PERENCANAAN DAM DAN SPILLWAY YANG DILENGKAPI PLTMH DI KAMPUS TEMBALANG - Diponegoro University | Institutional Repository (UNDIP-IR)

(1)

Tugas Akhir Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

HILALUDIN L2A 001 078 181 JOKO SANTOSO L2A 001 086

5. BAB V

PERENCANAAN STRUKTUR

PERENCANAAN STRUKTUR

5.1. TINJAUAN UMUM

Perencanaan struktur dam meliputi perhitungan – perhitungan konstruksi tubuh dam dan PLTMH yaitu perencanaan spillway yang meliputi bentuk dan ukuran crest spillway, peralihan mercu spillway ke saluran peluncur, koordinat lengkung mercu spillway bagian hulu dan hilir, saluran peluncur sampai bangunan peredam energi. Dalam perencanaan tubuh dam, komponen-komponen yang perlu diperhatikan adalah dimensi dan stabilitas dam. Perencanaan PLTMH meliputi perhitungan daya yang dihasilkan, penentuan turbin, pipa pesat dan instalasi pengatur air serta perencanaan saluran pembuangan.

5.2. PERENCANAAN TUBUH DAM

5.2.1. Tinggi Dam

Tinggi tubuh dam ditentukan berdasarkan kapasitas desain kolam dam yang terpilih yaitu 57795,503 m3 . Berdasarkan grafik hubungan antara elv. dan kapasitas kolam maka direncanakan puncak bendung terletak pada elevasi +179,245 m.

Dari hasil flood routing didapat elv. muka air banjir +183,234 m. Sedangkan Elevasi dasar kolam +165 dan elevasi tanah dasar dam +165 ditambah tinggi jagaan, maka tinggi dam adalah :

Tinggi dam = ( (+183,234) - (+165) ) = 18,234 m

(2)

HILALUDIN L2A 001 078 182 JOKO SANTOSO L2A 001 086

Untuk mendapatkan tinggi puncak dam maka perlu dicari tinggi jagaan. Tinggi jagaan adalah jarak bebas antara mercu dam dengan permukaan air maksimum rencana. Tinggi jagaan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :

Hfh + (hw atau

) + ha + hi

Hf hw +

+ ha + hi

(Sosrodarsono & Takeda, 1999) di mana :

Hf = tinggi jagaan (tinggi kemungkinan kenaikan permukaan air dam) (m)

h = tinggi kenaikan permukaan air akibat timbulnya banjir abnormal(m) hw = tinggi ombak akibat tiupan angin (m)

he = tinggi ombak akibat gempa (m)

ha = tinggi kemungkinan kenaikan permukaan air dam, apabila terjadi

kemacetan-kemacetan pada pintu bangunan pelimpah. (m)

hi = tinggi tambahan yang didasarkan pada tingkat urgensi dari dam(m) Untuk mendapatkan tinggi jagaan, maka perlu dicari h, hw, he, ha, hi.

1. Tinggi kenaikan permukaan air yang disebabkan oleh banjir abnormal

(h) dihitung berdasarkan persamaan sebagai berikut :

T Q

h A h Q

Q h

     

1 . . 3

2  ₀

(Sosrodarsono & Takeda, 1999) di mana :

Qo = Debit banjir rencana (m³/dt )

Q = Debit Outflow bangunan pelimpah untuk banjir abnormal(m³/dt)  = 0,2 untuk bangunan pelimpah terbuka

 = 1,0 untuk bangunan pelimpah tertutup h = kedalaman pelimpah rencana (m)

(3)

Tugas Akhir Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

HILALUDIN L2A 001 078 183 JOKO SANTOSO L2A 001 086

T = durasi terjadinya banjir abnormal (1 s/d 3 jam) Untuk perhitungan digunakan data-data sebagai berikut : Qo = 95,414 m³/dt

Q = 95,19 m³/dt

h = 2 m

A = 0,0267 km²

T = 3 jam

 ₌

3 . 19 , 95

2 . 0267 , 0 1

2 . 19 , 95

414 , 95 . 2 , 0 . 3 2



 _{= 0,267 m}

2. Tinggi jangkauan ombak yang disebabkan oleh angin (hw)

Tinggi jangkauan ombak yang disebabkan oleh angin sangat dipengaruhi oleh panjangnya lintasan ombak (F) dan kecepatan angin di atas permukaan air dam. Panjang lintasan ombak yang dipakai adalah Feff sebesar

253 m. Sedangkan kecepatan angin (maksimal) di atas permukaan air dam diambil dari data di stasiun BMG Semarang yaitu 20 m/det. Dengan kemiringan hulu 1:3 dan permukaan lereng hulu direncanakan terdiri dari hamparan batu pelindung (kasar).

Perhitungan tinggi ombak (hw) ini menggunakan grafik metode SMB (gambar 5.2). Dari grafik diperoleh tinggi jangkauan ombak (hw) yang didapat adalah 0,15 m .

(4)

HILALUDIN L2A 001 078 184 JOKO SANTOSO L2A 001 086

Gambar 5-2 Panjang Lintasan Ombak Efektif

Gambar 5-3 Grafik Perhitungan Metode SMB (Sosrodarsono, 1989) Lereng dengan Permukaan Halus Lereng dengan Permukaan Kasar terdiri dari Hamparan Batu Pelindung

(5)

Tugas Akhir Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

HILALUDIN L2A 001 078 185 JOKO SANTOSO L2A 001 086

3. Tinggi ombak yang disebabkan oleh gempa (he)

Digunakan data-data pada tabel berikut :

Tabel 5.1 Koefisien Gempa

Zone Koefisien (Z) Keterangan

A B C D

1,90-2,00 1,60-1,90 1,20-1,60 0,80-1,20

0,40-0,80

0,20-0,40

SEMARANG

(Sumber : DHV Consultant, 1991)

Tabel 5.2 Percepatan Dasar Gempa

Periode Ulang (tahun) Percepatan dasar gempa (Ac) (cm/dt²)

10 20 50

100

200 500 1000 5000 10000

98,42 119,62 151,72

181,21

215,81 271,35 322,35 482,80 564,54 (Sumber : DHV Consultant, 1991)

Tabel 5.3 Faktor Koreksi

Tipe Batuan Faktor (V)

Rock Foundation Diluvium (Rock Fill Dam)

Aluvium Soft Aluvium

0,9 1,0

1,1

1,2 (Sumber : DHV Consultant, 1991)

(6)

HILALUDIN L2A 001 078 186 JOKO SANTOSO L2A 001 086

digunakan yaitu:

(1). Koefisien gempa (z) = 0,80

(2). Percepatan dasar gempa (Ac) = 181,21 cm/dt²

(3). Faktor koreksi (V) = 1,1

(7)

Tugas Akhir Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

HILALUDIN L2A 001 078 187 JOKO SANTOSO L2A 001 086

(8)

HILALUDIN L2A 001 078 188 JOKO SANTOSO L2A 001 086

sebagai berikut :

e =

g V Ac z. .

e = 

    

980 1 . 21 , 181 . 8 , 0 e = 0,147

Didapatkan tinggi ombak yang disebabkan oleh gempa adalah :

. .

H g e h_e

  

(Sosrodarsono & Takeda, 1999) di mana :

e = Intensitas seismis horizontal  = Siklus seismis ( 1 detik )

H0 = Kedalaman air di dalam waduk (m)

= elv.HWL – elv.dasar = +183,234 - (+165) = + 18,234 (MSL)

h = 9,81.18,234 14

, 3

147 , 0

= 0,626 m

Jadi tinggi puncak ombak di atas permukaan air rata-rata 2

= 0,313 m.

4. Kenaikan permukaan air dam yang disebabkan oleh ketidaknormalan

operasi pintu – pintu bangunan pelimpah (ha)

Ketidak-normalan operasi pintu-pintu mengakibatkan terjadinya kenaikan permukaan air waduk (ha) melampaui batas maximum rencana. Karena pertimbangan-pertimbangan ekonomis. Biasanya sebagai standard diambil ha = 0,5 m (Sosrodarsono & Takeda, 1999).

(9)

Tugas Akhir Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

HILALUDIN L2A 001 078 189 JOKO SANTOSO L2A 001 086

5. Angka tambahan tinggi jagaan yang didasarkan pada tipe dam (hi)

Mengingat limpasan melalui mercu dam urugan sangat riskan, maka untuk dam tipe ini angka tambahan tinggi jagaan (hi) ditentukan sebesar 1,0 m (hi = 1,0 m). (Sosrodarsono & Takeda, 1978). Berdasarkan data perhitungan tersebut di atas di mana :

h 0,267 m

hw 0,15 m

0,313 m

ha 0,5 m

hi 1,0 m

Tinggi jagaan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :

Hfh + (hw atau

) + ha + hi

(Sosrodarsono & Takeda, 1978) Hf hw +

+ ha + hi

 Alternatif tinggi jagaan 1 Hfh + hw + ha + hi

Hf = 0,267 + 0,15+ 0,5 + 1,0

= 2,017 m

 Alternatif tinggi jagaan 2 Hfh +

+ ha + hi

Hf = 0,267 + 0,313 + 0,5 + 1,0 = 2,080 m

 Alternatif tinggi jagaan 3 Hf hw +

+ ha + hi

Hf = 0,15 + 0,313 + 0,5 + 1,0 = 2,063 m

(10)

HILALUDIN L2A 001 078 190 JOKO SANTOSO L2A 001 086

standard untuk tinggi jagaan pada bendungan urugan adalah sebagai berikut:  Lebih rendah dari 50 m Hf ≥ 2,0 m

 Dengan tinggi jagaan 50 s/d 100 m Hf ≥ 3,0 m

 Lebih Tinggi dari 100 m Hf ≥ 3,5 m

(Sosrodarsono & Takeda, 1978)

Dari ketiga alternatif tinggi jagaan tersebut diambil tinggi jagaan 3 m. Tinggi puncak Dam = tinggi dam + tinggi jagaan

= 18,234 + 3 = 21,234 m.

Jadi elevasi puncak dam = Elevasi dasar dam + Tinggi Puncak = +165,00 + 21,234 m

(11)

Tugas Akhir Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

HILALUDIN L2A 001 078 191 JOKO SANTOSO L2A 001 086

5.2.3. Kemiringan Tubuh Tanggul

Kemiringan lereng tanggul adalah perbandingan antara panjang garis vertikal yang melalui puncak dengan panjang garis horizontal yang melalui tumit masing masing.

Untuk kemiringan lereng hulu = 1 : 3 Untuk kemiringan hilir = 1 : 2,25

Tabel 5.4 Kemiringan Tanggul yang diajurkan

Material Urugan Material Utama

Kemiringan Lereng Vertikal : Horisontal

Hulu Hilir 1. Urugan homogen

2. Urugan majemuk a.Urugan batu dengan inti

lempung atau dinding diafragma

b. Kerikil-kerakal dengan inti lempung atau dinding diafragma

CH CL SC GC GM SM

Pecahan batu

Kerikil-kerakal

1 : 3

1 : 1,50

1 : 2,50

1 : 2,25

1 : 1,25

1 : 1,75

(Sumber: Ibnu Kasiro dkk,1994)

5.2.4. Panjang Dam

Panjang dam adalah panjang seluruh panjang mercu dam yang bersangkutan, termasuk bagian yang digali pada tebing-tebing sungai di kedua ujung mercu tersebut. Panjang dam Gambir adalah 108,39 m pada elevasi puncak dam + 186,234 m.

