bab iii stabilitas bendung
DESCRIPTION
Perencanaan Suatu BendungTRANSCRIPT
-
PERANCANGAN IRIGASI BANGUNAN AIR
45
BAB III
ANALISA STABILITAS BENDUNG
Gaya-gaya yang bekerja pada tubuh bendung, akibat:
1. Tekanan air
2. Tekanan lumpur
3. Tekanan berat sendiri bendung
4. Gaya gempa
5. Gaya angkat (uplift pressure)
3.1. Tekanan Air
3.1.1 Tekanan Air Normal
Gambar 3.1 Diagram tekanan akibat air normal
air = 1 ton/m3
Pa1 = ..h.2
1 2air = .3,85.1.
2
1 2 = 7,411 ton
-
PERANCANGAN IRIGASI BANGUNAN AIR
46
Tabel 3.1 Perhitungan Tekanan Akibat Air Normal
Bagian Gaya (t) Lengan (m) Momen (tm)
V H X Y Mr M0
Pa1 - 7,411 - 5,905 - 43,763
JUMLAH 7,411 43,763
3.1.2 Tekanan Air Banjir
Gambar 3.2 Diagram tekanan akibat air banjir
Pf1 = 2
air h..2
1 = 23,85.1.
2
1 = 7,411 ton
Pf2 = b . h . air = 1,851.(3,85).(1) = 7,126 ton
Pf3 = 2
air h . .2
1 = 22,634.1.
2
1 = - 3,469 ton
Pf4 = 2
air h..2
1 = 22,634.1.
2
1 = 3,469 ton
-
PERANCANGAN IRIGASI BANGUNAN AIR
47
Tabel 3.2 Perhitungan Tekanan Akibat Air Banjir
Bagian Berat (ton) Lengan (m) Momen
V H x y Mr Mo
Pf1 7,411 5,663 41,972
Pf2 7,411 6,305 46,728
Pf3 -3,469 4,756 -16,498
Pf4 3,469 0,892 3,094
JUMLAH 3,469 11,354 3,904 72,202
3.2. Tekanan Lumpur
lumpur = 0,6 ton/m3
= 300
Ka = tan2 (450 /2)
= tan2 (450 30o/2)
= 0,333
Keterangan :
lumpur = berat volume lumpur (t/m3)
= sudut gesek dalam
Ka = tekanan lumpur aktif (0,333)
Gambar 3.3 Diagram tekanan akibat lumpur
-
PERANCANGAN IRIGASI BANGUNAN AIR
48
PL1 = 2
1. Ka . lumpur . h
2
= 2
1.(0,333).(0,6).(3,85)2
= 1,481 ton
Tabel 3.3 Perhitugan Tekanan Akibat Lumpur
Bagian Gaya (t) Lengan (m) Momen (tm)
V H x Y Mr M0
PL1 - 0,888 - 5,663 - 5,031
JUMLAH 0,888 5,301
3.3. Tekanan Berat Sendiri Bendung
Berat volume pasangan batu pas batu = 2,2 t/m2
Ditinjau 1 m lebar bendung
Gambar 3.4 Diagram tekanan berat sendiri bendung
W1 = b . h . pasangan = 2,0 . 2,0 . 2,2 = 8,800 ton
W2 = b . h . pasangan = 1,649 . 3,848 . 2,2 = 13,960 ton
W3 = b . h . pasangan = 1,0 . 4,0 . 2,2 = 8,800 ton
W4 = b . h . pasangan = 1,5 . 3,5 . 2,2 = 11,550 ton
-
PERANCANGAN IRIGASI BANGUNAN AIR
49
W5 = b . h . pasangan = 2,5 . 3,0 . 2,2 = 16,500 ton
W6 = 2/3 . b. h . pasangan = 2/3 . 1,5 . 1,5 . 2,2 = 3,300 ton
W7 = 1/2 . b. h . pasangan = 1/2 . 3,0 . 2,5 . 2,2 = 8,250 ton
Tabel 3.4 Perhitungan Tekanan Berat Sendiri Bendung
Bagian Gaya (ton)
Vertikal
Lengan (m) Momen (tm)
x y Mr M0
W1 8,800 6,000 3,000 52,800 26,400
W2 13,960 5,825 5,924 81,311 82,701
