DESAIN SABO DAM DI PA-C4 KALI PABELAN MERAPI Desain Sabo Dam Di PA-C4 Kali Pabelan Merapi.
DESAIN SABO DAM DI PA-C4 KALI PABELAN MERAPI
Tugas Akhir
Untuk memenuhi sebagian persyaratan
mencapai derajat Sarjana-1 Teknik Sipil
diajukan oleh :
ENGGAR DYAH ANDHARINI
NIM : D 100 090 035
NIRM : 09.6.106.03010.50035
Kepada :
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
Maret, 2015
i
ii
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr.Wb.
Alhamdulillah , segala puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT
atas limpahan rahmat dan karunianya, sehingga laporan Tugas Akhir ini dapat
terselesaikan. Tugas Akhir ini disusun guna melengkapi persyaratan untuk
memperoleh gelar Sarjana pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta. Bersama ini penulis mengucapkan terima
kasih kepada semua pihak yang telah banyak memberikan dukungan sehingga
penyusun dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Kemudian dengan terselesaikannya Tugas Akhir ini penulis juga
mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Ir. H. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Mochamad Solikin, S.T., M.T., Ph.D., selaku Ketua Program Studi
Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
3. Bapak Jaji Abdurrosyid, S.T., M.T., selaku Pembimbing Utama.
4. Bapak Gurawan Djati Wibowo, S.T., M.Eng., selaku Pembimbing
Pendamping.
5. Bapak Ir. Hermono S.B., M.Eng., selaku Anggota Tim Penguji.
6. Bapak Basuki, S.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik.
7. Bapak dan Ibu serta keluarga di rumah, terima kasih untuk doanya.
8. Keluarga besar PT. DDC Consultant, terima kasih bantuannya.
9. Teman-teman satu angkatan 2009 dan teman-teman seperjuangan.
10. Neny Legina, Ari Sambodo, Bagus Setya Sumedi, Septiyana
Sukiyaningrum, Dwi Setyo Nurizal, Masitoh Ambarwati, terima kasih atas
dukungannya.
11. Dan seluruh pihak-pihak lain yang tidak dapat penulis sebutkan satupersatu.
Semoga segala bantuan yang diberikan, senantiasa mendapatkan ridho dari
Allah SWT dan semoga Laporan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita
semua. Amin.
Wassalamu’alaikum Wr. Wb.
Surakarta, 7 Maret 2015
Penulis
iii
DAFTAR ISI
Halaman
JUDUL ................................................................................................................ i
LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................ ii
KATA PENGANTAR .......................................................................................iii
DAFTAR ISI ..................................................................................................... iv
DAFTAR TABEL ............................................................................................ vii
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... ix
DAFTAR NOTASI............................................................................................ xi
DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xv
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ............................................. xvi
ABSTRAKSI .................................................................................................. xvii
PENDAHULUAN ............................................................................... 1
A. Latar Belakang ................................................................................ 1
B. Rumusan Masalah ............................................................................ 1
C. Tujuan dan Manfaat Penelitian ......................................................... 2
1. Tujuan penelitian ......................................................................... 2
2. Manfaat penelitian ....................................................................... 2
D. Batasan Masalah .............................................................................. 2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................... 3
BAB III LANDASAN TEORI .......................................................................... 6
A. Hujan rata-rata pada suatu daerah .................................................... 6
1. Pengisian data hujan yang hilang ............................................... 6
2. Analisis konsistensi data hujan .................................................. 6
B. Hujan rata-rata pada suatu daerah .................................................... 7
1. Metode rata-rata Aljabar (Mean Arithmatic method) .................... 8
2. Metode Poligon Thiesen .............................................................. 8
3. Metode Isohyet ............................................................................ 8
C. Analisis Frekuensi.......................................................................... 11
1. Distribusi Normal ..................................................................... 12
2. Distribusi Log Normal .............................................................. 12
3. Distribusi Log Pearson Type III ................................................ 13
4. Distribusi Gumbel ..................................................................... 14
D. Penggambaran Kurva ..................................................................... 15
E. Pengujian Kecocokan ..................................................................... 16
F. Hujan Rancangan Efektif ............................................................... 18
G. Banjir rancangan ............................................................................ 19
H. Desain Kriteria Sabo Dam ............................................................. 23
1. Uraian Umum ............................................................................ 23
2. Penentuan Lokasi Sabo Dam ..................................................... 24
BAB I
iv
3. Analisa Mekanika Tanah ........................................................... 24
4. Perencanaan Debit Banjir ......................................................... 27
5. Desain Pelimpah / Peluap ......................................................... 27