(12)

HILALUDIN L2A 001 078 192 JOKO SANTOSO L2A 001 086

Lebar mercu dam minimum dihitung berdasarkan persamaan sebagai berikut : B = 3,6 H1/3 – 3,0

(Sosrodarsono & Takeda, 1978) di mana :

H = Tinggi Dam ( 21,234 m )

Maka B = 3,6 (21,234)1/3 – 3,0 = 6,968 m

Karena digunakan dam urugan tipe homogen, maka untuk memberikan rasa aman terhadap kestabilan terhadap longsornya lapisan kedap air lebar dam dibagian puncak dam diambil 7 m.

5.3. PERHITUNGAN STABILITAS TUBUH DAM

Tinjauan stabilitas tubuh dam meliputi tinjauan terhadap : 1. Stabilitas lereng dam terhadap filtrasi

2. Stabilitas lereng dam terhadap longsor

5.3.1. Stabilitas Lereng Dam Terhadap Aliran Filtrasi

Stabilitas lereng dam terhadap rembesan ditinjau dengan cara sebagai berikut:

1. Formasi garis depresi tubuh bendung kondisi sesuai dengan garis parabola

diketahui :

h = 18,234 m (kondisi FSL) l1 = 54,702 m

l2 = 58,527 m

 = 23,96º

d = 0,333.l1l2_{= (0,333 . 54,702) + 58,527 = 76,743 m}

(13)

Tugas Akhir Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

HILALUDIN L2A 001 078 193 JOKO SANTOSO L2A 001 086

d d h

Y  2 2 

0 (Sosrodarsono & Takeda, 1978)



18,234

 

2  76,743



2 76,743 = 2,136 m

Parabola bentuk dasar dapat diperoleh dengan persamaan :

2 0 0.

2y x y

y  (Sosrodarsono & Takeda, 1978)

= ₂_.₂_,₁₃₆_._x₂_,₁₃₆2

Dan diperoleh koordinat parabola sebagai berikut :

X - 1,068 0 5 10 15 20 25 30

Y 0,000 2,136 5,091 6,876 8,285 9,487 10,553 11,521

x 35 40 45 50 55 60 65 70

y 12,413 13,245 14,029 14,770 15,477 16,152 16,800 17,424

Untuk  kurang dari 300, harga a =

2 2

sin cos

cos 

               h d d maka

dapat ditentukan nilai :

 cos 1 0     y

a _a =

96 , 23 cos 1 136 , 2

 = 24,787 m

a =

2 2

sin cos

cos 

               h d d = 2 2 96 , 23 sin 234 , 18 96 , 23 cos 743 , 76 96 , 23 cos 743 , 76              

= 13,011 m

Sehingga didapat nilai : a = 13,011 m

(14)

HILALUDIN L2A 001 078 194 JOKO SANTOSO L2A 001 086

y0 = 2.136

L1 = 54.702 L2 = 58.527

7.000 + 185.234 dpl

+ 165 dpl 16.411

d = 76.743

a + d_{a = 2} 4.787

a0 = 1.068 MAB

+ 183.234 dpl

Dari hasil perhitungan didapat garis depresi aliran yang keluar melalui lereng hilir dam sehingga tidak aman terhadap bangunan untuk itu perlu digunakan drainase kaki maupun drainase alas.

Gambar 5-5 Garis Depresi Pada Bendungan Homogen (Sesuai Dengan Garis Parabola)

2. Formasi garis depresi tubuh bendung kondisi dengan menggunakan

drainase kaki

diketahui :

h = 18,234 m (kondisi FSL) l1 = 54,702 m

l2 = 53,527 m

 = 135º

d = 0,333.l₁l₂= (0,333 x 54,702) + 53,527 = 71,742 m maka :

d d h

Y  2 2 

0 =



18,234

 

71,742

 

71,742



2 _ _

= 2,280 m

Parabola bentuk dasar dapat diperoleh dengan persamaan :

2 0 0.

2y x y

(15)

Tugas Akhir Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

HILALUDIN L2A 001 078 195 JOKO SANTOSO L2A 001 086

+ 183.234 dpl MAB

d = 71.742 16.411

+ 165 dpl + 185.234 dpl

7.000

L2 = 53.527 L1 = 54.702

da = 0.200 a = 1.135

Dan diperoleh koordinat parabola sebagai berikut :

x -1,14 0 5 10 15 20 25 30

y 0 2,280 5,291 7,127 8,579 9,818 10,918 11,916

x 35 40 45 50 55 60 65 70

y 12,837 13,697 14,505 15,271 16,000 16,697 17,367 18,011 Untuk  = 1350, berdasarkan grafik pada Gambar 2.13 didapat nilai

C =

a a

d a

 = 0,15 maka dapat ditentukan nilai :



cos 1

 

d y

a _a =

707 , 0 1

280 , 2

 = 1,335 m

0,15 = 335 , 1

a 

da = 0,15 . 1,335 = 0,200

a = 1,335 – 0,200 = 1,135

Gambar 5-6 Garis Depresi Pada Bendungan Homogen Dengan Drainase Kaki

3. Jaringan Trayektori aliran filtrasi (seepage flow-net)

Kapasitas aliran filtrasi asumsi Kh = Kv

Dengan menggunakan rumus jaringan trayektori aliran sebagai berikut:

L H k N N Q

e f

f    

(Sosrodarsono & Takeda, 1978) di mana :

(16)

HILALUDIN L2A 001 078 196 JOKO SANTOSO L2A 001 086

Ne = angka pembagi dari garis equipotensial

k = koefisien filtrasi

H = tinggi tekanan air total (m)

L = panjang profil melintang tubuh dam (m) Dari data yang ada di dapat :

Nf = 4 (asumsi)

Ne = 8 (asumsi)

k = 5x10-6 cm/det = 5x10-8 m/dt (asumsi) H = 18,234 m

L = 113,2285 m

Maka debit aliran filtrasi adalah sebagai berikut : Q = 5 10 18,234 113,2285

4_  8 

   

 

= 5,161 x 10-5 m³/dt = 5,161 x 10-5 .60.60.24 = 4,459 m³/hari

Syarat, Q < 2% Q inflow (0,02 x 95,414 =1,908 m³/dt)rata-rata waduk

11 3.2 29

1 2 3 4 5 6 7 8

4 3

2 1

MA B

Gambar 5-7 Jaringan Trayektori

4. Tinjauan terhadap gejala sufosi (piping) dan sembulan (boiling)

Kecepatan aliran keluar ke atas permukaan lereng hilir yang komponen vertikalnya dapat mengakibatkan terjadinya perpindahan butiran-butiran bahan dam, kecepatannya dibatasi sebagai berikut :

(17)

Tugas Akhir Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

HILALUDIN L2A 001 078 197 JOKO SANTOSO L2A 001 086



. .

F g w c

(Sosrodarsono & Takeda, 1978) di mana :

c = kecepatan kritis

w1 = berat butiran bahan dalam air = 0,92 t/m³

g = gravitasi = 9,8 m/det²

F = luas permukaan yang menampung aliran filtrasi

= 2 m x 1 m = 2 m²(untuk per satuan meter panjang bidang) maka :

c =

1 . 2

8 , 9 . 92 , 0

= 2,123 m/det

Kecepatan rembesan yang terjadi pada dam adalah : V = k . i =

l h k_. 2

(Sosrodarsono & Takeda, 1978) di mana :

k = koefisien filtrasi = 5 x 10-8 m/det i = gradien debit

h2 = tekanan air rata-rata = 7,592 m

l = panjang rata-rata berkas elemen aliran filtrasi pada bidang keluarnya aliran = 8,452 m

maka : V =

452 , 8

592 , 7 . 10

5x 8

= 4,491 x 10-8 m/det < c = 2,123 m/det Aman

5.3.2. Stabilitas Lereng Dam Terhadap Longsor

Stabilitas lereng dam ditinjau dalam tiga keadaan, yaitu pada saat muka air dam mencapai elevasi penuh, dam baru selesai dibangun dan belum dialiri

(18)

HILALUDIN L2A 001 078 198 JOKO SANTOSO L2A 001 086

Perhitungan menggunakan metode irisan bidang luncur.

Data Teknis

Tinggi Dam = 20,234 m

Tinggi Air = 18,234 m

Elevasi Air Waduk = + 183,234 m (FSL) Lebar Mercu Dam = 7 m

Kemiringan Hulu = 1 : 3 Kemiringan Hilir = 1 : 2,25

Tabel 5.5 Kondisi Perencanaan Teknis Material Urugan sebagai Dasar Perhitungan Zone tubuh

Kekuatan Geser γ timbunan dalam beberapa kondisi Intensitas beban

dam Basah Kering seismis horisontal

C (t/m³) Φ (0) γsat (t/m³) γd (t/m³) (e)

Zone kedap air 0,6 18 1,712 1,209 0,147

Untuk perhitungan kestabilan terhadap longsor digunakan persamaan berikut





e e s

T T

tg N U N Cl F

  

    

 .  ; F_s > 1,2

(19)

Tugas Akhir Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

HILALUDIN L2A 001 078 199

JOKO SANTOSO L2A 001 086

(20)

HILALUDIN

L2A 001 078

200 JOKO SANTOSO L2A 001 086

Tabel 5.6 Perhitungan Metode Irisan Bidang Luncur pada Kondisi Dam Baru Selesai dibangun Bagian Hulu

r π θ deg rad 111,772 3,142 18,000 0,314

Irisan A (m^2) γ

(t.m) α α rad sin α cos α T = W

sin α Te = e.W cos α N = W cos α e Ne = e.W sin α h γw h.γwu = sudut pias l U = u.l U =

ul/cos α tan θ U)tan θ(N-Ne- C C.L

1 6,650 1,712 11,385 -2 -0,035 -0,035 0,999 -0,397 2,048 11,378 0,147 -0,072 0,000 1,000 0,000 2,0 3,902 0,000 0,000 0,325 3,721

1,6 175,593 2 30,460 1,712 52,148 3 0,052 0,052 0,999 2,730 9,374 52,076 0,147 0,491 0,000 1,000 0,000 3,0 5,853 0,000 0,000 0,325 16,763

3 48,108 1,712 82,361 8 0,140 0,139 0,990 11,464 14,681 81,560 0,147 2,064 0,000 1,000 0,000 5,0 9,755 0,000 0,000 0,325 25,833 4 59,338 1,712 101,587 13 0,227 0,225 0,974 22,855 17,817 98,983 0,147 4,114 0,000 1,000 0,000 5,0 9,755 0,000 0,000 0,325 30,829 5 63,841 1,712 109,295 19 0,332 0,326 0,946 35,588 18,601 103,339 0,147 6,406 0,000 1,000 0,000 5,0 9,755 0,000 0,000 0,325 31,500 6 61,110 1,712 104,621 23 0,401 0,391 0,920 40,884 17,334 96,302 0,147 7,359 0,000 1,000 0,000 5,0 9,755 0,000 0,000 0,325 28,903 7 50,374 1,712 86,241 28 0,489 0,470 0,883 40,492 13,706 76,144 0,147 7,289 0,000 1,000 0,000 5,0 9,755 0,000 0,000 0,325 22,375 8 19,799 1,712 33,895 34 0,593 0,559 0,829 18,956 5,058 28,099 0,147 3,412 0,000 1,000 0,000 6,0 11,706 0,000 0,000 0,325 8,022

Jumlah 172,571 98,618 547,880 31,063 36 70,237 0,000 167,947





e e s

T

tg

N

U

N

Cl

F

















.



