bab v - bangunan utama

3

BAB VPERENCANAAN BANGUNAN UTAMA

5.1Perencanaan Bendung dan Peredam Energi5.1.1Tinggi air di sungai sebelum pembendungan

Data sungai yang diketahui sebagai berikut :

Debit banjir rencana 100 tahunQT=311,697 m3/dt Slope memanjang sungaiI=0,0007 Koefisien kekasaran Manning sungain=0,04 Elevasi mercu bendung=+48,6 m Elevasi dasar bendung=+46,343m Lebar sungaiB=54 m Kemiringan talud sungai ( 1 : m )=1 : 1

P = Elevasi mercu Elevasi dasar sungai= 48,6 46,343= 2,257 2,3 m5.1.2 Tinggi muka air Perhitungan dilakukan dengan cara coba banding dengan menetapkan nilai H sampai didapat Q QT dengan rumus berikut :

A= (B + mH)H

P= B + 2H ()

R=

V = Q= A x V

Tabel 5. 1 Perhitungan Tinggi Air Sebelum PembendunganH (m)A (m)P (m)R (m)V (m)Qhit (m3/dt))Qmaks (m3/dt)

15556,828430,9678250,64717335,59452311,697

1,583,2558,242641,4293650,83930169,87182311,697

211259,656851,8774041,006609112,7402311,697

2,5141,2561,071072,3128791,156798163,3978311,697

317162,485282,7366441,2941221,2912311,697

3,5201,2563,899493,1494771,421176286,0118311,697

3,68552212,601164,424223,3000191,46611311,6967311,697

Dari tabel diatas didapat tinggi air sebelum pembendungan adalah 3,68552 m.

5.1.3 Tinggi air diatas bendung (hd)

Lebar efektif bendung :B = B - 10 %B= 54 10 % (54)= 48,6Maka debit persatuan lebarnya yaitu :

qeff=

==6,4135 m3/dt/m

Untuk mercu Ogee perhitungan dilakukan dengan cara coba banding dengan menetapkan nilai Hd sampai didapat q qeff dengan rumus berikut :

Cd= 0,611 + 0,08 hd / PCd= 0,611 + 0,08 hd / 2,3Y= hd + PY= hd + 2,3

V= q =

Hasil perhitungan nilai hd adalah sebagai berikut :Tabel Coba Banding HdQeff

VYHdCdV2/2gq

0,8016985,700000,8090,03332,770776,413519

0,91621774,700000,7740,04323,590086,413519

1,0689263,700000,7400,05815,875836,413519

1,28270452,700000,7050,0849,6135426,413519

1,46774,3697752,069780,6830,1106,4135196,413519

Tabel 5. 2 Perhitungan perbandingan Hd

5.1.4 Dimensi mercu bendung

Mercu direncanakan adalah OGEE VI dengan sisi bagian hulu dan sisi bagian hilir mempunyai kemiringan 1 : 1.

Hd= 2,07 m0,119hd = 0,25 mR = 0,45hd = 0,93 mX1,776= 1,873hd0,776y

Mencari koordinat titik singgung pada mercu :

xn = k Hd n-1 y k = 1,873x1,776= 1,873 ( 2,07000,776) y n =1,776 (nilai k&n dari USBR) Kp.02

y= () x 1,776y= 0,303603 x 1,776

= ( 0,3003603. 1,776 ) x 0,776

= 0,539199 x 0,7760,539199 x0,776=1

x0,776 = 1,854604 (1/ 0,776)

Jadi x = 2,2166 m y = 1,2481 m

Mercu bagian hilir dihitung dengan table berikut :

Tabel 5.3 Perhitungan Permukaan Mercu Bagian Hilir

x (m)0,000,250,500,751,001,251,501,752,002,22

y (m)0,000,030,090,180,300,450,620,821,041,25

Gambar 5.1 Desain Penampang Mercu

5.1.5 Perhitungan Peredam Energi

Tinggi air dihilir bendung sama dengan tinggi air sebelum pembendunganDWL= Elevasi muka air sungai di bagian hilir bendungDGL= Elevasi dasar sungai di bagian hilir bendungUWL= Elevasi muka air dibagian hulu bendungHL= Elevasi Mercu BendungDWL= DGL + H = 46,343 + 3,68552 = +50,03 mUWL= HL + Hd = 48,6 + 2,07 = + 50,67 m

