bab iii stabilitas bendung

29
  PER NC NG N IRIG SI B NGUN N IR 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 γ = 1 ton/m 3  Pa 1 = . .h γ . 2 1 2 air  =  . 3,85 . 1 . 2 1  2  = 7,411 ton

Upload: nanda-wouri

Post on 05-Oct-2015

198 views

Category:

Documents


49 download

DESCRIPTION

Perencanaan Suatu Bendung

TRANSCRIPT

  • 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