6. Desain Main Dam ..................................................................... 29
7. Desain Sub Dam ....................................................................... 33
8. Apron (lantai terjun) ................................................................. 34
9. Dinding Tepi ............................................................................ 35
10. Kedalaman Gerusan Lokal ........................................................ 35
I. Analisis Stabilitas ........................................................................... 36
BAB IV METODE PENELITIAN ................................................................. 39
A. Bahan dan Alat .............................................................................. 39
B. Langkah-langkah penelitian ........................................................... 39
BAB V ANALISIS DAN PEMBAHASAN ..................................................... 42
A. Analisis Debit Masukan (Inflow) .................................................... 42
1. Curah hujan daerah (wilayah) ................................................... 42
2. Hujan Rancangan...................................................................... 49
a. Analisa Frekuensi .................................................................. 49
b. Analisis Hujan Rancangan .................................................... 51
c. Penggambaran Kurva ............................................................ 53
d. Pengujian Kecocokan ............................................................ 55
e. Hujan Efektif......................................................................... 56
f. Banjir Rancangan .................................................................. 58
B. Desain Sabo Dam........................................................................... 60
1. Sabo Dam ................................................................................. 60
2. Perencanaan Debit Banjir .......................................................... 61
3. Desain Pelimpah/Peluap ........................................................... 62
4. Desain Main Dam ..................................................................... 63
5. Desain Sub Dam ....................................................................... 65
6. Apron (Lantai Terjun) ............................................................... 66
7. Dinding Tepi............................................................................. 67
8. Kedalaman Gerusan Lokal ........................................................ 68
C. Analisis Stabilitas .......................................................................... 68
1. Stabilitas Main Dam ................................................................. 68
1.1. Kondisi Banjir .................................................................... 68
1.1.1. Kondisi Banjir (belum ada sedimen) ......................... 69
1.1.2. Kondisi Banjir (penuh sedimen) ............................... 74
1.2 Kondisi Normal.................................................................. 78
1.3 Kondisi Normal Saat Gempa .............................................. 82
v
1.4 Stabilitas terhadap erosi bawah tanah (piping) .................... 86
2. Stabilitas Dinding Tepi ............................................................ 87
1. Saat Kondisi Kosong ............................................................. 88
2. Saat Kondisi Normal ............................................................. 91
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN........................................................ 93
A. Kesimpulan ................................................................................... 93
B.Saran.............................................................................................. 93
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
vi
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel III.1. Tabel nilai kritik dari Q dan R....................................................... 7
Tabel III.2. Pemilihan jenis distribusi menurut kriteria Sri Harto (1981) ......... 15
Tabel III.3. Koefisien Limpasan (C) ................................................................ 22
Tabel III.4. Nilai standar rata-rata .................................................................. 25
Tabel III.5. Tinggi jagaan berdasarkan debit banjir rencana ............................ 28
Tabel III.6. Nilai koefisien limpasan untuk aliran debris .................................. 29
Tabel III.7. Lebar mercu pelimpah .................................................................. 30
Tabel III.8. Kedalaman maksimum gerusan lokal ............................................ 35
Tabel III.9. Nilai minimum angka rembesan Lane (CL) ................................... 37
Tabel V.1. Konsistensi Stasiun Babadan ......................................................... 43
Tabel V.2. Konsistensi Stasiun Banggalan ...................................................... 44
Tabel V.3. Konsistensi Stasiun Pagersari ........................................................ 45
Tabel V.4. Konsistensi Stasiun Krogowanan ................................................... 46
Tabel V.5. Curah hujan maksimum hasil rata-rata Thiessen............................. 48
Tabel V.6. Analisis frekuensi hujan daerah aliran sungai................................. 49
Tabel V.7. Pemilihan jenis distribusi menurut kriteria Sri Harto (1981) .......... 50
Tabel V.8. Perhitungan metode Log Pearson Type III ..................................... 51
Tabel V.9. Harga-harga G (Koefisien Pearson) untuk periode ulang tertentu ... 53
Tabel V.10. Hasil Hujan rancangan metode Log Pearson Type III................... 53
Tabel V.11. Analisa Frekuensi dengan cara Weibull & Gumbel ....................... 53
Tabel V.12. Plotting P(Xi < X) ....................................................................... 55
Tabel V.13. Uji Chi-Kuadrat ........................................................................... 56
