PERENCANAAN BENDUNGAN DIKLAT PERENCANAAN BENDUNGAN BANGUNAN PELIMPAH

BENDUNGAN BALAMBANO, 1996

PENYEBAB KERUSAKAN / KEGAGALAN BENDUNGAN

Beberapa hal yang perlu dipertimbangkan dalam mendesain bangunan pelimpah tersebut, adalah : Debit inflow, frekuensi dan bentuk hidrografnya. Tinggi mercu pelimpah yang direncanakan. Kapasitas waduk pada beberapa variasi permukaan. Kondisi geologi dan kondisi lapangan lainnya. Lokasi berupa lereng yang terjal/curam. Bekas galian yang dapat dimanfaatkan sebagai material timbunan. Daya dukung, stabilitas lereng, rembesan/uplift

Pelimpah Berdasar Fungsi Bangunan pelimpah merupakan bangunan hidraulik yang menyalurkan aliran normal dan atau aliran banjir, serta melindungi kesatuan bangunan pada bendungan. Bangunan pelimpah mempunyai dimensi hidraulik untuk dapat menyalurkan Banjir Desain dengan aman. Besaran Banjir Desain akan sama atau lebih kecil dari Banjir maksimum Boleh jadi .  

2. Pelimpah Tambahan (Auxiliary Spillway) 1. Pelimpah Utama (Service Spillway) Pelimpah utama digunakan untuk menyalurkan aliran secara kontinu dengan kendali maupun tanpa kendali , dari waduk tanpa terjadinya kerusakan signifikan 2. Pelimpah Tambahan (Auxiliary Spillway) Pelimpah tambahan jarang digunakan dan dapat menjadi pelimpah sekunder . Pada masa operasi diper kenankan terjadi kerusakan struktur atau erosi sampai tingkat yang diijinkan . 3. Pelimpah Darurat (Emergency Spillway) Pelimpah darurat didesain untuk memberikan perlin dungan tambahan terhadap peluapan bendungan dan digunakan pada kondisi ekstrim (kesalahan operasi, tidak berfungsinya pelimpah utama) pada waktu terjadi banjir yang sangat besar, atau BMBJ.

Gambar Pelimpah Utama Bendungan Pengga,

Klasifikasi Pelimpah 1. Pelimpah tanpa pintu : - Pelimpah dengan mercu Ogee dan sill kendali - Bak mandi atau saluran dengan dua sisi dan pelimpah samping dengan mercu ogee - Pelimpah “ Morning Glory “ - Pelimpah dengan mercu labirin   2. Pelimpah dengan pintu : - Pelimpah berpintu - Pelimpah dengan “fuse gate“

Tipe Pelimpah Pelimpah Luncur (Chute)   Pelimpah Luncur (Chute) di gunakan dalam kaitannya dengan bendungan tipe urugan tanah atau batu, meskipun pelimpah luncur juga digunakan pada bendungan beton gravity. Bendungan umumnya terletak di lembah (canyon) yang sempit dan tidak tersedia ruang cukup untuk pelimpah bebas. Pelimpah luncur umumnya di tempatkan pada tumpuan yang berdekatan dengan bendungan, meskipun dapat pula di tempatkan pada lokasi pelana yang jauh dari lokasi struktur bendungan.

. 2. Pelimpah Samping (Side Channel Spillway)   Tipe ini digunakan pada kondisi yang sama seperti pelimpah luncur. Disebabkan bentuknya yang unik, maka pelimpah samping dapat di tempatkan pada tumpuan bendungan yang sempit. Pelimpah samping umumnya tanpa pintu. . 3. Pelimpah Corong (Shaft)   termasuk salah satu dari berbagai konfigurasi desain mercu, merupakan transisi ke sistem konduit atau terowongan di hilir mercu. Sistem konduit tertutup pada pelimpah corong merupakan pengganti saluran luncur pelimpah yang digunakan pada pelimpah konvensional

4. Pelimpah Sipon (Siphon)   Pelimpah sipon dibangun dengan satu atau lebih sipon pada ketinggian mercu, kadang-kadang digunakan untuk menyediakan pengaturan muka air otomatis dalam batas yang pendek atau bila kapasitas debit hanya diperlukan pada periode waktu yang singkat. 5. Pelimpah Labirin   Karakteristik pelimpah labirin yaitu adanya perubahan alinyemen dari tata letak untuk memperpanjang mercu dibanding dengan mercu konvensional pada ruang lateral yang sama. Perubahan alinyemen membentuk satu seri dari weir bentuk V yang terhubung satu sama lain. 6 Pelimpah Bak Terjun Dengan Inlet (Box Inlet Drop Spillway)   Pelimpah tipe drop vertikal atau tipe jatuh bebas merupakan salah satu dari bentuk aliran yang jatuh bebas dari daerah waduk. Tipe ini sesuai untuk bendungan tipe busur yang tipis, aliran air dapat mengalir bebas, atau sepanjang bagian mercu yang sempit.

Komponen Pelimpah Saluran pengarah dan log pengaman debris. Bangunan kendali, seperti struktur mercu atau sill yang dapat dilengkapi dengan pintu, balok sekat (bulkhead), atau balok penutup (stop log) bersama dengan peralatan operasi terkait.  3. Bangunan pembawa seperti lantai dan dinding saluran luncur dan atau konduit atau terowongan.  4. Bangunan akhir (terminal) seperti peredam energy loncatan hidraulik, bak lontar (flip bucket), bak gulung (plunge pool ).  5. Saluran hilir.

