Rabu, 13 Maret 2013

CONTOH PERHITUNGAN HIDROLIS BENDUNG

 BISMILLAHIRROHMANIRROHIM.....
Artikel ini saya buatkan untuk membantu anda yang belum mengetahui tentang bagaimana cara perhitungan hidrolis bendung.... Dibawah ini saya coba berikan contoh perhitungannya...


Perencanaan Hidrolis Bendung 

1.   Lebar dan Tinggi Bendung
Lebar bendung adalah jarak antara kedua pangkal bendung (abutment). Lebar bendung sebaiknya diambil sama dengan lebar rata-rata sungai dengan lebar maksimum hendaknya tidak lebih dari 1,2 kali lebar rata-rata sungai pada ruas yang stabil. Di bagian hilir ruas sungai, lebar rata-rata ini dapat diambil pada debit penuh (bankfull discharge), sedangkan pada bagian hulu sungai atau daerah pegunungan/dataran tinggi, sering kesulitan untuk menentukan debit penuh ini. Untuk hal ini dapat diambil muka air banjir tahunan sebagai patokan lebar rata-rata.
Penentuan tinggi bendung, utamanya didasarkan pada kebutuhan energi (head) PLTM. Namun bendung yang tinggi mempunyai masalah konstruksi yang berat, terutama dari segi stabilitas tubuh bendungnya.
Setelah dikaji dari berbagai kondisi dan pertimbangan, maka ditentukan parameter teknis bendung, sebagai berikut :
Elevasi Dasar Bendung               : +450 m
Tinggi Bendung (p)                     :   3 m
Elevasi Mercu Bendung              : +453 m
Lebar Bendung (Bb)                   :    14,40 m
Pintu Bilas (b)                             : 1 x 1,5 m
Tebal Pilar                                   : 1 x 0,75 m
Gambar Sketsa lebar mercu bendung  


 

Gambar 2 Sketsa Bendung

2    Tinggi Muka Air Banjir di Hilir Bendung

Tinggi muka air (MA) banjir di hilir bendung adalah sama dengan tinggi MA banjir pada sungai asli, sebelum ada bendung. Perhitungannya dilakukan dengan rumus aliran Manning, sebagai berikut :
Dimana :                 
 V      = Kecepatan
n       = Koefisien Manning
R     = Jari-jari Hidraulis
I       = Kemiringan dasar
Rumus kontinuitas :    
Q      = A.V
Q     = debit
            A       = luas penampang [=¦ (h)]
Selanjutnya perhitungan dilakukan secara tabelaris dan diperoleh tinggi MA banjir seperti disajikan pada Tabel 1, Tabel 2, Gambar 3 dan diketahui tinggi air banjir pada debit rencana (h) = 0,98 m. Dari info yang diperoleh saat survey di lapangan, dapat dipastikan bahwa banjir yang pernah ada, tidak pernah melebihi 0,98 m.
Tabel 1
Tinggi Banjir Sungai
Lebar sungai (B) m  =
12
Kemiringan  (I)        =
0.05
Manning (n)             =
0.025
Q100th m9/dt             =
107,61