W3 8,800 4,500 5,000 39,600 44,000
W4 11,550 3,250 3,750 37,538 43,313
W5 16,500 1,250 1,500 20,625 24,750
W6 3,300 3,500 6,000 11,550 19,800
W7 8,250 1,667 3,833 13,750 31,625
71,160 257,174 272,588
Pada badan bendung yang berbentuk parabola, luas penampang digunakan pendekatan :
A = 2/3 . L . H
Didapat: W = 71,160 ton
Mo = 272,588 tm
Mr = 257,174 tm
3.4. Gaya Gempa
3.4.1 Gempa Horisontal
Gaya Gempa Horisontal (H) = Kh. W
= 0,10. 71,160
= 7,116 ton
Momen akibat H = Kh. Mo
= 0,10. 272,588
= 27,259 tm
-
PERANCANGAN IRIGASI BANGUNAN AIR
50
Keterangan:
Kh = Koefisien gempa horisontal (diambil: Kh = 0,10)
W = Total berat sendiri bendung (t)
Mo = Momen guling akibat berat sendiri bendung (tm)
3.4.2 Gempa Vertikal
Gaya Gempa Vertikal (V) = Kv. W
= 0,05. 71,160
= 3,558 ton
Momen akibat V = Kv. Mr
= 0,05. 257,174
= 12,859 tm
Keterangan :
Kv = Koefisien gempa vertikal (diambil: Kv = 0,005)
Mr = Momen tahanan akibat berat sendiri
3.5. Gaya Angkat (Uplift Pressure)
3.5.1 Tekanan Air Normal
L = Lh + Lv
= 19,15 + 10,62
= 29,77 m
H (air normal) = elev. MAN elev. Dasar sungai
= 168,85 165,00
= 3,85 m
=
.
=
29,77. 3,2
= 0,107
Keterangan :
Hx = tinggi muka air dari titik yang dicari (m)
Lx = panjang rayapan (m)
L = total rayapan (m)
-
PERANCANGAN IRIGASI BANGUNAN AIR
51
H = tinggi muka air normal dari lantai dasar bendung (m)
Ux = uplift pressure di titik x (t/m2)
Gambar 3.5 Rayapan gaya angkat akibat muka air normal
Tabel 3.5 Perhitungan Tinggi Air Normal Terhadap Muka Bendung
Titik Hx (m) Lx (m) Ux (t/m2)
A 5.23 29..77 1.380
B 8.23 26.77 4.768
C 8.23 24.27 5.091
D 6.23 22.27 3.350
E 6.23 20.77 3.544
F 5.23 19.77 2.673
G 5.23 18.77 2.803
H 6.23 17.77 3.932
I 6.23 15.77 4.191
J 4.23 13.77 2.449
-
PERANCANGAN IRIGASI BANGUNAN AIR
52
1.3800
3.0000
4.7680
A
B
c
U1
U2
RL
=
2(1 + 2)
=(21 + 2)
3(1 + 2)
Keterangan: R = Resultante Uplift Pressure (ton)
L = Lengan momen (m)
U1 = Uplift Pressure terendah di setiap bagian (ton)
U2 = Uplift Pressure tertinggi di setiap bagian (ton)
Tabel 3.6 Perhitungan Uplift Pressure Akibat Air Normal
Bagian Gambar Gaya angkat per 1 m panjang (t)
A - B
H = xH
UU
2
21
= - 32
768,4380,1x
= - 9,222 t
y =ba
bah
2
3
=
768,4380,1
768,4)380,12(
3
3 x
= 1,224 m
Ytotal = 1,224 m
-
PERANCANGAN IRIGASI BANGUNAN AIR
53
BC 2.5000
5.09104.7680
C
D
5.0910
2.0000
3.3500
DE 1.5000
3.35003.5440
B - C
V = xHUU
2
21
V = - 5,22
091.5768,4x
= -12,324 t
x = cb
cbh
2
3
=
091,5768,4
091,5)768,42(
3
5,2 x
= 1,236 m
