Universitas Gunadarma, Jakarta ABSTRACT

PERENCANAAN BENDUNG GERAK DENGAN PINTU AIR (FLOODGATE) TIPE DRUM GATE UNTUK KONTROL BANJIR PADA DAERAH ALIRAN SUNGAI BENDUNG WALAHAR KABUPATEN KARAWANG 1

Boyke Frahmana ([email protected]/[email protected]) 2 Budi Santosa ([email protected]) 1,2 Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Universitas Gunadarma, Jakarta

ABSTRACT Water is the source of life and take on an important role in supporting human activities. The development and natural phenomena are always experiencing the dynamics can also affect the environment around us. The potential for major flooding in the watershed would have a major impact on the area upstream and downstream weir. In anticipation of the coming flood water conditions, the planned Spillway with Drum Gate type. Sluice is planned by calculating the maximum flood discharge plan with the FSR Java-Sumatera method by utilizing daily rainfall data. The results of calculation maximum discharge was 5 years in 2009 showed the value of 167.372 m3/det. While the flood discharge plan (Q100) showed the value of 883.2906 m3/det. Planning dimensional done using of the plate and steel frame. Drum gate dimension with base length (L) = 1 m, radius (r) = 1.5 m, angle (θ) = 45°, thick steel plate = 6 mm. Construction of barrage to cost about 289,843,690 million Keywords : Spillway, Drum Gate, Debit Flood Plan, FSR Sumatra Java Method, Daily Rainfall Data ABSTRAK Air merupakan sumber kehidupan dan mengambil peranan yang penting dalam menunjang aktifitas manusia. Perkembangan dan gejala alam yang selalu mengalami dinamika dapat berpengaruh juga terhadap lingkungan sekitar kita. Potensi banjir besar di daerah aliran sungai akan sangat berdampak besar terhadap daerah hulu dan hilir bendung. Untuk mengantisipasi kondisi air banjir yang datang, maka direncanakan Spillway dengan tipe Drum Gate. Pintu air ini direncanakan dengan menghitung debit banjir rencana maksimum dengan metode FSR Jawa Sumatera dengan memanfaatkan data curah hujan harian. Hasil perhitungan debit maksimum 5 tahun adalah pada tahun 2009 menunjukan nilai 167.372 m3/det. Sedangkan debit banjir rencana (Q100) menunjukan nilai 883.2906 m3/det. Perencanaan dimensi dilakukan dengan menggunakan pelat dan kerangka baja. Dimensi Drum Gate yang dihasilkan dengan panjang (L) = 1 m, jari-jari (r) =

1

1.5 m, sudut pintu (θ) = 45°, tebal pelat baja = 6 mm. Pembangunan bendung gerak membutuhkan biaya sekitar Rp289,843,690 Kata kunci : Spillway, Drum Gate, Debit Banjir Rencana, Metode FSR Jawa Sumatera, Data Curah Hujan Harian PENDAHULUAN Perkembangan peradapan manusia selalu diiringi dengan pertambahan penduduk. Perluasan lahan untuk pemukiman dan lahan pertanian mengakibatkan semakin meningkatnya penebangan pohon liar di daerah sekitar bendung walahar maupun di daerah hulu bendung. Tahun 2009 pintu air bendung walahar mengalami keruntuhan akibat tergerus oleh sedimen maupun pohon-pohon akibat pembalakan liar di hulu bendung. Metode untuk mengantisipasi permasalahan ini, maka dibuatlah perencanaan floodgate (pintu air) tipe drum gate. Pembangunan bendung gerak ini muncul karena dengan pintu air drum gate maka pintu air dapat menyesuaikan pergerakan pintu terhadap limpasan air yang datang, sehingga benturan material bebatuan yang dibawa oleh aliran sungai citarum terhadap permukaan pintu air dapat diminimalisir. Material pintu air drum gate ini terbuat dari pelat baja yang kuat terhadap benturan dan gesekan. Apabila pada musim penghujan bendung gerak ini dapat digunakan sebagai pengontrol tinggi muka air untuk menghindari genangan di daerah hulu bendung. METODE PERENCANAAN Lokasi perencanaan bendung gerak tipe drum gate terletak di Desa Walahar Kec. Klari Kab. Karawang, Provinsi Jawa Barat. Bendung walahar ini membendung sungai Citarum pada koordinat 06º22’973” LS dan 107º21’660” BT, dengan cathment area seluas 1316.67 km2.