;

F

> 1,2

267 ,1

618 ,

98

571 ,

172

947 ,

167

593 ,

175 _





(21)

Tugas Akhir

Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

HILALUDIN

L2A 001 078

201 JOKO SANTOSO L2A 001 086

(22)

HILALUDIN

L2A 001 078

202 JOKO SANTOSO L2A 001 086

Tabel 5.7 Perhitungan Metode Irisan Bidang Luncur pada Kondisi Dam Baru Selesai dibangun Bagian Hilir

r π

deg rad 77,961 3,142 18,000 0,314

Irisan A (m^2) γ

(t.m) α α rad sin α cos α T = W

sin α Te = e.W cos α N = W cos α e Ne = e.W sin _α h γw _h.γwu = sudut

pias l U = u.l U =

ul/cos α tan θ U)tan θ(N-Ne- C C.L 1 31,462 1,712 53,863 40 0,698 0,643 0,766 34,623 7,427 41,262 0,147 6,232 0,000 1,0 0,0 9 12,248 0,000 0,000 0,325 11,383

1,6 195,282 2 67,392 1,712 115,374 31 0,541 0,515 0,857 59,422 17,801 98,895 0,147 10,696 0,000 1,0 0,0 8 10,887 0,000 0,000 0,325 28,662

3 72,142 1,712 123,507 22 0,384 0,375 0,927 46,267 20,612 114,514 0,147 8,328 0,000 1,0 0,0 8 10,887 0,000 0,000 0,325 34,507 4 63,462 1,712 108,648 15 0,262 0,259 0,966 28,120 18,890 104,946 0,147 5,062 0,000 1,0 0,0 8 10,887 0,000 0,000 0,325 32,459 5 43,157 1,712 73,885 7 0,122 0,122 0,993 9,004 13,200 73,335 0,147 1,621 0,000 1,0 0,0 7 9,526 0,000 0,000 0,325 23,305 6 12,146 1,712 20,793 -1 -0,017 -0,017 1,000 -0,363 3,742 20,790 0,147 -0,065 0,000 1,0 0,0 1 1,361 0,000 0,000 0,325 6,777

Jumlah 177,073 81,673 453,741 31,873 41 55,795 0,000 137,092





e e s

T

tg

N

U

N

Cl

F

















.



;

F

> 1,2

285 .

1

673 .

81

073 .

177

092 .

137

282 .

195 _





(23)

Tugas Akhir

Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

HILALUDIN

L2A 001 078

203 JOKO SANTOSO L2A 001 086

(24)

HILALUDIN

L2A 001 078

204 JOKO SANTOSO L2A 001 086

Tabel 5.8 Perhitungan Metode Irisan Bidang Luncur pada Kondisi Dam Mencapai Elevasi Muka Air Banjir Bagian Hulu

r π θ deg rad 111,772 3,142 18,000 0,314

Irisan A (m^2) γ

(t.m) α α rad sin α cos α T = W

sin α Te = e.W cos α N = W cos α e Ne = e.W sin α h γw h.γwu = sudut pias l U = u.l U =

ul/cos α tan θ U)tan θ(N-Ne- C C.L

1 6,650 0,755 5,021 -2 -0,035 -0,035 0,999 -0,175 0,903 5,018 0,147 -0,032 1,375 1,000 1,4 2,0 3,902 5,365 5,368 0,325 -0,104

1,6 193,153 2 30,460 0,755 22,997 3 0,052 0,052 0,999 1,204 4,134 22,966 0,147 0,217 4,160 1,000 4,2 3,0 5,853 24,346 24,379 0,325 -0,530

3 48,108 0,755 36,322 8 0,140 0,139 0,990 5,056 6,474 35,968 0,147 0,910 6,215 1,000 6,2 5,0 9,755 60,630 61,226 0,325 -8,504 4 59,338 0,755 44,800 13 0,227 0,225 0,974 10,079 7,857 43,652 0,147 1,814 7,524 1,000 7,5 5,0 9,755 73,402 75,333 0,325 -10,885 5 63,841 0,755 48,200 19 0,332 0,326 0,946 15,694 8,203 45,573 0,147 2,825 8,051 0,0 5,0 9,755 0,000 0,000 0,000 6 61,110 0,755 46,138 23 0,401 0,391 0,920 18,030 7,645 42,469 0,147 3,245 7,737 1,000 7,7 5,0 9,755 75,474 81,994 0,325 -13,899 7

4,882 1,712 8,358

28 0,489 0,470 0,883 3,924 1,328 7,380 0,147 0,706 6,492 1,000 6,5 5,0 9,755 63,334 71,732 0,325 -21,142 45,492 0,755 34,347

9,1053 1,712 15,588

34 0,593 0,559 0,829 8,718 2,326 12,923 0,147 1,569 2,946 1,000 2,9 6,0 11,706 34,487 41,600 0,325 -9,829 5,6933 0,755 4,298

Jumlah 62,530 38,871 215,948 11,255 36 70,237 337,0,37 -64,892





e e s

T

tg

N

U

N

Cl

F

















.



;

F

> 1,2

265 ,1

871 ,3

530 ,

62 )

892 ,

64 (

153 ,

193 _









(25)

Tugas Akhir

Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

HILALUDIN

L2A 001 078

205 JOKO SANTOSO L2A 001 086

(26)

HILALUDIN

L2A 001 078

206 JOKO SANTOSO L2A 001 086

Tabel 5.9 Perhitungan Metode Irisan Bidang Luncur pada Kondisi Dam Mencapai Elevasi Muka Air Banjir Bagian Hilir

r π θ deg rad 77,961 3,142 18,000 0,314

Irisan A (m^2) γ

(t.m) α α rad sin α cos α T = W

sin α Te = e.W cos α N = W cos α e Ne = e.W sin α h γw h.γwu = sudut pias l U = u.l U =

ul/cos α tan θ U)tan θ(N-Ne- C C.L

10,8243 0,755 8,172

40 0,698 0,643 0,766 5,254 1,127 6,260 0,147 0,946 4,218 1,0 4,2 9,0 12,248 51,656 67,437 0,325 -20,188

1,6 223,180 15,6379 1,712 26,772

2,846 0,755 2,149

31 0,541 0,515 0,857 1,107 0,332 1,842 0,147 0,199 8,192 1,0 8,2 8,0 10,887 89,185 104,050 0,325 -33,279 64,545 1,712 110,501

5 72,142 1,712 123,507 22 0,384 0,375 0,927 46,272 20,612 114,511 0,147 8,329 8,709 1,0 8,7 8 10,887 94,813 102,261 0,325 1,274 6 63,462 1,712 108,648 15 0,262 0,259 0,966 28,124 18,890 104,945 0,147 5,062 7,728 1,0 7,7 8 10,887 84,133 87,102 0,325 4,153 7 43,157 1,712 73,885 7 0,122 0,122 0,993 9,006 13,200 73,335 0,147 1,621 5,448 1,0 5,4 7 9,526 51,897 52,287 0,325 6,313 8 12,146 1,712 20,793 -1 -0,017 -0,017 1,000 -0,363 3,742 20,790 0,147 -0,065 1,966 1,0 2,0 1 1,361 2,675 2,675 0,325 5,908

Jumlah 89,399 57,903 321,683 16,092 41 55,795 374,359 -35,818





e e s

T

tg

N

U

N

Cl

F

















.



;

F

> 1,2

272 ,1

903 ,

57

399 ,

89 )

818 ,

35 (

180 ,

233 _









(27)

Tugas Akhir

Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

HILALUDIN

L2A 001 078

207 JOKO SANTOSO L2A 001 086

(28)

HILALUDIN

L2A 001 078

208 JOKO SANTOSO L2A 001 086

Tabel 5.10 Perhitungan Metode Irisan Bidang Luncur pada Kondisi Dam Mengalami Penurunan Air Mendadak (Rapid Dradown)

r π θ deg rad 111.772 3,142 18,000 0,314

Irisan A (m^2) γ

(t.m) α α rad sin α cos α T = W

sin α Te = e.W cos α N = W cos α e Ne = e.W sin α h γw h.γwu = sudut pias l U = u.l U =

ul/cos α tan θ U)tan θ(N-Ne- C C.L

1 6,650 0,755 5,021 -2 -0,035

-0,035 0,999 -0,175 0,903 5,018 0,147 -0,032 1,38 1,000 1,375 2 3,902 5,365 5,369 0,325 -0,104

1,6 245,831 2 30,460 0,755 22,997 3 0,052 0,052 0,999 1,204 4,134 22,966 0,147 0,217 4,16 1,000 4,160 3 5,853 24,349 24,382 0,325 -0,531

3 48,108 0,755 36,322 8 0,140 0,139 0,990 5,056 6,474 35,968 0,147 0,910 6,22 1,000 6,215 5 9,755 60,628 61,224 0,325 -8,503 4 59,338 0,755 44,800 13 0,227 0,225 0,974 10,079 7,857 43,652 0,147 1,814 7,524 1,000 7,524 5,0 9,755 73,398 75,329 0,325 -10,884 5

1,414 1,712 2,421

19 0,332 0,326 0,946 0,788 0,412 2,289 0,147 0,142 8,051 1,000 8,051 5,0 9,755 78,539 83,066 0,325 -26,296 57,426 0,755 43,357

25,050 1,712 42,886

23 0,401 0,391 0,920 16,759 7,106 39,476 0,147 3,017 7,737 1,000 7,737 5,0 9,755 75,476 81,996 0,325 -14,798 31,060 0,755 23,450

45,033 1,712 77,096

28 0,489 0,470 0,883 36,199 12,253 68,070 0,147 6,516 6,492 1,000 6,492 5,0 9,755 63,331 71,729 0,325 -3,306 0,341 0,755 0,258

8 19,799 1,712 33,895 34 0,593 0,559 0,829 18,956 5,058 28,099 0,147 3,412 2,946 1,000 2,946 6,0 11,706 34,487 41,600 0,325 -5,496 Jumlah 88,866 44,197 245,538 15,996 36 70,237 415,573 -69,917





e e s

T

tg

N

U

N

Cl

F

















.



