GAMBAR 10 : BENDUNG TETAP

BANGUNAN AIROLEH : SRI EKO WAHYUNINovember 2011, SESI-3

Perlengkapan Bangunan Utama Pengelak :

Bangunan/perlengkapan pada bangunan utama pengelak biasanya berupa :

- pengukuran debit dan muka air di sungai maupun di saluran (ambang lebar, Romijn, Crump de Gruiter dll).- pengoperasian pintu.- peralatan komunikasi, tempat teduh serta perumahan untuk tenaga eksploitasi.- gudang dan ruang kerja untuk kegiatan eksploitasi dan pemeliharaan.- jembatan di atas bendung, agar seluruh bagian bangunan utama mudah dijangkau atau agar bagian-bagian itu terbuka untuk umum.- instalasi tenaga air mikro atau mini, tergantung pada hasil evaluasi ekonomi & kemungkinan hidrolik.

Penentuan Lokasi Bang. Utama Pengelak :

Dalam menentukan lokasi, formasi dan dimensi bendung perlu memperhatikan hal-hal sbb. :

1. Lokasi bendung penyadap harus diusahakan sedapat mungkin lebih ke hulu, agar bendung tidak terlalu tinggi. Sedangkan bendung pembagi banjir di tempatkan sedekat mungkin dengan titik percabangan sungai.

2. Morfologi sungai : - Dipilih pada ruas sungai yang lurus dengan penampang yang sempit dan konstan.- Dipilih pada sungai yang alurnya stabil dengan perubahan dasar sungai (i) kecil.- Diusahakan pengaruh air balik (back water) tidak terlalu jauh ke arah hulu.

3. Topografi (peta kontur) :

- Kondisi topografi sangat menentukan panjang dan letak tanggul banjir maupun tanggul penutup.

- Dipilih kondisi topografi sedemikian rupa sehingga perencanaan trase saluran tidak mahal.

- Ditepi sungai tersedia tempat untuk membuat bangunan pelengkap, seperti kantong lumpur, tanggul, bangunan pembilas dll.

4. Kondisi geologi teknik (jenis batuan, daerah geser, sesar, daerah patahan dan kemiringan lapisan), daya dukung tanah & kelulusan tanah pondasi.

5. Data hidrologi curah hujan, debit, neraca air.6. Kebutuhan air irigasi, air baku dll.7. Data mekanika tanah dengan sumur dan parit uji.

Diharapkan setelah mengikuti perkuliahan mahasiswa dapat merencanakan dimensi hidrolis bendung/ pelimpah untuk tipe

Ogee dan tipe bulat.

Perencanaan hidrolis bendung tetap dan pelimpah pada dasarnya sama, yang membedakan adalah ketinggiannya :

Perencanaannya dapat dibagi menjadi beberapa langkah sebagai berikut :

A. Perencanaan elevasi mercu/puncak mercu).B. Perencanaan lebar efektif bendung.C. Perencanaan hidrolis mercu bendung.D. Perencanaan peluncur/saluran peluncur.E. Perencanaan kolam olak.

A.Perencanaan Elevasi Mercu Bendung Tetap DAN Pelimpah :

Elevasi mercu bendung tetap ditentukan berdasarkan elevasi yang diperlukan agar air dapat mengalir secara gravitasi. direncanakan = elevasi muka air rencana didepan pengambilan + 0,1 m, untuk mencegah kehilangan air pada bendung akibat gelombang.

Elevasi mercu pelimpah ditentukan berdasarkan besarnya volume air yang akan ditampung di dalam waduk.

Sedangkan Elevasi muka air rencana di depan bangunan pengambilan ditentukan berdasarkan :

1. Elevasi muka air yang diperlukan untuk eksploitasi normal, dengan mempertimbangkan :

- Elevasi maksimum daerah layanan misal sawah, industri, perumahan.- Kedalaman air di sawah untuk daerah irigasi.- Kehilangan tinggi energi di saluran dan bangunan sepanjang saluran tersier, saluran sekunder, sal. primer.

2. Beda tinggi energi pada kantong lumpur/pengendap lumpur yang diperlukan untuk membilas sedimen dari kolam

3. Beda tinggi energi pada bangunan pembilas yang diperlukan untuk membilas sedimen dekat pintu pengambilan.

4. Beda tinggi energi yang diperlukan untuk meredam energi pada kolam olak.

Elevasi muka air yang diperlukan di saluran primer/sekunderdi hulu bangunan sadap tersier dapat ditentukan dengan rumus :

P = A + a + b + n.c + d + m.e + f + g + ∆h + Z

h100 = kedalaman muka air pada muka air normal 100 %

~10 cm

~5cm~5cm~10 cm~5cm=0,18 h100 =IxL

Di mana :

P = muka air di saluran sekunder.

