TUGAS IRIGASI DANBANGUNAN AIR

1

BAB II

PERENCANAAN BADAN BENDUNG

II. 1 Data Perencanaan

1. Lebar dasar sungai pada lokasi bendung = 25 m

2. Elevasi dasar sungai pada dasar bendung = + 201 m

3. Elevasi sawah bagian hilir tertinggi dan terjauh = + 203 m

4. Elevasi muka tanah pada tepi sungai di lokasi bendung = + 205 m

5. Debit banjir rencana sungai/bendung (Qd) = 200 m 3 /dt

6. Kemiringan/slope dasar sungai = 0,0020

7. Tegangan tanah dasar yang diizinkan (∂t) = 8,5 kg/cm 2

8. Koefisien pengaliran (c) akibat curah hujan = 0,5

9. Pengambilan satu sisi (Q1) = 2,0 m3/dt

II. 2 Perhitungan Hidrolika Air Sungai

a. Menentukan Tinggi Air Maksimum pada Sungai

Data sungai :

Kemiringan/slope dasar sungai (I) = 0,0020

Lebar dasar sungai (b) = 25 m

Debit banjir rencana (Qd 50th ) = 200 m 3 /dt

Persamaan :

Q = A . V

V = C R.I

87

dimana :

C = γ (1 + )

R

Q = debit (m 3 /dt)

A = luas penampang basah (m2)

P = keliling penampang basah (m)

V = kecepatan aliran sungai di hilir (m/dt)

R = jari – jari hidrolis (m)

I = kemiringan dasar sungai

γ = 1,3 (untuk dinding saluran yang terbuat dari tanah biasa)

C = koef. Chezy

B

1 d3

1 1/2 d3

b

B n

Gambar 1

Kedalaman maksimum air sungai dicari dengan cara coba – coba sampai didapat

Q = Qdesign. Kemiringan tepi sungai dianggap 1 : 1

Tabel 3.1 Perhitungan tinggi air maksimum di hilir bendung

Rumus

Perkiraantinggi air (d 3) Assumed Water

Depth (m)2,4 2,4478

2,5

A=b. d3+d3 2 65,7

667,187

68,75P =b+2 2d3 31,78

831,923

32,071R=A/P 2,06

92,105

2,14487

C= 1R

45,697

45,884

46,083

V3=C RI 2,939

2,977

3,017Q=A. V 193,29

1200,006

207,447

Dari perhitungan tersebut, maka didapat tinggi air sungai maksimum di hilir

bendung d3 = 2,4478 meter.

Cek jenis aliran air dengan Bilangan Froude ( Fr )

Fr = 1 ......................aliran kritis

Fr > 1 ......................aliran super kritis

Fr < 1 ......................aliran sub kritis

VFr = =

2,9770,607 < 1, termasuk aliran sub kritis

g.d 3 9,81 2,4478

b. Menentukan Lebar Bendung

Lebar bendung yaitu jarak antara pangkal – pangkalnya (abutment). Agar tidak

mengganggu sifat pengaliran setelah dibangun bendung dan untuk menjaga agar tinggi

air di depan bendung tidak terlalu tinggi, maka dapat dibesarkan sampai B 1,2 Bn

T i n gg i Ja g aa n

Untuk menentukan besarnya tinggi jagaan (freeboard) maka dapat dipergunakan

tabel berikut :

Tabel 3.2 : Tinggi jagaan minimum untuk saluran tanah

Q (m 3 /dt) Tinggi Jagaan (m)< 0,5 0,40

0,5 – 1,5 0,501,5 – 5,0 0,605,0 – 10,0 0,75

10,0 – 15,0 0,85>15,0 1,00

Sumber : Kriteria perencanaan KP-03-hal 26

B

1 d3

1 1/2 d3

bB n

Gambar 2

Lebar sungai rata – rata/lebar air normal

(Bn) Bn = b + 2 (1/2 d3) = b + d3

= 25 + 2,4478

= 27,4478 m

Lebar maksimum/panjang bendung

(B) B = 6/5 Bn

= 1,2 Bn

= 1,2 . 27,4478

= 32,9373 m ≈ 33 meter

Tinggi jagaan (freeboard) = 1 m

;dimana :

Bn = lebar air normal (m)

B = lebar bendung (m)

c. Menentukan Lebar Efektif Bendung

Lebar efektif bendung adalah lebar bendung yang bermanfaat untuk

melewatkan debit. Pada saat banjir, pintu pembilas ditutup, ujung atas pintu bilas tidak

boleh lebih tinggi dari mercu bendung, sehingga air bisa lewat diantaranya.