;

F

> 1,2

322 ,1

197 ,

44

866 ,

88 )

917 ,

69 (

831 ,

245 _









(29)

Tugas Akhir Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

HILALUDIN L2A 001 078 209 JOKO SANTOSO L2A 001 086

5.4. PERENCANAAN PELIMPAH (SPILLWAY)

Spillway atau bangunan pelimpah adalah bangunan yang berfungsi untuk mengalirkan air banjir di dalam reservoir sehingga air banjir tersebut tidak merusak tubuh dam. Dalam perencanaan ini, bangunan pelimpah yang akan direncanakan adalah ambang berbentuk bendung pelimpah. Bangunan pelimpah biasanya terdii dari empat bagian utama yaitu:

1. Saluran pangarah aliran 2. Saluran pengatur aliran 3. Saluran peluncur 4. Peredam energi

5.4.1. Saluran Pengarah aliran

Saluran pengarah aliran dimaksudkan agar aliran air senantiasa dalam kodisi hidrolika yang baik dengan mengatur kecepatan alirannya tidak melebihi 4 m/det dengan lebar semakin mengecil ke arah hilir. Apabila kecepatan aliran melebihi 4 m/det, maka aliran akan bersifat helisoidal dan kapasitas alirannya akan menurun. Disamping itu aliran helisoidal tersebut akan mengakibatkan peningkatan beban hidrodinamis pada bangunan pelimpah tersebut.

Berdasarkan pengujian-pengujian yang ada saluran pengaruh aliran ditentukan sebagai berikut :

Gambar 5-13 Saluran Pengarah Aliran dan Ambang Pengatur Debit pada Bangunan Pelimpah

W H

V < 4 m/det

Saluran pengarah aliran Ambang pengatur debit

(30)

HILALUDIN L2A 001 078 210 JOKO SANTOSO L2A 001 086

Ketinggian air di atas mercu H = 183,234 – 179,245 = 3,989 m Qoutyang melewati spillway Q = 95,19 m³/det

Maka : H

W .

5 1 

(Sosrodarsono & Takeda, 1978)

989 , 3 5 1



W = 0,797 m



W dipakai = 2 m > 0,797 m

5.4.2. Saluran Pengatur Aliran

5.4.2.1. Tipe Bendung Pelimpah (over flow weir type)

Dipakai tipe bendung pelimpah dengan menggunakan metode yang dikembangkan oleh U.S.B.R. Dari analisis data sebelumnya, maka hasil perhitungannya adalah sebagai berikut :

Q = Qout lewat spillway = 95,19 m³/det

L = lebar mercu bendung = 12 m

Tinggi tekanan kecepatan aliran di dalam saluran pengarah :

Gambar 5-14 Saluran Pengarah Aliran dan Ambang Pengatur Debit pada Bangunan Pelimpah

+183,234

+ 179,,245

+177,245 Hd

(31)

Tugas Akhir Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

HILALUDIN L2A 001 078 211 JOKO SANTOSO L2A 001 086

Asumsi Bef = B = 12 m

Misal kedalaman air dalam saluran h = 5,989 m, maka : Luas penampang basah di dalam saluran ini adalah : A = 5,989 x 12 = 71,868 m²

Kecepatan aliran :

  

868 , 71

19 , 95

A Q

V 1,324 m/det

Jadi tinggi kecepatan aliran :









0,089 8

, 9 2

324 , 1 2

2 2

 



x g V

h_v m

Hd = 183,234 m – 179,245 m = 3,989 m

Tinggi energi He = Hd + hv

= 3,989 m + 0,089 m. = 4,078 m

5.4.2.2. Penampang Bendung

Bentuk dan Ukuran Crest Spillway dihitung berdasarkan Civil Engineering Department US Army – US & DS Profile. Rumus yang digunakan adalah sebagai berikut :

1. Rumus DS Profile

y Hd x1.85 2 0.85

(Sosrodarsono & Takeda, 1978)

2. Rumus untuk US Profile

Hd r

20 . 0 2

50 . 0 1

 

(32)

HILALUDIN L2A 001 078 212 JOKO SANTOSO L2A 001 086

Gambar 5-15 Koordinat Penampang Memanjang Ambang Pengatur Debit pada Bangunan Pelimpah

dimana :

US Profile = profil bangunan pelimpah bagian hulu DS Profile = profil bangunan pelimpah bagian hilir

x = absis

y = ordinat

a = 0,175 Hd

b = 0,282 Hd

 Koordinat Lengkung Mercu Spillway Bagian Hilir

Penampang lintang sebelah hilir dari titik tertinggi mercu bendung dapat diperoleh dengan Rumus lengkung Harold sebagai berikut:

Rumus lengkung Harold Y

X1.85 2. _d0.85. ₀_.₈₅

85 . 1

. 2h_d

Y 

Bagian yang lebih ke hilir dari lengkung diteruskan dengan rumus :

85 . 0 85 . 0 1

. 925 . 0

X hd

Y  X 1,096.hd.Y'1.176

titik nol dari koordinat X,Y

X 1,85 = 2 Hd0,85 Y y x

poros bendungan He = 4,078

Hv = 0,089 _b

+ 179,245

+ 177,245 r2 Hd = 3,989

(33)

Tugas Akhir Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

HILALUDIN L2A 001 078 213 JOKO SANTOSO L2A 001 086

Tabel 5.11 Koordinat Penampang Ambang Bendung Pelimpah Koordinat Lengkung Koordinat Setelah

Lengkung

X y x y

0,28 0,014 0,28 0,095

0,55 0,051 0,55 0,172

0,83 0,108 0,83 0,242

1,10 0,184 1,10 0,309

1,38 0,278 1,38 0,374

1,65 0,390 1,65 0,437

1,93 0,518 1,93 0,498

2,20 0,663 2,20 0,558

2,48 0,825 2,48 0,617

2,75 1,002 2,75 0,674

3,03 1,196 3,03 0,731

3,30 1,404 3,30 0,787

3,58 1,629 3,58 0,843

3,85 1,868 3,85 0,898

4,13 2,122 4,13 0,952

4,40 2,391 4,40 1,005

 Lengkung Mercu Spillway Bagian Hulu

Penampang lintang sebelah hulu dapat diperoleh dengan rumus sebagai berikut:

Untuk  r1 = 0,5 . Hd = 0,5 . 3,989 = 1,994 m

a = 0,175 . Hd = 0,175 . 3,989 = 0,698 m r2 = 0,2 . Hd = 0,2 . 3,989 = 0,797 m b = 0,282 . Hd = 0,282 . 3,989 = 1,124 m

(34)

HILALUDIN L2A 001 078 214 JOKO SANTOSO L2A 001 086

O = 12,5° y

C B

8 .80 m 9.0 0 m M A N

M A B

S = 1 : 1 0 0 .90 m + 1 83 ,23 4

+ 1 79 ,24 5

+ 1 77 ,24 5

Saluran transisi diperlukan karena adanya perubahan bentuk penampang saluran pengatur dengan saluran peluncur.

Bentuk saluran transisi ditentukan sebagai berikut :

Gambar 5-16 Skema Bagian Transisi Saluran Pengarah pada Bangunan Pelimpah

Dengan ketentuan tersebut diatas dan keadaan topografi yang ada dimana b1 = 12 m, b2 = 8 m maka :

 y = 2 m

 l = y/tgθ = 9 m

 s = 1 : 10

(35)

Tugas Akhir Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

HILALUDIN L2A 001 078 215 JOKO SANTOSO L2A 001 086

5.4.3. Saluran Peluncur

5.4.3.1. Peralihan Mercu Spillway ke Saluran Peluncur

Pada perencanaan bangunan pelimpah antara tinggi mercu dengan bangunan peredam energi diberi saluran peluncur (flood way). Saluran peluncur ini berfungsi untuk mengalirkan air, agar air yang melimpah dari mercu dapat mengalir dengan lancar tanpa hambatan-hambatan hidrolis. Untuk mencari kedalaman air di bagian kaki spillway, dengan menggunakan rumus :

        2 2

1 g z Hd

(Sosrodarsono & Takeda, 1978)

B Q q dan

1 V

q y_u  dimana :

yu = kedalaman air pada bagian kaki spillway

Beff = lebar spillway ( 12 m )

Hd = 3,989 m

Q = Qout lewat spillway = 95,19 m³/det

Misal kedalaman air dalam saluran = 5,989 m

Dalam kondisi tersebut kecepatan aliran pada lereng bagian hilir spillway tidak dipengaruhi koefisien debit, maka :

196 , 8 2 989 , 3 989 , 5 81 , 9 2

1  

     _    V m/det 608 , 11 196 , 8 19 , 95 _ 

q m2/det

Sehingga : 415 , 1 196 , 8 608 , 11 _  u y m

(36)

HILALUDIN L2A 001 078 216 JOKO SANTOSO L2A 001 086

Data perencanaan yang telah diperoleh dari perhitungan sebelumnya adalah sebagai berikut :

 Q outflow = 95,19 m³/det

a. Kedalaman kritis (Yc) saluran peluncur :

g q Yc



706 , 3 81 , 9

608 ,

11 2 _



Yc m

Bila diperoleh nilai yu = 1,415 m

Maka : yu < Yc, berarti aliran yang terjadi adalah aliran super kritis.

b. Kecepatan kritis (Vc)

Yc q Vc

132 , 3 706 , 3

608 ,

11 _



Vc m/det

Saluran peluncur direncanakan dengan penampang berbentuk segi empat untuk aliran kritis maupun non kritis, saluran peluncur direncanakan dengan kemiringan seperti tertera pada gambar 5.18 ke arah hilir hingga berakhirnya spillway. Saluran peluncur direncanakan dengan kemiringan saluran sebesar 1/2 ke arah hilir hingga berakhirnya spillway. Saluran peluncur ini disambung dengan bangunan peredam energi ( energy dissipater ).

Saluran peluncur dalam perencanaan ini dibentuk sebagai berikut :  Tampak atas lurus.

 Penampang melintang berbentuk segi empat.  Kemiringan diatur sebagai berikut :

25 m tahap pertama dengan kemiringan = 0,25 dengan lebar saluran = 8 m, kemudian 20 m tahap kedua dengan kemiringan = 0,25 tetapi penampang melebar dari 8 m menjadi 10,4 m.

(37)

Tugas Akhir Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

HILALUDIN L2A 001 078 217 JOKO SANTOSO L2A 001 086

2 0.0 00 2 5.0 00

SALU R AN PE LU N C U R 4

1 P EN AMPAN G L U R US

PE NA MPAN G TE R OM PET

Gambar 5-18 Penampang Memanjang Saluran Peluncur (Hasil Analisa)

Bagian yang berbentuk terompet pada ujung saluran peluncur bertujuan agar aliran dari saluran peluncur yang merupakan aliran super kritis dan mempunyai kecepatan tinggi, sedikit demi sedikit dapat dikurangi akibat melebarnya aliran dan aliran tersebut menjadi semakin stabil.