Saluran Pengarah Saluran Pengarah dan Saluran Keluar Saluran pengarah dan saluran keluar didesain sesuai kebutuhan dan persyaratan hidraulis. Desain hidraulis disiapkan sesuai kondisi lokasi dan tipe bendungan, alinyemen, penampang serta konfigurasi dan dimensinya. Desain memenuhi persyaratan struktur yang mencakup : Pengendalian erosi, Stabilitas lereng galian, Pengendapan debris . Saluran Pengarah  aliran air dalam kondisi subkritis. Persyaratan yang harus dipenuhi sbb : P ≥ H0/5 V ≤ 4,0 m/s H0 = tinggi tekanan desain (design head) P = tinggi ambang dari dasar saluran pengarah V = kecepatan aliran saluran pengarah

Bangunan Kendali Bangunan kendali didesain mampu menahan seluruh beban kerja yang mencakup : beban mati, beban hidup statis dan dinamis . Pada kondisi tertentu, pelimpah terpaksa ditempatkan di tengah tubuh bendungan urugan, maka pelimpah harus didesain sebagai bendungan graviti . Stabilitas struktur penting, karena timbulnya gaya angkat yang tinggi, pelimpah jenis ini biasanya dilengkapi dengan galeri yang ditempatkan di dekat dasar bendungan, yang dapat dimanfaatkan untuk pelak sanaan grouting dan penempatan sumur-sumur pelepas tekanan .

SALURAN PEMBAWA Saluran pembawa dapat berupa : saluran luncur, gorong-gorong atau terowongan, didesain mampu menahan berbagai beban dan kombinasi. Tata letak saluran didesain sesuai kebutuhan dan persyaratan hidraulis dengan memanfaatkan kondisi topografi dan geologi, serta memenuhi persyaratan keamanan dan desain strukturnya. Karena saluran pembawa biasanya berada di dekat waduk, kemungkinan saluran mendapat beban tambahan berupa tekanan hidrostatik yang hampir sama dengan tinggi tekanan waduk. Beban tersebut berupa tekanan angkat pada dasar lantai atau beban eksternal pada dinding konduit atau lining terowongan. Potensi tekanan dapat dikurangi sampai tingkat yang dapat diterima dengan cara grouting atau membuat drainase..

Peredam Energi Peredam energi diperlukan karena beban dinamis. yang bekerja pada gigi ambang, blok lantai, bilah, dinding pembagi, ambang akhir, dinding samping, pelat lantai. Beban tersebut antara lain berupa : Beban yang bekerja secara langsung (tegak lurus permukaan) Beban tidak langsung (turning load) seperti pada pengarah dan bak Beban tekan-tarik (pulsating load) akibat turbulensi dan fluktuasi permukaan air Kavitasi Setiap potensi beban harus dikaji dan dipertimbangkan dlm beban rencana. Erosi pada peredam enersi dan material abrasif dapat merupakan ancaman yang perlu diperhatikan. Material abrasif dapat berasal dari waduk yang biasanya berasal dari longsoran barupa batu yang kemudian ”diputar” oleh aliran di dalam kolam olak. Dalam pemilihan tipe perlu dipertimbangkan tipe yang dapat membilas sendiri, disamping perlu mempertimbangkan perlunya sarana pengeringan guna keperluan inspeksi dan perbaikan nantinya.

PEREDAM ENERGI - Kolam olak (stilling basin) untuk meredam energi aliran. - Bak Pusaran (Roller bucket ) yang melepas disipasi energi pada permukaan. - Bak Lontar (Flip bucket) yang melontarkan aliran air ke hilir, dimana tumbukan, turbulensi dan gerusan tidak membahayakan bendungan dan bangunan pelengkapnya. Kriteria untuk kolam Olak adalah : - Berlaku persamaan momentum linier untuk loncatan hidraulis: d2 = dimana d1 dan V1 serta d2 dan V2 adalah kedalaman dan kecepatan aliran di hulu dan hilir loncatan.

Peredam energi tipe bak (bucket) : Tipe bak digunakan pada kondisi muka air buri cukup dalam yang dapat mencegah peredaman energi dengan loncatan air pada lantai kolam olak. Elevasi dasar saluran biasanya sama dengan elevasi dasar bucket. Gaya-gaya hidraulis yang bekerja pada pelimpah tipe bak lontar dan lengkung bak penting dalam desain struktural. Tekanan-tekanan hidraulis berubah secara menerus melalui bak dan dipengaruhi oleh radius bak, tinggi tekanan total, dan debit aliran. Bak lontar digunakan bila pancaran jet dapat ditoleransi dan gerusan tidak menjadi masalah. Sebagian besar peredaman energi terjadi di daerah dimana pancaran air masuk ke dalam air buri. Faktor yang mempengaruhi jarak loncatan dari bibir bak ke titik temu loncatan air dengan air buri adalah kecepatan awal aliran jet, sudut bibir bak, dan perbedaan elevasi antara bibir bak dan air buri. .