A = elevasi air tertinggi di sawah.

a = tebal lapisan air di sawah ~ 10 cm.

b = kehilangan tinggi energi di sal. kuarter ke sawah ~ 5 cm

c = kehilangan tinggi energi di box bagi kuarter ~ 5 cm/box

d = kehilangan tinggi energi selama pengaliran di

saluran irigasi, I x L.

e = kehilangan tinggi energi di box bagi tersier ~ 10 cm.

f = kehilangan tinggi energi di gorong-gorong ~ 5 cm

g = kehilangan tinggi energi di bangunan sadap tersier.

∆h = variasi tinggi muka air 0,18 h100 (h100 = kedalaman

muka air pada muka air normal 100 %).Z = kehilangan tinggi energi di bangunan tersier yang lain (jembatan).

B. Perencanaan Lebar Efektif Bendung & Pelimpah:

Lebar bendung/pelimpah adalah jarak antara pangkal-pangkalnya (abutment), sebaiknya dibuat = lebar rata-rata sungai pada bagian yang stabil, maksimum = 1,2 kali lebar rata2. - Di bagian ruas bawah sungai, lebar rata-rata sungai dapat diambil pada debit penuh (bankfull discharge). - Di bagian ruas atas agak sulit untuk menentukan debit penuh, sehingga untuk menentukan lebar rata-rata sungai dapat diambil debit banjir rata-rata tahunan untuk

menentukan lebar bendung.Untuk keperluan perencanaan diperlukan lebar efektif bendung /pelimpah yaitu bentang bendung/pelimpah dikurangi dengan kontraksi yang terjadi, dihitung dengan persamaan sbb. :

Be = lebar efektif bendung ; B = lebar bendung/jarak antara pangkal bendung

n = jumlah pilar ; Kp = koefisien kontraksi pilar ; H1 = tinggi energi, m

Ka = koefisien kontraksi pangkal bendung (abutment).

1)(2 HaK

pnKB

eB

Lebar efektif bendung : Be = B - 2(n.Kp + Ka) H1

Lebar bendung =

Dalam memperhitungkan lebar efektif, lebar pembilas sebaiknya diambil 0,8 dari lebar rencana (Bs = 0,8 B3) untuk mengkompensasi perbedaan koefisien debit dibandingkan dengan mercu bendung itu sendiri.

lihat gambar 4.1

Besarnya koefisien kontraksi abutment dan koefisien kontraksi pilar tergantung dari bentuk pilar dan abutment.

Semakin besar penyimpangan (divergence) dari garis aliran (streamline), semakin besar pula koefisien kontraksinya sehingga semakin kecil bentang efektif dari mercu bendung/pelimpah.

Nilai koefisien kontraksi pilar Kp sesuai bentuk pilar dan koefisien kontraksi pangkal bendung Ka dapat dilihat pada tabel dibawah ini.Agar pembuatan bangunan peredam energi tidak terlalu mahal maka aliran per satuan lebar dibatasi sekitar 12 – 14 m³/det yang akan memberikan tinggi energi maksimum sebesar 3,5 – 4,5 m gambar 4.1.

No. Bentuk Pilar Kp1.

2.

Ujung pilar segiempat dengan sudut dibulatkan pada jari-jari yang hampir = 0,1 dari tebal pilar.Ujung pilar segiempat dengan sudut tanpa pembulatan.

0,02

0,103. Ujung pilar bulat 0,014. Ujung pilar runcing 0,00

No. Bentuk Pangkal Tembok Ka1. Abutment/pangkal tembok segiempat dengan

dinding hulu pada 90⁰ ke arah aliran 0,202.

3.

Abutmen bulat dengan tembok hulu pada 90⁰ ke arah aliran dengan 0,5 H1 > r > 0,15 H1.Abutmen bulat di mana tembok hulu < 45⁰ ke arah aliran dengan r > 0,5 H1.

0,02

0,00

Tabel Nilai Kp (koefisien kontraksi pilar).

Tabel Nilai Ka (koefisien kontraksi pangkal bendung).

C. Perencanaan hidrolis mercu bendung :

Bentuk mercu yang banyak dipakai di Indonesia adalah tipe Ogee dan mercu bulat (mercu Vlugter dan Schoklitsch) dapat dipakai untuk konstruksi beton, pasangan batu atau kombinasi keduanya.