20 m

Gambar 5-19 Bagian Berbentuk Terompet pada Ujung Hilir Saluran Peluncur

(38)

HILALUDIN L2A 001 078 218 JOKO SANTOSO L2A 001 086

9.00 m

C B

8.80 m MAN

MAB + 183.234

+ 177.245 + 179.245

25.00 m 20.00 m

+ 175.745

+ 174.845

+ 170.395

+ 165.395

Gambar 5-20 Potongan Memanjang Spillway (Hasil Analisa)

Garis dasar saluran ditentukan dengan perhitungan hidrolik yang dilakukan dengan rumus Bernoulli sebagai berikut :

Gambar 5-21 Skema Penampang Memanjang Aliran pada Saluran

hd1

hv1

l1 V2

hd2

h1 hv2

(39)

Tugas Akhir Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

HILALUDIN L2A 001 078 219 JOKO SANTOSO L2A 001 086

Elevasi ambang hilir = elevasi ambang udik

e h hd g V hd g

V _ _ _ _

2 2 2 1 2 1 2 2

(Sosrodarsono & Takeda, 1978)

g V hV 2 2 1 1  g V hV 2 2 2 2  1 3 4 2 2 2 1 2

2 . _.

2 _R l

V n g V g V

h_e    

3 4 2 2 . R V n S  1 . l S

h_L  

di mana :

V1 : kecepatan aliran air pada bidang-1

V2 : kecepatan aliran air pada bidang-2

hd1 : kedalaman air pada bidang-1

hd2 : kedalaman air pada bidang-2

l1 : panjang lereng dasar diantara bidang-1 dan bidang-2

l : jarak horisontal diantara bidang-1 dan bidang-2

R : radius (jari-jari) hidrolika rata-rata pada potongan saluran yang diambil S0 : kemiringan dasar saluran

S : kemiringan permukaan aliran

hl : kehilangan energi karena gesekan dan lain-lain

he : perbedaan tinggi antara garis energi dengan permukaan air

(40)

HILALUDIN L2A 001 078 220 JOKO SANTOSO L2A 001 086

 Di titik A :

 Kecepatan aliran V = 1,324 m/det (V1)

 Luas tampang hidrolis A = 71,868 m²

 Tinggi tekanan kecepatan aliran hv = 0,089 m = he-hd

 Tinggi aliran Hd = 3,989 m

 Asumsi Bef B = 12 m

 Qout lewat spillway = 95,19 m³/det

 Jari-jari hidrolis rata-rata

R = A/(2Hd+ B) = 3,597 m

Dengan menggunakan rumus :

 Di titik B :

 Tinggi energi potensial di bidang B = hd + he

= 3,989 + ( 179,245 – 172,65 ) = 3,989 + 6,595

= 10,584 m

 ∆l = 8,80 m

 ∆l1 = 9,432 m

 Diasumsikan bahwa kecepatan aliran di B (V2) = 8 m/det, maka :

Hd2 =

2 2.V

b Q = 8 12 19 , 95

 = 0,991 m A2 = 12 x 0,991 = 11,898 m2

R2 =

) .

( hd₂ b₂

 =



2 0,991 12



898 , 11



 = 0,850 m

Rt =

2 624 , 0 597 , 3 

= 2,11 m

Vt =

2 8 324 ,

1 

= 4,662 m/det

1 3 4 2 2 2 1 2

2 . _.

2 _R l

V n g V g V

h_e    

(41)

Tugas Akhir Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

HILALUDIN L2A 001 078 221 JOKO SANTOSO L2A 001 086

 Dengan demikian tinggi tekanan total diperoleh : Hd2 + he = 0,991 + 3,354 = 4,345 m < 10,584 m

 Dicoba lagi dengan asumsi kecepatan aliran yang berbeda :

V2 B hd2 A2 R2 Rrata Vrata Hv2 hv1 hl he+hd 13 12 0,610 7,322 0,554 0,996 7,162 8,614 0,089 0,082 9,395 13,883 12 0,571 6,855 0,522 0,938 7,606 9,829 0,089 0,100 10,584 14 12 0,567 6,799 0,518 0,931 7,662 9,990 0,089 0,103 10,749

 Dari hasil perhitungan di atas dengan V = 13,883 m/det didapatkan hd+he = 10,584 m ~ 10,584 m (sesuai dengan asumsi yang diambil), maka: he = (he+hd) – hd2 = 10,584 m – 0,571 = 10,013 m

hv = he – hl = 10,013 – 0,100 = 9,913 m  Froude number pada titik B adalah :

Fr =

2 2

.hd g

(Sosrodarsono & Takeda, 1978)

571 , 0 * 81 , 9

887 , 13

= 5,867

 Di titik C :

 Tinggi energi potensial di bidang C = hd + he

= 3,989 + (179,245 – 171,75 ) = 3,989 + 7,495

= 11,484 m

 ∆l = 17,8 m

 ∆l1 = 18,476 m

 Diasumsikan bahwa kecepatan aliran di C berturut-turut sesuai tabel sehingga didapatkan :

V2 B hd2 A2 R2 Rrata Vrata Hv2 hv1 hl he+hd 14 12 0,567 6,799 0,518 0,931 7,662 9,990 0,089 0,202 10,847 14,437 12 0,547 6,558 0,501 0,901 7,920 10,738 0,089 0,221 11,484 15 12 0,529 6,346 0,486 0,874 8,162 11,468 0,089 0,249 12,335

(42)

HILALUDIN L2A 001 078 222 JOKO SANTOSO L2A 001 086

= 11,484 m ~ 11,484 m (sesuai dengan asumsi yang diambil), maka: he = (he+hd) – hd2 = 11,484 – 0,547 = 10,937 m

hv = he – hl = 10,937 – 0,221 = 10,827m  Froude number pada titik C adalah :

Fr =

2 2

.hd g

547 , 0 * 81 , 9

14,437

= 6,232

 Di titik D :

 Tinggi energi potensial di bidang D = hd + he

= 3,989 + (179,245 – 165,5 ) = 3,989 + 13,745

= 17,734 m

 ∆l = 42,8 m

 ∆l1 = 44,245 m

 Diasumsikan bahwa kecepatan aliran di D berturut-turut sesuai tabel sehingga didapatkan :

V2 B hd2 A2 R2 Rrata Vrata Hv2 hv1 hl he+hd 17 12 0,467 5,599 0,433 0,779 9,162 14,730 0,089 0,876 16,162 17,821 12 0,445 5,341 0,414 0,745 9,573 16,187 0,089 1,014 17,735 18 12 0,441 5,288 0,411 0,738 9,662 16,514 0,089 1,046 18,090

 Dari hasil perhitungan di atas dengan V = 17,821 m/det didapatkan hd+he = 17,735 m ~ 17,734 m (sesuai dengan asumsi yang diambil), maka: he = (he+hd) – hd2 = 17,735 – 0,445 = 17,290 m

hv = he – hl = 17,290 – 1,014 = 14,138 m  Froude number pada titik D adalah :

Fr =

2 2

.hd g

445 , 0 * 81 , 9

17,735

= 8,488

 Di titik E :

(43)

Tugas Akhir Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

HILALUDIN L2A 001 078 223 JOKO SANTOSO L2A 001 086

= 3,989 + (179,245 – 160,5 ) = 3,989 + 18,745

= 22,734 m

 ∆l = 62,8 m

 ∆l1 = 64,860 m

 Diasumsikan bahwa kecepatan aliran di E berturut-turut sesuai tabel sehingga didapatkan :

V2 B hd2 A2 R2 Rrata Vrata Hv2 hv1 hl he+hd 19 12 0,418 5,010 0,390 0,702 10,162 18,400 0,089 1,814 20,720 19,886 12 0,399 4,787 0,374 0,673 10,605 20,156 0,089 2,091 22,735 20 12 0,397 4,760 0,372 0,669 10,662 20,387 0,089 2,129 23,002

 Dari hasil perhitungan di atas dengan V = 19,886 m/det didapatkan hd+he = 22,735 m ~ 22,734 m (sesuai dengan asumsi yang diambil), maka: he = (he+hd) – hd2 = 22,735 – 0,399 = 22,336 m

hv = he – hl = 22,336 – 2,091 = 20,245 m  Froude number pada titik E adalah :

Fr =

2 2

.hd g

399 , 0 * 81 , 9

19,886

= 10,051

5.4.5. Peredam Energi

Bangunan peredam energi digunakan untuk menghilangkan atau setidaknya mengurangi energi air yang melimpah dengan energi yang tinggi dari bangunan pelimpah agar tidak merusak bangunan atau instalasi lain di sebelah hilir bangunan pelimpah. Suatu bangunan peredam energi yang berbentuk kolam, dimana prinsip peredam energinya yang sebagian besar terjadi akibat proses pergesekan di antara molekul-molekul air, sehingga timbul olakan-olakan di dalam kolam tersebut dinamakan peredam energi tipe kolam olakan.

Dalam perencanaan dam ini menggunakan bangunan peredam energi tipe kolam olak USBR. Penggolongan tipe kolam olak USBR adalah :

 USBR I : Bilangan Froude < 4,5

(44)

HILALUDIN L2A 001 078 224 JOKO SANTOSO L2A 001 086

 USBR IV : Bilangan Froude 2,5 < Fr < 4,5

Perhitungan kolam olak digunakan rumus-rumus sebagai berikut :

V q Y 

Y g V Fr

 

(Sosrodarsono & Takeda, 1978) Dimana :

V = Kecepatan awal loncatan (m/dt)

g = Percepatan gravitasi = 9,81 m²/dt

B = Lebar saluran = 12 m

Fr = Bilangan froude Y = tinggi konjugasi Perhitungan :

V = 19,886 m³/dt Y = Q/B V

Y = 95,19 / (12 x 19,886) Y = 0,398 m

Fr =

V _{= 19,886 / ( 9,81 . 0,398)}0,5

= 10,051

Tipe kolam olak yang digunakan ditentukan berdasarkan nilai Fr dan V. Fr = 10,051

V = 19,886 m/det

(45)

Tugas Akhir Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

HILALUDIN L2A 001 078 225 JOKO SANTOSO L2A 001 086

Gambar 5-22 Bentuk Kolam Olakan

a Panjang kolam olakan

Ukuran panjang kolam olakan tergantung pada bilangan Froude aliran yang akan melintasi kolam tersebut. Karena Froude number > 4,5 maka digunakan kolam olak type USBR type III.

Gambar 5-23 Panjang Loncatan Hidrolis pada Kolam Olakan Datar  Kondisi sesungguhnya pada kolam olakan type I

(46)

HILALUDIN L2A 001 078 226 JOKO SANTOSO L2A 001 086

d 1 d1

0 .5d 1

0.3h3

h3 0.5h3

0.75h3

0.8d2

 Kondisi sesungguhnya pada kolam olakan type III

- Dengan Fr = 10,051, dari grafik didapatkan nilai L/d2 = 2,7 - D2/D1 = 0,5 x



1 8



1 

 F

(Sosrodarsono & Takeda, 1978)

- D2/0,398 = 0,5 x (18.10,0512) -1

- D2 = 5,262 m

- L = 2,7 x 5,262 = 14,209 m ~ dipakai 15 m

b Gigi-gigi pemencar aliran, gigi-gigi benturan dan ambang ujung hilir kolam olakan

Gigi-gigi pemencar aliran yang berfungsi sebagai pembagi berkas aliran terletak di ujung saluran sebelum masuk ke dalam kolam olakan. Sedangkan gigi-gigi benturan yang berfungsi sebagai penghadang aliran serta mendeformir loncatan hidrolis menjadi pendek terletak pada dasar kolam olakan. Adapun ambang ujung hilir kolam olakan dibuat rata tanpa bergerigi.

