04. Bangunan Pengatur 2 Hidrolika Terapan
PERTEMUAN KE-4
SEBRIAN MIRDEKLIS BESELLY PUTRA
HIDROLIKA TERAPAN
Teknik Pengairan Universitas Brawijaya
Bangunan Pengatur
Overflow Weir
Side Weir
PERENCANAAN HIDROLIS OVERFLOW WEIR
Bangunan dapat digolongkan menjadi dua :
bangunan yang mempengaruhi
tidak mempengaruhi muka air hulu
BANGUNAN YANG MEMENGARUHI MUKA AIR HULU
Bangunan yang mempengaruhi muka air hulu bendung
pelimpah dan bendung gerak
Kedua tipe tersebut mampu membendung air sampai tinggi
minimum yang diperlukan. Pintu bendung gerak mempunyai pintu
yang dapat dibuka selama banjir guna mengurangi tinggi
pembendungannya. Bendung pelimpah tidak bisa mengurangi tinggi
muka air hulu sewaktu banjir.
PERENCANAAN HIDROLIS BENDUNG
LEBAR BENDUNG
Lebar bendung, yaitu jarak antara pangkal-pangkalnya (abutment),
sebaiknya sama dengan lebar rata-rata sungai pada bagian yang
stabil.
Di bagian ruas bawah sungai, lebar rata-rata ini dapat diambil pada
debit penuh (bankful discharge): di bagian ruas atas mungkin sulit
untuk menentukan debit penuh.
PERENCANAAN HIDROLIS BENDUNG
Bisa diambil banjir rerata tahunan untuk menentukan lebar ratarata bendung
Lebar maksimum bendung hendaknya tidak lebih dari 1,2 kali
lebar rata-rata sungai pada ruas yang stabil.
Untuk sungai-sungai yang mengangkut bahan-bahan sedimen kasar
yang berat, lebar bendung tersebut harus lebih disesuaikan lagi
terhadap lebar rata-rata sungai, yakni jangan diambil 1,2 kali lebar
sungai tersebut.
PERENCANAAN HIDROLIS BENDUNG
Untuk kebutuhan desain peredam energy, dibatasi debit per
satuan lebar antara 12-14 m3/detik/m
Sehingga akan memberikan tinggi energy maksimum 3,5 – 4,5m
PERENCANAAN HIDROLIS BENDUNG
Lebar Efektif Mercu (Be)
Lebar efektif dihubungkan dengan lebar mercu yang sebenarnya (B),
yakni jarak antara pangkal-pangkal bendung dan/atau tiang pancang,
dengan persamaan berikut:
Be = B – 2 (nKp + Ka) H1
di mana: n = jumlah pilar
Kp = koefisien kontraksi pilar
Ka = koefisien kontraksi pangkal bendung
H1 = tinggi energi, m
LEBAR EFEKTIF MERCU
I
II
I
H1
pembilas
II
B1
B2
B3
B1e
B2e
Bs
H1
Ka.H1
ka.H1
Kp.H1
Kp.H1
Bs = 0.8Bs
B = B1 + B2 + B3
Be = B1e + B2e + Bs
Kp.H1
Kp.H1
KOEFISEN KA DAN KP
PERENCANAAN MERCU
Di Indonesia dikenal dua macam mercu pelimpah yaitu
Tipe OGEE
Tipe Bulat
R
R1
2
R
mercu tipe ogee
mercu tipe bulat
Kemiringan maksimum muka bendung bagian hilir yang
dibicarakan di sini berkemiringan 1 banding 1 batas bendung
dengan muka hilir vertikal mungkin menguntungkan jika bahan
pondasinya dibuat dari batu keras dan tidak diperlukan kolam
olak. Dalam hal ini kavitasi dan aerasi tirai luapan harus
diperhitungkan dengan baik.
MERCU BULAT
Tekanan pada mercu adalah fungsi perbandingan antara H1 dan r
(H1 /r) (lihat Gambar A). Untuk bendung dengan dua jari-jari (R2)
(lihat Gambar B), jari-jari hilir akan digunakan untuk menemukan
harga koefisien debit.