Tabel V.14. Tabel perhitungan intensitas hujan ............................................... 57
Tabel V.15. Perhitungan hujan efektif ............................................................. 58
Tabel V.16. Parameter desain.......................................................................... 60
Tabel V.17. Perhitungan kedalaman aliran ...................................................... 62
Tabel V.18. Data yang direncanakan (stabilitas main dam) ............................. 68
Tabel V.19. Gaya vertikal saat kondisi banjir (belum ada sedimen) ................. 69
Tabel V.20. Gaya horizontal saat kondisi banjir (belum ada sedimen) ............. 70
Tabel V.21. Koefisien daya dukung tanah Terzaghi ........................................ 71
Tabel V.22. Gaya vertikal saat kondisi banjir (penuh sedimen) ....................... 74
Tabel V.23. Gaya horizontal saat kondisi banjir (penuh sedimen) ................... 75
Tabel V.24. Gaya vertikal pada saat kondisi normal ........................................ 78
Tabel V.25. Gaya horizontal pada saat kondisi normal .................................... 78
vii
Tabel V.26. Gaya vertikal gempa saat kondisi normal ..................................... 82
Tabel V.27. Gaya horizontal gempa pada saat kondisi normal ......................... 83
Tabel V.28. Panjang rembesan ........................................................................ 87
Tabel V.29. Data yang direncanakan (Stabilitas dinding tepi).......................... 87
Tabel V.30. Gaya vertikal dinding tepi saat kondisi kosong ............................ 88
Tabel V.31. Gaya horizontal dinding tepi saat kondisi kosong......................... 88
Tabel V.32. Gaya vertikal dinding tepi saat kondisi normal............................. 92
Tabel V.33. Gaya horizontal dinding tepi saat kondisi normal ......................... 92
viii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar III.1. Poligon Thiessen ............................................................................ 9
Gambar III.2. Metode Isohyet............................................................................. 10
Gambar III.3. Plotting Distribusi Log Pearson Type III...................................... 18
Gambar III.4. Curah hujan jam-jaman ................................................................ 19
Gambar III.5. Sketsa Hidrograf Nakayasu .......................................................... 20
Gambar III.6. Nama bagian sabo dam ............................................................... 24
Gambar III.7. Sketsa Desain Pelimpah .............................................................. 27
Gambar III.8. Main Dam Type Standart ............................................................ 29
Gambar III.9. Sketsa lebar mercu peluap main dam ........................................... 30
Gambar III.10. Sketsa tinggi efektif main dam .................................................. 31
Gambar III.11. Sketsa kedalaman pondasi main dam ......................................... 31
Gambar III.12. Sketsa tebal apron (lantai terjun) ............................................... 34
Gambar IV.1. Bagan alir penelitian ................................................................... 41
Gambar V.1. Grafik Plotting pada kertas probabilitas ........................................ 54
Gambar V.2. Curah hujan jam-jaman ................................................................. 57
Gambar V.3. Debit banjir rencana dari perhitungan metode HSS Nakayasu ...... 59
Gambar V.4. Sketsa Desain Pelimpah ............................................................... 63
Gambar V.5. Main Dam Type Standart ............................................................. 63
Gambar V.6. Sketsa tebal apron (lantai terjun) .................................................. 66
Gambar V.7. Desain dinding tepi ...................................................................... 67
Gambar V.8. Gaya yang bekerja pada main dam pada kondisi banjir (belum ada
sedimen) .................................................................................... 69
ix
Gambar V.9. Gaya yang bekerja pada main dam pada kondisi banjir (penuh
sedimen) .................................................................................... 74
Gambar V.10. Gaya yang bekerja pada main dam pada kondisi normal ............. 78
Gambar V.11. Gaya gempa saat kondisi normal ................................................ 82
Gambar V.12. Sketsa panjang rembesan ............................................................ 86
Gambar V.13. Gaya yang bekerja pada dinding tepi saat kondisi kosong ........... 88
Gambar V.17. Gaya yang bekerja pada dinding tepi saat kondisi normal ........... 91
x
DAFTAR NOTASI
R
= rata-rata curah hujan (mm)
R1, R2,..Rn
= curah hujan di masing-masing stasiun
n
= jumlah stasiun hujan
A
= luas daerah aliran sungai (km2)
A1, A2,..A3
= luas sub area yang mewakili masing-masing stasiun hujan (km2)
S
= standar deviasi
Cv
= koefisien variasi
Cs
= koefisien asimetri/ skewness
Ck
= koefisien kurtosis
G
= koefisien Pearson
P’
= fungsi kerapatan kemungkinan
RT50
= hujan rancangan periode 50 tahun
C
= koefisien limpasan dari tata guna lahan
L
= panjang sungai (km)
Qp
= debit puncak banjir (m3/dt)
Ro
= hujan satuan (mm)
Tg
= waktu konsentrasi (jam)
Tr
= waktu efektif (jam)
Tp
= tenggang waktu dari permulaan hujan sampai puncak (jam)
Q
= debit (m3/detik)
C
= koefisien pengaliran
T0,3
= waktu yang diperlukan pleh penurunan debit dari debit puncak
sampai menjadi 30 % dari debit puncak (jam)
Qa
= limpasan setelah mencapai debit puncak (m3/dt)
t
= waktu (jam)
xi
Q50
= debit banjir rencana dengan kala ulang 50 tahunan (m3/dt)
Qd
= debit banjir rencana bersedimen (m3/dt)
α
= rasio konsentrasi sedimen
hw
= kedalaman aliran pelimpah (m)
hf
= tinggi jagaan (m)
hm
= tinggi efektif main dam (m)
hp
= kedalaman pondasi (m)
B1
= lebar dasar pelimpah (m)
B2
= lebar permukaan pelimpah (m)
a
= koefisien limpasan
m
= kemiringan dinding pelimpah
Hc
= Tinggi total pelimpah (m)