Mercu Ogee :

Mercu Ogee berbentuk tirai luapan (flow nappe) bawah dari bendung ambang tajam.Bagian hulu permukaan mercu Ogee mempunyai empat bentuk yaitu vertikal, miring dengan kemiringan 3:2, 3:1, 1:1.

Sedangkan bentuk baku permukaan mercu Ogee bagian hilir dinyatakan dengan persamaan sbb. :

X dan Y = koordinat permukaan hilir lihat Gambar 4.9.hd = tinggi energi rencana di atas mercu bendung.K dan n = parameter yang besarnya tergantung pada faktor kemiringan permukaan bendung bagian hulu lihat tabel dibawah.

n

dh

X

K

1

dh

YYn

dKh 1nX

Kemiringan permukaan hulu mercu

K n

Vertikal 2,000 1,8503 : 2 atau (1:0,67) 1,939 1,8103 : 1 atau (1:0,33) 1,936 1,836

1 : 1 1,873 1,776

Tabel harga K dan n

Mercu Schoklitsch Mercu Vlugter (2 jari-jari)

Tinggi energidi atas mercu.

hd = tinggi air di atas mercu.

Bagian hulu mercuOgee bervariasi sesuai dengan kemiringanpermukaan hilir.

Tipe Bendung Ogee

Karakteristik :Tinggi energi di atas bendung lebih pipih

(debit lebih kecil)

By : Miftakhur Riza

“b” tidak masuk dalam “akar”

Debit melalui pelimpah Ogee dapat dihitung dengan rumus sbb. :

Q = debit, m³/detikH1 = tinggi energi total di atas mercuC = koefisien debit ; Cd = koefisien debit = C0C1C2

C0 = 1,3 (konstanta) C1 = fungsi p/hd dan H1/hdC2 = faktor koreksi untuk permukaan hulu.

Faktor koreksi C1 disajikan pada Gambar 4.10 dan sebaiknya dipakai untuk berbagai tinggi bendung di atas dasar sungai.

Be = Bentang efektif ; b = lebar mercu.

5,11H

eCBQ gbH

3

25,113

2d

C Q atau :

Harga pada Gambar 4.5 sahih/valid jika mercu bendung cukup tinggi di atas dasar rata-rata alur pengarah (p/H1 ≥ 1,5).

Dalam tahap perencanaan, p dapat diambil 0,5 jarak mercu sampai dasar rata-rata sungai sebelum bendung dibuat.

Jika p/H1 < 1,5 maka Gambar 4.6 dapat dipakai untuk menentukanfaktor pengurangan C1.

1,3

C0 maksimum = 1,49 jika H1/r > 5

0,91

0,46

Digunakan jika : p/H1 < 1,5

Besarnya koefisien debit C pada rumus di atas tergantung pada beberapa faktor :

a. Pengaruh kecepatan awal.b. Pengaruh kemiringan permukaan hulu mercu.c. Pengaruh efek aliran tenggelam di landasan hilir.

a. Pengaruh kecepatan awal :

Besarnya koefisien debit tergantung dari ketinggian bendung/pelimpah Ogee (h) dan tinggi rencana di atas mercu bendung/pelimpah (hd) :

- Bila ketinggian bendung/pelimpah > 1,33 kali tinggi rencana, maka efek kecepatan masuk dapat diabaikan atau bila :

- Bila ketinggian bendung/pelimpah < 1,33 kali tinggi rencana, maka efek kecepatan masuk tidak dapat diabaikan. Kondisi ini biasanya terjadi pada bendung yang rendah dengan :

33,1d

h

h00,1

dh

1H

33,1d

h

h

maka :

Kecepatan masuk akan mempunyai efek yang cukup besar terhadap debit/koefisien debit. Gambar grafik dibawah, merupakan grafik tidak berdimensi, dibuat oleh Waterways Experimental Station (WES) yang dapat dipakai untuk mengetahui besarnya efek kecepatan masuk.

Grafik ini merupakan fungsi dengan untuk suatu mercu bendung/pelimpah yang direncanakan dengan bentuk WES dengan kemiringan hulu tegak lurus.

dh

1H

dC

C

Dari gambar di atas, harga C1 berlaku untuk tipe Ogee, hulu vertikal.Jika permukaan hulu miring harus pakai koefisien koreksi C2, Gbr 4.7.

b. Pengaruh kemiringan permukaan hulu mercu.

Koefisien debit bendung/pelimpah Ogee juga dipengaruhi oleh kemiringan permukaan hulu.

Untuk permukaan hulu yang miring, nilai C harus dikoreksi dengan efek kemiringan hulu tersebut, yaitu dengan mengalikan nilai C2 dengan suatu faktor koreksi yang diambil dari grafik 4.7 di bawah.