Kemampuan pintu bilas untuk mengalirkan air dianggap hanya 80% saja, maka

disimpulkan besar lebar efektif bendung :

Beff = L’ = B – Σb – Σt + 0,80. Σb

= B – Σt – 0,20. Σb

Dimana : Beff = lebar efektif bendung (m)

B = lebar seluruh bendung (m)

Σt = jumlah tebal pilar (m)

Σb = jumlah lebar pintu bilas (m)

Lebar pintu pembilas (b1)

B 33Σb = =

10 10= 3,3 m

Lebar maksimum pintu = 2,0 m

3,3n =

2,0

3 , 3 b =

2

1,6468

1,647

2 buah

m

Lebar pintu pembilas (b) = 1,647

m Tebal pilar (t) diambil = 1,5

m Pengambilan air dari satu sisi,

maka

Beff = L’ = B – Σt – 0,20. Σb

= 33 – ( 2 . 1,5 ) – 0,20 ( 2 . 1,647)

= 29,28 m

Direncanakan 2 pintu pembilas dan 2 pilar.

Gambar 3

d. Menentukan Tinggi Bendung

Kehilangan Energi Air :

1) Elevasi sawah yang tertinggi dan terjauh = +203,00 m

2) Ketinggian air di sawah = 0,10 m

3) Kehilangan tekanan dari tersier ke sawah = 0,10 m

4) Kehilangan tekanan dari sekunder ke tersier = 0,10 m

5) Kehilangan tekanan dari primer ke sekunder = 0,10 m

6) Kehilangan tekanan akibat kemiringan saluran = 0,15 m

7) Kehilangan tekanan pada alat-alat ukur = 0,40 m

8) Kehilangan tekanan dari sungai ke primer = 0,20 m

9) Kehilangan tekanan karena eksploitasi = 0,10 m

10) Kehilangan tekanan karena bangunan - bangunan = 0 , 25 m

+ Elevasi dasar sungai pada dasar bendung (x) JUMLAH = +204,50

m Elevasi dasar sungai pada dasar bendung (y) =

+201,00 m

Tinggi Mercu Bendung ( P) = x – y

= 204,65 m – 201,00 m

= 3,50 m

II. 3 Perhitungan Tinggi Air Maksimum di Atas Mercu Bendung

hv3

T d3

v3

Ec E

1

M .A .B h

v0 H e

M .A .N v

0

d0

H dc

hvc

p

hv1

v1

d1

E2

E3

hv2

d2

L

Gambar 4

a. Menentukan Tinggi Total Air di atas Mercu (Peil) Bendung

Tinggi mercu bendung (P) = 3,50

m Lebar efektif bendung (Beff) =

29,28 m Dipakai Bendung type Ogee :

Q = C . Beff . He2/3

f Qd He3/2 =

C x Bef

dimana :

He =

2

Q d 3

C x Bef

Qd = debit banjir rencana

(m3/dt) Beff = lebar efektif

bendung (m)

He = tinggi total air di atas bendung (m)

C = koefisien pelimpasan (discharge

coefficient) C1 = dipengaruhi sisi depan bendung

C2 = dipengaruhi lantai depan

C3 = dipengaruhi air di belakang bendung

Nilai C, C1, C2, dan C3 didapat dari grafik ratio of discharge coefficient

(pada lampiran)

Untuk menentukan tinggi air di atas bendung digunakan cara coba – coba (Trial and Error)

dengan menentukan tinggi perkiraan He terlebih dulu.