Gambar 1. Bagan Alir Sistematika Tugas Akhir

2

Pada gambar 1 menunjukan bagan alir dari sistematika tugas akhir. Dimulai dari studi litelatur yang bertujuan untuk mendapatkan gambaran yang menyeluruh tentang perencanaan bangunan air. Yang kedua adalah survey lapangan, survey ini bertujuan untuk mengetahui keadaan sungai dan kondisi lokasi, sebagai referensi pendukung untuk perencanaan bendung gerak ini. Yang ketiga adalah pengumpulan data, pengumpulan data bertujuan untuk mendapatkan data pendukung untuk perencanaan bendung gerak. Data-data yang dibutuhkan antara lain adalah data curah hujan, data debit sungai dan data eksisting sungai. Yang keempat adalah analisa hidrologi, analisa hidrologi pada perencanaan bendung gerak tipe drum gate meliputi perhitungan hujan rata-rata, perhitungan hujan rencana, perhitungan frekuensi curah hujan, uji distribusi probabilitas dengan uji chi-kuadrat, perhitungan debit maksimum dengan metode rasional. Yang kelima adalah perencanaan dimensi drum gate, perhitungan yang dilakukan untuk perencanaan bendung gerak tipe drum gate adalah perhitungan desain pintu bendung drum gate. Yang terakhir adalah analisa gaya horizontal dan vertikal pada drum gate, analisa ini bertujuan untuk mengetahui apakah drum gate yang kita rencanakan kuat dan memenuhi faktor keamanan yang telah ditentukan. HASIL DAN PEMBAHASAN Evaluasi Data Data-data yang akan digunakan dalam perencanaan bendung gerak tipe drum gate secara keseluruhan mencakup antara lain : a. Peta rupa bumi b. Data curah hujan c. Data debit sungai d. Data eksisting sungai Perhitungan Hujan Rata-Rata Perhitungan hujan rata-rata menggunakan metode rata-rata aljabar yaitu 1 dengan rumus sebagai berikut : R  R1  R 2  ......R n  , data curah hujan yang n ditinjau adalah selama 12 tahun (2003-2014). Curah hujan maksimum yang didapat adalah pada tanggal 1 februari 2003 yaitu dengan nilai 57.17 mm.

3

Tabel 1. Perhitungan Curah Hujan Rata-Rata Stasiun Pos Hujan No

Tahun

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

B.Walahar

T.Jambe

Pangkalan

B.Waru

Kalong

Pundong

829 441 839 883 1418 1486 954 2328 1446 1394.5 1944.5 1911

501 933 1259 1202 2156 1965 1590 2878 1349 1860 2102 2036

1124 1790 2325 2013 2739 2694 3098 3947 2759 2600 3464 2888

1469 1924 2041 0 159 0 5680 3927 2556 2643 3075 2542

347 307 560 542 1254 1841 1301 2451 1455 974 0 0

995 375 897 910 2122 3317 2993 4330 2435 2002 2781.5 2974

Hujan Harian Maksimum (mm) 57.17 43 60.67 44.33 75.17 75.17 54 40.67 54.83 66.83 100.83 98.17

Pemilihan Jenis Distribusi Beberapa jenis statistik seberan (distribusi), diantaranya yang sering digunakan dalam hidrologi adalah : distribusi gumbel, distribusi log normal, distribusi log-person tipe III, distribusi normal.

No 1 2

3 4

Tabel 2. Perbandingan Syarat Distribusi dan Hasil Perhitungan Jenis Distribusi Syarat Hasil Keterangan Perhitungan Gumbel Cs = 1.14 Cs = 0.90 Ck = 5.4 Ck = 2.17 Log Normal Cs = 3 Cv + Cv3 = 0.688 Ck = Cs = 0.402 Cv8+6Cv6+15Cv4+16Cv2+3 = Ck = 1.83 3.47 Log-Person Cs ≠ 0 Cs = 0.402 Dipilih Tipe III Normal Cs = 0 Cs = 0.90 -

Perhitungan Debit Banjir Rencana Analisis debit banjir rencana dihitung dengan menggunakan metode FSR Jawa Sumatera karena luas DAS > 100 km2.

