921.803m3/detik. Digunakan Q50=877.179 m3/detik. 3.2 Analisa Hidrolika. 3.2.1 Analisa Debit. Untuk analisa debit hidrolika sungai yang berbentuk kepang ini, kapasitas sungai akan dihitung di tiap penampangnya. Maka dalam tugas akhir ini ada dua penampang sungai yang akan dihitung.
Gambar 2.1 Flowchart Pengerjaan Tugas Akhir.
III. HASIL DAN PEMBAHASAN. 3.1 Analisa Hidrologi. 3.1.1 Perhitungan Curah Hujan. Pada makalah ini, yang digunakan adalah data curah hujan dari satu stasiun hujan, yaitu stasiun hujan Arjosari. Untuk hasil perhitungannya, dapat dilihat di tabel berikut: Tabel 3.1 Hasil perhitungan curah hujan rencana untuk periode ulang T tahun dengan metode distribusi LogPearson type III
Gambar 3.1 Penampang Melintang sungai Adapun perhitungannya akan ditabelkan sebagai berikut: Tabel 3.2 Perhitungan kapasitas debit sungai penampang besar.
Tabel 3.3 Perhitungan kapasitas debit sungai penampang kecil.
3.1.2 Perhitungan Intensitas Hujan (Mononobe). Untuk perhitungan intensitas hujan digunakan rumus mononobe. 2
R 24 24 I 24 tc
Lalu dari tabel di atas dapat digambarkan rating curve-nya sebagai berikut:
3
Dimana nilai tc dihitung dengan metode bayern seperti berikut:
tc
L H dengan v 72 v L
0.6
(untuk elevasi dipilih yang kemiringannya konstan) Dari perhitungan ini kemudian didapat I25=6.115 mm/jam, I50=6.467 mm/jam, dan I100=6.795 mm/jam.
2
Gambar 3.1 Rating Curve Sungai Besar
Kemudian didapat: Untuk sungai besar, v = 3.8 m/detik. Untuk sungai besar, v = 2.9 m/detik. Lalu dihitung dengan:
Fr
v g .h
Didapat: Sungai besar, Fr = 0,746 (<1) Sungai kecil, Fr = 0,625 (<1) Maka aliran pada kedua sungai berada pada kondisi subkritis. Gambar 3.2 Rating Curve Sungai Besar Lalu hasil perolehan debit banjir rencana pada 3.1.3 diplotkan ke masing-masing rating curve berdasarkan perbandingan luas penampang sungai, yaitu 89.3% debit masuk ke sungai besar dan 10.7% debit masuk ke sungai kecil. Dengan prosentase tersebut maka diperoleh: Qsungai besar = 783.174 m3/detik Qsungai kecil = 94.005 m3/detik Kemudian diplotkan ke rating curve untuk memperoleh tinggi banjir rencana 50 tahunan masingmasing sungai. Sehingga diperoleh: Hsungai besar = 2.65 m Hsungai kecil = 2.2 m 3.2.2 Analisa Jenis Aliran. Dari perhitungan 3.2, dapat kecepatan(v) vs kedalaman(h).
dibuat
grafik
3.3 Analisa Sedimen. Dari hasil uji sampling tanah pada pulau kecil yang berada di tengah sungai, maka diperoleh grafik grain size distribution sebagai berikut:
Gambar 3.5 Grafik Grain Size Distribution Dari grafik ini kemudian didapat D50=0.18mm. 3.4 Analisa Pergerakan Sedimen. Dari data-data yang telah diperoleh dari perhitungan sebelumnya kemudian dimasukkan ke rumus berikut untuk memperoleh parameter shield. 2
v* SG 1.g.D50 Gambar 3.3 Grafik Kecepatan vs Kedalaman Sungai Besar
Dimana: v* = g .H .S H = kedalaman. S = kemiringan saluran. SG = specific gravity. Didapat: θ = 33.05
Gambar 3.4 Grafik Kecepatan vs Kedalaman Sungai Kecil.
3
kemudian dicari nilai S* untuk kemudian diplot ke grafik agar mendapatkan nilai θ* seperti berikut:
S*
D50 ( SG 1).g .D50 4.
Didapat: S*= 2.4 (plot ke gambar 4.6)
3.7 Analisa Scouring. 3.7.1 Scouring Akibat Perubahan Penampang pada Sungai. 6
y2 Q2 y1 Q1
7
W1 W2
k1
ys y2 y1 Dimana: y1 = kedalaman air di upstream. y2 = kedalaman air di daerah kontraksi. y1 = kedalaman scouring W1 = lebar dasar di upstream. W2 = lebar dasar di daerah kontraksi. Q1 = debit di upstream. Q2 = debit di daerah kontraksi.