H = UWL- DWL = 50,67 50,03 = 0,64 m

Menghitung kedalaman kritis

= 1,61253 m

Untuk merencanakan kolam loncat air digunakan tabel perbandingan tak berdimensi untuk loncat air dengan memakai nilai

H1=Hd +

= 2,07 + = 2,18 m

= = 0,2942

Berdasarkan nilai dengan menggunakan tabel A.2.1 (KP-02) diperoleh, diambil nilai terdekat. (didapat dengan Interpolasi).

= 0,3532yu =0,7699

= 1,5407Hu =3,3582

= 1,1307yd =2,4644

= 1,2465Hd =2,7169Mencari elevasi dasar kolam olakElevasi kolam= Elevasi hilir - yd= 46,343 2,4644= 43,88 mBilangan Froude, dihitung sebagai berikut dengan :Hu= 3,3582 mqeff= 6,413519 m3/dtyu= 0,7699 mDicari nilai yu yang baru untuk menghitung bilangan Froude dengan cara coba banding dengan rumus berikut:

Vu= = = 8,3306 m/d

H2== = 4,3070 m

Karena H2> Hu, sehingga H2 Hu

Tabel 5.4 Perbandingan Nilai yuyu (m)Vu (m)2 x gVu2/ 2.g (m)H2 (m)Hu

0,7698738,33061398119,623,5371625534,3070363,358171

0,88,01689814819,623,2757724734,0757723,358171

0,97,12613168719,622,588264673,4882653,358171

0,9290066,90363891119,622,4291656583,3581713,358171

Dari serangkaian diatas diperoleh :yu = 0,9290 m, diperoleh H2 = 3,3582 m, nilai ini sudah mendekati nilai Hu, selanjutnya gunakan nilai yu dari hasil coba banding untuk menghitung nilai bilangan Froude.

= 2,2868

Mengingat nilai bilangan Froude Fr < 2,5 yaitu 2,2868. Maka mengunakan kolam olak dengan ambang ujung (KP-02 hal.152).

Tinggi air sebelum loncatan hidrolis ( y1 ), dapat dihitung dengan manggunakan prinsip persamaan kekekalan energi dari Bernoulli. Perbandingan antara kecepatan sebenarnya dengan teoritis pada kaki bendung dihitung dengan persamaan :

Z + hd + + P = Y1 +

= 1 0,0155 S / hd S = ( Z + P ) = ( 2,5 + 2,3) = 4,8= 1 ( 0,0155 x 4,8 / 2,07) = 0,9641

Maka :

2,5 + 2,07+ + 2,3 = Y1 +

6,9796 = Y1 +

6,9796 - Y1 - = 0: Y1

= 0, dimisalkan = X6,9796 X 1 2,2557 X3 = 0X3 3,0941X + 0,4433 = 0X = 1,6824

Y1 = = Perbandingan tinggi air sesudah dan sebelum terjadi loncatan hidrolis adalah :

= 2,6139 m

Kecepatan air sebelum loncatan :

= = 10,7901 m/dtk

Kecepatan air setelah loncatan :

m/dtk

Bilangan Froude sebelum loncat air ( Fr ) yaitu :

Fr 1= 4,4684

Karena Fr1 < 4,5 maka digunakan panjang kolam olakan ambang ujung.Bilangan Froude setelah loncat air ( Fr ) yaitu :

Fr2 =

Tinggi Loncatan adalah perbedaan tinggi air sesudah dan sebelum loncatan hidrolis, yaitu :Hj = Y2 Y1 = 2,6139 0,5944 = 2,0195 m

Panjang kolam olakan

Lj = 5 (n+y2)........................................n = Yu x 0,5 (KP-02 gbr.4.19)= 5 x (0,4645 + 2,6139)= 0,9290 x 0,5= 15,39 m 15,5 m= 0,4645 m 0,5 m

Gambar 5. 2 : desain penampang bendung

5.1.6 Pelindung dasar di hilir bendungPanjang lindungan :

R = 0,47 ......................