Kriteria Desain Hidraulis Kapasitas suatu bangunan pelimpah (spillway) didesain untuk malewatkan banjir desain pada elevasi waduk tertentu. Analisis bangunan pelimpah biasanya mencakup empat kondisi aliran, sebagai berikut : Aliran subkritis di bagian hulu pelimpah yang awalnya berupa aliran dengan kecepatan rendah, dan berubah lebih cepat saat mendekati mercu pelimpah. Aliran kritis saat melewati mercu pelimpah. Aliran superkritis saat memasuki saluran luncur di bawah mercu. Aliran transisi pada atau di dekat bagian akhir saluran luncur dimana aliran kembali ke kondisi subkritis.

Kriteria desain hidraulis untuk bangunan pelimpah (U. S Kriteria desain hidraulis untuk bangunan pelimpah (U. S. Army Engineer Waterways Experiment Station, Research Report H-70-1, Vicksburg, Miss., January 1970) adalah sebagai berikut : Desain tinggi tekanan (design head) dibuat sedemikian rupa, sehingga tidak terjadi tekanan negatif kurang dari - 6 m (20 ft) tinggi kolom air untuk menjamin bebas dari kavitasi. Terdapat reduksi tekanan yang bekerja pada muka hulu (upstream face) pelimpah yang tinggi berdasarkan gambar di bawah, sedangkan untuk pelimpah yang rendah dapat dianggap sebagai garis lurus (tanpa reduksi tekanan). Estimasi kehilangan energi pada muka hilir perlu dievaluasi untuk memperoleh desain bangunan peredam energi pada kaki pelimpah. Bila kehilangan tinggi tekanan cukup besar, evaluasi tersebut dilakukan untuk memperoleh desain kolam olak yang ekonomis atau untuk memperkirakan loncatan jet dari bak lontar.

Gbr 3.2 Grafik hub angka Froude, tinggi ambang, dan dalam aliran

Pertimbangan Desain Struktur Mempertimbangkan faktor yang berpengaruh terhadap stabilitas bangunan, tegangan internal dan kinerja bangunan, antara lain : Beban kerja Tipe Konfigurasi Detil struktur Kondisi fondasi Material konstruksi OP Potensi masalah yang diperkirakan akan terjadi Desain harus memenuhi persyaratan hidraulis yang terkait dengan : Lokasi Pemilihan tipe yang tepat lengkap dengan kombinasi komponen-komponennya (saluran pengarah, bangunan pengatur, saluran pembawa/luncur, peredam energi) Penetapan dimensi Masalah dan keterbatasan yang ada

Beban kerja harus mempertimbangkan beban mati, beban hidup statis, beban hidup dinamis dan beban tak terduga seperti tanah longsor, posisi peralatan konstruksi dan lain sebagainya. Beban hidup statis meliputi : Tekanan air pada sisi muka Tekanan angkat (uplift) pada dasar struktur Urugan tanah kembali (backfill) Beban akibat temperatur Beban peralatan konstruksi, OP dan lalu lntas Beban hidup dinamis, meliputi : Beban gempa Beban air dinamis seperti yang terjadi pada blok-blok lantai saluran peluncur dan kolam olak jenis tertentu, pengurangan tekanan hidrodinamis pada permukaan hilir mercu ogee Tekanan uplift pada saluran luncur akibat gaya dinamis pada kolam olak Beban dinamis lalu lintas Beban getaran pntu, katup, turbin dan aliran tang mengenai permukaan bangunan, dan kavitasi Beban angin dan gelombang air

Rembesan Dan Tekanan Angkat Rembesan melalui dasar atau samping fondasi mempengaruhi stabi litas bangunan. Pertimbangan desain membatasi debit rembesan supaya tidak melebihi kapasitas sistim drainase dan saluran pengum pulnya. Pengendalian debit dan gradien rembesan pada batas aman, dilakukan dengan tirai grouting atau dinding halang (cut-off). Rembesan berpengaruh besar terhadap stabilitas bangunan, karena menimbulkan tekanan angkat dan tekanan lateral, erosi buluh serta pelarutan pada batuan yang mudah larut. Erosi buluh dan pelarutan dapat mengakibatkan terjadi penurunan berlebihan terhadap fondasi bangunan, tubuh bendungan serta terlampauinya kapasitas sistim drainase yang berakibat meningkatkan tekanan angkat. Erosi buluh berbahaya, karena erosi akan berkembang semakin besar dan membahayakan keamanan bendungan. Timbulnya erosi buluh harus dicegah sedini mungkin. Pelarutan biasanya terjadi pada fondasi berupa batuan kapur . Upaya yang dilakukan adalah dengan memperkecil rembesan hingga batas tertentu, sehingga tidak menjadi ancaman serius terhadap keamanan bendungan.

Pembebanan struktur dihitung dengan asumsi dan pertimbangan sebagai berikut : - Beban yang diperhitungkan pada pintu dan balok sekat adalah tekanan hidrostatik, tinggi tekanan air dihitung setinggi muka air normal - Pada lantai saluran luncur dan bangunan pemecah enersi beban yang diper hitungkan adalah beban hidrostatik dan uplift yang merupakan beban hidup. - Beban mati adalah berat sendiri bangunan dan peralatan yang tidak berpindah tempat. - Tekanan tanah aktif dapat berubah dari kondisi statik menjadi dinamik yaitu pada saat terjadi gempa. Beban gempa diperhitungkan sebagai perkalian antara massa bangunan dan kombinasi percepatan dilokasi setempat.  