Sketsa Potongan Melintang Sungai
 
Tabel Perhitungan Tinggi Banjir di hilir Sungai

3    Lebar Efektif Bendung
Karena adanya pintu bilas dan pilar, maka lebar bendung yang dapat mengalirkan banjir secara efektif jadi berkurang, yang disebut lebar efektif (Beff).
Pengurangan lebar tersebut disebabkan oleh tiga komponen, yaitu :
·   Tebal pilar
·   Bagian pintu bilas yang bentuk mercunya berbeda dari mercu bendung
·   Kontraksi pada dinding pengarah dan pilar.
Dalam perhitungan lebar efektif, lebar pembilas yang sebenarnya, diambil  80 % dari lebar rencana untuk mengompensasi perbedaan koefisien debit dibanding mercu bendung yang berbentuk bulat.
Ilustrasi Lebar Efektif Mercu
Oleh karena itu maka lebar efektif bendung Pageruyung, dengan sketsa seperti pada Gambar 1 menjadi :
                                                    Be = B1e + BS1 + BS2
              (KP 02 Hal 92)
Untuk model bendung pada Gambar 1, maka nilai n sama dengan nol.
Sehingga : B1e = B – 2 Ka . Hi
Dimana :
Be                                =  lebar effektif bendung
                            B       = 
Bb                     = Lebar Optimal Bendung  
Kp                               =  koefisien kontraksi pada pilar. ( 0.01)
Ka                                =  koefisien kontraksi pada dinding ( 0.1 )
t     =  tebal Pilar
b                       =  lebar Pintu
n                      =  jumlah pilar
H                       =  tinggi energi (m).
Nilai-Nilai Kp dan Ka diberikan pada Tabel 3  :
Tabel 3
Nilai-Nilai Koefisien Kontraksi Pilar dan Tombok Pangkal

Bentuk Pilar  / Tembok
Kp
Ka

·      Pilar berujung segi empat dan sudut-sudut yang dibulatkan dengan jari-jari yang hampir sama dengan 0,1 kali tebal pilar.
·      Pilar berujung bulat
·      Pilar berujung runcing
·      Pangkal tembok segi empat dengan tembok hulu pada 90O ke arah aliran
·      Pangkal tembok bulat dengan tembok hulu pada 90O ke arah aliran di mana 0,5 H1> r > 0,15 H1
·      Pangkal tembok bulat di mana r > 0,5 H1 dan tembok hulu tidak lebih dari 45O ke arah aliran


0,02
0,01
0






0,20

0,10

0

Beff   = B1e + BS1 + BS2
                                      B1e     = B – 2 Ka . Hi = 22.5 – 2 (0,1) . Hi
                          BS1     = 0,8 . Bpembilas
                        BS2     = 0,8 . Bpembilas
                        Beff    = B1e + BS1 + BS2
= (12,15 m  – 2 (0,1) . 2,61m) + (0,8 . 1,5 m)
=  12,83 m
Hasil perhitungan diperoleh lebar efektif bendung (Beff) adalah = 12,83 m.

4  Tinggi Muka Air Banjir di Hulu Bendung

Tubuh bendung dibuat dari batu kali, kemudian permukaan di selimuti dengan lapisan beton bertulang. Adapun untuk bentuk mercu dipilih tipe bulat dengan satu jari-jari lengkungan dengan r = 1,5 m, bentuk mercu bulat dipilih dikarenakan bentuknya yang sederhana, mempunyai bentuk mercu yang lebih besar, sehingga tahan terhadap benturan batu gelundung maupun bongkahan. Tahan terhadap abrasi dan pengaruh kavitasi hampir tidak ada atau tidak begitu besar dengan memenuhi syarat minimum yaitu 0.3h < R < 0.7h.Selain itu, bendung dengan mercu bulat memiliki harga koefisien debit yang jauh lebih tinggi (44%) di bandingkan dengan koefisien bendung ambang lebar. Pada sungai, ini akan banyak memberikan keuntungan karena bangunan ini akan mengurangi tinggi muka air hulu selama banjir. Harga koefisien debit menjadi lebih tinggi karena lengkung streamline dan tekanan negatif pada mercu. (KP 02 Halaman 94-95).
Bagian tubuh bendung di bagian hilir dan hulu direncanakan memiliki kemiringan yang berfungsi untuk mengalirkan air dan melindungi bagian bendung dari penggerusan yang di akibatkan oleh tekanan air yg mengalir, serta untuk mencegah menumpuknya endapan yg membuat penumpukan pada tubuh bendung.
Perencanaan Cd = Co* C1* C2
Rumus pengaliran sebagai berikut ;