b1
= lebar mercu main dam (m)
b2
= lebar pondasi maindam (m)
n
= kemiringan hilir main dam
m
= kemiringan hulu main dam
H1
= tinggi total main dam (m)
γw
= berat jenis air (ton/m)
γc
= berat jenis bahan konstruksi (ton/m)
γs
= berat jenis sedimen (ton/m)
γsat
= berat jenis sedimen terendam (ton/m)
H2
= tinggi sub dam (m)
ta
= tebal lantai terjun (m)
L
= panjang lantai terjun (m)
H
= tinggi dinding tepi (m)
DC
= tebal dinding tepi (m)
DB
= lebar dasar dinding tepi (m)
xii
Fr
= bilangan froude
Ka
= kondisi tanah aktif
Φ
= nilai sudut geser dalam (°)
f
= koefisien gesekan dasar main dam (ton/m)
K
= koefisien gempa
F
= gaya aliran debris (ton/m)
hd
= kedalaman aliran debris (m)
hj
= ketinggian muka air di atas mercu sub dam sampai apron (m)
W
= berat sendiri
VW
= tekanan air vertikal
Pev
= tekanan sedimen vertikal
U
= tekanan uplift
V
= gaya vertikal (ton)
H
= gaya horizontal (ton)
L
= lengan momen (m)
HW
= tekanan air horizontal
Peh
= tekanan sedimen horizontal
CL
= angka rembesan lane
∑Lv
= jumlah panjang vertikal (m)
∑LH
= jumlah panjang horizontal (m)
H
= beda tinggi muka air (m)
FS
= angka keamanan terhadap penggulingan
∑MV
= momen vertikal total terhadap titik momen pusat
∑MH
= momen horizontal total terhadap titik momen pusat
e
= nilai eksentrisitas
∑H
= gaya horizontal total
∑V
= gaya vertikal total
xiii
SF
= angka keamanan terhadap gaya geser
σmax
= tegangan tanah maksimal yang terjadi
σmin
= tegangan tanah minimum yang terjadi
qult
=daya dukung ultimit Keruntuhan Geser Umum (ton/m2)
qult’
= daya dukung ultimit Keruntuhan Geser Lokal (ton/m2)
c
= nilai kohesi tanah (ton/m3)
hp
= kedalaman pondasi (m)
b2
= lebar pondasi (m)
Is
= kemiringan dasar sungai
Nc, Nq, Nγ
= faktor daya dukung
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Gambar Desain Sabo Dam ................................................................... Lampiran 1
Gambar Desain Situasi di PA-C4 ......................................................... Lampiran 2
Gambar Desain Sabo Dam (Tampak atas) ............................................ Lampiran 3
Gambar Desain Sabo Dam (Potongan A-A) ......................................... Lampiran 4
Gambar Desain Sabo Dam (Potongan B-B) .......................................... Lampiran 5
Gambar Desain Sabo Dam (Potongan C-C) .......................................... Lampiran 6
Gambar Desain Sabo Dam(Potongan D-D) ......................................... Lampiran 7
Gambar Desain Sabo Dam (Potongan E-E) .......................................... Lampiran 8
Gambar Desain Sabo Dam (Potongan F-F)........................................... Lampiran 9
Gambar Detail Bufferfil Main Dam Kanan......................................... Lampiran 10
Gambar Detail Bufferfil Main Dam Kiri ............................................ Lampiran 11
Gambar Detail Bufferfil Sub Dam Kanan ........................................... Lampiran 12
Gambar Detail Bufferfil Sub Dam Kanan ........................................... Lampiran 13
Gambar Peta Rupa Bumi .................................................................... Lampiran 14
Gambar Peta Lokasi Sabo Dam .......................................................... Lampiran 15
Data Curah Hujan Harian ................................................................... Lampiran 16
Data Curah Hujan Maksimum ............................................................ Lampiran 70
Metode Land Use ............................................................................... Lampiran 72
Perhitungan Debit Banjir Rencana ..................................................... Lampiran 73
Nilai Kritik untuk Uji Smirnov Kolmogorov ...................................... Lampiran 80
Faktor “K” untuk Sebaran Pearson ..................................................... Lampiran 81
Nilai Distribusi X2 ............................................................................. Lampiran 82
Plotting Distribusi Log Pearson Type III ............................................ Lampiran 83
Nilai Koefisien Pengaliran untuk Periode Tertentu............................. Lampiran 84
xv
xvi
DESAIN SABO DAM DI PA-C4 KALI PABELAN MERAPI
ABSTRAKSI
Sabo dam di PA-C4 Kali Pabelan Merapi terletak di Desa Gondosuli,
Kecamatan Muntilan, Kabupaten Magelang. Sabo dam berfungsi untuk
mengendalikan aliran sedimen lahar dingin dan menahan sedimen dalam jumlah
besar, serta melokalisir endapan sedimen agar tidak merusak daerah sekitarnya.
Tujuan dari penelitian ini adalah merencanakan sabo dam yang mampu
mengalirkan Q50 serta aman terhadap beban gempa, beban gaya hidrostatik, uplift,
aman terhadap bahaya piping, dan aman terhadap daya dukung tanah di lapangan.
Perencanaan ini dilakukan dengan analisis data hujan, hujan efektif, dan
analisis hujan rerata dengan metode Poligon Thiesen serta analisis banjir rencana
dengan metode HSS Nakayasu. Analisa tersebut menghasilkan debit banjir
rencana 50 tahun (Q50) sebesar 148,516 m3/dt.
Analisis sabo dam dilakukan kontrol kestabilan terhadap rembesan (piping)
sehingga didapatkan hasil CL = 5,216 ≥ 3. Kestabilan terhadap momen guling
didapatkan hasil SF = 5,519 > 1,2 (kondisi banjir belum ada sedimen), SF = 4,159
>1,2 (kondisi banjir penuh sedimen), SF = 7,147 > 1,2 (kondisi normal), dan SF =
5,001 >1,2 (kondisi gempa saat muka air normal). Kestabilan terhadap momen
geser didapatkan hasil SF = 1,632 > 1,2 (kondisi banjir belum ada sedimen), SF =
1,297 > 1,2 (kondisi banjir penuh sedimen), SF = 2,408 > 1,2 (kondisi normal),
SF = 2,000 > 1,2 (kondisi gempa saat muka air normal). Kestabilan terhadap daya
dukung tanah pondasi didapatkan hasil σmax = 4,160 < 53,300 ton/m2 (kondisi
banjir belum ada sedimen), σmax = 1,579 < 53,300 ton/m2 (kondisi banjir penuh
sedimen), σmax = 2,761 < 53,300 ton/m2 (kondisi normal), σmax = 1,568 <
53,300 ton/m2 (kondisi gempa saat muka air normal). Analisis sabo dam di PA-C4
Kali Pabelan Merapi aman terhadap beban gempa, beban gaya hidrostatik, beban
uplift, aman terhadap bahaya piping, dan aman terhadap daya dukung tanah di
lapangan.