X total = 3 1,236 = 1,764 m
C D
H = xHUU
2
21
H = 0,22
350,3091,5x
= 8,441 t
y = dc
dch
2
3
=
350,3091,5
350,3)091,52(
3
0,2 x
= 1,069 m
Ytotal = 1,069 m
D E
V = xH
UU
2
21
V = - 5,12
544,3350,3x
= - 5,170 t
x =ed
edh
2
3
=
544,3350,3
544,3)350,32(
3
5,1 x = 0,743 m
X total = (2,5 0,743) + 1,5 = 3,257 m
-
PERANCANGAN IRIGASI BANGUNAN AIR
54
FG
2.67302.8030
1.0000
G
1.0000
2.8030
3.9320H
E
F
3.5440
1.0000
2.6730
E F
H = xH
UU
2
21
H = 12
673,2544,3x
= 3,109 t
y = fe
feh
2
3
=
673,2544,3
673,2)544,32(
3
1 x
= 0,523 m
Ytotal = 0,523 + 1,0 = 1,523 m
F G
V = xH
UU
2
21
V = - 12
803,2673,2x
= - 2,738 t
x = gf
gfh
2
3
=
803,2673,2
803,2)673,22(
3
1 x = 0,496 m
X total = (1 - 0,496) + 2,5 + 1,5 = 4,504 m
G - H
H = xH
UU
2
21
H = - 0,12
932,3803,2x
= - 3,367 t
y =hg
hgh
2
3
=
932,3803,2
932,3)803,22(
3
0,1 x
= 0,472 m
Ytotal = 0,472 + 1,0 = 1,472 m
-
PERANCANGAN IRIGASI BANGUNAN AIR
55
2.0000
3.93204.1910
HI
I
J
2.0000
2.4490
4.1910
H - I
V = xH
UU
2
21
V = - 22
191,4932,3x
= - 8,122 t
x =hg
hgh
2
3
=
191,4932,3
191,4)932,32(
3
2 x
= 0,989 m
Xtotal = (2 0,989) + 2,5 + 1,5 + 1
= 6,011 m
I - J
H = xH
UU
2
21
H = 22
449,2191,4x
= 6,640 t
y =hg
hgh
2
3
=
449,2191,4
449,2)191,42(
3
2 x
= 1,087 m
Ytotal = 1,087 + 1 = 2,087 m
Tabel 3.7 Gaya Angkat Air Normal
Titik Hx
(m)
Lx
(m)
Ux
(t/m2)
Uplift Force (t) Lengan (m) Lengan (m) Momen
V H x y x
(total)
y
(total) Mr Mo
A 5.23 29.77 1.380
-9.222 1.224 1.224 11.292
B 8.23 26.77 4.768
-12.324 1.236 1.764 21.740
C 8.23 24.27 5.091
8.441 1.069 1.069 9.022
D 6.23 22.27 3.350
-5.170 0.743 3.257 16.840
E 6.23 20.77 3.544
-
PERANCANGAN IRIGASI BANGUNAN AIR
56
3.109 0.523 1.523 4.734
F 5.23 19.77 2.673
-2.738 0.496 4.504 12.332
G 5.23 18.77 2.803
-3.367 0.472 1.472 4.957
H 6.23 17.77 3.932
-8.122 0.989 6.011 48.824
I 6.23 15.77 4.191
6.640 1.087 2.087 13.857
J 4.23 13.77 2.449
(JUMLAH) - 28.355 5.600 30.106 113.491
Catatan : Searah jarum jam (+)
Berlawanan arah jarum jam (-)
Gaya Angkat Akibat Air Normal :
1. Tekanan Vertikal
V = fu x V = 0,5 x (- 28,355) = - 14,178 ton
2. Tekanan Horizontal
H = fu x H = 0,5 x 5,600 = 2,800 ton
3. Momen
Mr = 0.5 x Mr = 0,5 x (30,106) = 15,053 t.m
Mo = 0.5 x Mo = 0,5 x (113,491) = 56,746 t.m
Dimana : fu = koefisien reduksi untuk jenis tanah keras (50 %)
3.5.2 Tekanan Air Banjir
L = 29,77 m
H (air banjir) = elev. M.A.B elev. Dasar sungai
= 170,701 165,000
= 5,701 m
=
. =
29,77. 5,701 = 0,192
Keterangan:
Hx = tinggi muka air dari titik yang dicari (m)