Untuk menghindari bahaya kavitasi lokal, tekanan minimum pada
mercu bendung harus dibatasi sampai – 4 m tekanan air jika mercu
terbuat dari beton; untuk pasangan batu tekanan subatmosfir
sebaiknya dibatasi sampai –1 m tekanan air.
GAMBAR A
1.0
r =~
( p/ g )min
H1
0.0
-1.0
perbandingan
-2.0
h1~H1
~
p/ g
~ y~0.7H1
r
-3.0
1
1
-4.0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
perbandingan H1/r
Tekanan pada mercu bendung bulat sebagai fungsi
perbandingan H1/r
10
GAMBAR B
1.5
1.4
x
1.3
catatan sahih jika P/H1 > 1.5
1.2
1.1
koefisien Co
1.0
0.9
0.8
x
x
x
x
x
x
x
0.7
0.6
0
+x+ x
x
x x
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
x r = 0.025 m. - G.D.MATTHEW 1963 perbandingan H1/r
o r = ............. - A.L. VERWOERD 1941
+ r = 0.030 m. - A.W.v.d.OORD 1941
r = 0.0375 m. L.ESCANDE &
r = 0.075 m.
F.SANANES 1959
9.0
Harga-harga koefisien C0 untuk bendung ambang bulat
sebagai fungsi perbandingan H1/r
10.0
SKETSA BENDUNG DENGAN MERCU BULAT
2
V1 /2g
2
v2 /2g
h1
H1
V1
y
h2
r
p
2-3H, maks
1
V2
1
.
H2
Dari Gambar A tampak bahwa jari-jari mercu bendung pasangan
batu akan berkisar antara 0,3 sampai 0,7 kali H1maks dan untuk
mercu bendung beton dari 0,1 sampai 0,7 kali H.1maks
PERSAMAAN TINGGI ENERGY-DEBIT
Persamaan tinggi energi-debit untuk bendung ambang pendek dengan pengontrol segi empat
adalah:
di mana:
Q = ��
Q
Cd
g
b
H1
=
=
=
=
=
���
,5
debit, m3/dt
koefisien debit (Cd = C0C1C2)
percepatan gravitasi, m/dt2 ( 9,8)
panjang mercu, m
tinggi energi di atas mercu, m.
C0 adalah fungsi dari H1/r Gambar B
C1 adalah fungsi dari p/H1 Gambar C
P/H1 ~ 1.5
1.0
0.99
Faktor pengurangan koefisien
debit C1
0.9
+
+
+
0.8
+ w.j.v.d. OORD 1941
0.7
0
1.0
perbandingan P/H1
2.0
3.0
C2 adalah fungsi dari p/H1dan kemiringan muka hulu bendung
Gambar D
2
V1 /2g
koefisien koreksi C2
1.04
1:0.67
1.02
kemiringan sudut
terhadap garis vertikal
1:0.33
18°26'
1:0.67
33°41'
1:1
45°00'
H1
1:1
p
1:0.33
1.00
0.98
0
perbandingan P/H1
0.5
1.0
1.5
Dalam tahap perencanaan p dapat diambil setengah jarak dari
mercu sampai dasar rata-rata sungai sebelum bendung tersebut
dibuat. Untuk harga-harga p/h1 yang kurang dari 1,5, maka Gambar
C dapat dipakai untuk menemukan faktor pengurangan C1
Harga-harga koefisien koreksi untuk pengaruh kemiringan muka
bendung bagian hulu terhadap debit diberikan pada Gambar D
Harga koefisien koreksi, C2, diandaikan kurang lebih sama dengan
harga faktor koreksi untuk bentuk-bentuk mercu tipe Ogee.