                                        (KP 02 Hal 95)
    Dimana:             Q           = debit aliran di atas mercu, m3/det
Cd           = koefisien debit, diperoleh 1,28
 g            = gravitasi
                                     H           = tinggi energi hulu
                                    Be           = Lebar efektif
Jari-Jari pembuatan mercu untuk pasangan batu dari KP-02 Hal 42 (0.3 Hi < r < 0.7Hi) maka diperoleh r = 1m. Dari grafik KP-02 diperoleh C0 = 1,3 yang merupakan fungsi H1/r = 1,68 ; C1 = 0,99 yang merupakan fungsi P/H1 = 1,16 ; C2 = 0,998 yang merupakan fungsi P/H1 = 1,16. Didapatkan Cd = 1,28.
Maka Cd = 1,28. Grafik C0, C1, C2 seperti terlihat pada grafik di bawah ini :
   

Gambar 4
Harga-harga koefisien C0 untuk bendung ambang bulat sebagai  fungsi perbandingan H1/r
Gambar 5
Koefisien C1 sebagai fungsi perbandingan P/H1


Gambar 6
Harga-harga koefisien C2 untuk bendung mercu tipe ogee dengan muka hulu melengkung (menurut USBR, 1960)

Untuk mencari Cd, diasumsi Cd = 1,3.
Percobaan 1 :
Diketahui :  P                     = 3 m
                        Q                       = 107,61 m3/dtk
Dicoba    : Cd                       = 1.3 , diperoleh Hi = 2,59 m
                      r                           = 1,5 m
Hi/r            = 2,59/1.5           ® Co  = 1.3
P/Hi           = 3/2,59               ® C1  = 0.99
                                                       C2  = 0,998
    Cd          = C0 x C1 x C2
                    = 1,28 (tidak sesuai dengan asumsi)
Percobaan 2 :
Cd              = 1.28, diperoleh Hi = 2,54 m
Hi/r            = 2,52/1.5       ® Co = 1.3
P/Hi           = 3/2,59           ® C1 = 0,99
                                                      C2 = 0,998
Cd              = C0 x C1 x C2
                    = 1.28 .........................................OK
Jadi dari perhitungan di atas diperoleh nilai Hi = 2,61 m.
Cek :
Q
=
Cd x 2/3 x √ (2/3 g) x Beff x Hi 3/2


107,61
=
1,28 x 2/3 x √(2/3 x 9.81) x (12,83 - 0.2Hi)Hi3/2


107,61
=
          107,61
(OK)



















Setelah diperoleh Cd, maka dapat ditetapkan : Hi = 2,61 m dan Beff = 12,83 m.                  


5  Perhitungan Tinggi Banjir di Hulu Bendung
Selanjutnya perhitungan tinggi banjir di hulu bendung, disajikan pada Tabel 4 dan pada debit rencana diperoleh tinggi banjir sebesar 2,59 m, dengan elevasi MAB hulu =+455,49. Tinggi Freebord pada bendung menjadi 2,5 m untuk mengantisipasi perubahan catchment area di masa yang akan datang.
Tabel 4
Perhitungan Tinggi Banjir di Hulu Bendung
                                                             


Gambar 7
Lengkung Debit di Hulu Bendung

6 Peredam Energi

Pada rencana bendung , dapat diketahui bahwa kondisi sungai di daerah tersebut terdapat material kerikil sampai dengan boulder (batu-batu besar).
Kondisi sungai seperti ini sangat menentukan tipe peredam energi yang cocok. Adapun peredam energi yg cocok untuk daerah ini yaitu peredam energi tipe bak tenggelam/submerged bucket. Tipe ini dipilih karena bendung di sungai mengangkut bongkah atau batu-batu  besar dengan dasar yang relatif tahan gerusan. Sesuai penjelasan di KP 02 Halaman 114.
Untuk mencari V1 maka digunakan rumus sebagai berikut :
Elevasi MAB di hulu = Elevasi Dasar Bucket + +
Elevasi MAB di hulu = (Elevasi MAB di hilir – TailWater) + +
455,49        = 448,07 + +
Maka Q     = A . V
Q                    = (6596,39 x v1) - (14,40 x v1 x 448,07) - (1.38xv13)
107,61            = (6596,36 x v1) - (14,40 x v1 x 448,07) - (1.38*v13)
v1                    = 9,84
Dapat dilihat pada tabel di bawah ini :
Tabel 5
Mencari Nilai Froude