Pertimbangan Desain Fondasi Stabilitas Bangunan Pertimbangan desain struktur ditujukan pada beban gempa, beban air dinamis dan tekanan angkat. Komponen bangunan didesain tahan terhadap beban gempa walaupun tanpa perkuatan khusus, bagian atas dinding penahan tanah mungkin perlu perkuatan tambahan di luar perkuatan untuk beban statis. Blok lantai, gigi ambang saluan luncur dan peredam energi harus didesain tahan terhadap beban air dinamis. Beban vibrasi yang disebabkan oleh naik turunnya tekanan hidraulik pada dinding peredam energi lebih sulit dihitung dari pada beban yang lain, karena beban tersebut dapat mengakibatkan keruntuhan pada struktur beton akibat lelah maka beban tersebut perlu diperhitungkan. Pertimbangan Desain Fondasi Pertimbangan desain geoteknik untuk fondasi didefinisikan setelah kondisi geologi, jenis tipe bangunan pelengkap, dan besarnya tegangan-tegangan yang bekerja pada fondasi telah ditentukan.Desain fondasi biasanya terdiri dari empat elemen, yaitu: geometri pondasi, area pondasi, tumpuan, dan lereng yang berpotensi tidakstabil;

Kriteria Desain Struktur Stabilitas struktur harus memenuhi kriteria seperti di bawah. Daya Dukung Rumus daya dukung fondasi untuk bangunan-bangunan air yang berada diatas lapisan tanah dengan perbaikan fondasi adalah : qult = CNc + Q Nq + 0,5 Ƴ B N Ƴ Daya dukung yang diijinkan menggunakan faktor keamanan (FK), sehingga rumus daya dukung diijinkan adalah : Qi = qult / FK dimana : c = Kohesi tanah fondasi ( t/m2 ) Q = Beban diatas fondasi ( t/m2 ) Ƴ = Berat volume tanah diatas fondasi ( t/m2 ) B = Lebar fondasi ( m ) Nc,Nq,Ny = Adalah faktor daya dukung FK = Faktor keamanan terhadap daya dukung

Analisa Beton Bertulang Stabilitas Guling Untuk bangunan air atau dinding yang mengalami tekanan harus diperhitungkan faktor kemanan terhadap tergulingnya bangunan menggunakan rumus : FKgl = Mt / Mg Dimana : Mt = Terdiri dari momen akibat berat sendiri bangunan Mg = Terdiri dari momen menggulingkan bangunan : tekanan aktif, tekanan air, gempa, uplift dsb. Stabilitas Geser Stabilitas geser diperlukan untuk bangunan air agar tahan/tidak bergerak jika mengalami tekanan horisontal serperti tekanan aktif, tekanan air, gempa, dan beban luar lainnya. Faktor keamanan terhadap geser dihitung dengan rumus : FKgs = Ketahanan geser (t) / Gaya geser (t) Analisa Beton Bertulang SNI 03-2847-1992 dan RSNI 3 TH 2002.

Saluran Pengarah  aliran air dalam kondisi subkritis. Persyaratan yang harus dipenuhi sbb : P ≥ H0/5 V ≤ 4,0 m/s H0 = tinggi tekanan desain (design head) P = tinggi ambang dari dasar saluran pengarah V = kecepatan aliran saluran pengarah

Ambang Ogee Tanpa Pintu Mercu tanpa pintu yang mendekati bentuk aliran curat merupakan bentuk ideal untuk memperoleh debit optimum. Bentuk tersebut tergantung dari beda tinggi tekanan, kemiringan muka hulu mercu dan tinggi mercu terhadap lantai saluran pengarah. Kecepatan saluran pengarah : …….. (4.1) Bagian hulu mercu dapat berbentuk kurva tunggal dengan radius tertentu dan bagian hilirnya dapat ditentukan berdasarkan rumus di bawah : …….. (4.2) H0 = Desain head pada mercu (m) h0 = kedalaman air pada mercu (m) k = n = faktor untuk mendefinisikan profil mercu berbentuk curat P = Tinggi bendung pada udik (m) Q = Debit desain (m3/s) L = Panjang mercu (m)

Bentuk mercu Ogee dengan muka hulu vertikal dapat dilihat pada gambar diatas .

Debit aliran air (Q) melalui pelimpah berbentuk ogee dapat diperoleh berdasarkan rumus : Q = C L He3/2 ..................... (4.3) C = koefisien aliran L = lebar efektif pelimpah He= tinggi tekanan total, termasuk tinggi tekanan akibat kecepatan ha Koefisien C tergantung dari : kedalaman saluran pengarah hubungan antara bentuk aktual mercu dengan bentuk curat bentuk muka hulu mercu pengaruh apron hilir bagian yang tenggelam (submerge) di hilirnya Catatan : Untuk mercu pelimpah yang tajam (sharp-crested weir) dengan tinggi > 1/5 tinggi tekanan, koefisien C dapat diambil sebesar 3.3. Besar koefisien C untuk berbagai bentuk muka hulu dan pengaruh kedalaman saluran pengarah dapat dilihat pada buku referensi Design of Small Dams,