Harga-harga faktor pengurangan aliran tenggelam f sebagai fungsi
perbandingan tenggelam dapat diperoleh dari Gambar E
Faktor pengurangan aliran tenggelam mengurangi debit dalam
keadaan tenggelam
GAMBAR E
1.0
H2/H1
0.9
0.8
0.7
+
perbandingan
aliran tenggelam
0.6
+
0.5
data dari :
+ A.L.VERWOERD 1941
0.4
+
W.J.v.d.OORD 1941
H2/H1=1/3
0.3
0.2
+
+
0.1
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
faktor pengurangan aliran tenggelam f
0.7
0.8
0.9
1.0
SEBRIAN MIRDEKLIS BESELLY PUTRA
HIDROLIKA TERAPAN
Teknik Pengairan Universitas Brawijaya
Bangunan Pengatur
Overflow Weir
Side Weir
PERENCANAAN HIDROLIS OVERFLOW WEIR
Bangunan dapat digolongkan menjadi dua :
bangunan yang mempengaruhi
tidak mempengaruhi muka air hulu
BANGUNAN YANG MEMENGARUHI MUKA AIR HULU
Bangunan yang mempengaruhi muka air hulu bendung
pelimpah dan bendung gerak
Kedua tipe tersebut mampu membendung air sampai tinggi
minimum yang diperlukan. Pintu bendung gerak mempunyai pintu
yang dapat dibuka selama banjir guna mengurangi tinggi
pembendungannya. Bendung pelimpah tidak bisa mengurangi tinggi
muka air hulu sewaktu banjir.
PERENCANAAN HIDROLIS BENDUNG
LEBAR BENDUNG
Lebar bendung, yaitu jarak antara pangkal-pangkalnya (abutment),
sebaiknya sama dengan lebar rata-rata sungai pada bagian yang
stabil.
Di bagian ruas bawah sungai, lebar rata-rata ini dapat diambil pada
debit penuh (bankful discharge): di bagian ruas atas mungkin sulit
untuk menentukan debit penuh.
PERENCANAAN HIDROLIS BENDUNG
Bisa diambil banjir rerata tahunan untuk menentukan lebar ratarata bendung
Lebar maksimum bendung hendaknya tidak lebih dari 1,2 kali
lebar rata-rata sungai pada ruas yang stabil.
Untuk sungai-sungai yang mengangkut bahan-bahan sedimen kasar
yang berat, lebar bendung tersebut harus lebih disesuaikan lagi
terhadap lebar rata-rata sungai, yakni jangan diambil 1,2 kali lebar
sungai tersebut.
PERENCANAAN HIDROLIS BENDUNG
Untuk kebutuhan desain peredam energy, dibatasi debit per
satuan lebar antara 12-14 m3/detik/m
Sehingga akan memberikan tinggi energy maksimum 3,5 – 4,5m
PERENCANAAN HIDROLIS BENDUNG
Lebar Efektif Mercu (Be)
Lebar efektif dihubungkan dengan lebar mercu yang sebenarnya (B),
yakni jarak antara pangkal-pangkal bendung dan/atau tiang pancang,
dengan persamaan berikut:
Be = B – 2 (nKp + Ka) H1
di mana: n = jumlah pilar
Kp = koefisien kontraksi pilar
Ka = koefisien kontraksi pangkal bendung
H1 = tinggi energi, m
LEBAR EFEKTIF MERCU
I
II
I
H1
pembilas
II
B1
B2
B3
B1e
B2e
Bs
H1
Ka.H1
ka.H1
Kp.H1
Kp.H1
Bs = 0.8Bs
B = B1 + B2 + B3
Be = B1e + B2e + Bs
Kp.H1
Kp.H1
KOEFISEN KA DAN KP
PERENCANAAN MERCU
Di Indonesia dikenal dua macam mercu pelimpah yaitu
Tipe OGEE
Tipe Bulat
R
R1
2
R
mercu tipe ogee
mercu tipe bulat
Kemiringan maksimum muka bendung bagian hilir yang
dibicarakan di sini berkemiringan 1 banding 1 batas bendung
dengan muka hilir vertikal mungkin menguntungkan jika bahan
pondasinya dibuat dari batu keras dan tidak diperlukan kolam
olak. Dalam hal ini kavitasi dan aerasi tirai luapan harus
diperhitungkan dengan baik.
MERCU BULAT
Tekanan pada mercu adalah fungsi perbandingan antara H1 dan r
(H1 /r) (lihat Gambar A). Untuk bendung dengan dua jari-jari (R2)
(lihat Gambar B), jari-jari hilir akan digunakan untuk menemukan
harga koefisien debit.