= 1,021617 m

Menurut standar perencanaan irigasi KP-02, panjang perlindungan sebaiknya diambil 4 x kedalaman gerusan lokal ( R ), maka panjang perlindungan adalah sebesar :

4 x 1,021617 = 4,086468 m 4,1 m

5.1.7 Lantai Hulu Bendung /Lantai Depan(Apron)

Panjang lantai depan :

Harga WCR ( c ) = 7 (untuk pasir halus dari table 6.5 KP-02)H = (+ 48,6) - (+ 46,343) = 2,257 m 2,3 m6

16,1 = 12,6 + 1/3 LdLd = 3 x (16,1 12,6) Ld = 10,5 m > 7 m (aman)Untuk memperpendek panjang lantai depan, maka lantai direncanakan dalam arah horizontal dan vertikal.

Gambar 5.3 : Desain lantai depan

5.2Perencanaan Intake dan Kantong Lumpur5.2.1Bangunan Pengambilan Utama (Intake)Kebutuhan pengambilan rencana untuk bangunan pengambilan adalah 0,3014 m3/dt. Dengan adanya kantong lumpur, debit rencana pengambilan ditambah 20 %, sehingga debit rencana pengambilan menjadi:

m3/dtQrencana= 1,2 Qn = 1,2 (0,3014) = 0,3612 m3/dtKecepatan pengambilan rencana (V) diambil 1,5 m/dt. Dimensi bangunan pengambilan dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut;

v= Q= V a bdimana :Q= Debit rencana, m3/dt= Koefisien debit ( = 0,8 pengambilan tenggelam )a= Tinggi bersih bukaan, mb= lebar bersih bukaan, mg= percepatan gravitasi = 9,81 m/dt2z= kehilangan tinggi energi pada bukaan, mDengan kecepatan pengambilan rencana 1,50 m/dt, kehilangan tinggi energi menjadi :

v=

1,5=0,8 z=0,179 mKehilangan tinggi energi di atas ambang pengambilan (sebelum pintu pengambilan, v1 = 1 m/dt) adalah :

z1===0,05sedangkan setelah pintu pengambilan, kehilangan tinggi energinya (v2 = 1,5 m/dt):

z2===0,11 mElevasi dasar bangunan pengambilan sebaiknya 0,20 m di atas muka kantong lumpur dalam keadaan penuh, guna mencegah pengendapan partikel sedimen di dasar pengambilan itu sendiri. Elevasi Mercu (HL) = + 48,6Tinggi riak gelombang = + 0,05 m

Elevasi air setelah pintu pengambilan = HL (z + tinggi riak gelombang + z) = + 48,6 (0,05 + 0,05 + 0,11) = + 48,39Elevasi dasar hilir pengambilan dengan kantong lumpur dalam keadaan penuh

= 48,39 - h= 48,39 0,25= + 48,14Elevasi dasar pengambilan menjadi = 48,14 + d= 48,14 + 0,20= + 48,34Karena yang diangkut sungai adalah sedimen kasar, maka elevasi ambang pengambilan harus sekurang-kurangnya 1 sampai 1,50 m di atas dasar sungaiElevasi rata-rata dasar sungai bagian hulu (UGL) = + 46,343Elevasi dasar bangunan pengambilan = + 46,343Elevasi minimum bangunan pengambilan = + 46,343 + 1 = + 47,343Elevasi dasar pengambilan yang direncanakan +48,34 > + 47,343 (OK) Tinggi bersih bukaan bangunan pengambilan a = HL (z1 + tinggi riak gelombang + z2 + elevasi dasar bangunan pengambilan)= + 48,6 (0,05 + 0,05 + 0,11 + 48,34)= 0,05 m Lebar bersih pintu bangunan pengambilan :

b =

= b = 4,516 m diambil 2 mnilai a disesuaikan kembali

a =

a = = 0,1204 0,15 mDengan lebar bersih 2 m, diperlukan 2 bukaan. Lebar bersih masing-masing bukaan adalah 1,0 m. bukaan tersebut dipisahkan dengan 1 pilar yang lebarnya 1,00 mTinggi pintu diambil : a + 0,3 = 0,15 + 0,3 = 0,45 mJadi, lebar total bangunan pengambilan adalah : =(1,0 m 2 bukaan) + (1 m 1 pilar)=2 m + 1 m=3,0 m