Gambar 5-24 Ukuran gigi-gigi pemencar dan gigi-gigi benturan aliran

1. Dimensi kolam olakan

 Ukuran kolam olakan adalah 10,40 m x 15 m

 Ukuran gigi-gigi pemencar aliran adalah Dl = 0,398 m ≈ 0,4 m, karena lebar ujung saluran peluncur adalah 10 m maka jumlah gigi-gigi dibuat = 25 buah @ 40 cm, jarak antara gigi-gigi-gigi-gigi = 40 cm dan jarak tepi ke dinding masing-masing = 40 cm

cek jumlah jarak = 13 x 0,4 + 12 x 0,4 + 2 x 0,4 = 10,40 m

 Ukuran gigi pembentur aliran dengan mengacu pada gambar 5.25 didapatkan nilai h3/D1 = 2,4  h3 = 2,4 x 0,398 = 0,955 ≈ 0,93 m,

(47)

Tugas Akhir Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

HILALUDIN L2A 001 078 227 JOKO SANTOSO L2A 001 086

karena lebar kolam olakan adalah 15 m maka jumlah gigi-gigi dibuat = 9 buah @ 0,95 m, jarak antara gigi-gigi = 0,75 x h3 = 0,75 x 0,95 = 0,712 m ≈ 0,7 m dan jarak tepi ke dinding masing-masing = 0,5 x h3 = 0,5 x 0,95 = 0,475 m ≈ 0,5 m.

cek jumlah jarak = 9 x 0,93 + 8 x 0,7 + 2 x 0,5 = 15,00 m.

 Ukuran ambang ujung hilir kolam olakan dengan mengacu pada gambar 5.25 didapatkan nilai h4/d1 = 1,50  h4 = 1,50 x 0,398 = 0,597 m dengan kemiringan 1 : 2

 Jarak antara gigi-gigi pemencar aliran s/d gigi-gigi benturan (tepi ke tepi) adalah : 0,8 d2 = 0,8 x 5,262 = 4,209 m

Gambar 5-25 Tinggi Gigi Benturan dan Ambang Hilir pada Kolam Olakan Datar Type III

2. Tinggi jagaan

Tinggi jagaan pada bangunan pelimpah (spillway) dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut :

Fb = C . V . d

(Sosrodarsono & Takeda, 1978) atau

Fb = 0,6 + 0,037 . V. 3

Fb minimal = 0,5 s/d 0,6 m di atas permukaan al

Fb = tinggi jagaan

C = koefisien = 0,1 untuk penampang saluran berbentuk persegi panjang dan 0,13 untuk penampang berbentuk trapesium

V = kecepatan aliran (m/det)

(48)

HILALUDIN L2A 001 078 228 JOKO SANTOSO L2A 001 086

 d2 = 5,262 m  b = 10 m

 A = 5,262. 10,4 = 54,724 m²

 V = Q/A = 95,19/54,724 = 1,739 m/det  Tinggi jagaan :

Fb = 0,10 . 1,739 . 5,262

Fb = 0,915

Atau

Fb = 0,6 + (0,037 . 1,739 . 5,2621/3) Fb = 0,71 m

Dipakai nilai tertinggi yaitu Fb = 0,915 m ≈ Fb = 1,00 m

5.5. ANALISIS STABILITAS BANGUNAN PELIMPAH

Perhitungan stabilitas konstruksi bangunan pelimpah ditinjau dengan dua kondisi sebagai berikut :

1. Kondisi muka air normal

 Akibat Berat Sendiri

Rumus : G Vol Dimana :

G = Berat konstruksi (ton) V = Volume (m3)

 = Berat jenis pasangan batu (2,2 ton/m3)

Jarak ditinjau ke titik G selanjutnya perhitungan disajikan dalam tabel berikut :

Tabel 5.12 Perhitungan Gaya Akibat Berat Sendiri

No X Y γ G =vol . γ jarak momen

(ton) (m) (ton m)

G1 2,00 2,00 2,2 8,80 1,00 8,80

G2 6,00 1,00 2,2 12,10 5,00 60,5

G3 6,00 4,00 2,2 26,40 6,00 158,4

(49)

Tugas Akhir Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

HILALUDIN L2A 001 078 229 JOKO SANTOSO L2A 001 086

No X Y γ G =vol . γ jarak momen

(ton) (m) (ton m)

G5 2,60 1,00 2,2 5,72 7,50 42,90

G6 1,60 4,50 2,2 15,84 8,30 131,47

G7 1,60 0,50 2,2 1,17 8,03 9,43

Jumlah 71,13 362,13

(sumber: perhitungan)

 Akibat Gaya Gempa

Gaya akibat beban gempa berupa gaya horizontal (He) dan momen (M), besarnya :

G E

He 

Dimana E adalah koefisien gempa = 0,14 Tabel 5.13 Gaya Akibat Gaya Gempa

No Berat

bangunan

E Gaya jarak momen

(ton) Horizontal (m) (ton m) (He=G.0,14)

G1 8,80 0,14 1,23 1,00 1,23

G2 12,10 0,14 1,69 4,75 8,05

G3 26,40 0,14 3,70 4,00 14,78

G4 1,10 0,14 0,15 5,87 0,90

G5 5,72 0,14 0,80 7,50 6,01

G6 15,84 0,14 2,22 8,30 18,41

G7 1,17 0,14 0,16 8,03 1,32

9,96 50,70

(sumber: perhitungan)

 Akibat Gaya Angkat (Uplift Pressure)

Tekanan air tanah (Px) dihitung dengan rumus : H

Hx Px  Dimana :

Px = tekanan air pada titik x (T/m2) Lx = jarak jalur rembesan pada titik x (m) L = panjang total jalur rembesan (m) Hw = beda tinggi energi

(50)

HILALUDIN L2A 001 078 230 JOKO SANTOSO L2A 001 086

Tabel 5.14 Perhitungan Panjang Jalur Rembesan dan Tekanan Air

Titik Garis _Lane Panjang Rembesan H=Lw/Cw Hx Px=Hx-H V H 1/3H Lw Cw = 5,98

A 0,00 0,00 2,00 2,00

A-B 1,00

B 1,00 0,17 3,00 2,83

B-C 0,25 0,08

C 1,08 0,18 3,00 2,82

CD 0,50

D 1,58 0,26 2,50 2,24

D-E 1,00 0,33

E 1,92 0,32 2,50 2,18

E-F 0,50

F 2,42 0,40 3,00 2,60

F-G 0,50 0,17

G 2,58 0,43 3,00 2,57

G-H 0,50

H 3,08 0,52 2,50 1,98

H-I 1,00 0,33

I 3,42 0,57 2,50 1,93

I-J 0,50

J 3,92 0,65 3,00 2,35

J-K 0,50 0,17

K 4,08 0,68 3,00 2,32

K-L 0,50

L 4,58 0,77 2,50 1,73

L-M 1,00 0,33

M 4,92 0,82 2,50 1,68

M-N 3,00

N 7,92 1,32 5,00 3,68

N-O 2,60 0,87

O 8,78 1,47 5,00 3,53

O-P 1,00

P 9,78 1,64 4,00 2,36

(51)

Tugas Akhir Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

HILALUDIN L2A 001 078 231 JOKO SANTOSO L2A 001 086

Titik Garis Lane

Panjang Rembesan H=Lw/Cw

Hx Px=Hx-H V H 1/3H Lw Cw = 5,98

Q 10,85 1,81 4,00 2,19

Q-R 1,00

R 11,85 1,98 5,00 3,02

R-S 2,00 0,67

S 12,52 2,09 5,00 2,91

S-T 1,50

T 14,02 2,34 3,75 1,41

T-U 25,00 8,33

U 22,35 3,74 3,75 0,01

U-V 0,50

V 22,85 3,82 4,25 0,43

V-W 0,25 0,08

W 22,93 3,83 4,25 0,42

W-X 1,00

X 23,93 4,00 3,25 -0,75

Jumlah 11,50 37,30 12,43

(sumber: perhitungan)

Angka rembesan (Cw) =

Hw Lh Lv 1₃

4 43 . 12 50 .

11 

= 5,98

Tabel 5.15 Perhitungan Gaya Angkat

Gaya Luas x Tekanan

Gaya

Vertikal Jarak

Momen Vertikal (ton) (m) (ton m) U1 (2,6.3,53)+(0,5.3,53.(3,68-3,53)) 9,372 7,50 70,287 U2 (1.2,36)+(0,5.1.(3,53-2,36)) 2,948 1,10 3,243 U3 (3,2.2,19)+(0.5.3,2.(2,36-2,19)) 7,282 4,75 34,592 U4 (2.2,91)+(0,5.2.(3,02-2,91)) 5,928 1,00 5,928

Jumlah 25,530 114,049

Tabel 5.16 Perhitungan Gaya Hidrostatis

Gaya Luas x Tekanan

Gaya

Horizontal Jarak

Momen Vertikal (ton) (m) (ton m)

(52)

HILALUDIN L2A 001 078 232 JOKO SANTOSO L2A 001 086

Gaya Luas x Tekanan

Gaya

Horizontal Jarak

Momen Vertikal (ton) (m) (ton m)

W2 3.1,68 5,035 1,50 7,552

0,5.3.(3,68-1,68) 2,998 1,00 2,998

W3 1.2,36 -2,365 0,50 -1,182

0,5.1.(3,53-2,36) -0,072 0,33 -0,024

W4 1.2,19 2,187 0,50 1,093

0,5.1.(3,02-2,19) 0,416 0,33 0,139

W5 0,5.1.0,42 0,209 1,33 0,278

Jumlah 10,407 19,187

 Akibat Tekanan Tanah

Berdasarkan data penyelidikan tanah dari laboratorium mekanika tanah Teknik Sipil Undip menghasilkan parameter tanah berupa, (φ) = 18°, (γsat) = 1,7125 T/m3. Tekanan tanah dihitung dengan

rumus sebagai berukut :

1 _sat _Ka _H

Pa   

(Penerbit Gunadarma,1997)

Dimana :

Ka = )

2 45 ( tan2 

= )

2 18 45 ( tan2 

= 0,528

Pa = 2

1 ___sat__Ka__H = ₁_.₇₁₂₅ ₀_.₅₂₈ ₃2

1 _ _ _

=9,12 T/m2

Tabel 5.17 Perhitungan Tekanan Tanah

Gaya Luas x Tekanan Gaya horizontal Jarak

Momen vertikal (ton) (m) (ton m)

(53)

Tugas Akhir Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

HILALUDIN L2A 001 078 233 JOKO SANTOSO L2A 001 086

Gaya Luas x Tekanan Gaya horizontal Jarak

Momen vertikal (ton) (m) (ton m)

Jumlah 15,96 18,62

Tabel 5.18 Resume Gaya-gaya pada Kondisi Normal

No. Jenis Gaya

Gaya Momen

V (ton) H (ton) MV (ton m)

MH (ton m) 1 Berat sendiri 71,133 362,126

2 Gempa 9,959 50,698

3 Uplift Pressure 25,530 114,049

4 Hidrostatis 10,407 19,187

5 Tekanan Tanah 15,964 18,625

Jumlah 96,663 36,330 476,176 88,509

 Kontrol Stabilitas Pada Kondisi Normal

a. Terhadap Guling

5 . 1  



Sf (KP-02, 1986)

5 . 1 509 . 88 176 . 476 _ 

= 5,38 > 1,5 (aman) Dimana :

Sf = faktor keamanan



MV = jumlah momen vertikal



MH = jumlah momen horizontal

b. Terhadap Geser

5 . 1   



RH RV f

Sf (KP-02, 1986)

= 1.5

330 . 36 663 . 96 75 .