Kata kunci : Sabo Dam (di PA-C4 Kali Pabelan Merapi), Kestabilan sabo dam.
xvii
Tugas Akhir
Untuk memenuhi sebagian persyaratan
mencapai derajat Sarjana-1 Teknik Sipil
diajukan oleh :
ENGGAR DYAH ANDHARINI
NIM : D 100 090 035
NIRM : 09.6.106.03010.50035
Kepada :
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
Maret, 2015
i
ii
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr.Wb.
Alhamdulillah , segala puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT
atas limpahan rahmat dan karunianya, sehingga laporan Tugas Akhir ini dapat
terselesaikan. Tugas Akhir ini disusun guna melengkapi persyaratan untuk
memperoleh gelar Sarjana pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta. Bersama ini penulis mengucapkan terima
kasih kepada semua pihak yang telah banyak memberikan dukungan sehingga
penyusun dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Kemudian dengan terselesaikannya Tugas Akhir ini penulis juga
mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Ir. H. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
2. Bapak Mochamad Solikin, S.T., M.T., Ph.D., selaku Ketua Program Studi
Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
3. Bapak Jaji Abdurrosyid, S.T., M.T., selaku Pembimbing Utama.
4. Bapak Gurawan Djati Wibowo, S.T., M.Eng., selaku Pembimbing
Pendamping.
5. Bapak Ir. Hermono S.B., M.Eng., selaku Anggota Tim Penguji.
6. Bapak Basuki, S.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik.
7. Bapak dan Ibu serta keluarga di rumah, terima kasih untuk doanya.
8. Keluarga besar PT. DDC Consultant, terima kasih bantuannya.
9. Teman-teman satu angkatan 2009 dan teman-teman seperjuangan.
10. Neny Legina, Ari Sambodo, Bagus Setya Sumedi, Septiyana
Sukiyaningrum, Dwi Setyo Nurizal, Masitoh Ambarwati, terima kasih atas
dukungannya.
11. Dan seluruh pihak-pihak lain yang tidak dapat penulis sebutkan satupersatu.
Semoga segala bantuan yang diberikan, senantiasa mendapatkan ridho dari
Allah SWT dan semoga Laporan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita
semua. Amin.
Wassalamu’alaikum Wr. Wb.
Surakarta, 7 Maret 2015
Penulis
iii
DAFTAR ISI
Halaman
JUDUL ................................................................................................................ i
LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................ ii
KATA PENGANTAR .......................................................................................iii
DAFTAR ISI ..................................................................................................... iv
DAFTAR TABEL ............................................................................................ vii
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... ix
DAFTAR NOTASI............................................................................................ xi
DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xv
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ............................................. xvi
ABSTRAKSI .................................................................................................. xvii
PENDAHULUAN ............................................................................... 1
A. Latar Belakang ................................................................................ 1
B. Rumusan Masalah ............................................................................ 1
C. Tujuan dan Manfaat Penelitian ......................................................... 2
1. Tujuan penelitian ......................................................................... 2
2. Manfaat penelitian ....................................................................... 2
D. Batasan Masalah .............................................................................. 2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................... 3
BAB III LANDASAN TEORI .......................................................................... 6
A. Hujan rata-rata pada suatu daerah .................................................... 6
1. Pengisian data hujan yang hilang ............................................... 6
2. Analisis konsistensi data hujan .................................................. 6
B. Hujan rata-rata pada suatu daerah .................................................... 7
1. Metode rata-rata Aljabar (Mean Arithmatic method) .................... 8
2. Metode Poligon Thiesen .............................................................. 8
3. Metode Isohyet ............................................................................ 8
C. Analisis Frekuensi.......................................................................... 11
1. Distribusi Normal ..................................................................... 12
2. Distribusi Log Normal .............................................................. 12
3. Distribusi Log Pearson Type III ................................................ 13
4. Distribusi Gumbel ..................................................................... 14
D. Penggambaran Kurva ..................................................................... 15
E. Pengujian Kecocokan ..................................................................... 16
F. Hujan Rancangan Efektif ............................................................... 18
G. Banjir rancangan ............................................................................ 19
H. Desain Kriteria Sabo Dam ............................................................. 23
1. Uraian Umum ............................................................................ 23
2. Penentuan Lokasi Sabo Dam ..................................................... 24
BAB I
iv
3. Analisa Mekanika Tanah ........................................................... 24
4. Perencanaan Debit Banjir ......................................................... 27
5. Desain Pelimpah / Peluap ......................................................... 27
6. Desain Main Dam ..................................................................... 29