Elevasi
Bucket
V (coba-coba)
Q
yu
Fr
y2
Elev Loncatan
Elev MAB
448,07
9,84
107,61
0,41
4,94
2,63
450,70
450,98















Bilangan Froudenya dapat dicari dengan rumus Fr =  berdasarkan (KP-02 Hal 111).
Dimana : Fr  =  Bilangan Froude
V1=  kecepatan awal loncatan air (m/dtk)
 g   = gravitasi (9,8 m/dtk2)
yu = Kedalaman air di awal loncat air (m)
maka Fr = =
Dengan nilai bilangan Fr = 4,94 sebenarnya peredam energi tipe Horizontal Basin, masih dapat digunakan. Akan tetapi karena di lokasi bendung ditemukan banyak batuan-batuan besar, maka peredam energi yang digunakan adalah tipe Submerged Bucket. Perhitungan Submerged Bucket sebagai berikut :
              V1 = ® (Ven Te Chow, 1983)
(Mazumder, S.K. 1983. Irrigation Engineering. New Delhi. Tata Mc Graw-Hill Publising Company Limited.)
V1 = = m/dtk
R    = 0,305 . 10p
P    = (V1 + 6,4 Hd + 4,88)/(3,6 Hd + 19,5)
P    = (3,16 + 6,4 . 2,49 + 4,88)/(3,6 . 2,49 + 19,5) = 0,84
R    = 0,305 . 100,84 = 2,12 m
Untuk menentukan elevasi dasar lantai peredam, digunakan rumus sebagai berikut :
Gambar 8
 Ilustrasi Peredam Energi Tipe Bucket/ Bak Tenggelam
Elevasi hilir = + 450
P           = 3 m
g           = 9.810 m2/dt
q           = Q100/Beff= 107,61 m3/dt / 12,83 m
hc         =  = 1,786
DH       =  (elevasi MA hulu- elevasi hilir)=  4,61 m
∆H/hc   = 2,583
Tmin/hc = 1,7 (∆H/hc)^0.33= 1,63
Tmin      = 2,91 m
Berdasarkan hasil perhitungan, maka diperoleh elevasi dasar bucket yaitu + 448,07

7   Analisa Rembesan
  1.   Metode Lane
Terhadap tubuh bendung yang telah direncanakan di depan, dilakukan perhitungan panjang jalur rembesan. Kondisi yang diperhitungkan adalah kondisi banjir dan kondisi normal. Kedua kondisi tersebut diperlihatkan pada gambar di bawah ini.

Gambar 9
Sketsa Rembesan Metoda Lane
Hasil perhitungan panjang jalur rembesan diperlihatkan pada Tabel 6
Tabel 6
Hasil Perhitungan Metode Lane

Dari tabel di atas, diperoleh CL untuk kondisi di atas :
a)  Cek rembesan terhadap kondisi banjir
DHb  =  4,51 m
 =   = 3,78 m
b)  Cek rembesan terhadap kondisi normal   
       DHn  =  3 m
 =  = 5,69 m
Metode Lane memberikan batas angka harga minimum seperti pada Tabel 7 di bawah ini :
Tabel 7
Harga-harga minimum angka rembesan Lane (CL)

No.
Macam Pondasi
CL
1.
Pasir sangat halus atau lanau
8,5
2.
Pasir halus
7,0
3.
Pasir sedang
6,0
4.
Pasir kasar
5,0
5.
Kerikil halus
4,0
6.
Kerikil sedang
3,5
7.
Kerikil kasar termasuk berangkal
3,0
8.
Bongkah dengan sedikit berangkal dan kerikil
2,5
9.
Lempung lunak
3,0
10.
Lempung sedang
2,0
11.
Lempung keras
1,8
12.
Lempung sangat keras
1,6
                   Sumber  :  Kriteria Perencanaan Irigasi (KP-02), DPU.
Perbandingan antara panjang yang diperoleh dan yang ada, seperti pada hasil perhitungan di bawah ini :
L perlu
=
CL x Hb