Dicoba : He = 2 m maka :

P 3,65

He =

2= 1,75

Dari grafik DC 12 (pada lampiran) didapatkan C1 =

2,125 (dengan upstream face : vertical)

hd = P + He – d3 = 1,825 + 2 – 2,4478 = 3,052 m

hd d 3 =He

3, 2022 2, 4478= 2,75

2

Dari grafik DC 13A didapatkan C2 = 1,00

hd 3,202He

= 2

= 1,526

Dari grafik DC 13B didapatkan C3 = 1,00

Didapat C = C1 x C2 x C3 = 2,125

He` =

2

Q d 3

= C x Bef

2 0 0

2,125x 29,28

2

3= 2,170 He He`

Perhitungan selanjutnya ditabelkan

Tabel 3.3 Perhitungan tinggi air di atas mercu bendung

Rumus

Tinggi PerkiraanHe

(m)Catatan

2,00 2,175 2,2Qd 200 200 200 P =3,50m

P/He 1,750

1,609

1,591

Beff =29,28mHd = P + He – d 3 3,20

23,377

3,402

d3=2,4478m

(hd + d 3)/He 2,687

2,718

2,659hd/He 1,60

11,567

1,547C1 2,12

52,115

2,109C2 1,00 1,00 1,00C3 1,00 1,00 1,00C = C 1 x C 2 x C 3 2,12

52,115

2,1092

3

He’ = Q d

C x Bef

2,170 2,177 2,181

Maka didapat tinggi total air di atas puncak/mercu bendung (He) = 2,175 m.

b. Tinggi Air Maksimum di Atas Mercu Bendung

q

Tabel 3.4 Tinggi air maksimum di atas mercu bendung

BagianTinggi perkiraan h v0

(m)Catatan

0,0730 0,0757

H = He – h v0 2,1020 2,0993

Qd = 200 m 3/dt

P = 3,5 m Beff = 29,28 m He = 2.175

m

d0 = H + P 5,6020 5,5993

A = B eff . d 0 164,0266 163,9475

v0 = Q d / A 1,2193 1,21992

hv’ = v

0

2 g0,0758 0,0758

Maka didapat :

hv0 = hv’ = 0,0757 m

H = 2,09 m

d0 = 5,59 m

A = 163,95 m2

vo = 1,21 m/dt

dimana :

hv0 = tinggi kecepatan di hulu sungai (m)

H = tinggi air maksimum di atas mercu (m)

d0 = tinggi muka air banjir di hulu bendung (m)

v0

g

=

=

kecepatan aliran di hulu bendung (m/dt)

percepatan gravitasi (9,81 m/dt2)

II.4 Perhitungan Ketinggian Energi pada Tiap Titik

a. Tinggi Energi pada Aliran Kritis

Menentukan hidrolic pressure of the weir (dc)

Qq =

L`

Q= Bef

200=

29,286,8309 m4/dt

12 3

dc = g

1010

c

1

= 6,830942 3

9,811,6818 m

Menentukan harga Ec

qvc =

=

dc

6,8309

1,69184,0618 m/dt

hvc = v

2

2g

4,061842

=2 x 9,81

Ec = dc + hvc + P

0,8409 m

= 1,6818 + 0,8409 + 3,5

= 6,02 m

dimana :

dc = tinggi air kritis di atas mercu (m)

vc = kecepatan air kritis (m/dt)

hvc = tinggi kecepatan kritis (m)

Ec = tinggi energi kritis (m)

b. Tinggi Energi (Air Terendah) Pada Kolam Olakan

d

Tabel 3.5 Kecepatan aliran pada punggung bendung

Bagian

Perkiraan kecepatan ( v 1 )Catatan

12,182 13,887 10,252

d1 = q

v1 0,561 0,492 0,666q = 6,8309

m4/dt

Ec =6,02 m

E1=Ec

v 2

hv1 = 1

2 g 7,564 9,829 5,357

E1 = d 1 + h v1 8,125 10,321 6,023

Maka didapat :

v1 = 10,252 m/dt

d1 = 0,666 m

hv1 = 5,357 m

E1 = Ec = 6,023 m

dimana :

d1 = tinggi air terendah pada kolam olakan (m)

v1 = kecepatan aliran pada punggung bendung (m/dt)

hv1 = tinggi kecepatan (m)

E1 = tinggi energi (m)

c. Tinggi Energi (Air Tertinggi) pada Kolam Olakan

v1 Fr =

=

g . d1

10,252

9,81.0,6664,010

dd2 = 1

21 8Fr 2 - 1

0,666=

21 8 4,010 2 - 1

= 3,4601 m

qv2 =

2

6,8309=

3,46011,9742 m/dt

v 2

hv2 = 2

2 g

1,974242

=2 x 9,81

E2 = d2 + hv2

0,1987m

= 3,4601 + 0,1987 = 3,6587 m

dimana :