Gambar 3.6 Diagram Shield memperlihatkan θc sebagai fungsi S*. Didapat: θc = 0.55. θ>θc, terjadi pergerakan sedimen. 3.5 Analisa Kelongsoran Tanah Tebing Sungai. Dari data yang ada dan dari hasil perhitungan sebelumnya kemudian dicek kelongsoran tebingnya dengan menggunakan metode Fellinius. Kemudian dihitung nilai faktor keamanannya dimana lereng dikatakan aman jika Fs>1.2. Tabel 3.4 Hasil perhitungan stabilitas tanah tebing sungai
Dari tabel di atas dapat disimpulkan bahwa tanah tebing yang ditinjau aman dari kelongsoran. 3.6 Perencanaan Desain Riprap-Revetment. Dari hasil perhitungan desain riprap, didapatkan gradasi batuan yang akan ditabelkan seperti berikut: Tabel 3.5 Hasil perhitungan gradasi desain riprap dan filter
1. Pada sungai besar. Di sungai berpenampang besar ini tidak ada penyempitan yang terjadi akibat abutmen jembatan ataupun revetment yang dipasang di abutmen karena letak abutmen jembatan tidak berada pada penampang efektif sungai. Akan tetapi penampang efektif sungai berkurang akibat adanya beberapa pilar jembatan yang terletak di tengah sungai. Dari data yang ada dan data yang diperoleh dari perhitungan sebelumnya kemudian dihitung sehingga diperoleh scouring yang terjadi adalah: ys= 0.055 m 2. Pada sungai kecil. Pada sungai yang berpenampang kecil ini tidak ada abutmen ataupun pilar yang terletak pada pada penampang efektif sungai. Akan tetapi riprap yang rencananya akan dipasang di bagian kiri dan kanan tebing sungai tentunya akan berpengaruh pada penampang efektif sungai. Kemudian didapat hasil perhitungan scouring yang terjadi di sungai kecil akibat adanya riprap. Scouring yang terjadi adalah: ys = 0.28m 3.7.2 Scouring pada Pilar Jembatan. 1. Scouring akibat pilar.
y s pier y1
a K hpier 2.0 K 1 K 2 K 3 K 4 pier y1
0.65
fr1
0 .43
2. Scouring akibat pile cap (footing).
y s footing yf
a 2 .0 K 1 K 2 K 3 K 4 K w f yf
0.65
vf g.y f
4
0.43
3. Scouring akibat grup pancang.
y s pg y3
a pg K hpg 2.0 K 1 K 3 K 4 y3
0.65
v3 g . y3
0.43
Dimana: y1 = Kedalaman air di upstream K1 = Faktor Koreksi untuk bentuk ujung/hidung Pier K2 = Faktor Koreksi untuk sudut datang aliran. K3 = Faktor Koreksi untuk kondisi dasar saluran/sungai. K4 = Faktor koreksi untuk butiran sedimen. Kh pier= koefisien untuk menghitung akibat yang ditimbulkan oleh batang pilar. Kw = Faktor koreksi untuk pilar lebar di aliran dangkal. Khpg= Faktor koreksi untuk grup pancang. Pada sungai yang berpenampang besar, terdapat dua pilar jembatan yang berada pada daerah aliran sungai. maka perlu dihitung besarnya scouring yang terjadi di pilar tersebut. Dari analisa dan perhitungan yang dilakukan diperoleh: 1. Pada pilar 1: y s = 3.91 m
Einstein, H. A., 1964. Sedimentation, Part II : River Sedimentation. In Handbook of Applied Hydrology, Chow, V. T., McGraw-Hill, New York. Jacob, M. 2005. A Size Classification For Debris Flows. Engineering Geology. Julien, P.Y., 2002. River Mechanics. Cambridge University Press. National Highway Institute (NHI). 2001. “Evaluating Scour at Bridges” fourth edition, US. Şentürk, Fuat, 1994, Hydraulics of Dams and Reservoirs. Water Resources Publication. Simons, D. B., and Senturk, F., 1992. Sediment Transport Technology-Water and Sediment Dynamics. Water Resources Publications, Litleton, CO. Suripin., 2004. Sistem Drainase Perkotaan yang Berkelanjutan. Penerbit Andi, Yogyakarta. Soemartono, C D.1987.”Hidrologi Teknik”.Usaha Nasional,Surabaya. Triatmodjo,B.1994. Hidraulika I. Yogyakarta. Beta offset.
2. Pada pilar 2: y s = 3.25 m
IV. KESIMPULAN. Dari hasil perhitungan dan analisa, maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: 1. Sungai Grindulu ini merupakan sungai berbentuk braided, sehingga perhitungan debit yang diperoleh dari analisa hidrologi kemudian dibagi berdasarkan perbandingan luas penampang sungai besar dan luas penampang sungai kecil. Dan dari perbandingan tersebut kemudian didapat Q50=783.174 m3/detik untuk debit rencana di sungai dengan penampang besar dan Q50=94.005 m3/detik. 2. Dari kecepatan yang terjadi di sungai akibat debit tersebut didapat bilangan Froude<1, yang menunjukkan bahwa aliran sungai berada pada kondisi subkritis. 3. Dari analisa pergerakan sedimen didapat θ>θc, yang menunjukkan bahwa terjadi pergerakan sedimen di sungai tersebut. 4. Dari analisa kelongsoran tebing sungai didapatkan nilai Fs > 1.2, yang menunjukkan bahwa tebing sungai masih berada dalam kondisi aman. 5. Dari beberapa analisa yang telah dilakukan kemudian dibuat desain riprap untuk melindungi tebing sungai agar tidak tergerus.
DAFTAR PUSTAKA Anggrahini, 1966. Hidrolika Saluran Terbuka. Penerbit CV Citra Media. Chow, V.T., 1997. Hidrolika Saluran Terbuka. Penerbit Erlangga, Jakarta.
5