L perlu
=
11,275 m

L ada
=
∑Lv + 1/3 ∑LH


=
12,24 m + 1/3 (14,47 m) = 17,06 m

Hasil Perhitungan Angka Rembesan


CL kondisi banjir     =
L ada / Hb = 17.06 m / 4.1 m = 3,78

CL kondisi normal   =
L ada / Hn = 17,06 m / 3 m      = 5,69


Kondisi pondasi bendung merupakan batuan, sehingga dari Tabel 2.1.7 dapat diambil harga angka rembesan Lane minimum sebesar 2,5.  Karena harga CL hasil perhitungan untuk kondisi normal dan banjir lebih besar dari harga CL minimum, maka bendung ini aman terhadap bahaya rembesan, tanpa diberi lantai muka.
    2.    Metode Blight
Terhadap tubuh bendung yang telah direncanakan di depan, dilakukan perhitungan panjang jalur rembesan. Kondisi yang diperhitungkan adalah kondisi banjir dan kondisi normal. Kedua kondisi tersebut diperlihatkan pada gambar di bawah ini.
Gambar 10
Sketsa Rembesan Metoda Blight
Hasil perhitungan panjang jalur rembesan diperlihatkan pada Tabel 8
Tabel 8
Hasil Perhitungan Metode Blight
Dari tabel di atas, diperoleh CB untuk kondisi di atas :
a)     Cek rembesan terhadap kondisi banjir
DHb  =  4,51 m
 =   =5,92 m
b)     Cek rembesan terhadap kondisi normal
       DHn  =  3 m
 =  = 8,90 m




Metode Blight memberikan batas angka harga minimum seperti pada Tabel 9 di bawah ini :
Tabel 9
Harga-harga minimum angka rembesan Blight (CB)
                  
Sumber  :  Kriteria Perencanaan Irigasi (KP-02), DPU.
Perbandingan antara panjang yang diperoleh dan yang ada, seperti pada hasil perhitungan di bawah ini :
Angka Rembesan Blight
=
5 (minimum)


L perlu
=
Cb x Hb



=
22,55 m


L ada
=
∑Lv +  ∑LH



=
12,24 m + 14,47 m = 26,71 m







Hasil Perhitungan Angka Rembesan



Cb kondisi banjir    = L ada / Hb = 26,71 / 4.51 = 5,92
Cb kondisi normal  = L ada / Hn = 26,71 / 3      = 8,90
Lantai Muka perlu  = L perlu - L ada                             


 = 22,55 m – 26,71 m = -4,16 m












Dari perhitungan di atas, maka atas dasar metode Blight, bendung tidak perlu lantai muka.

Demikian perhitungan hidrolis bendung, smoga bermanfaat ya.. maaf klo ada kesalahan atau penulisan yang kurang rapi, karena ini artikel pertama saya..
Klo anda puas dengan apa yang saya sajikan kasih tau teman-teman anda,
Klo anda  tidak puas beritahu saya..
Makasih .. :)

10 komentar:

  1. makasih banyak nah... no HPx dong....

    BalasHapus
  2. ini kan sy mo merencanakan Bendungan Lebarnya 13 Mtr. Trus Tingginya rencananya 1.5 M.... Bantu dong... Gbr. dengan hitungannya....... thank's Before....

    BalasHapus
    Balasan
    1. ini contoh untuk bendung skala mini hidro... klo untuk bendungan belum pernah saya desain.. makasih..

      Hapus
  3. boleh minta emailnya ?

    BalasHapus
  4. mantapz... bisa minta tolong bagaimana menghitung gerusan air sungai pada dinding tanah....

    BalasHapus
  5. hitung c0 c1 dan c2 kurang jelas cara'y

    BalasHapus
  6. apakah ada tentang gambar bendungan dan denah serta detailnya?

    BalasHapus
  7. Ada contoh perhitungan kolam olak dg stilling basin (usbr)... thx before... :)

    BalasHapus
  8. mencari tabel lengkung debit dihilir bendung dimna

    BalasHapus