Gambar 5.4 Potongan melintang bangunan pengambilan

5.2.2 Perencanaan Kantong Lumpur5.2.2.1 Luas Permukaan Rata-rata

Kecepatan endap dibaca dari Grafik hubungan antara diameter saringan dan kecepatan endap untuk air tenang. Di Indonesia dipakai suhu air 20o C. Dengan diameter 50 m atau 0,05 mm kecepatan endap = 0,002 m/dt.Luas areal sawah yang akan diairi (A)= 130,49 haDR= 2,31 l/dt/haMaka :

m3/dt

LB = 150,716 m2Keterangan : L= panjang kantong lumpur (m)B= lebar kantong lumpur (m)Qn= debit saluran (= Qsadap)(m3/dt)= kecepatan endap partikel sedimen(m/dt)

Dimensi kantung sebaiknya mengikuti kaidah , sehingga lebar saluran maka dapat dihitung: LB=150,716 m28B2=150,716 m2B2=18,839 m2B=4,34 m 4 mL= 37,68 m 38 mPerhitungan dilanjutkan dengan menggunakan B = 4 m.

5.2.2.2Penentuan In (eksploitasi normal kantung sedimen hampir penuh)

Biasanya Vn diambil 0,40 m/dt untuk mencegah tumbuhnya vegetasi dan agar partikelpartikel yang besar tidak langsung mengendap di hilir pengambilan. Harga Ks dapat diambil 40. Untuk menentukan Rn, luas harus diperkirakan dulu. Luas Penampang basah, An = 0,7536 m2 Kedalaman normal, hn = 0,188 m Kemiringan saluran = V : H = 1 : 1,5

m= = = 1,5

t = = = 0,094 mmaka : V = 1 1 0,094 m = 0,094 m 0,1 mH = 1,5 1,5 0,094 m = 0,1412 m 0,15 m

Jadi, lebar dasar kantong lumpur adalah: bn=B 2 (horizontal)=4 2 (0,15)=3,7 m Kontrol perhitungan untuk mencari hn yang sesungguhnya dengan bn = ...3,7 m An = (bn + m hn) hn0,7536=(3,7 + 1,5 hn) hn0,7536=3,7hn + 1,5 hn21,5hn2 + 3,7hn 0,7536 = 0hn = 0,189 m 0,2 m Keliling Basah Pn menjadi:

Pn = bn + 2 hn

Pn = 3,7 + (2) (0,2) Pn = 4,4211 m

Rn = 0,17045 m In dapat ditentukan sebagai berikut:

In = dimana ks = 1/n = 1/0,025 = 40

In = In = 0,001058Sebenarnya In ini tidak sahih untuk seluruh panjang kantung lumpur karena luasnya akan bertambah ke arah hilir. Perbedaan elevasi yang dihasilkan sangat kecil dan boleh diabaikan.

Gambar 5.5. : Potongan melintang kantong lumpur dalam keadaan penuh Qn5.2.2.3 Penentuan Is (pembilasan kantung lumpur kosong)

Sedimen di dalam kantung berupa pasir kasar. Untuk asumsi awal dalam menentukan Is, kecepatan aliran untuk pembilasan diambil 1,5 m/dt. Debit untuk pembilasan diambilQs = 1,2 x Qn = 1,2 x 0,3014 = 0,3617 m3/dt. Luas penampang basah, As

As = 0,2411 m2Bentuk Penampang adalah persegi, maka : Kedalaman Kantong Lumpur As = bn x hs 0,2411 = 3,7 x hs hs = 0,065 m 0,3 m Keliling Basah, PsPs = B + 2 hs Ps = 4 + (2) (0,3) Ps = 4,6 m Jari jari hidraulis

Rs = 0,0524 mIs dapat ditentukan sebagai berikut:

Is =

Is = Is = 0,0717Agar pembilasan dapat dilakukan dengan baik, kecepatan aliran harus dijaga agar tetap subkritis atau Fr < 1

Fr =

= = 0,874 > 1 (harus dilakukan pengadukan manual) = w.g.hs.Is = 1000 x 9,81 x 0,3 x 0,0717 = 45,8262 N/m2Dari diagram Shields dapat diperoleh diameter partikelnya d = 55 mm. Berarti partikel-partikel yang lebih kecil dari 55 mm akan terbilas (ukuran partikel yang direncanakan, d = 0,05 mm, dapat terbilas).