Lx = panjang rayapan (m)
L = total rayapan (m)
-
PERANCANGAN IRIGASI BANGUNAN AIR
57
H = tinggi muka air banjir dari lantai dasar bendung (m)
Ux = uplift pressure di titik x (t/m2)
Gambar 3.6 Rayapan gaya angkat akibat muka air banjir
Tabel 3.8 Perhitungan Tinggi Air Banjir Terhadap Muka Bendung
Titik Hx (m) Lx (m) Ux (tm)
A 7.08 29.77 1.380
B 10.08 26.77 4.995
C 10.08 24.27 5.433
D 8.08 22.27 3.816
E 8.08 20.27 4.104
F 7.08 19.77 3.295
G 7.08 18.77 3.487
H 8.08 17.77 4.678
I 8.08 15.77 5.061
J 6.08 13.77 3.444
-
PERANCANGAN IRIGASI BANGUNAN AIR
58
A1.3800
3.0000
4.9550B
2.5000
4.95505.4330
BC
3.8160
2.0000
5.4330
C
D
Tabel 3.9 Perhitungan Uplift Pressure Akibat Air Banjir
Bagian Gambar Gaya angkat per 1 m panjang (t)
A-B
H = xHUU
2
21
= - 0,32
955,4380,1x
= - 9,502 t
y =ba
bah
2
3
=
955,4380,1
955,4)380,12(
3
0,3 x
= 1,218 m
Ytotal = 1,218 m
B-C
V = xHUU
2
21
V = - 5,22
433,5955,4x
= - 12,985 t
x = cb
cbh
2
3
=
433,5955,4
433,5)955,42(
3
5,2 x
= 1,231 m
X total = 2,5 1,231 = 1,269 m
C-D
H = xH
UU
2
21
H = 0,22
816,3433,5x
= 9,250 t
y = dc
dch
2
3
=
816,3433,5
816,3)433,52(
3
0,2 x = 1,058 m
Ytotal = 1,058 m
-
PERANCANGAN IRIGASI BANGUNAN AIR
59
1.5000
3.81604.1040
DE
4.1040 E
F
1.0000
3.2950
1.0000
3.29503.4870
FG
D-E
V = xHUU
2
21
V = - 5,12
104,4816,3x
= - 5,940 t
x = ed
edh
2
3
=
104,4816,3
104,4)816,32(
3
5,1 x
= 0,741 m
X total = (1,5 - 0,741) + 2,5 = 3,259 m
E-F
H = xHUU
2
21
H = 12
295,3104,4x
= 3,699 t
y = fe
feh
2
3
=
295,3104,4
295,3)104,42(
3
1 x
= 0,518 m
Ytotal = 0,518 + 1,0 = 1,518 m
F-G
V = xHUU
2
21
V = - 0,12
487,3295,3x
= - 3,391 t
x = gf
gfh
2
3
=
487,3295,3
487,3)295,32(
3
0,1 x
= 0,495 m
X total = (1,0-0,495)+2,5+1,5 = 4,505 m
-
PERANCANGAN IRIGASI BANGUNAN AIR
60
1.0000
4.6780
3.4870G
H
2.0000
4.67805.0610
HI
2.0000
5.0610
3.4440
I
J
G-H
H = xHUU
2
21
H = - 0,12
678,4487,3x
= - 4,082 t
y =hg
hgh
2
3
=
678,4487,3
678,4)487,32(
3
0,1 x
= 0,476 m
Ytotal = 0,476 + 1,0 = 1,476 m
H-I
V = xHUU
2
21
V = - 0,22
061,5678,4x
= - 9,739 t
x =hg
hgh
2
3
=
061,5678,4
061,5)678,42(
3
0,2 x
= 0,987 m
Xtotal = (2 0,987) + 2,5 + 1,5 + 1,0
= 6,013 m
I-J
H = xHUU
2
21
H = 0,22
444,3061,5x
= 8,505 t
y =hg
hgh
2
3
=
444,3061,5
444,3)061,52(
3
0,2 x = 1,063 m
Ytotal = 1,063 + 2 = 3,063 m
-
PERANCANGAN IRIGASI BANGUNAN AIR
61
Tabel 3.10 Gaya Angkat Akibat Air Banjir
Titik Hx
(m)
Lx
(m)
Ux
(t/m2)
Uplift Force (t) Lengan (m) Lengan (m) Momen
V H x y x
(total)
y
(total) Mr Mo
A 7.08 29.77 1.380