7. Desain Sub Dam ....................................................................... 33
8. Apron (lantai terjun) ................................................................. 34
9. Dinding Tepi ............................................................................ 35
10. Kedalaman Gerusan Lokal ........................................................ 35
I. Analisis Stabilitas ........................................................................... 36
BAB IV METODE PENELITIAN ................................................................. 39
A. Bahan dan Alat .............................................................................. 39
B. Langkah-langkah penelitian ........................................................... 39
BAB V ANALISIS DAN PEMBAHASAN ..................................................... 42
A. Analisis Debit Masukan (Inflow) .................................................... 42
1. Curah hujan daerah (wilayah) ................................................... 42
2. Hujan Rancangan...................................................................... 49
a. Analisa Frekuensi .................................................................. 49
b. Analisis Hujan Rancangan .................................................... 51
c. Penggambaran Kurva ............................................................ 53
d. Pengujian Kecocokan ............................................................ 55
e. Hujan Efektif......................................................................... 56
f. Banjir Rancangan .................................................................. 58
B. Desain Sabo Dam........................................................................... 60
1. Sabo Dam ................................................................................. 60
2. Perencanaan Debit Banjir .......................................................... 61
3. Desain Pelimpah/Peluap ........................................................... 62
4. Desain Main Dam ..................................................................... 63
5. Desain Sub Dam ....................................................................... 65
6. Apron (Lantai Terjun) ............................................................... 66
7. Dinding Tepi............................................................................. 67
8. Kedalaman Gerusan Lokal ........................................................ 68
C. Analisis Stabilitas .......................................................................... 68
1. Stabilitas Main Dam ................................................................. 68
1.1. Kondisi Banjir .................................................................... 68
1.1.1. Kondisi Banjir (belum ada sedimen) ......................... 69
1.1.2. Kondisi Banjir (penuh sedimen) ............................... 74
1.2 Kondisi Normal.................................................................. 78
1.3 Kondisi Normal Saat Gempa .............................................. 82
v
1.4 Stabilitas terhadap erosi bawah tanah (piping) .................... 86
2. Stabilitas Dinding Tepi ............................................................ 87
1. Saat Kondisi Kosong ............................................................. 88
2. Saat Kondisi Normal ............................................................. 91
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN........................................................ 93
A. Kesimpulan ................................................................................... 93
B.Saran.............................................................................................. 93
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
vi
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel III.1. Tabel nilai kritik dari Q dan R....................................................... 7
Tabel III.2. Pemilihan jenis distribusi menurut kriteria Sri Harto (1981) ......... 15
Tabel III.3. Koefisien Limpasan (C) ................................................................ 22
Tabel III.4. Nilai standar rata-rata .................................................................. 25
Tabel III.5. Tinggi jagaan berdasarkan debit banjir rencana ............................ 28
Tabel III.6. Nilai koefisien limpasan untuk aliran debris .................................. 29
Tabel III.7. Lebar mercu pelimpah .................................................................. 30
Tabel III.8. Kedalaman maksimum gerusan lokal ............................................ 35
Tabel III.9. Nilai minimum angka rembesan Lane (CL) ................................... 37
Tabel V.1. Konsistensi Stasiun Babadan ......................................................... 43
Tabel V.2. Konsistensi Stasiun Banggalan ...................................................... 44
Tabel V.3. Konsistensi Stasiun Pagersari ........................................................ 45
Tabel V.4. Konsistensi Stasiun Krogowanan ................................................... 46
Tabel V.5. Curah hujan maksimum hasil rata-rata Thiessen............................. 48
Tabel V.6. Analisis frekuensi hujan daerah aliran sungai................................. 49
Tabel V.7. Pemilihan jenis distribusi menurut kriteria Sri Harto (1981) .......... 50
Tabel V.8. Perhitungan metode Log Pearson Type III ..................................... 51
Tabel V.9. Harga-harga G (Koefisien Pearson) untuk periode ulang tertentu ... 53
Tabel V.10. Hasil Hujan rancangan metode Log Pearson Type III................... 53
Tabel V.11. Analisa Frekuensi dengan cara Weibull & Gumbel ....................... 53
Tabel V.12. Plotting P(Xi < X) ....................................................................... 55
Tabel V.13. Uji Chi-Kuadrat ........................................................................... 56
Tabel V.14. Tabel perhitungan intensitas hujan ............................................... 57