Lebar efektif pelimpah tergantung dari jumlah dan ukuran pilar yang ada, Bila puncak pilar dan tumpuan berbentuk tertentu, hal tersebut akan menyebabkan terjadinya kontraksi aliran air. Pengaruh kontraksi dapat diperhitungkan berikut . L’ = L – 2 (NKp + Ka) Hd ................... (4.4) L’ = lebar efektif pelimpah, L = lebar puncak total N = banyak pilar, Kp = Koefisien kontraksi pilar, Ka = koefisien kontraksi tumpuan, Hd = Tinggi tekan total pada mercu termasuk tinggi tekan akibat kecepatan aliran Koefisien yang tergantung dari bentuk pier, adalah : - Untuk bentuk pier yang bujur sangkar, Kp = 0,02 - Untuk pier berbentuk membundar, Kp = 0,01 - Untuk pier yang runcing, Kp = 0,01

Mercu Dengan Pintu Sedangkan untuk berbagai bentuk tumpuan : - Tumpuan berbentuk persegi panjang, Ka = 0,20 Tumpuan berbentuk membundar, Ka = 0,10 Mercu Dengan Pintu Air yang keluar dari pintu yang terbuka sebagian seperti pada aliran orifice. Dengan bukaan kecil pada tinggi tekanan penuh, akan terjadi trayektori aliran jet. Untuk orifice vertikal , trayektory aliran jet mengikuti persamaan parabola seperti di bawah. - y = x 2 .......... (4.5) 4 H H : tinggi tekan pada tengah bukaan. Pada bagian orifice yang miring dengan sudut terhadap vertikal, persamaannya adalah : - y = x tan ɵ + ……….(4.6)

Pintu yang dioperasikan pada bukaan yang kecil pada tekanan yang tinggi akan menghasilkan tekanan negatif di bagian bawah mercu ogee, seperti gambar di bawah. Debit aliran air melalui mercu ogee dengan bukaan pintu sebagian sama dengan aliran melalui orifice tekanan rendah menggunakan rumus sebagai berikut : Q = ……… (4.7) H1 dan H2 adalah tinggi tekan total terhadap bagian dasar dan atas orifice. Koefisien C tergantung dari jenis pintu dan bentuk mercu, :

Pelimpah Samping Pelimpah samping diterapkan di tumpuan yang curam. Air melimpas melalui mercu pelimpah dan masuk ke saluran dgn arah aliran sejajar mercu dan dialirkan ke sungai di hilirnya. Kemiringan saluran samping harus cukup untuk mempercepat aliran air yang melimpas ke arah hilir saluran. Prinsipnya adalah persamaan mometum dimana momentum pada awal saluran ditambah setiap peningkatan momentum akibat gaya-gaya luar harus sama dengan momentum pada akhir saluran. Pada bagian panjang saluran Δx dimana kecepatan dan debit di bagian hulunya adalah v dan Q, pada bagian hilirnya kecepatan dan debit meningkat menjadi v + Δv dan Q + q(Δx), q adalah debit per meter panjang yang melimpas di atas mercu pelimpah. Secara umum persamaan perubahan elevasi air (Δy) dapat diturunkan sebagai berikut : Δy = ,,,,,,,,,, (4.8)

bila Q1 dan v1 adalah nilai-nilai pada awal saluran serta Q2 dan v2 nilai-nilai pada akhir saluran, maka persamaan di atas dapat ditulis seperti di bawah Δy = ......... (4.9) Demikian juga dapat ditulis : Δy = ...........(4.10) Persamaan-persamaan (4.9) dan (4.10) dapat diselesaikan dengan cara coba-coba (trial and error). Untuk setiap bagian panjang Δx dapat diperoleh nilai Q1 dan Q2. Secara garis besar prosedur perhitungan adalah sebagai berikut : 1. Hitung debit persatuan panjang yang melimpas di atas mercu pelimpah, q = Q/L 2. Hitung H0 = (q / C )2/3 , dimana C adalah koefisien pelimpah (biasanya diambil 3,6

3. Tentukan geometri penampang saluran (biasanya trapesium) Tentukan posisi control section (biasanya diletakkan di bagian hilir palung saluran pada elevasi yang sama dengan lantai dasar saluran samping di bagian hilir), bagian transisi dibuat dengan kemiringan ½ : 1, mulai dari palung saluran ke penampang empat segi panjang. Hitung kedalaman kritis, dc = Hitung kecepatan kritis, vc = q1/dc Hitung hvc = Vc2 / 2g 8. Anggap kehilangan tekanan akibat transisi dari akhir palung saluran ke control section adalah sebesar 0,20 perbedaan tekanan akibat kecepatan diantara akhir dari transisi. Jarak per titik yang ditinjau adalah 100 m. 9. Bila jarak antar titik ang ditinjau adalah 100 m, dari persamaan Bernoulli : D(1+00) + hr(1+00) = dc + hvc + 0,20(hvc – hv(1+00))

Persamaan di atas harus diselesaikan dengan cara coba-coba dengan mengambil suatu nilai d(1+100) untuk memperoleh hv(1+00). Bila nilai yang dihasilkan belum sesuai, perhitungan diulangi dengan mengambil nilai baru, hingga memenuhi persamaan. Setelah perhitungan hidraulis saluran samping pada potongan 1+00 diperoleh, profil muka air di sepanjang saluran samping dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan (4.9).