Fr = bilangan Froude

d2 = tinggi air tertinggi pada kolam olakan (m)

v2 = kecepatan aliran ( m/dt )

hv2 = tinggi kecepatan (m)

E2 = tinggi energi (m)

d. Tinggi Energi di Hilir Bendung

Pada perhitungan sebelumnya, telah

didapat v3 = 2,9768 m/dt

d3 = 2,4478 m.

v 2

hv3 = 3

2g

2,976842

=2 . 9,81

E3 = d3 + hv3

0,4517m

= 2,4478 + 0,4517 = 2,8994 m

dimana :

v3 = kecepatan aliran di hilir bendung (m/dt)

d3 = tinggi air di hilir bendung (m)

hv3 = tinggi kecepatan di hilir bendung (m)

E3 = tinggi energi di hilir bendung (m)

e. Perhitungan Panjang dan Dalam Penggerusan

Dalam penggerusan ( Scouring Depth )

d0 = 5,59 m; d3 = 2,4478 m.

h = d0 – d3

= 5,59 – 2,4478 = 3,1515

q = 6,8309 m3/dt

d = diameter terbesar yang hanyut waktu banjir, diambil d = 300 mm

Schoklish Formula :

T = 4,75

. h 0,2 . q 0,57

d 0,32

4.75 0,2= . 3,1515 .300 0,32 6,8309

0,57 2,8799 m

dimana :

h = beda tinggi muka air di hulu dan di hilir (m)

d = diameter terbesar yang hanyut waktu banjir (d = 300 mm)

T = dalam penggerusan (m)

Panjang penggerusan ( Scouring Length )

v1 = 10,252 m/dt

H = 2,09 m P

= 3,50 m Angerholzer

Formula :

L = v1 2.g.H2P

Hg

= 10,252 2 9,81 2,092 3,50

9,812,109

= 16,1807 m

dimana :

v1 = kecepatan aliran pada punggung bendung (m/dt)

H = tinggi air maksimum dari puncak mercu (m)

P = tinggi mercu bendung (m)

L = panjang penggerusan (m)

Elevasi Masing – Masing Titik :

Elev. dasar sungai

Elev. muka air normal (MAN)

=

=

+ 201,00 m

100 + P = 201 + 3,50

= + 204,50 m

Elev. muka air banjir (MAB) =

=

100 + do = 201 + 5,59

+ 206,59 m

Elev. energi kritis =

=

100 + Ec = 201 + 6,02

+ 207,02 m

Elev. energi di hilir bendung =

=

100 + E3 = 201 + 2,8994

+ 203,8994 m

Elev. dasar kolam olakan =

=

=

100 – (T – d3)

100 – (2,8799 – 2,4478)

+ 200,5679 m

Elev. sungai maksimum di hilir =

=

100 + d3 = 201 + 2,4478

+ 203,4478 m

GAMBAR MERCU

II.5 Perencanaan Bentuk Mercu Bendung

Tahap I

Menentukan bagian up stream (muka) bendung

Untuk menentukan bentuk penampang kemiringan bendung bagian hulu,

ditetapkan berdasarkan parameter seperti H dan P, sehingga akan

diketahui kemiringan bendung bagian up stream seperti ketentuan Tabel 3.6.

Data :

H = 2,09 m

P = 3,50 m

P= 1,6672 m

H

Tabel 3.6 Nilai P/H terhadap kemiringan muka bendung

P/He Kemiringan

< 0,40 1 : 1

0,40 – 1,00 3 : 2

1,00 – 1,50 3 : 1

> 1,50 Vertikal

Dari tabel, untuk P/H = 1,7355 diperoleh kemiringan muka bendung adalah

vertikal. Bentuk mercu yang dipilih adalah mercu Ogee.

Bentuk mercu Ogee tidak akan memberikan tekanan subatmosfer pada

permukaan mercu sewaktu bendung mengalirkan air pada debit rencana, karena mercu

Ogee berbentuk tirai luapan bawah dari bendung ambang tajam aerasi. Untuk debit

yang rendah, air akan memberikan tekanan ke bawah pada mercu.