Grafik tersebut dibuat berdasarkan data dari U.S. Bureau of Reclamation.

Gambar di atas Harga koefisien koreksi untuk pengaruh kemiringan muka bendung bagian hulu terhadap debit.

Koefisien koreksi C2 merupakan fungsi kemiringan permukaan bendung dan perbandingan p/H1.

Koefisien koreksi C2 kurang lebih = harga faktor koreksi mercu tipe Ogee.

1,006

0,46

c. Efek aliran tenggelam di landasan hilir :

Pelimpah/bendung disebut tenggelam (submerged) bila air di hilir lebih tinggi dari mercu. Terbenamnya pelimpah atau bendung akan memperkecil koefisien debit.

Hasil percobaan USBR (United States Bureau of Reclamation) terhadap pengurangan ini dinyatakan dalam prosentase koefisien debit untuk aliran tenggelam & ditunjukkan dalam Gambar 4.8.

Dari gambar di atas dapat diperoleh harga faktor penguranganaliran tenggelam sebagai fungsi perbandingan aliran tenggelam H2/H1.Faktor pengurangan aliran tenggelam mengurangi debit dalam

keadaan tenggelam.

Satu perbandingan

Dua perbandingan

Mercu Bulat :Bendung dengan mercu bulat, koefisien debitnya jauh lebih tinggi (44%) dibanding dengan bendung ambang lebar karena lengkung streamline & tekanan negatif ada mercu keuntungannya adalah bangunan tersebut akan mengurangi tinggi muka air hulu selama banjir.

Mercu bulat ada dua tipe yaitu :

a. Mercu bulat dengan jari-jari satu (mercu Vlugter) : r = (0,5 s/d 1,0) H1

b. Mercu bulat dengan jari-jari dua (mercu Schoklitsch) :r1 = 0,5 H1 ; r2 = (1,0 s/d 1,5) H1

Yang digunakan untuk menentukan nilai C adalah r2.

tidak dianjurkan jika debit fluktuatif, misal bendung disungai, better tipe bak tenggelam.

p = tinggi mercu, m.H1 = tinggi energi di atas mercu, m.r = jari-jari mercuh1 = hd = tinggi air di atas mercu.

k =

Persamaan tinggi energi – debit :

Q = debit, m³/detikb = panjang mercu ; H1 = tinggi energi total pada mercuCd = koefisien debit = C0C1C2 ; g = percepatan gravitasi, 9,8 m/det²

C0 = koefisien debit, fungsi H1/r Gambar 4.5.C1 = koefisien debit, fungsi p/H1 Gambar 4.6.C2 = fungsi p/H1, faktor koreksi untuk permukaan hulu bendung, Gambar. 4.7.

gbH3

25,113

2d

C Q

Tipe Mercu Bulat

Karakteristik :1. Debit yang dihasilkan lebih besar

2. Dapat mengurangi tinggi muka air di hulu saat banjir

By : Miftakhur Riza

“b” tidak masuk dalam akar !.

Tekanan pada mercu adalah fungsi perbandingan antara H1 & r(H1/r).Untuk bendung dengan 2 jari-jari (Schoklitsch), jari-jari hilir digunakan

untuk menentukan harga koefisien debit.Untuk menghindari bahaya kavitasi lokal, tekanan pada mercu dibatasi -4 m tekanan air jika mercu dari beton, untuk pasangan batu

dibatasi -1 m tekanan air.

-0,2

Kavitasi = terjadinyatekanan < 1 atm yangmengakibatkan gelembungudara dipermukaan badanbendung, menimbulkanlubang karena terlepasnyabutiran agregat daripermukaan konstruksi.

Debit melalui mercu dapat dihitung dengan rumus berikut :

- Untuk aliran sempurna bila

- Untuk aliran tidak sempurna bila 13

1Hz

1

1

3

2

43,043,0

Hd

H

htm

gzHmBQ

d

d

e

13

1Hz

1

2

3

2

5018,049,1

Hd

r

hm

gddmBQ e

Di mana :Q = debit ; m = koefisien debitBe = bentang efektif ; H1 = tinggi energid = kedalaman kritikg = percepatan gravitasih = tinggi bendung ; r = jari-jari mercuz = perbedaan tinggi energi hulu dan hilir mercu

t = koefisien yang tergantung dari nilai , seperti dalam tabel berikut ini :

d

d

H

h

0,05 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

t 0,31 0,39 0,48 0,54 0,57 0,59 0,59 0,61 0,64 0,69

d

d

H

h

CONTOH SOAL :1. Direncanakan bendung pasangan dengan mercu

bulat, kemiringan muka hulu 1:0,33, bagian hilir 1:1. Estimasi awal jari-jari mercu r = 1,75 m.