3.6.6.4 Menghitung panjang kantong lumpur

Panjang kantong lumpur dihitung dengan memperhatikan beberapa tinjauan. Dari tinjauan tersebut kemudian diambil nilai panjang kantong lumpur yang terbesar. Tinjauan I

Diandaikan bahwa partikel yang ukurannya kurang dari 50m (50 x 10-6 m)terangkut sebagai sedimen layang melalui jaringan irigasi.Dari grafik Shield diperoleh d = 0,050 mmT = 20oCDiperoleh kecepatan jatuh = 2 mm/dt = 0,002 m/dt hn = x T

T = 100 detikL = V x TL = 0,4 x 100L = 32 m

Tinjauan II

L > 8 BL > 8 (4 m)L > 32 m

Tinjauan IIIAsumsi lainnya adalah bahwa air yang dielakkan mengandung 0,5 sedimen yang harus diendapkan dalam kantong lumpur. Volume kantong lumpur (V) hanya bergantung kepada jarak waktu (interval) pembilasan.Interval pembilasan = 7 hariVolume kantong lumpur :V = 0,0005 x Qn x TV = 0,0005 x 0,3014 x 14 x 24 x 3600V = 182,306 m3Dari volume kantong lumpur yang diperoleh, dapat dihitung panjang kantong lumpur V = 0,50 bn L + 0,5 (Is In) L2 bn 182,306 = 0,50 (3,7) L + 0,5 (0,0717 0,00106) L2 (3,7) 182,306= 1,85 L + 0,1307 L2 0,1307 L2 + 1,85 L 182,306 = 0L = 30,93 m 31 mJadi, dari ketiga tinjauan di atas, agar volume kantong lumpurnya nanti lebih besar daripada volume sedimen yang terjadi, maka diambil nilai L yang terbesar sebagai panjang kantong lumpur, yaitu L = 38 m

Gambar 5.6 Potongan memanjang kantong lumpurPengecekan efisiensiDari diagram Camp, efisiensi kantung lumpur untuk berbagai diameter sedimen dapat ditentukan. Dengan panjang (L) = 32 m dan kedalaman air rencana (hn) = 0,2 m serta kecepatan (Vn) = 0,4 m/dt, kecepatan endap rencana () dapat disesuaikan.

o =

o = o = 0,0025 m/dtDiameter yang sesuai do = 0,05 mm Fraksi rencana 0,05 mm dengan kecepatan endap 0,004 m/dt. Efisiensi pengendapan fraksi 0,05 mm sekarang dapat dihitung sebagai berikut. = 0,002 m/dto = 0,0025 m/dtVo= 0,4 m/dt

0,8

0,005Dari Grafik Pembilasan sedimen Camp diperoleh efisiensi 0,625.3 Desain Bangunan Lainnya5.3.1 Bangunan Pembilas dan Saluran Pembilas5.3.1.1Pintu pembilas

Bangunan pembilas tidak boleh menjadi gangguan selama pembilasan dilakukan. Oleh sebab itu aliran pada pintu pembilas harus tidak tenggelam. Keadaan ini selalu terjadi pada debit sungai di bawah Q1/5. Penurunan kecepatan aliran akan berarti menurunnya kapasitas angkutan sedimen. Oleh karena itu kecepatan pembilas di depan pintu tidak boleh berkurang.Lebar total bangunan pembilas akan diambil sama dengan lebar dasar kantong lumpur. Kedalaman air pembilas adalah hs = 0,3 m pada debit pembilas rencana Qs = 1,2 Qn = 0,3617 m3/dt. Kecepatannya diambil vs = 1,5 m/dt. Debit satuan antar pilar pintu pembilas harus menghasilkan kecepatan yang sama.Karena diperlukan pilar, kecepatan tidak boleh ditambah untuk mencegah efek pengembangan. Luas basah pada pintu harus ditambah dengan cara menambah kedalaman air.bn hs = bnf hnf Keterangan : bn:Lebar dasar kantong lumpur (b = 3,7 m)hs:Kedalaman air pembilas (hs = 0,3 m)bnf:Lebar bersih bukaan pembilas hnf:Kedalaman air pada bukaan pembilas