Dari buku Standar Perencanaan Irigasi KP-02 Hal 48 Gambar 4.9, untuk bendung mercu

Ogee dengan kemiringan vertikal, pada bagian up stream diperoleh nilai :

X0 = 0,175 Hd = 0,175 . 2,09 = 0,367 m

X1 = 0,282 Hd = 0,282 . 2,09 = 0,592 m

R0 = 0,5 Hd = 0,5 . 2,09= 1,050 m

R1 = 0,2 Hd = 0,2 . 2,09= 0,420 m

Tahap II

Menentukan bagian down stream (belakang) bendung

Untuk merencanakan permukaan mercu Ogee bagian hilir, U.S.Army

Corps of Engineers mengembangkan persamaan sebagai berikut :

Dimana :

x n k.H ( n 1) .y ..................................................(1)

- k dan n tergantung kemiringan up stream bendung

Harga – harga k dan n adalah parameter yang ditetapkan dalam Tabel 3.7.

- x dan y adalah koordinat – koordinat permukaan down stream

- H adalah tinggi air di atas mercu bendung

Tabel 3.7 Nilai k dan n untuk berbagai kemiringan

Kemiringan permukaan K n1 : 1 1,873 1,7763 : 2 1,939 1,8103 : 1 1,936 1,836

Vertikal 2,000 1,850Sumber : Standar Perencanaan Irigasi KP-02 Hal 47

Bagian up stream : Vertikal, dari Tabel 2.6 diperoleh : k =

2,000 n =

1,850

Nilai k dan n disubstitusi ke dalam persamaan

(1) Persamaan down stream

x n k.Hd ( n 1) .y

x1,850

x1,850

2,000

3,757 y

2,09 (1,850 1).y

y 1

x1,850

3,757

y 0,266 x1,850

Menentukan koordinat titik singgung antara garis lengkung dengan garis

lurus sebagian hilir spillway

Kemiringan bendung bagian down stream (kemiringan garis lurus)

dy 1

dx(1 : 1)

Persamaan parabola : y 0,266 x1,850

Turunan pertama persamaan tersebut :

y 0,266 x1,850

dy 0,266

dx 1,85x 0,850

0,49 x 0,850

Kemiringan garis lurus 1 : 1

dy tg

1

dx 1

1 0,49 x 0,850

x 0,850 1

0,49

x 0,8502,03

x 1,82

xc 1,82 m

y 0,265 x1,850

= 0,265.(1,82)1,850

= 0,81

yc 0,81 m

Diperoleh koordinat titik singgung ( xc , yc ) = (1,82 ; 0,81) m

Jadi perpotongan garis lengkung dan garis lurus terletak pada jarak :

y = 0,81 m dari puncak

spillway x = 1,82 m dari sumbu

spillway

Lengkung Mercu Spillway Bagian Hilir

Persamaan : y 0,266 x1,850

Elevasi muka air normal = + 204,50 m

Elevasi dasar kolam olakan = + 200.568

m ( xc , yc ) = (1,82 ; 0,81) m

Tabel 3.8 Lengkung mercu bagian hilir ( interval 0,2 )

x(m) y(m)

Elevasi(m0 0 204,5

0,2 0,01

204,49

0,4 0,49

204,01

0,6 0,1 204,40

0,8 0,18

204,32

1 0,27

204,23

1,2 0,37

204,13

1,4 0,49

204,01

1,6 0,63

203,87

1,8 0,79

203,71

1,82 0,81

203,69

Bagian Hilir Spillway dengan Kemiringan 1 : 1

2020

tgn = 1 ;

ypersamaan

x

45 o

tgn 1 y x

Elev. dasar kolam olakan = 203,689

Tabel 3.9 Bagian hilir dengan kemiringan 1 : 1 (interval 0,2)

x (m) y (m) Elevasi (m)

0 0 203,6890,2 0,2 203,4890,4 0,4 203,2890,6 0,6 203,0890,8 0,8 202,889

1 1 202,6891,2 1,2 202,4891,4 1,4 202,2891,6 1,6 202,0891,8 1,8 201,8892 2 201,689

2,2 2,2 201,4892,4 2,4 201,2892,6 2,6 201,0892,8 2,8 200,889

3,121 3,121 200,568

II.6 Perencanaan Lantai Depan ( Apron )