Tabel V.15. Perhitungan hujan efektif ............................................................. 58
Tabel V.16. Parameter desain.......................................................................... 60
Tabel V.17. Perhitungan kedalaman aliran ...................................................... 62
Tabel V.18. Data yang direncanakan (stabilitas main dam) ............................. 68
Tabel V.19. Gaya vertikal saat kondisi banjir (belum ada sedimen) ................. 69
Tabel V.20. Gaya horizontal saat kondisi banjir (belum ada sedimen) ............. 70
Tabel V.21. Koefisien daya dukung tanah Terzaghi ........................................ 71
Tabel V.22. Gaya vertikal saat kondisi banjir (penuh sedimen) ....................... 74
Tabel V.23. Gaya horizontal saat kondisi banjir (penuh sedimen) ................... 75
Tabel V.24. Gaya vertikal pada saat kondisi normal ........................................ 78
Tabel V.25. Gaya horizontal pada saat kondisi normal .................................... 78
vii
Tabel V.26. Gaya vertikal gempa saat kondisi normal ..................................... 82
Tabel V.27. Gaya horizontal gempa pada saat kondisi normal ......................... 83
Tabel V.28. Panjang rembesan ........................................................................ 87
Tabel V.29. Data yang direncanakan (Stabilitas dinding tepi).......................... 87
Tabel V.30. Gaya vertikal dinding tepi saat kondisi kosong ............................ 88
Tabel V.31. Gaya horizontal dinding tepi saat kondisi kosong......................... 88
Tabel V.32. Gaya vertikal dinding tepi saat kondisi normal............................. 92
Tabel V.33. Gaya horizontal dinding tepi saat kondisi normal ......................... 92
viii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar III.1. Poligon Thiessen ............................................................................ 9
Gambar III.2. Metode Isohyet............................................................................. 10
Gambar III.3. Plotting Distribusi Log Pearson Type III...................................... 18
Gambar III.4. Curah hujan jam-jaman ................................................................ 19
Gambar III.5. Sketsa Hidrograf Nakayasu .......................................................... 20
Gambar III.6. Nama bagian sabo dam ............................................................... 24
Gambar III.7. Sketsa Desain Pelimpah .............................................................. 27
Gambar III.8. Main Dam Type Standart ............................................................ 29
Gambar III.9. Sketsa lebar mercu peluap main dam ........................................... 30
Gambar III.10. Sketsa tinggi efektif main dam .................................................. 31
Gambar III.11. Sketsa kedalaman pondasi main dam ......................................... 31
Gambar III.12. Sketsa tebal apron (lantai terjun) ............................................... 34
Gambar IV.1. Bagan alir penelitian ................................................................... 41
Gambar V.1. Grafik Plotting pada kertas probabilitas ........................................ 54
Gambar V.2. Curah hujan jam-jaman ................................................................. 57
Gambar V.3. Debit banjir rencana dari perhitungan metode HSS Nakayasu ...... 59
Gambar V.4. Sketsa Desain Pelimpah ............................................................... 63
Gambar V.5. Main Dam Type Standart ............................................................. 63
Gambar V.6. Sketsa tebal apron (lantai terjun) .................................................. 66
Gambar V.7. Desain dinding tepi ...................................................................... 67
Gambar V.8. Gaya yang bekerja pada main dam pada kondisi banjir (belum ada
sedimen) .................................................................................... 69
ix
Gambar V.9. Gaya yang bekerja pada main dam pada kondisi banjir (penuh
sedimen) .................................................................................... 74
Gambar V.10. Gaya yang bekerja pada main dam pada kondisi normal ............. 78
Gambar V.11. Gaya gempa saat kondisi normal ................................................ 82
Gambar V.12. Sketsa panjang rembesan ............................................................ 86
Gambar V.13. Gaya yang bekerja pada dinding tepi saat kondisi kosong ........... 88
Gambar V.17. Gaya yang bekerja pada dinding tepi saat kondisi normal ........... 91
x
DAFTAR NOTASI
R
= rata-rata curah hujan (mm)
R1, R2,..Rn
= curah hujan di masing-masing stasiun
n
= jumlah stasiun hujan
A
= luas daerah aliran sungai (km2)
A1, A2,..A3
= luas sub area yang mewakili masing-masing stasiun hujan (km2)
S
= standar deviasi
Cv
= koefisien variasi
Cs
= koefisien asimetri/ skewness
Ck
= koefisien kurtosis
G
= koefisien Pearson
P’
= fungsi kerapatan kemungkinan
RT50
= hujan rancangan periode 50 tahun
C
= koefisien limpasan dari tata guna lahan
L
= panjang sungai (km)
Qp
= debit puncak banjir (m3/dt)
Ro
= hujan satuan (mm)
Tg
= waktu konsentrasi (jam)
Tr
= waktu efektif (jam)
Tp
= tenggang waktu dari permulaan hujan sampai puncak (jam)
Q
= debit (m3/detik)
C
= koefisien pengaliran
T0,3
= waktu yang diperlukan pleh penurunan debit dari debit puncak
sampai menjadi 30 % dari debit puncak (jam)
Qa
= limpasan setelah mencapai debit puncak (m3/dt)
t
= waktu (jam)
xi
Q50
= debit banjir rencana dengan kala ulang 50 tahunan (m3/dt)
Qd
= debit banjir rencana bersedimen (m3/dt)
α
= rasio konsentrasi sedimen
hw
= kedalaman aliran pelimpah (m)
hf
= tinggi jagaan (m)
hm
= tinggi efektif main dam (m)
hp
= kedalaman pondasi (m)
B1
= lebar dasar pelimpah (m)
B2
= lebar permukaan pelimpah (m)
a
= koefisien limpasan
m
= kemiringan dinding pelimpah
Hc
= Tinggi total pelimpah (m)
b1
= lebar mercu main dam (m)
b2
= lebar pondasi maindam (m)
n