-9.502 1.214 1.218 11.572
B 10.08 26.77 4.955
-12.985 1.231 1.269 16.478
C 10.08 24.27 5.433
9.250 1.058 1.058 9.789
D 8.08 22.27 3.816
-5.940 0.741 3.259 19.358
E 8.08 20.77 4.104
3.699 0.518 1.518 5.615
F 7.08 19.77 3.295
-3.391 0.495 4.505 15.275
G 7.08 18.77 3.487
-4.082 0.476 1.476 6.025
H 8.08 17.77 4.678
-9.739 0.987 6.031 58.736
I 8.08 15.77 5.061
8.505 1.063 3.063 26.051
J 6.08 13.77 3.444
(JUMLAH) - 32.054 7.870 43.648 125.251
Catatan : Searah jarum jam (+)
Berlawanan arah jarum jam (-)
Gaya Angkat Akibat Air Banjir :
1. Tekanan Vertikal
V = fu x V = 0,5 x (-32.054) = - 16.027 ton
2. Tekanan Horizontal
H = fu x H = 0,5 x (7.870) = 3.935 ton
3. Momen
Mr = 0.5 x Mr = 0,5 x (43.648) = 21.824 t.m
Mo = 0.5 x Mo = 0,5 x (125.251) = 62.626 t.m
Dimana : fu = koefisien reduksi untuk jenis tanah keras (50 %)
-
PERANCANGAN IRIGASI BANGUNAN AIR
62
Tabel 3.11 Akumulasi Beban Beban Pada Bendung
3.6. Kontrol Stabilitas Bendung
Ketentuan :
1. Tegangan tanah dasar yang diijinkan () = 2,0 kg/cm2 = 20 t/m2
2. Over Turning safety factor (guling) = 1,5 kg/cm2
3. Sliding safety factor (geser) = 1,2 kg/cm2
Kombinasi gaya gaya yang bekerja pada bendung :
3.6.1 Tanpa Pengaruh Gempa
1. Keadaan Normal dengan Uplift Pressure
H = a(4) + c(4) + g(4)
= 7,411 + 0,888 + 2,800 = 11,100 t
V = a(3) + c(3) + d(3) + g(3)
= 0,000 + 0,000 + 71,160 14,177 = 56,983 t
Mr = a(5) + c(5) + d(5) + g(5)
= 0,000 + 0,000 + 257,174 + 15,053 = 272,226 tm
M0 = a(6) + c(6) + g(6)
= 43,763 + 5,031 + 56,746 = 105,540 tm
Kontrol:
a. Terhadap Guling (Over Turning)
=
=
272,226
105,540= 2,579 1,5 ()
No. Keterangan Gaya (ton) Momen (ton.meter)
Vertikal Horizontal Mr Mo
1 2 3 4 5 6
Tekanan Air
a Air Normal 0.000 7.411 0.000 43.763
b Air Banjir 3.469 11.354 3.094 72.202
c Tekanan Lumpur 0.000 0.888 0.000 5.031
d Berat Sendiri
Bendung 71.160 - 257.174 -
Gaya Gempa
e Gempa Horisontal - 7.116 27.259 27.259
f Gempa Vertikal 3.558 - 12.859 12.859
Gaya Angkat
g Air Normal -14.177 2.800 15.053 56.746
h Air Banjir -16.027 3.935 21.824 62.626
-
PERANCANGAN IRIGASI BANGUNAN AIR
63
b. Terhadap Geser (Sliding)
=f .
=
0,7 . 56,983
11,100= 3,594 1,2 ()
Dimana, f = koefisien geser (diambil f= 0,7)
c. Terhadap Daya Dukung Tanah (Over Stressing)
Resultante beban vertikal bekerja sejarak a dari titik O
=
=
272,226 105,540
56,983= 2,925
Resultante beban vertikal bekerja sejarak e dari pusat berat bendung
=
2 =
7
2 2,925 = 0,575
Jarak e masih terletak didalam Bidang Kern