0  

(54)

HILALUDIN L2A 001 078 234 JOKO SANTOSO L2A 001 086

Sf = faktor keamanan



RV = jumlah gaya vertikal



RH = jumlah gaya horizontal

f = 0,75

c. Terhadap Eksentrisitas







 RV MH MV

a (KP-02, 1986)

= 663 . 96 509 . 88 176 . 476 

= 4,01

6 ) 2

(B a B

e  

e =



4.01



7 _ _{= -0,51 < 1,17}_(aman)

d. Terhadap Daya Dukung Tanah

Dari data tanah pada lokasi dam diperoleh :

γ = 1,7125 T/m3 c = 1,6

φ = 18°

Dari grafik Terzaghi diperoleh : Nc = 15,78

Nq = 6,2 Nγ = 4 B = 7 m

Rumus daya dukung tanah Terzaghi adalah sebagai berikut :

 

 Nq BN

Nc c

qult .  . 0,5. . . (Penerbit Gunadarma,1997) = 1,6.15,78+1,7125.6,2+0,5.1,7125.7.4

= 59,84 T/m2

/ 95 . 19

3 T m

qult qall 

 

e_B



B RV ₁_6 



  

1 6



7.77 2

max m kN B e B

RV _ _



(55)

Tugas Akhir Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

HILALUDIN L2A 001 078 235 JOKO SANTOSO L2A 001 086

  

1 6



19.85 2

min

m kN B

e B

RV _ _



(56)

HILALUDIN L2A 001 078 236 JOKO SANTOSO L2A 001 086

Gambar 5-26 Panjang Jalur Rembesan dan Tekanan Air

+179.25

(57)

Tugas Akhir

Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

HILALUDIN

L2A 001 078

237 JOKO SANTOSO L2A 001 086

(58)

HILALUDIN L2A 001 078 238 JOKO SANTOSO L2A 001 086

Pada saat banjir gaya-gaya yang bekerja ada yang mengalami perubahan seperti gaya tekan ke atas (Uplift Pressue) dan hidrostatis

 Gaya Tekan ke atas

Tabel 5.19 Perhitungan Panjang Jalur Rembesan dan Tekanan Ai Banjir

Titik Garis Lane

Panjang Rembesan H=Lw/Cw

Hx Px=Hx-H V H 1/3H Lw Cw = 2.96

A 0,00 0,00 5,99 5,99

A-B 1,00

B 1,00 0,33 6,99 6,66

B-C 0,25 0,08

C 1,08 0,36 6,99 6,63

CD 0,50

D 1,58 0,53 6,49 5,96

D-E 1,00 0,33

E 1,92 0,64 6,49 5,85

E-F 0,50

F 2,42 0,81 6,99 6,18

F-G 0,50 0,17

G 2,58 0,86 6,99 6,13

G-H 0,50

H 3,08 1,03 6,49 5,46

H-I 1,00 0,33

I 3,42 1,14 6,49 5,35

I-J 0,50

J 3,92 1,31 6,99 5,68

J-K 0,50 0,17

K 4,08 1,36 6,99 5,63

K-L 0,50

L 4,58 1,53 6,49 4,96

L-M 1,00 0,33

M 4,92 1,64 6,49 4,85

M-N 3,00

N 7,92 2,64 8,99 6,35

N-O 2,60 0,87

O 8,78 2,93 8,99 6,06

(59)

Tugas Akhir Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

HILALUDIN L2A 001 078 239 JOKO SANTOSO L2A 001 086

Titik Garis Lane

Panjang Rembesan H=Lw/Cw

Hx Px=Hx-H V H 1/3H Lw Cw = 2.96

P 9,78 3,27 7,99 4,72

P-Q 3,20 1,07

Q 10,85 3,62 7,99 4,37

Q-R 1,00

R 11,85 3,96 8,99 5,03

R-S 2,00 0,67

S 12,52 4,18 8,99 4,81

S-T 1,50

T 14,02 4,68 7,74 3,06

T-U 25,00 8,33

U 22,35 7,46 7,74 0,28

U-V 0,50

V 22,85 7,63 8,24 0,61

V-W 0,25 0,08

W 22,93 7,66 8,24 0,58

W-X 1,00

X 23,93 7,99 7,24 -0,75

Jumlah 11,50 37,30 12,43 (sumber : perhitungan)

Akibat kondisi banjir :

1. Muka air hulu = +183,234 m 2. Bagian hilir = +175,25 m

3. Hw = 183,234 - 175,25 = 7,989 m

4. Cw = 2.96

989 . 7

43 . 12 5 .

11  _

Tabel 5.20 Perhitungan Gaya Angkat

Gaya Luas x Tekanan

Gaya

Vertikal Jarak

Momen Vertikal (ton) (m) (ton m) U1 (2.6.6,06)+(0.5.2.6.(6,35-6,06)) 16,125 7,50 120,934 U2 (1.4.72)+(0.5.1.(6.06-4.72)) 5.390 1.10 5.929 U3 (3,2.4,37)+(0,5.3.2.(4,72-4,37)) 14,545 4,75 69,088 U4 (2.4,81)+(0,5.2.(5,03-4,81)) 9,844 1,00 9,844

(60)

HILALUDIN L2A 001 078 240 JOKO SANTOSO L2A 001 086

Gaya Luas x Tekanan

Gaya

Horizontal Jarak

Momen Vertikal (ton) (m) (ton m) W1 0,5.5,99.5,99 17,934 5,50 98,572

W2 3.4,85 14,543 1,50 21,815

0,5.3.(6,35-4,85) 2,248 1,00 2,248

W3 1.4,72 -4,723 0,50 -2,362

0,5.1.(6,06-4,72) -0,145 0,33 -0,048

W4 1.4,37 4,367 0,50 2,184

0,5.1.(5,03-4,37) 0,333 0,33 0,111

W5 0,5.1.0,58 0,292 1,33 0,389

Jumlah 34,850 122,909

Tabel 5.22 Resume Gaya-gaya pada Kondisi Banjir

No. Jenis Gaya

Gaya Momen

V (ton) H (ton) MV (ton m)

MH (ton m) 1 Berat sendiri 71,133 362,126

2 Gempa 9,959 50,698

3 Uplift Pressure 50,904 205,796

4 Hidrostatis 34,850 122,909

5 Tekanan Tanah 15,964 18,625

Jumlah 122,037 60,772 567,922 192,231

 Kontrol Stabilitas Pada Kondisi Banjir

a. Terhadap Guling

5 , 1  



MH MV

Sf (KP-02, 1986)

= 1,5

231 . 192

922 .

567 _

= 2,95 > 1,5 (aman) Dimana :

Sf = faktor keamanan



MV = jumlah momen vertikal



MH = jumlah momen horizontal

(61)

Tugas Akhir Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

HILALUDIN L2A 001 078 241 JOKO SANTOSO L2A 001 086

b. Terhadap Geser

5 . 1   



RH RV f

Sf (KP-02, 1986)

= 1.5

772 . 60 037 . 122 75 .

0  

= 1,51 >1,5 (aman) Dimana :

Sf = faktor keamanan



RV = jumlah gaya vertikal



RH = jumlah gaya horizontal

f = 0,75 (Joetata dkk, 1997)

c. Terhadap Eksentrisitas







 RV MH MV

a (KP-02, 1986)

= 037 . 122 231 . 192 922 . 567 

= 3,08

6 ) 2

(B a B

e  



7₂3.08





e = 0,42 < 1,17 (aman)

d. Terhadap daya Dukung Tanah

Dari data tanah pada lokasi dam diperoleh :

γ = 1,7125 T/m3 c = 1,6

φ = 18°

Dari grafik Terzaghi diperoleh : Nc = 15,78

Nq = 6,2 Nγ = 4 B = 7 m

Rumus daya dukung tanah Terzaghi adalah sebagai berikut :

 

 Nq BN

Nc c

qult .  . 0,5. . . (Penerbit Gunadarma,1997) = 1,6.15,78+1,7125.6,2+0,5.1,7125.7.4

(62)

HILALUDIN L2A 001 078 242 JOKO SANTOSO L2A 001 086

 

e_B



B RV ₁_6 



  

1 6



19.88 2

max

m kN B

e B

RV _ _



 < qall (aman)

  

1 6



12.56 2

min

m kN B

e B

RV _ _



(63)

Tugas Akhir Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

HILALUDIN L2A 001 078 243

JOKO SANTOSO L2A 001 086

(64)

HILALUDIN L2A 001 078 244 JOKO SANTOSO L2A 001 086

 Data design :

Material pipa pesat = plat baja Tegangan ijin :

- Tarik dan tekan = 1200 kg/cm2 - Geser = 750 kg/cm2 Efisiensi sambungan 1as = 0,85

Korosi ijin = 2 mm Beban rencana :

- Tinggi terjun maksimum = 18.24 m - Tinggi terjun design = 14.25 m

5.6.1. Dimensi Pipa Pesat

a. Diameter pipa pesat

Dihitung dengan Gordon dan Penman :

Q andalan = Debit air = 0.113 m3/det Do = 0,72 * (Qair)0.5

= 0,72*(0.113)0.5 = 0.242 m = 24.2 cm Direncanakan diameter pipa pesat 25 cm b. Tebal plat pipa pesat

   _

 

  

* Do * P to

(Mosonyi,1991) Di mana:

to = Tebal plat (mm)

P = Tekanan air dalam pipa pesat (kg/cm2) = 0,1 * Hdyn = 0,1*(1,2*Ho)

Ho = Tinggi terjun desain maksimum = 18.24 m

 = Tegangan ijin plat baja (= 1300 kg/cm2)

η = Efisiensi sambungan las (0,85)

(65)

Tugas Akhir Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

HILALUDIN L2A 001 078 245

JOKO SANTOSO L2A 001 086 Perhitungan

P = 0,1 * (1,2*18.24) = 2.19 kg/cm2

2 0,85 * 1300 * 2 250 * 2.19

to 

     

= 2,49 mm

Menurut Technical Standard for Gates and Penstock tebal plat minimum tidak boleh lebih kecil dari 6 mm, sehingga tebal plat pipa pesat yang dipakai adalah 6 mm.