Drop Inlet/Morning Glory Karakteristik aliran pelimpah drop inlet cukup bervariasi, Perubahan diameter dari puncak akan merubah kurva ab (gambar bawah), sehingga ordinat g pada kurva cd akan lebih tinggi atau lebih rendah. Untuk puncak yang mempunyai diameter lebih besar, aliran keluar yang lebih besar dapat dilimpaskan melalui ambang pada beda tinggi yang rendah, dengan membuat suatu transisi dan kontrol pipa (tube control) akan terjadi dengan beda tinggi yang lebih kecil pada puncak pelimpah. Hal yang sama, dengan merubah ukuran bagian kerongkongan pipa, posisi kurva cd akan berubah, menunjukkan beda tinggi di atas dimana kontrol pipa akan dicapai. Bila transisi dibuat dengan ukuran tertentu, bagian cd akan bergeser dan berimpit dengan atau terletak di bagian kanan dari titik j, kontrol akan bergeser langsung dari puncak ke bagian hilir ujung konduit.

Bila profil mercu dan transisi sesuai dengan bentuk nappe bagian bawah dari pancaran air (jet), melimpas melalui ambang tajam berbentuk lingkaran, aliran yang melimpas ambang dan melalui transisi dapat dihitung dengan rumus : Q = CL H3/2, dimana H adalah head, L adalah panjang ambang lingkaran atau keliling bagian hulu ambang dan C adalah suatu koefisien kontraksi. Rumus tersebut juga dapat ditulis : Q = C0(2ᴫ Rs ) Ho 3/2 Gambar 4.12 Elemen profil bentuk nappe untuk ambang lingkaran

KAVITASI Kavitasi adalah proses yang biasanya berhubungan dengan kerusakan pada permukaan atau ditandai dengan suara yang intensif. Kedua fenomena tersebut terjadi selama proses kavitasi, tetapi sebenarnya kavitasi adalah merupakan kejadian dari kedua hal tersebut. Kavitasi didefinisikan sebagai formasi dari gelembung atau rongga di dalam suatu cairan/likuid. Bila cairan tersebut terisi oleh gas atau udara, proses selanjutnya diklasifikasikan sebagai kavitasi uap (vaporous cavitation). Bila rongga terisi gas, proses tersebut disebut sebagai kavitasi gas (gaseous cavitation). Contoh, gelembung di dalam cairan akibat berkurangnya tekanan, pada botol berisi cairan karbonat . Saat botol dibuka, gelembung terbentuk di dalam cairan naik ke permukaan. Sedangkan pada botol yang tertutup rapat, cairan dalam keadaan tertekan menjaga larutan karbon dioksida. Ketika botol dibuka tekanan berkurang dan cairan dalam kondisi relatif superjenuh terhadap karbon dioksida.-----karbon dioksida akan mengalami difusi dan keluar dari cairan. disebut sebagai ”kavitasi gas” tekanan uap cairan tidak pernah tercapai.

penguapan merupakan faktor penting dalam perkembangan gelembung kavitasi. Keberadaan gelembung-gelembung udara di dalam aliran air berpengaruh terhadap kerusakan atau suara gemuruh yang dihasilkan oleh kavitasi. Bila tekanan aliran berkurang, akan terjadi kondisi kritis pada saat awal kavitasi, kondisi kritis ini disebut kavitasi awal (incipient cavitation). Sebaliknya, bila kavitasi telah terjadi dan kecepatan aliran berkurang atau tekanannya naik, akan terjadi kondisi kritis saat kavitasi menghilang, disebut hilangnya kavitasi (desinent cavitation). Kondisi aliran kritis terjadi pada kondisi dimana gelembung kavitasi individual berubah menjadi rongga besar secara mendadak, hal ini disebut sebagai kavitasi aliran atau superkavitasi.

Stabilitas Pelimpah Stabilitas guling Stabilitas geser Daya dukung Tekanan angkat, khususnya di lantai saluran luncur/kolam olak. Beban yang diperhitungkan dalam perhitungan stabilitas : Berat sendiri (W) Tekanan hidraulik (P) Gaya tekanan hidraulik berbeda dengan aliran sempurna dan aliran tenggelam. Dengan begitu tipe aliran harus ditentukan terlebih dahulu. Tekanan angkat (U) Tekanan tanah/tekanan sedimen (Pe) Tinggi sedimen dianggap dari dasar sungai sampai mercu. Gaya gempa (F)

Kombinasi 1-1 Kondisi banjir dengan tekanan angkat Kondisi pembebanan pada stabilitas dibagi 2, yaitu kondisi ekstrim dan kondisi normal. Setiap kondisi pembebanan terdiri dari beberapa kombinasi pembebanan, sehingga perhitungan stabilitas secara keseluruhan dihitung dalam 6 kondisi. Kondisi ekstrim : Kombinasi 1-1 Kondisi banjir dengan tekanan angkat Kombinasi 1-2 Kondisi banjir tanpa tekanan angkat Kombinasi 2-1 Kondisi normal dengan gempa dan tekanan angkat Kombinasi 2-2 Kondisi normal dengan gempa dan tanpa tekanan angkat Kondisi Normal : Kombinasi 3-1 Kondisi normal dengan tekanan angkat Kombinasi 3-2 Kondisi normal tanpa tekanan angkat Perhitungan stabilitas guling Jarak eksentrisitas harus cukup pada semua kondisi pembebanan, dimana e dihitung sebagai berikut: e= │ΣM/ΣV-1/2│ .......... (6.1) e ≤ L/6 (Kondisi normal) e ≤ L/3 (Kondisi gempa)

dimana : - e adalah eksentrisitas (m), dan L adalah panjang dasar (m) Perhitungan stabilitas geser Perhitungan stabilitas geser adalah sebagai berikut: SL = ΣV x f/ΣH SL > 1.5 (Kondisi normal) SL > 1.2 (Kondisi gempa) F = koefisien friksi pada dasar Kapasitas daya dukung Kuat tekan pada dasar ditentukan dari persamaan berikut dan harus memenuhi kapasitas daya dukung dari fondasi. q = ΣV/L x (1+6e/L) ......... (6.2) FK = qu/q