No 1 2 3 4 5

Tabel 3. Data Debit Banjir Rencana Metode FSR Jawa Sumatera GF MAF (m3/det) Q (m3/det) 5 1.17 96.79953177 455.2643 10 1.37 96.79953177 533.0873 20 1.59 96.79953177 618.6925 50 1.95 96.79953177 758.7739 100 2.27 96.79953177 883.2906

4

Perencanaan Bangunan Pelimpah Bendung (Spillway) Debit banjir puncak rencana yang didapatkan dari perhitungan menggunakan metode FSR Jawa Sumatera untuk Q100 sebesar 883.2906 m3/det. Penentuan Elevasi Muka Air Banjir di Hilir Bendung Rumus yang digunakan dalam penentuan elevasi muka air banjir di hilir bendung adalah : Q  K  R 2/3  I1/2  A

H (m) 1 1.24 1.48 1.72 1.96

B (m) 50 50 50 50 50

Tabel 4. Perhitungan Tinggi Air di Hilir Bendung A P R V I K 2 (m ) (m) (m) (m/det) 50.0008 102 0.490 0.0564 70 10.335 62.0012 102.48 0.605 0.0564 70 11.891 74.002 102.96 0.718 0.0564 70 13.339 86.002 103.44 0.831 0.0564 70 14.698 98.003 103.92 0.943 0.0564 70 15.986

Q (m /det) 455.2643 533.0873 618.6925 758.7739 883.2906 3

Jadi tinggi air banjir rencana di hilir bendung adalah h = 1.96 m dengan debit banjir sebesar Q = 883.2906 m3/det = Q100 = 883.2906 m3/det. Perencanaan Dimensi Drum Gate Drum gate berfungsi sebagai bendung, maka debit (discharge) yang melalui pintu dinyatakan dengan rumus Q = CLHe1.5. Debit yang melalui pintu besarnya adalah 1.554 m3/det. Tekanan cairan pada permukaan bendung, rumus untuk menghitung tekanan permukaan cairan adalah P = w.h. Besarnya tekanan air pada permukaan bendung adalah 196101.9 kN/m2. Prinsip Archimedes dalam Penentuan Dimensi Bendung Penentuan dimensi bendung menggunakan prinsip hukum archimedes, parameter dimensi pintu adalah saat pintu terapung yaitu w < Fa.

No 1 2 3

Tabel 5. Volume Pelat Baja Bidang Pelat baja 1 (pelat bagian depan) Pelat baja 2 (pelat bagian atas) Pelat baja 3 (pelat bagian bawah) Total

Volume (m3) 0.007065 0.009 0.009 0.025065

No 1 2 3 4

Tabel 6. Volume Kerangka Baja Bidang Kerangka bagian depan Kerangka bagian atas Kerangka bagian bawah Kerangka bagian kanan, tengah dan kiri Total

Volume (m3) 0.000338 0.00045 0.000563 0.001148115 0.004794344

5

Maka volume baja total adalah total volume pelat baja + total volume kerangka baja = 0.001148115 + 0.025065 = 0.029859344 m3.

No 1 2

Tabel 7. Berat Drum Gate Terapung Benda Berat (kg) Baja (wb) 2297.079 Air (Fa) 23354.63 Syarat wb < Fa = terapung 2297.079 < 23354.63 Memenuhi syarat

Ok

Tekanan pada Bidang Lungkung Drum Gate Gaya horizontal H = resultante tekanan pada bidang proyeksi dari bidang lengkung AB yaitu bidang OE. Rumus yang digunakan dalam perhitungan dalam perhitungan gaya horizontal pada drum gate ini adalah :  w  luas OE  tinggi sampai titik pusat bidang OE  (9.8  1000)  (11.5)  (0.62)

 9.1 103 N Gaya vertikal V = berat cairan yang mengisi bidang OED. Rumus yang digunakan dalam perhitungan gaya vertikal pada drum gate ini adalah :  w  volume OED

 (9.81  1000)  (1 

1  3.14  1.52 ) 4

 17.3  103 N Maka resultante tekanan R : 2 = (H  V 2 =

(9.1  10 3  (17.3  10 3 )

=

(82.81  10 6 )  (299.29  10 6 )

= 382.1 10 6 = 19547.378 N Bila sudut (θ) adalah sudut antara R dan garis horizontal, maka : Gaya V 9.1  10 3 Tan θ = = = 0.0091° Gaya H 17.3  10 3 Karena bidang AB adalah bagian dari suatu lingkaran, maka R akan bekerja melalui titik pusat (O) dan tidak menimbulkan momen terhadap O. jadi momen yang ada adalah momen yang disebabkan oleh berat dari pintu air. Jadi momen yang diperlukan untuk membuka pintu air adalah sebesar : = w  0.6 = (2297.079  9.81)  0.6 = 13520.606 N-m

6

Gambar 2. Benda Cair Di Atas Lengkung AB Perhitungan Simulasi Penurunan Drum Gate Simulasi pergerakan drum gate untuk kontrol banjir seperti pada bidang datar miring seperti pada gambar 3.