Untuk menghindari bahaya kavitasi lokal, tekanan minimum pada
mercu bendung harus dibatasi sampai – 4 m tekanan air jika mercu
terbuat dari beton; untuk pasangan batu tekanan subatmosfir
sebaiknya dibatasi sampai –1 m tekanan air.
GAMBAR A
1.0
r =~
( p/ g )min
H1
0.0
-1.0
perbandingan
-2.0
h1~H1
~
p/ g
~ y~0.7H1
r
-3.0
1
1
-4.0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
perbandingan H1/r
Tekanan pada mercu bendung bulat sebagai fungsi
perbandingan H1/r
10
GAMBAR B
1.5
1.4
x
1.3
catatan sahih jika P/H1 > 1.5
1.2
1.1
koefisien Co
1.0
0.9
0.8
x
x
x
x
x
x
x
0.7
0.6
0
+x+ x
x
x x
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
x r = 0.025 m. - G.D.MATTHEW 1963 perbandingan H1/r
o r = ............. - A.L. VERWOERD 1941
+ r = 0.030 m. - A.W.v.d.OORD 1941
r = 0.0375 m. L.ESCANDE &
r = 0.075 m.
F.SANANES 1959
9.0
Harga-harga koefisien C0 untuk bendung ambang bulat
sebagai fungsi perbandingan H1/r
10.0
SKETSA BENDUNG DENGAN MERCU BULAT
2
V1 /2g
2
v2 /2g
h1
H1
V1
y
h2
r
p
2-3H, maks
1
V2
1
.
H2
Dari Gambar A tampak bahwa jari-jari mercu bendung pasangan
batu akan berkisar antara 0,3 sampai 0,7 kali H1maks dan untuk
mercu bendung beton dari 0,1 sampai 0,7 kali H.1maks
PERSAMAAN TINGGI ENERGY-DEBIT
Persamaan tinggi energi-debit untuk bendung ambang pendek dengan pengontrol segi empat
adalah:
di mana:
Q = ��
Q
Cd
g
b
H1
=
=
=
=
=
���
,5
debit, m3/dt
koefisien debit (Cd = C0C1C2)
percepatan gravitasi, m/dt2 ( 9,8)
panjang mercu, m
tinggi energi di atas mercu, m.
C0 adalah fungsi dari H1/r Gambar B
C1 adalah fungsi dari p/H1 Gambar C
P/H1 ~ 1.5
1.0
0.99
Faktor pengurangan koefisien
debit C1
0.9
+
+
+
0.8
+ w.j.v.d. OORD 1941
0.7
0
1.0
perbandingan P/H1
2.0
3.0
C2 adalah fungsi dari p/H1dan kemiringan muka hulu bendung
Gambar D
2
V1 /2g
koefisien koreksi C2
1.04
1:0.67
1.02
kemiringan sudut
terhadap garis vertikal
1:0.33
18°26'
1:0.67
33°41'
1:1
45°00'
H1
1:1
p
1:0.33
1.00
0.98
0
perbandingan P/H1
0.5
1.0
1.5
Dalam tahap perencanaan p dapat diambil setengah jarak dari
mercu sampai dasar rata-rata sungai sebelum bendung tersebut
dibuat. Untuk harga-harga p/h1 yang kurang dari 1,5, maka Gambar
C dapat dipakai untuk menemukan faktor pengurangan C1
Harga-harga koefisien koreksi untuk pengaruh kemiringan muka
bendung bagian hulu terhadap debit diberikan pada Gambar D
Harga koefisien koreksi, C2, diandaikan kurang lebih sama dengan
harga faktor koreksi untuk bentuk-bentuk mercu tipe Ogee.
Harga-harga faktor pengurangan aliran tenggelam f sebagai fungsi
perbandingan tenggelam dapat diperoleh dari Gambar E
Faktor pengurangan aliran tenggelam mengurangi debit dalam
keadaan tenggelam
GAMBAR E
1.0
H2/H1
0.9
0.8
0.7
+
perbandingan
aliran tenggelam
0.6
+
0.5
data dari :
+ A.L.VERWOERD 1941
0.4
+
W.J.v.d.OORD 1941
H2/H1=1/3
0.3
0.2
+
+
0.1
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
faktor pengurangan aliran tenggelam f
0.7
0.8
0.9
1.0