5.6.2. Stabilitas Pipa Pesat

 Tekanan air maksimum akibat Water Hammer Konstanta Allievi 1 Ho * g * 2 Vo *

P _

       (Mosonyi,1991)        ₂ 4

1_* _*_Do

 Q

(Mosonyi,1991) Di mana :

α = Kecepatan rambat gelombang tekanan (m/dt) Ho = Tekanan Hidrostatis (m)

Vo = Kecepatan rata-rata dalam aliran (m/dt) Rumus pendekatan 2 1 * 50 1000       to Do k  (Mosonyi,1991)

dengan harga k = 0,5 untuk baja k = 1 untuk besi tuang perhitungan :

(66)

HILALUDIN L2A 001 078 246 JOKO SANTOSO L2A 001 086

2 1 006 , 0 250 . 0 * 5 . 0 50     _  

α = 31,46 m/dt

        ₂ 4

1_* _*_0.250

113 . 0

Vo = 2.4580 m/dt

       18.24 * 9.81 * 2 .4580 2 * 31,46 P

P = 0,216 < 1 ………..…..AMAN !!!!!

Karena P < 1, maka tekanan akibat water hammer tidak banyak mempengaruhi stabilitas pipa pesat tersebut.

 Pipa pesat dari baja ada 2 kriteria :

1. Pipa kecil apabila : P * D <10000 kg/cm Maka pipa tidak perlu pakai sabuk/ beugel. 2. Apabila P*D > 10000 kg/cm

Maka pipa memerlukan beugel perkuatan. P = tekanan air

10 kg cm

Hdyn P

(Mosonyi,1991) Di mana :

D = diameter pipa

Hdyn = tinggi terjun dinamis (m) Perhitungan :

P = 1824/10 = 182.4 kg/cm2 P < 10000 kg/cm2

Maka digunakan pipa jenis pertama yaitu pipa kecil tanpa sabuk atau beugel.

 Tekanan Lingkar Akibat Tekanan Hidrostatis



to-



( / )

R * P σ 2 cm kg    (Mosonyi,1991) Di mana :

(67)

Tugas Akhir Perencanaan Dam dan Spillway Yang Dilengkapi PLTMH di Kampus Tembalang

HILALUDIN L2A 001 078 247

JOKO SANTOSO L2A 001 086

P = Tekanan air maksimum = 0,1 * Hdyn R = Luas basah = 0,5 (Do+ε)

Perhitungan :

R = 0,5* (24.2+0.2) = 12.2 cm



0,6-0.2



* 2

2 . 12 * 1.824

σ 

σ = 27,82 kg/cm2 < σ ijin = 1300 kg/cm2 ...AMAN!!!

5.7. PERENCANAAN TURBIN

5.7.1. Tinggi Terjun (Head)

Turbin yang digunakan pada PLTMH di sini adalah direncanakan menggunakan Turbin Impuls. Adapun alasan digunakannya turbin jenis tersebut karena ketinggian terjunnya kurang dari 40 m. Dari data perencanaan dam dapat ditentukan tinggi terjun sebagai berikut :

Data elevasi :

 MAT (elevasi Muka Air Tinggi) = + 183,234 m  MAN (elevasi Muka Air Normal) = + 179,245 m  MAR (elevasi Muka Air rendah ) = + 169,791 m

5.7.2. Kehilangan Tinggi Terjun (Head Loss)

Dengan adanya penyaluran dari kolam (reservoir) ke saluran pembuangan akan terjadi kehilangan energi terdiri dari :

1. Akibat trash rack dapat dihitimg dengan rumus :

Vo 2

sin b

t K Hr

2 3

    

  

         



(Mosonyi,1991) Di mana :

K = Koefisien losses untuk elemen dengan bentuk segi empat = 2,42

t = Tebal elemen = 0,8 cm

b = Celah antar 2 elemen = 6 – 0,8 = 5,2 cm

(1)

HILALUDIN L2A 001 078 256 JOKO SANTOSO L2A 001 086

Q = A. V

P A R (C.D. Soemarto,1999)

V = l/n . R2/3.I1/2 Di mana :

Q = V.A = Debit air A = Luas pcnampang basah

V = Kecepatan air ; V = l/n . R2/3.I1/2 B = Lebar saluran

h = Tinggi air P = Keliling basah

R = A/P = Jari-jari hidrolis n = Koefisien manning = 0,030

I = Kemiringan dasar saluran = 0,0035 Perhitungan :

A = b.h , dimana : b = 2h A = 1,5.h2

P = 2 . h + b = 3,5 h

R = A / P = 1,5 . h2 / (3,5.h) = 0,429 . h V = l/n . R2/3.I1/2

V = 1/0,030 . (0,429 . h)2/3 . 0,00350,5 = 1,122 . h2/3 Q = A . V = 1,5 . h2 . 1,122 . h2/3

= 1,683. h8/3 0,113 = 1,683. h8/3 h = 0,36 m ≈ 1 m

jika h = 1m, maka b = 2h = 2.1 = 2 m

5.11.PERENCANAAN PINTU PENGATUR

5.11.1.Dimensi Profil Horisontal dan Vertikal Pada Pintu

Pada pintu sorong, tekanan air harus diteruskan ke sponning, pintu direncanakan sedemikian rupa sehingga masing-masing profil melintang (horisontal) mampu menahan tekanan hidrostatis dan meneruskannya ke sponning, agar pelaksanaan pembuatan pintu lebih mudah dan ekonomis maka perhitungan

(2)

HILALUDIN L2A 001 078 257 JOKO SANTOSO L2A 001 086

V e r tik a l H o ris o n ta l

0 ,5

0 ,2 5 0 ,2 5

P 2 P 1 h 2

h 1 h

dimensi profil berdasarkan pada jarak antar profil tetap dan momen maksimal yang terjadi.

Diketahui :

 Tinggi pintu = 50 cm

 Lebar pintu = 50 cm

 Bahan daun pintu = plat baja

 Tegangan ijin baja = 1300 kg/cm2

 γair = 1 ton/m3

Gambar 5-29 Dimensi Pintu Pengatur a. Profil Horisontal

P1 = ½. γair.(h12-h2).c

P2= ½. γair.(h22-h12).c

Q = P/L M = 1/8.qL2 W = M/σ1

Di mana :

P = Besar tekanan air (T) γair = Berat jenis air

h = Kedalaman muka air c = Jarak antar profil

q = Beban merata yang bekerja pada profil (T/m) M = Momen yang bekerja pada profil (Tm) L = Panjang profil (m)

W = Modulus penampang pada profil (cm3) σ1 = Tegangan ijin baja

(3)

HILALUDIN L2A 001 078 258 JOKO SANTOSO L2A 001 086

Perhitungan :

P1 = 0,5.1,00.(0,752- 0,52).0,5

= 0,078 ton q1 = 0,078/0,5

= 0,156 ton/m M1 = 1/8.0,156.0,52

= 0,005 tm = 487,500 kgcm W1 = 487,500/1300

= 0,375 cm3

P2 = 0,5.1,00.(1,02-0,752).0,5

= 0,109 ton q2 = 0,109/0,5

= 0,218 ton/m

M2 = 1/8 .0,218.0,52

= 0,007 tm = 681,250 kgcm W2 = 681,250/1300

= 0,524 cm3

Profil horisontal 1 dan 2 digunakan profil [3 • Wx = 4,26 cm3

• Ix = 6,39 cm4 • E = 2,1.106

b. Profil Vertikal

Pendimensian menyesuaikan profil horisontal yaitu : bagian tepi menggunakan profil [ 3

c. Syarat Kontrol Lendutan f < f

250 L EI

L Mmaks 48

5 _  2 _

(Mosonyi,1991)

250 L EI

L 681,250 48

5 _  2 _

(4)

HILALUDIN L2A 001 078 259 JOKO SANTOSO L2A 001 086

d. Tebal Plat Pintu

Lebar profil [ 3 = 0,033 m

Jarak antara profil horisontal (Ch) = 0,5 m a' = Ch – 2 . 0,5 . bp

= 0,5 – 2 . 0,5 . 0,033 = 0,467 m

b' = 0,5 – 2 . 0,5. bp = 0,5 – 2 . 0,5 . 0,033 = 0,467 m

c’ = a' . b' / (a'2 - b'2 )0,5

= 0,467 . 0,467 / (0,4672 + 0,4672)0,5 = 0,330 m

maka tebal plat Rumus :

Pp = 0,5 . γair . (h22 – h12) . c

Ra = Rb = 0,5 . Pp

M = (Ra + Rb). c - (Ra + Rb).2/3 . c ) b a * /( * 6

d 2 2

2  _M  

Di mana :

Pp = tekanan pada plat a',b'= sisi - sisi pada plat R = gaya reaksi pada plat

M = momen yang terjadi pada plat d = tebal plat minimum

σ1 = tegangan ijin plat baja

Perhitungan :

Pp = 0,5. 1 . (1,02 - 0,752).0,330 = 0,144 ton

(5)

HILALUDIN L2A 001 078 260 JOKO SANTOSO L2A 001 086

= 0,072 ton

M = (0,072 +0,072). 0,330 - (0,072 + 0,072 ).2/3.0,330 = 0,016 tm

d2 = 6 . 1584 / (1300.(46,72 + 46,72)0,5) = 0,111 cm

d = 0,333 cm ≈ 0,5 cm dipakai tebal plat adalah 0,5 cm

5.11.2.Dimensi Stang Ulir Berat pintu pengatur :  Profil Horisontal

[3 = 4,26 . 2 . 0,5 = 4,260 kg  Profil Vertikal

[3 = 4,26 . 0,5 = 2,130 kg

 Plat Pintu = 0,5 . 0,5 . 0,5 . 7600 = 950,000 kg

 Berat Pintu = 956,390 kg

 Mur dan Baut = 20% . 956,39 = 191,278 kg

 Berat total pintu = 1147,668 kg

Diameter stang ulir dihitung menggunakan rumus batang tarik Rumus :

A = n. P/ σ1

d2 = 4A/π Di mana :

A = Luas batang penampang stang ulir P = Gaya pada satu stang ulir

n = Angka keamanan = 3 σ1 = Tegangan ijin baja

Perhitungan :

A = 3 .1.147,668 / 1300 = 2,648 cm2

d2 = 4 . 2,648/ π = 3,372 d = 1,836 cm

(6)

HILALUDIN L2A 001 078 261 JOKO SANTOSO L2A 001 086

Diambil diameter stang ulir (d) = 2,0 cm dan dalam penguliran (v) = 0,5 cm, maka diameter total stang ulir (d1) = 2,0+(2.0,5) = 3 cm

Perhitungan diameter poros roda : W = P. ½ . D / (0,1. σ1)

(Mosonyi,1991) Di mana :

W = Momen tahanan poros roda D = Diameter poros roda P = Gaya angkat

σ1 = Tegangan ijin baja

Perhitungan:

W = 1.147,668 . 0,5 . D/(0,1 . 1300) W = 4,414 D

W = π .D3 /32 D2 = 44,963

D = 6,705 cm = 7,0 cm

5.11.3.Sponning

Diketahui dimensi 3 sebagai berikut :  h = 30 mm

 b = 33 mm  t = 7 mm  d = h + t = 37 mm  a = 5 + (0,5 . d)

= 23.5 mm  b = 3 + (l,1 . d)

= 43,7 mm  c = a + 3 + (0,1.d)

= 23,5 + 3 + (0,1 . 37) = 30,2 mm

 e = c - a = 30,2 – 23,5 = 6,7 mm