Gambar 3. Gaya Hidrostatik pada Bidang Miring Drum Gate Penurunan (h’) drum gate saat ketinggian air normal yaitu 1.24 m hasilnya 0.000539 m, ini dikarenakan perencanaan buka tutup pintu menggunakan prinsip archimedes bebas.

7

No 1 2 3 4 5

Tabel 8. Perhitungan Simulasi Penurunan Drum Gate H (m) + 0.05 Fa (N) at (m) Berat (kg) 1.24 12152 0.70341358 2297.079 1.29 12642 0.731777031 2297.079 1.34 13132 0.760140482 2297.079 1.39 13622 0.788503933 2297.079 1.44 14112 0.816867384 2297.079

h’(m) 0.000539816 0.000561583 0.000583349 0.000605116 0.000626883

Analisa Kekuatan Struktur Drum Gate dengan Solid Works Cara mengetahui apakah dimensi yang telah didapat memenuhi syarat atau tidak maka dilakukan pengujian dengan solid works. Data yang diperlukan untuk pengujian adalah :  Gaya horizontal pada drum gate : 9.1 10 3 N  Gaya vertikal pada drum gate : 17.3  10 3 N Tabel 9. Material Analisis Struktur Drum Gate Nama Struktur Material Berat (kg) Volume (m3) ASTM A36 0.029859344 Solid body (cut extrude) 2297.079 Steel

Name

Type

Stress

Von Mises Stress

Tabel 10. Stress pada Struktur Drum gate Min Location (m) Max (N/m2) (N/m2) -0.818721 0.965988 405.099 1.14837e+006 -0.4112272

Location (m)

Tabel 11. Displacement pada Struktur Drum Gate Min Location Name Type Max (mm) (mm) (m) -2.075 URES: 7.36e+018 Displacement Resultant 0 0.0129457 -1.5327 Displacement

-0.925 -0230029 -1.41694

Location (m) -0.547641 -0.297064 0.0817964

PENUTUP Kesimpulan Dari hasil perhitungan yang telah dilakukan dapat ditarik beberapa kesimpulan, antara lain adalah sebagai berikut : 1. Berdasarkan hasil perhitungan maka dimensi drum gate yang didapatkan adalah : a. Panjang pintu :1m b. Jari-jari pintu : 1.5 m c. Sudut pintu (θ) : 45°

8

d. Tebal pelat baja : 6 mm e. Dimensi rangka baja : 150 mm x 150 mm x 5 mm 2. Setelah dilakukan cek struktur, drum gate yang direncanakan telah memenuhi syarat. Struktur drum gate masih didalam angka aman yaitu : a. Stress rangka dan pelat berada diantara 405.1 N/m2 dan 96,068.8 N/m2 b. Displacement baja tidak aman, setelah dilakukan cek dengan software solid works pelat baja terlalu tipis. Nilai displacement berada diantara 1.295e-002 mm dan 1.187e-002 mm. 3. Biaya yang dbutuhkan untuk membangun 1 m bendung gerak tipe drum gate adalah Rp289,843,690 Saran 1. Sebelum melakukan perhitungan, sebaiknya terlebih dahulu memahami teori yang digunakan 2. Data yang digunakan cukup banyak, maka dalam proses perhitungan harus teliti agar data yang dimasukkan tidak salah 3. Perhatikan satuan perhitungan yang digunakan DAFTAR PUSTAKA Direktorat Jendral Departemen Pekerjaan Umum. 1986. Standar Perencanaan Irigasi – Kriteria Perencanaan 01. Badan Penerbit Departemen Pekerjaan Umum. Jakarta. Direktorat Jendral Departemen Pekerjaan Umum. 1986. Standar Perencanaan Irigasi – Kriteria Perencanaan 02. Badan Penerbit Departemen Pekerjaan Umum. Jakarta. Direktorat Jendral Departemen Pekerjaan Umum. 1986. Standar Perencanaan Irigasi – Kriteria Perencanaan 03. Badan Penerbit Departemen Pekerjaan Umum. Jakarta. Direktorat Jendral Departemen Pekerjaan Umum. 1986. Standar Perencanaan Irigasi – Kriteria Perencanaan 04. Badan Penerbit Departemen Pekerjaan Umum. Jakarta. Hinds, Creager, Justin, Engineering for Dams, John Wiley & Sons. Inc, London 1961. Kodoatic. Robert J, Sugiyanto, Banjir, Pustaka Pelajar, Semarang, 2001. Kodoatic. Robert J, Hidrolika Terapan Aliran pada Saluran Terbuka dan Pipa, Andi, Yogyakarta, 2002. A Soedrajat s. Ir, Mekanika – Fluida & Hidrolika, Nova, Jakarta, 1986.

9