= kemiringan hilir main dam
m
= kemiringan hulu main dam
H1
= tinggi total main dam (m)
γw
= berat jenis air (ton/m)
γc
= berat jenis bahan konstruksi (ton/m)
γs
= berat jenis sedimen (ton/m)
γsat
= berat jenis sedimen terendam (ton/m)
H2
= tinggi sub dam (m)
ta
= tebal lantai terjun (m)
L
= panjang lantai terjun (m)
H
= tinggi dinding tepi (m)
DC
= tebal dinding tepi (m)
DB
= lebar dasar dinding tepi (m)
xii
Fr
= bilangan froude
Ka
= kondisi tanah aktif
Φ
= nilai sudut geser dalam (°)
f
= koefisien gesekan dasar main dam (ton/m)
K
= koefisien gempa
F
= gaya aliran debris (ton/m)
hd
= kedalaman aliran debris (m)
hj
= ketinggian muka air di atas mercu sub dam sampai apron (m)
W
= berat sendiri
VW
= tekanan air vertikal
Pev
= tekanan sedimen vertikal
U
= tekanan uplift
V
= gaya vertikal (ton)
H
= gaya horizontal (ton)
L
= lengan momen (m)
HW
= tekanan air horizontal
Peh
= tekanan sedimen horizontal
CL
= angka rembesan lane
∑Lv
= jumlah panjang vertikal (m)
∑LH
= jumlah panjang horizontal (m)
H
= beda tinggi muka air (m)
FS
= angka keamanan terhadap penggulingan
∑MV
= momen vertikal total terhadap titik momen pusat
∑MH
= momen horizontal total terhadap titik momen pusat
e
= nilai eksentrisitas
∑H
= gaya horizontal total
∑V
= gaya vertikal total
xiii
SF
= angka keamanan terhadap gaya geser
σmax
= tegangan tanah maksimal yang terjadi
σmin
= tegangan tanah minimum yang terjadi
qult
=daya dukung ultimit Keruntuhan Geser Umum (ton/m2)
qult’
= daya dukung ultimit Keruntuhan Geser Lokal (ton/m2)
c
= nilai kohesi tanah (ton/m3)
hp
= kedalaman pondasi (m)
b2
= lebar pondasi (m)
Is
= kemiringan dasar sungai
Nc, Nq, Nγ
= faktor daya dukung
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Gambar Desain Sabo Dam ................................................................... Lampiran 1
Gambar Desain Situasi di PA-C4 ......................................................... Lampiran 2
Gambar Desain Sabo Dam (Tampak atas) ............................................ Lampiran 3
Gambar Desain Sabo Dam (Potongan A-A) ......................................... Lampiran 4
Gambar Desain Sabo Dam (Potongan B-B) .......................................... Lampiran 5
Gambar Desain Sabo Dam (Potongan C-C) .......................................... Lampiran 6
Gambar Desain Sabo Dam(Potongan D-D) ......................................... Lampiran 7
Gambar Desain Sabo Dam (Potongan E-E) .......................................... Lampiran 8
Gambar Desain Sabo Dam (Potongan F-F)........................................... Lampiran 9
Gambar Detail Bufferfil Main Dam Kanan......................................... Lampiran 10
Gambar Detail Bufferfil Main Dam Kiri ............................................ Lampiran 11
Gambar Detail Bufferfil Sub Dam Kanan ........................................... Lampiran 12
Gambar Detail Bufferfil Sub Dam Kanan ........................................... Lampiran 13
Gambar Peta Rupa Bumi .................................................................... Lampiran 14
Gambar Peta Lokasi Sabo Dam .......................................................... Lampiran 15
Data Curah Hujan Harian ................................................................... Lampiran 16
Data Curah Hujan Maksimum ............................................................ Lampiran 70
Metode Land Use ............................................................................... Lampiran 72
Perhitungan Debit Banjir Rencana ..................................................... Lampiran 73
Nilai Kritik untuk Uji Smirnov Kolmogorov ...................................... Lampiran 80
Faktor “K” untuk Sebaran Pearson ..................................................... Lampiran 81
Nilai Distribusi X2 ............................................................................. Lampiran 82
Plotting Distribusi Log Pearson Type III ............................................ Lampiran 83
Nilai Koefisien Pengaliran untuk Periode Tertentu............................. Lampiran 84
xv
xvi
DESAIN SABO DAM DI PA-C4 KALI PABELAN MERAPI
ABSTRAKSI
Sabo dam di PA-C4 Kali Pabelan Merapi terletak di Desa Gondosuli,
Kecamatan Muntilan, Kabupaten Magelang. Sabo dam berfungsi untuk
mengendalikan aliran sedimen lahar dingin dan menahan sedimen dalam jumlah
besar, serta melokalisir endapan sedimen agar tidak merusak daerah sekitarnya.
Tujuan dari penelitian ini adalah merencanakan sabo dam yang mampu
mengalirkan Q50 serta aman terhadap beban gempa, beban gaya hidrostatik, uplift,
aman terhadap bahaya piping, dan aman terhadap daya dukung tanah di lapangan.
Perencanaan ini dilakukan dengan analisis data hujan, hujan efektif, dan
analisis hujan rerata dengan metode Poligon Thiesen serta analisis banjir rencana
dengan metode HSS Nakayasu. Analisa tersebut menghasilkan debit banjir
rencana 50 tahun (Q50) sebesar 148,516 m3/dt.
Analisis sabo dam dilakukan kontrol kestabilan terhadap rembesan (piping)
sehingga didapatkan hasil CL = 5,216 ≥ 3. Kestabilan terhadap momen guling
didapatkan hasil SF = 5,519 > 1,2 (kondisi banjir belum ada sedimen), SF = 4,159
>1,2 (kondisi banjir penuh sedimen), SF = 7,147 > 1,2 (kondisi normal), dan SF =
5,001 >1,2 (kondisi gempa saat muka air normal). Kestabilan terhadap momen
geser didapatkan hasil SF = 1,632 > 1,2 (kondisi banjir belum ada sedimen), SF =
1,297 > 1,2 (kondisi banjir penuh sedimen), SF = 2,408 > 1,2 (kondisi normal),
SF = 2,000 > 1,2 (kondisi gempa saat muka air normal). Kestabilan terhadap daya
dukung tanah pondasi didapatkan hasil σmax = 4,160 < 53,300 ton/m2 (kondisi
banjir belum ada sedimen), σmax = 1,579 < 53,300 ton/m2 (kondisi banjir penuh
sedimen), σmax = 2,761 < 53,300 ton/m2 (kondisi normal), σmax = 1,568 <
53,300 ton/m2 (kondisi gempa saat muka air normal). Analisis sabo dam di PA-C4
Kali Pabelan Merapi aman terhadap beban gempa, beban gaya hidrostatik, beban
uplift, aman terhadap bahaya piping, dan aman terhadap daya dukung tanah di
lapangan.
Kata kunci : Sabo Dam (di PA-C4 Kali Pabelan Merapi), Kestabilan sabo dam.
xvii