Lebar efektif 62,40, lebar antar tumpu (abutment) 71,40 m, p = 1,50 m, Q = 800 m³/det. Hitung H1 dan

Penyelesaian :

Asumsi awal, ambil Cd = 1,3.

81,93

25,11

40,6230,13

2800

3

25,113

2

xxxHxx

gbH

d

C Q

79,55,11 H

mH 22,31

84,175,1

22,31 r

H C0 diperkirakan dari Gambar 4.5 : diperoleh C0 = 1,30.

cek tekanan air pada mercu !.

Karena permukaan hulu miring 1:0,33 maka perlu faktor koreksi C2 dari Gambar 4.7 :

Harga Cd berbeda dari asumsi awal Cd = 1,30, maka harus dilakukan perhitungan ulang, diperoleh : H1 = 3,40 m.

Bendung dari pasangan batu besar tekanan > -1,0 m,

dengan menggunakan Gambar 4.4, dengan

maka besar tekanan air pada mercu adalah :

50,146,022,3

50,1

1

H

p Maka harus dikoreksi dengan koefisien C1 dengan Gambar 4.6 : diperoleh C1 = 0,91.

46,01

H

p C2 = 1,006. Cd = C0 x C1 x C2 = 1,30 x 0,91 x 1,006 = 1,19.

94,175,1

40,31 r

H

2,0: 1

H

g

p

0,168,04,32,0

x

g

p

ok.

2. Rencanakan dimensi hidrolis mercu bendung tipe Vlugter jika diketahui tinggi bendung 5 m, Q rencana 300 m3/dt,

bentang efektif 30 m dan aliran sempurna.Penyelesaian :Mercu Vlugter : r = (0,5 s/d 1,0) H1

Direncanakan r = H1

Untuk aliran sempurna :

211

2

1

2

45,09,004,1

55018,049,1

5018,049,1

HHm

Hm

r

hm

Dengan trial and error (coba-coba) diperoleh :H1 = 2,715 m

Jadi r = H1 = 2,715 m

11211

1

3

281,9

3

230

45,09,004,1300

3

2

HxxHxxHH

Hd

gddmBQ e

3. Rencanakan dimensi hidrolis mercu bendung bila diketahui data-data sebagai berikut :

Q rencana = 1.000 m3/dt.Lebar rata-rata sungai di lokasi bendung = 80 m.Pengambilan satu sisi, pintu pembilas bagian depannya terbuka.Koefisien debit C = 2,22 ; Tinggi bendung = 6 m.Koefisien yang belum ada silakan ditentukan sendiri.

Penyelesaian :Nilai C = 2,22, direncanakan tipe mercu bendung adalah Ogee, dengan permukaan hulu tegak, efek kecepatan awal diabaikan atau sehingga atau H1 = Hd

33,1d

H

h1

dH

1h

Bendung direncanakan dengan bentuk abutment segi-4 dengan dinding hulu ke arah aliran, nilai Ka = 0,2 dan bentuk pilar pembilas ujung segiempat, nilai Kp = 0,10 dan tebal = 0,267 Hd

Be= B - 2(n.Kp + Ka)H1 - 0,267.Hd

Be = 80 – 2(1.0,10 + 0,2).Hd – 0,267.Hd

Be = 80 – 0,867.Hd

Dengan trial and error (coba-coba) didapat Hd = H1= 3,2 m

Be = 80 – 0,867 x 3,2 = 78,3 m

Tebal pilar pembilas = 0,267 x 3,2 = 0,8544 m

5,11H

eCBQ

5,2907,15,11761000

5,1

HdHd

Hd0,867Hd-802,221000

Persamaan permukaan hilir mercu bendung dengan permukaan hulu tegak : K = 2,0

n = 1.85

Tabel koordinat permukaan hilir mercu bendung :

YX

YX

YnKHd

375,585,1

85,02,3285,1

1

nX

Y (m) X (m)

0 0

1 2,48

2 3,61

3 4,49

4 5,25

5 5,92

6 6,54

Bentuk bagian hulu :

R = 0,2 Hd = 0,2 x 3,2 = 0,64 m

Jarak dari sumbu Y = 0,282 Hd = 0,282 x 3,2 = 0,9 m.

(lihat gambar 4.9).

R = 0,5 Hd = 0,5 x 3,2 = 1,6 m

Jarak dari sumbu Y = 0,175 Hd = 0,175 x 3,2 = 0,56 m.

stop