Komponen struktur pelimpah yang dihitung stabilitas strukturnya adalah : Approach channel Transition channel Chute Flip Bucket Tumpuan Jembatan Apabila sisi kiri dan kanan pelimpah memiliki kondisi geologi dan fondasi yang berbeda maka stabilitas struktur harus dihitung secara terpisah antara sisi kiri dan kanan pelimpah.   Perhitungan stabilitas guling : X1 = (ΣMx – ΣMy)/ ΣV ............. (6.4) e = B/2 – (ΣMx – ΣMy)/ ΣV …... (6.5) e ≤ L/6 (Kondisi normal) e ≤ L/3 (Kondisi gempa)

dimana : ΣMx = jumlah momen pada sumbu x ΣMy = jumlah momen pada sumbu y ΣV = jumlah gaya vertikal X1 = jarak titik tangkap gaya vertikal terhadap Perhitungan stabilitas geser menggunakan persamaan berikut: Fs = (f x ΣV + t x B)/ΣH ............... (6.6) Fs > 4 , kondisi tanpa dan dengan gempa Perhitungan kapasitas daya dukung menggunakan persamaan berikut: Untuk kondisi tanpa gempa : q = ΣV/B x (1±6e/B) ........... (6.7) q < qu untuk kondisi dengan gempa : q = 4/3 x ΣV/(B-2e) q < 1.5qu x2 = 3(B/2-e)

Gaya-gaya yang diperhitungkan pada analsis stabilitas dinding diantaranya adalah: Berat sendiri Tekanan tanah Gaya angkat Gaya gempa Untuk perhitungan tanah lateral dapat menggunakan persamaan coulomb’s sebagai berikut: .........(6.8) Ka = Koefisien tanah lateral aktif Φ = sudut geser dalam δ = sudut geser antara dinding dan tanah α = sudut dinding terhadap bidang vertikal β = sudut permukaan tanah dibelakang dinding θ = tan-1 Kh Kh = koefisien gempa arah horizontal

Tabel 6.1 Penentuan sudut geser dinding dengan tanah (δ) untuk berbagai kondisi Analisis stabilitas antara tanah dengan tanah Perhitungan antara beton dngn tanah Kondisi normal β 2/3 φ Kondisi gempa ½ φ nilai δ untuk berbagai kondisi memiliki nilai berbeda sehigga untuk tiap kondisi perlu dihitung nilai Kah dan Kav dengan persamaan berikut: Kah = Ka ∙ cos(δ+α) …… (6.9) Kav = Ka ∙ sin(δ+α) ........ (6.10)

Beban Dinamis Dinding Samping Turbulensi yang ditimbulkan oleh loncatan air hidraulis menimbulkan terjadinya gaya-gaya yang bekerja pada dinding kolam olak sebagai gaya-gaya dinamis atau pulsating forces Besaran beban dinamis tersebut perlu dipertimbangkan dalam mendesain dinding samping tersebut Percobaan yang dilakukan di WES dengan memasang instrumen pada dinding samping kolam olak yang tidak dilengkapi dengan baffles atau end sill. Percobaan dilakukan pada angka Froude antara 2.7 – 8.7, yang menghasilkan rumus empiris seperti di bawah. … (6.11) Rm = gaya statis min rata2 plus gaya dinamis pada kaki loncatan hidraulis (lb/ft) Hs = tinggi tekan pelimpah, yakni elevasi muka air normal mercu minus elevasi apron kolam (ft). Besaran gaya yang bekerja pada dinding samping bervariasi di sepanjang kolam olak. …….. (6.12)

Tebal Lantai Saluran Luncur/Kolam Olak Panjang Aliran Lane REMBESAN   Tebal Lantai Saluran Luncur/Kolam Olak Panjang Aliran Lane Pengaruh tekanan angkat harus diperhitungkan dalam mendesain ketebalan lantai saluran luncur/kolam olak. Besar tekanan angkat dapat diperoleh dari Lane (dengan asumsi aliran rembesan melalui bidang kontak antara struktur dengan lapisan fondasi). Menurut Lane, panjang aliran (L) adalah sebagai berikut : Lada = V + H/3 Lperlu = C h Dimana angka rembesan dapat dilihat pada tabel di bawah. V = jarak vertical antar titik pada lantai H = jarak horisontal antar titik pada lantai h = beda tinggi tekanan muka air di hulu dan hilir (head)

Tabel 5.2 Nilai Minimum Angka Rembesan Lane (CL) Uraian CL Pasir sangat halus atau lanau 8,5 Pasir halus 7,0 Pasir sedang 6,0 Pasir kasar 5,0 Keriki halus 4,0 Kerikil sedang 3,5 Kerikil kasar termasuk Kerakal 3,0 Bongkah dengan sedikit kerakal dan kerikil 2,5 Lempung lunak Lempung sedang 2,0 Lempung keras 1,8 Lempung sangat keras 1,6