Untuk mencari panjang lantai muka, maka yang menentukan adalah ΔH

terbesar. ΔH terbesar ini biasanya terjadi pada saat air muka setinggi mercu

bendung, sedangkan di belakang bendung adalah kosong. Seberapa jauh lantai

muka ini diperlukan, sangat ditentukan oleh garis hidraulik gradien yang digambar

kearah upstream dengan titik ujung belakang bendung sebagai titik permulaan

dengan tekanan sebesar nol. Miring garis hidraulik gradien disesuaikan dengan

kemiringan yang diijinkan untuk suatu tanah dasar tertentu, yaitu dengan

menggunakan Creep Ratio (c)

Fungsi lantai muka adalah menjaga jangan sampai pada ujung belakang

bendung terjadi tekanan yang bisa membawa butir – butir tanah.

a. Menentukan panjang lantai muka dengan rumus Bligh

LΔH =

c

L = c . ΔH

dimana : ΔH = Beda tekanan

L = Panjang creep line

cbligh = Creep ratio (diambil c = 5, untuk pasir kasar)

ΔH ab =

ΔH bc =

ΔH cd =

ΔH de =

ΔH ef =

ΔH fg =

ΔH gh =

3 , 5

53

52, 5

51 , 5

52

53

52, 5

5

0,7

0,6

0,5

0,3

0,4

0,6

0,5

2ΔH hi =

51,5

ΔH ij =54

ΔH jk =52

ΔH kl =5

0,4

0,3

0,8

0,4

ΔH = 5,5 m

L = 5,5 x 5 = 27,5 m

Faktor keamanan = 20% . 27,5 m = 5,5 m

Jadi Ltotal = 27,5 m + 5,5 m = 33 m

b. Menentukan Panjang Creep Line (Creep Length)

Panjang horizontal ( Lh ) = (4x1) + (2x1,5) + (1x2) + (2x3) + (5x3,5) + (1x4)

= 36,5 m

Panjang vertikal ( Lv ) = (9x1) + (1x1,5) + (1x2) + (2x2,5) + (1x3,5) + 1,911

= 22,911 m

Panjang Total Creep Line ( ΣL ) = Lh + Lv

= 36,5 + 22,911

= 59,411 m

Cek :

L H . c

59,411 5,5 . 5

59,411 27,5 ............. (konstruksi aman terhadap tekanan air)

c. Pengujian Creep Line ada dua cara yaitu :

1) Bligh’s theory

L = Cc . Hb

dimana, L = Panjang creep line yang diijinkan

Cc = Koefisien Bligh (tergantung bahan yang dilewati, Cc diambil

5) Hb = beda tinggi muka air banjir dengan tinggi air di hilir

(m) Hb = P + H – d3

= 8,5 + 2,1173 - 2,5482

= 8,0691 m

Maka, L = Cc . Hb

= 5 . 8,0691

= 40,3455 m

Syarat : L < ΣL

40,3455 m < 59,411 m …………………. (OK !)

Faktor keamanan = 20% . 40,3455 = 8,0691 m

Jadi LTOTAL = 40,3455 + 8,0691 = 48,4146 m

2) Lane’s theory

L = Cw . Hb

dimana, Cw adalah koefisien lane (tergantung bahan yang

dilewati, Cw diambil 3)

maka, L = Cw . Hb

= 3 . 8,0691

= 24,2073 m1

Ld = Lv + Lh3

1= 22,911 + 36,5

3= 35,0777 m

Syarat : L < Ld

24,2073 m < 35,0777 m ………………....... (OK !)

Tabel 4.0 Data Hasil Perhitungan

d 2,5 482 mv 2,8493 3 v 14,38 m/ d 0,472 mh 10,539m/ L’=B 2 ,436 mP8,5

1 dt 1 v1

dt eff mE 11,012 md 4,229m He2,12 6 mh 0,0209

1 2v0 mv 1,562m/ h 1,606 mE 4,36

m d 1 0,6173 mH2,1173

2 dt v2 20 mT3,46 mL24,98 mh 0,414

m v 0,6399m/ d 1,67 4 mv 4,056 v3

0 dt c c mE 2,9622 mΣL54,411 mm/ h 0,83 8 mE 1 1,012 m

3dt vc c

GA M B A R PE R AN C ANGA N AP R O N D A N CR EE P L I N E