Andaikan ada 2 bukaan yang masing-masing lebarnya 1 m dan 1 pilar dengan lebar 1 m, maka :bnf = 2 1 m = 2 mbn hs = bnf hnf

hnf = = = 0,555 mJadi kedalaman tambahan yang harus diberikan ke dasar bangunan pembilas :h= hnf hs = 0,555 0,3 h= 0,255 m 0,3 m harus diberikan ke dasar bangunan pembilas.

5.3.1.2 Saluran pembilas

Kecepatan pada saluran pembilas diambil vp = vs = 1,5 m/dt untuk membilas sedimen ke sungai. Muka air keluar (outflow) rencana terjadi selama Q1/5 atau muka banjir yang tejadi 1 kali selama 5 tahun.Panjang saluran pembilas 20 mElevasi dasar sungai bagian hilir adalah + 46,343 Dengan kecepatan rencana vp = vs = 1,5 m/dt, dimensi saluran pembilas dihitung dengan langkah-langkah berikut (diandaikan kemiringan talud V:H = 1 : 1,5).Qs = 1,2 Qn = 0,3617 m3/dt

m = = Nilai banding n = b/h = 2,5Nilai kekasaran untuk saluran dengan pasangan batu yang disemen :

ks = = = 40 Tinggi Saluran Pembilas hp

Ap= = = 0,2411 m3Ap = (b + m hp) hp=b hp + m hp2=(n . hp) hp + m hp2=n . hp2 + m hp2= hp2 (n + m)

hp= = = 0,0603 m 0,1 m

Lebar Saluran Pembilas bp

n= bp= n hp= 2,5 0,1= 0,25 m Keliling Basah Pp

Pp= bp + 2 hp

= 0,25 +2 (0,1)= 0,6106 m

Jari-Jari Hidraulis Rp

Rp= = = 0,395 m

Kemiringan Saluran Pembilas Ip

Ip= = = 0,00485

Muka air rencana di hilir pintu pembilas menjadi := + 46,343 tinggi kehilangan energi

= + 46,343

= + 47,010 = + 46,228Kemudian muka air rencana di hilir pintu pembilas menjadi: = +46,228 (Ip panjang saluran pembilas) = +46,228 (0,00485 20) = +46,131

Elevasi dasar titik temu sungai adalah= + 46,131 - hp= + 46,131 0,1= + 46,031

5.3.2 Bangunan penguras

Karena sungai diperkirakan mengangkut batu-batu bongkah, diperlukan bangunan penguras dengan bagian depan tertutup. Lebar bersih bangunan penguras (Bsc) adalah 0,6 lebar total pengambilan atau 1/10-1/6 lebar bendung diambil yang paling kecilMaka :Bsc=60 % lebar total bangunan pengambilan= 0,60 3= 1,8 mLebar total bangunan penguras diambil 2,5 m yang terdiri dari 2 bukaan yang lebarnya 0,75 m dan dipisahkan oleh 1 pilar selebar 1 m.

5.3.3Bangunan Pengambilan Saluran Primer

Bangunan saluran primer dilengkapi dengan pintu untuk mencegah agar selama pembilasan air tidak mengalir kembali ke saluran primer dan mencegah masuknya air pembilas yang mengandung sedimen ke dalam saluran.Ambang pengambilan di saluran primer diambil 0,10 m di atas muka kantong lumpur dalam keadaan penuh (48,09). Muka air di sebelah hulu pengambilan adalah: = +48,09 + hn= +48,09 + 0,2= +48,29Diandaikan kehilangan energi 0,10 m di atas pengambilan. Kemudian sekarang dapat dihitung dimensi bangunan pengambilan.

Qn = hi bi

0,3014 = (0,9) (0,2) bi bi = 1,195 m diambil 1,2 m (lebar bersih bangunan pengambilan saluran primer)Dengan menggunakan 1 bukaan 1,2 m, , jadi lebar total menjadi :Bi = 1 (1,2) = 1,2 m

63