Dalam bentuk rumus, ini berarti bahwa gaya angkat pada suatu titik x di sepanjang dasar bangunan dapat dirumuskan sebagai berikut : …….. (5.15) Px = gaya angkat pada titik x (t). L = panjang total bidang kontak banguan dan tanah bawah (m). Lx = jarak sepanjang bidang kontak dari hulu sampai x (m). ΔH = beda tinggi energi (m). Hx = tinggi energi di hulu bendung (m).   L dan Lx adalah jarak relatif yang dihitung menurut cara Lane, bergantung kepada arah bidang tersebut. Bidang yang membentuk sudut 45o atau lebih terhadap bidang horisontal dianggap vertikal.

Flow Net Jaringan aliran air (flow net) dapat digunakan terutama pada lapisan fondasi yang berupa lapisan pasir homogin, dengan asumsi bahwa aliran bersifat laminer dan homogin, sehingga hukum Darcy berlaku. Hasil tekanan angkat dari flownet dapat dilihat pada contoh di bawah yang berupa persentase beda tekanan (head) pada setiap garis ekipotensialnya, jadi pada setiap titik yang ditinjau dapat dihitung tekanan angkatnya.

Bila tekanan angkat cukup besar, sehingga lantai beton terlalu tebal dapat dipertimbangkan dengan menggunakan angkur/jangkar. Angkur pada bidang kontak antara struktur beton dengan fondasi batu berfungsi untuk meningkatkan stabilitas terhadap gaya angkat dan angkur pada saluran luncur kecuali untuk gaya angkat juga menahan gaya geser akibat berat sendiri. Analisis stabilitas dalam desain angkur grouting meliputi tahapan, yaitu: Kuat tarik ijin dari batang angkur Kapasitas gesek ijin antara batang angkur dan grout Kapasitas gesek batas (ultimate) antara angkur dengan fondasi batu. Pada saluran luncur, disamping tinjauan di atas (a, b dan c) juga ditinjau kekuatan geser batang angkur (perhitungkan juga kekuatan geser dari tanah dasar/batuan).

Pelindung Gerusan di Hilir Kolam Olak Untuk melindungi lapisan tanah dasar terhadap gerusan di bagian hilir kolam olak, dilindungi dengan batu atau bronjong yang dilengkapi dengan inverted filter di bagian bawahnya. Panjang lapisan pelindung dihitung berdasarkan kedalaman gerusan. Rumus yang dapat digunakan untuk mendesain lapisan pelindung LL = 4R LL = panjang lapisan pelindung R = kedalaman gerusan Untuk menghitung turbulensi dan aliran yang tidak stabil, maka R ditambah 1,5R menjadi 2,5 R. Bila menggunakan batu bronjong, tebal lapisan pelindung yang berupa susunan bongkah batu kosong adalah 2 sampai 3 kali diameter bongkah ……. (5.18) Q = debit (m3/det) f = faktor lumpur Lacey dm = diameter butiran tanah d50(mm) Besarnya nilai debit yang dipergunakan untuk menganalisis gerusan pada kolam olak, digunakan debit banjir dengan periode ulang 100 tahun.

Lining Saluran Terbuka Selama air mengalir melalui saluran, lantai saluran menerima gaya-gaya hidrostatis, tahanan friksi sepanjang saluran, gaya dinamis, tekanan angkat (uplift) dari retakan/sambungan. Pada kondisi kering, lantai juga mengalami gaya-gaya akibat aksi kontraksi dan ekspansi oleh temperatur, efek dari penurunan atau tekuk, dan tekanan angkat oleh underseepage atau muka air tanah yang tinggi. Lantai saluran harus dapat menahan beban-beban tersebut, antara lain dengan membuat tebal yang cukup, drainasi bawah (underdrains), angkur, cutoff, dan lain sebagainya yang semuanya mempunyai tujuan untuk membuat lantai stabil. Bila material fondasi berupa batuan, slab dapat dicor langsung pada permukaan galian, bila perlu dapat diperkuat dengan angkur. Blok-blok/slab beton sebaiknya menggunakan konstruksi beton bertulang untuk mengantisipasi timbulnya retakan-retakan.

Kolam olak biasanya terisi air, sehingga lapisan tanah di bawahnya menjadi jenuh permanen. Lantai kolam olak ini juga akan menerima beban/tekanan angkat, oleh karena itu lantai kolam harus cukup berat/tebal untuk menahan beban yang bekerja atau mempunyai sistim drainasi yang baik untuk melepaskan tekanan angkat tersebut. Dalam analisis desain, lantai kolam olak dianggap sebagai free body pada sistim keseimbangan statis dengan reaksi fondasi untuk mengimbangi beban-beban aktif. Gaya-gaya angkat yang disebabkan oleh beda tinggi tekanan pada bagian bawah slab diimbangi oleh berat lantai dan berat air efektif di dalam kolam. Perbedaan gaya hidrostatis dilawan oleh tahanan geser dari kaki slab pada fondasi. Stabilitas terhadap putaran diperoleh dengan menyamakan gaya-gaya yang tidak imbang dengan reaksi fondasi yang diposisikan sedemikaian rupa, sehingga momen gaya pada setiap titik menjadi nol.

TERIMA KASIH